“機電一體化系統設計”實踐環節教學改革

李 衛, 張軍昌, 黃玉祥, 侯俊才, 石復習, 陳 軍

(西北農林科技大學 機械與電子工程學院, 陜西 楊凌 712100)

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“機電一體化系統設計”實踐環節教學改革

李 衛, 張軍昌, 黃玉祥, 侯俊才, 石復習, 陳 軍

(西北農林科技大學 機械與電子工程學院, 陜西 楊凌 712100)

“機電一體化系統設計”課程設計是機械制造及其自動化專業一個重要的實踐性環節,為了提高課程設計效果和質量,培養學生創新設計能力和綜合運用所學知識解決實際問題的能力,教學過程中重點對課程設計流程、指導方式、過程控制、考核方式進行了改革,通過幾年的實踐,提高了學生的設計熱情,提升了學生設計的主動性,增強了學生的溝通協作能力和創新設計能力,同時鍛煉了學生的實踐能力和動手能力,課程設計效果逐年提高。

機電一體化； 課程設計； 教學改革

“機電一體化系統設計”課程設計是機械制造及其自動化專業課程體系中一個重要的實踐性環節[1-5],通過課程設計的訓練,鍛煉學生的應用能力，特別是創新能力和動手實踐能力[6-8],使學生對機、電、液一體化設計過程有一個全面系統的認識,將整個大學課程內容有機融合起來,提高學生自動化設計能力[9-13],為將來工作和繼續深造打下基礎。

1 課程設計的目的和設計流程

本課程設計主要以我校機電學院農業機械實驗室的各種農業機械、工程訓練中心的模塊化生產線和機器人為課程設計的研究對象,通過對研究對象的機械構造、電氣控制原理的分析,對研究對象提出改進設計。在整個設計過程中使學生初步掌握機械系統、電氣系統和運動控制系統的設計方法,并訓練學生如何查閱資料及圖表、進行數據處理以及創新設計,提高學生獨立設計機電一體化產品的技術與能力,學會綜合應用已學到的知識解決實際問題的能力。

本次課程設計的流程如圖1所示,首先集中進行設計動員大會,給學生講解具體的設計流程、設計任務、設計目標、考核方式及注意事項等問題,然后下達設計任務。由學生自由組合成設計小組并進行選題。學生選題后對具體的裝備進行了解,由指導教師現場指導和答疑,再由學生查閱相關資料,由小組成員共同提出不同的設計方案,并提交指導教師審核討論,確定方案后進入具體的設計環節。為了提高課程設計質量,中間進行小組的中期考核,課程設計最后一天進行答辯總結。答辯通過的小組修改完善后上交說明書及圖紙等紙質材料,并提交相關電子材料和實物存檔。

圖1 課程設計流程圖

2 指導方式與考核環節的改革

2.1 選題原則

學生可獨立或組成課題組(不超過3人),從機電一體化課程設計選題單中任選一個題目,完成該題目的設計要求。鼓勵學生和課題組自行擬定題目進行創新設計和深入研究,鼓勵學生自己選取感興趣的研究內容，鼓勵學生對自己選擇的題目制作出實物,學院可給予一定的資金支持。或根據自己的畢業設計題目報指導小組教師審核批準后完成機電一體化課程設計任務。小組成員相互協作完成所規定的研究內容,每個小組要標明小組成員在設計中的具體任務,最終答辯時要標明總體工作中的貢獻和工作比例,或者每個人負責的內容。

2.2 設計環節及過程控制管理

學生在選題后進入方案確定環節,該環節采用“學生為主,教師為輔”的原則,充分調動學生的自主性。學生首先在實驗室中找到與自己所選題目相關的設備或機具,對其基本結構、工作原理與傳動控制方式進行深入分析與研究,測繪相關參數、繪制機構簡圖、查閱相關文獻資料及對資料進行分析總結。

