機電一體化系統(tǒng)設(shè)計教學改革研究

胡蓉 王虎挺 張立新 曾海峰

摘 要：分析了機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程教學的國內(nèi)外相關(guān)現(xiàn)狀，從綜合應(yīng)用能力和素質(zhì)培養(yǎng)的總體要求出發(fā)，根據(jù)機電一體化技術(shù)的知識結(jié)構(gòu)及其在培養(yǎng)學生工程理論應(yīng)用能力方面的作用，規(guī)劃課堂教學的組織實施，采用靈活多樣的教學手段和教學方式，積極探索新型教學模式，構(gòu)建新的教學評價體系，改善教學效果。

關(guān)鍵詞：機電一體化系統(tǒng)設(shè)計；教學改革；實踐

一、國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀分析

隨著機械工業(yè)的蓬勃發(fā)展，世界各國對機械類專業(yè)的高等教育越來越注重實踐性、應(yīng)用性及前沿性。德國機電一體化專業(yè)課程體系建設(shè)是通過校企合作和工學結(jié)合的形式，以學習者專業(yè)能力、方法應(yīng)用能力和適應(yīng)社會能力等綜合職業(yè)能力培養(yǎng)為本位，以市場需求為目標，以就業(yè)為導向，將學習和工作要素相結(jié)合，并通過分析與綜合，把工作過程的各個部分按一定的順序，導入課程體系中以構(gòu)成一個有機的整體。美國賓夕法尼亞大學機械工程與應(yīng)用力學系提出“機電一體化”課程改革思路，在學期項目中預定實驗方案，根據(jù)實驗方案決定課程內(nèi)容。南京航空航天大學在機電一體化課程教學改革中，將科研成果引入課程的理論和實驗教學中，自主研發(fā)教學實驗系統(tǒng)平臺，簡化項目研究內(nèi)容，研究一體化的系統(tǒng)教學法，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，提高學生綜合素質(zhì)。國內(nèi)高校關(guān)于機電一體化專業(yè)人才的教育改革各有特色，但與國外教學水平相比，仍處于初級階段，還沒有形成系統(tǒng)的改革方案。建立適應(yīng)機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程本身特點的教學模式任重而道遠。

二、機電一體化系統(tǒng)設(shè)計教學改革研究

從機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程實踐性、綜合性特點出發(fā)，對其進行教學改革，是高校培養(yǎng)應(yīng)用型機械類人才的關(guān)鍵。機電一體化技術(shù)課程教學改革主要包括教學內(nèi)容改革、教學方法改革、實驗內(nèi)容改革及考核方式改革四個方面。

1.教學內(nèi)容改革

以系統(tǒng)設(shè)計思想為主線，機電一體化的研究方法不能只是簡單拼湊，應(yīng)該從系統(tǒng)設(shè)計方案開始到各元部件選擇到系統(tǒng)最終成形的全過程都要貫徹系統(tǒng)設(shè)計的思想。首先是從整體角度及可行性方面對系統(tǒng)進行多種整體方案設(shè)計；然后對其機械機構(gòu)、執(zhí)行元件、微機控制系統(tǒng)、檢測傳感裝置等組成部分及相關(guān)接口進行細節(jié)設(shè)計；最后對系統(tǒng)性價比進行衡量，得出優(yōu)化設(shè)計方案。選擇原則是在保證目的功能要求與適當壽命的前提下不斷降低成本。在講授每一部分內(nèi)容時都結(jié)合該案例，并將系統(tǒng)設(shè)計方法融于其中，既利于學生對知識的掌握，又能起到舉一反三的作用，便于學生分析和設(shè)計其他的機電一體化產(chǎn)品。

2.教學方法改革

充分運用現(xiàn)代化教學手段，不斷提高教學效果，由于機電一體化技術(shù)普遍應(yīng)用于自動化設(shè)備（如數(shù)控機床、加工中心、機器人等）和自動化生產(chǎn)線（如柔性制造系統(tǒng)等），而學生基本未見過上述自動化設(shè)備和生產(chǎn)線，無法了解自動化設(shè)備和生產(chǎn)線是如何利用機電一體化技術(shù)進行工作的。另外，機電一體化技術(shù)是集控制技術(shù)、伺服傳動技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、計算機信息技術(shù)等于一體的新興綜合性學科，具有涉及面廣、綜合性強的特點。

3.實驗內(nèi)容改革

在實驗教學環(huán)節(jié)開設(shè)的多為演示性、驗證性實驗，學生動手操作調(diào)試的機會少，學習積極性不高。機電一體化教學團隊探索構(gòu)建以學生為主體，以項目驅(qū)動為主線，通過項目任務(wù)引導理論教學和理論教學指導項目實踐的互推互動的教學新模式。在剖析某幾個典型機電一體化系統(tǒng)（項目）的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、設(shè)計過程中，串聯(lián)講解知識點并在實驗環(huán)節(jié)進行知識點在項目中的具體應(yīng)用實現(xiàn)，進而將項目實施和理論講授有機融合，使學生所學知識得到利用，也提高學生對本課程的學習興趣，將加強學生的工程實踐能力、創(chuàng)新能力和工程意識培養(yǎng)與訓練切實落實到每個教學環(huán)節(jié)中去。

4.考核方式改革

改變以理論考核為主、實踐技能考核為輔的做法，加大實踐技能考核的比例，探尋能夠鍛煉學生書面表達能力，提高學生獨立動腦能力及實際動手能力，激發(fā)學生創(chuàng)新動力，提高學生針對實際工程問題的分析能力、解決工程問題的能力的考核方案。采用閉卷考試與平時作業(yè)相結(jié)合的形式，平時作業(yè)由教師根據(jù)課堂內(nèi)容制定，形式為幻燈片匯報，針對一個題目，提倡小組成員合理分工，合作完成，目的在于鼓勵學生閱讀參考書，查找資料，拓寬和加深對理論知識的理解認識。同時注重考試內(nèi)容的靈活性，增加了分析能力、創(chuàng)新能力的考題，重點考核學生的知識應(yīng)用和知識遷移能力，適當?shù)貙嵺`環(huán)節(jié)成績、論文寫作成績和平時成績以適當?shù)谋壤嬎愕娇偝煽冎腥ィ瑯?gòu)建新的教學評價體系，科學分析評價教學效果。

眾所周知，制造業(yè)是我國的支柱產(chǎn)業(yè)，也是自動化程度較高的行業(yè)。如今為提高產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率，制造企業(yè)越來越多地采用自動化生產(chǎn)設(shè)備和制造技術(shù)，而自動化生產(chǎn)制造的核心技術(shù)是機電一體化技術(shù)。通過多年的機電一體化專業(yè)教學實踐及對走上工作崗位的機電一體化專業(yè)畢業(yè)生的訪談，了解到目前機電一體化專業(yè)畢業(yè)生的瓶頸所在，即學校學習的理論知識較多用不上，能用得上的理論知識又不知如何應(yīng)用于實踐，普遍動手能力較差。結(jié)合目前機電一體化人才市場對畢業(yè)生的具體需求情況，對機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的教學改革進行研究與探索。對該課程的教學改革提出思路，目的在于提高學生的動手能力，以盡可能地減少理論與實踐脫節(jié)的現(xiàn)象。

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基金項目：石河子大學一類課程“機電一體化系統(tǒng)設(shè)計”建設(shè)項目。

作者簡介：胡蓉，1981年出生，女，新疆石河子人，石河子大學機電學院副教授，主要從事機械設(shè)計及其自動化專業(yè)的教學和科研工作。

編輯 溫雪蓮