小組成員根據所選題目的任務要求,對運動形式、驅動方案、傳動方案、控制方案等進行初步設計，確定多種預備方案。遇到問題需要小組成員共同討論解決,指導教師只以啟發式的方式輔助指導,既增強了互動性,又調動了學生積極性。學生在資料搜集和制訂方案過程中,培養了獨立思考與解決實際問題的能力,設計的方案表現出較強的創新性,綜合運用所學知識解決工程問題的能力得到提升。

學生確定方案后,進入方案討論環節,以小組為單位與指導教師分別進行討論交流,該環節考查學生在設計中總體設計方案的可行性。如果方案問題較多或者不可行,指導教師會與學生共同討論,引導和啟發學生提出可行的改進方案,并由學生對設計方案自主改進和完善后,再與指導教師討論交流,直至方案可行后進入具體設計環節。指導教師根據小組設計方案的質量給小組成員分別打分。

為了提高課程設計的質量,應對課程設計全程進行監控。中期檢查就是一項有效的督導措施。該環節著重檢查學生的設計進度及設計過程中所遇到的突出問題。采取ppt匯報的形式,首先每組的組長匯報課程設計的總體情況及進展,小組成員分別匯報各自的工作,然后進行討論和提問,小組成員回答老師和同學的問題,再由指導教師針對存在的問題提出合理化建議,最后由指導教師根據小組成員的工作及表現進行評分。

課程設計的最后一天進行小組答辯,采取ppt匯報的形式,有實物的進行實物現場演示,指導教師根據匯報情況和完成情況現場打分。通過答辯的小組,根據指導教師提出的問題和修改建議，完善方案后上交紙質資料、電子版資料及實物存檔。未通過答辯的小組,根據指導教師的整改意見修改后,進行二次答辯。

2.3 考核方式

課程設計最終成績由自評成績(20分)、考勤成績(10分)、方案討論成績(20分)、中期考核成績(20分)及最終答辯成績(30分)5部分組成,具體評定標準見表1。通過對每個小組成員每個設計環節的詳細考核和評分,既有力監督了每位成員的設計過程和設計能力,又對每位學生最終成績的評定提供了相對合理的評定規則。

表1 考核環節及評分標準

3 課程設計過程中存在的問題及改進措施

3.1 存在的問題

在課程設計過程中也存在一些問題。首先是課程設計的時間安排。因為課程設計被安排在大四第一學期的后半學期,由于課設時間與考研時間重疊,考研學生的出勤情況和時間投入較差,影響到本次課程設計的教學效果；找工作的學生也不能保證充足的設計時間；一些制作實物或模型的小組由于網購材料和制作時間較長,個別小組會存在完不成的情況。其次是個別學生存在濫竽充數,不參與小組的實際設計工作。個別學習較差或懶散的學生,跟在學習較好的學生后面,經常出現小組3個學生中 ,實際只有1個學生具體設計,其他學生只是掛名。再次,因為設計過程中考研、找工作的人比較多,經常存在問題不能及時反饋、聯系不暢等問題。

3.2 改進措施

鑒于教師與學生在進行課程設計過程中的各種問題,采取了如下一些改進措施。

首先,將機電一體化系統課程設計的時間安排進行適當調整,將課程設計的時間提前到開學初進行,課程設計過程及時間采取彈性制,具體安排上給學生充足的自由,但5個考核環節不變。例如選題在開學初進行,每組的設計時間最少3周；設計環節由學生自主控制,在完成相應環節后找指導教師討論交流,指導教師根據各個小組每周的完成情況進行分類指導,分別進行方案設計討論及中期考核和終期答辯。這樣在較長的時間跨度內,可以給考研和找工作的學生充足的自由,制作實物的也有充足的時間進行調試改進,確保設計質量。

其次,針對在小組里面不實際參與的學生,在方案討論、中期考核、終期答辯等環節嚴格把關,小組成員分別介紹自己的具體工作和設計過程,指導教師分別針對每個成員提出問題,對于不實際參與的學生,一旦發現立即提出警告,并令其限期改進該環節的設計工作,該環節的得分降一檔次,并在接下來的環節成為重點跟蹤檢查對象。

再次,充分利用網絡平臺,建立QQ群、微信群,及時發布消息、共享資料,確保每個學生都能聯系通暢,減少因為信息閉塞、溝通不及時影響課程設計效果。

4 教學過程實施效果

首先,本課程設計結合我院現有設備,反復進行討論，選擇確定了所有題目。針對我院農機實驗室的先進農機裝備進行電氣化改進設計，具有一定的實踐應用價值,同時也結合了農業院校的特色,在教學過程中取得了良好的效果。

學生在設計過程中,研究對象看得見、摸得著,通過對機械的實際觀察和操作，查閱相關技術資料、結合題目設計要求,能夠很快進入設計角色,也增加了學生的設計熱情,提高了設計的主動性。其次,實施小組分工合作設計方式,小組成員共同完成具體的設計任務,培養了學生的溝通協作能力,鍛煉了學生綜合運用前3年學習到的知識解決實際問題的能力和應用創新能力。

在整個課程設計過程中,學生提出了許多優秀的設計方案,能夠積極主動地進行各部分的創新設計,并制作相應實物或模型,進行調試改進。另外,通過實施過程控制管理,嚴格把關每個設計環節,嚴格審核每個學生的設計工作,充分調動了每個學生的積極性和主動性。通過不斷完善每個環節的管理控制和全員全力參與,課程設計質量逐年提升。

References)

[1] 李琦,王基,劉永葆.《機電一體化系統設計》課程教學改革與實踐[J].高等教育研究學報,2010,33(1):100-101.

[2] 譚為民.機電一體化課程設計教學實踐[J].西南師范大學學報:自然科學版,2011,36(6):193-196.

[3] 韓向可,李菲.《機電一體化系統設計》課程的教學改革[J].中國科技信息,2010(9):262-263.

[4] 莊熙星.機電一體化實驗教學探索與實踐[J].實驗室科學,2009,12(3):37-38.

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[6] 李輝.大學生創新能力培養中的創新實踐教育平臺建設[J].中國大學教學,2013(9):83-85.

[7] 祁志生,朱春梅,李啟光.《機電一體化系統技術》課程教學的若干探討[J].中國大學教學,2008(7):110-111.

[8] 林若森,唐冬,雷黃力.機電一體化教學實驗系統設計探析[J].職業與教育,2007(10):112-113.

[9] 邵園園,玄冠濤.機電一體化實驗教學改革探索與實踐[J].中國現代教育裝備,2010(9):84-86.

[10] 趙志超,范文利,金薇.機電一體化綜合實驗周的探索與實踐[J].電氣電子教學學報,2004,26(1):75-77.

[11] 閆華,汪木蘭,朱思洪.《機電一體化系統設計》課程教學改革的實踐[J].中國科技信息,2008(15):241-242.

[12] 張秀珍,馬秀娟,王新勝.改革實驗教學,突出學生工程實踐能力的培養[J].實驗技術與管理,2007,24(11):11-13.

[13] 曲文君.機電一體化技術的發展趨勢及應用研究[J].機械制造與自動化,2009(4):166-169.

Teaching reform and practice links of Design of Mechatronic Integration System course

Li Wei, Zhang Junchang, Huang Yuxiang, Hou Juncai, Shi Fuxi, Chen Jun

(College of Mechanical & Electronic Engineering, Northwest A&F University, Yangling 712100, China)

The Design of Mechatronic Integration System is an important part of the practice of mechanical manufacturing and automation professional, in order to improve the effect of the course design, and cultivate students’ creative design ability, the teaching process is focused on the process design, guidance, process control, and examination reform. The students’ enthusiasm for design and the design initiative are increased through the practice. The students’ ability of communication and cooperation ability, innovative design ability, practical ability are improved. The effect of curriculum design is increasing year by year.

mechatronic integration; curriculum design; teaching reform

10.16791/j.cnki.sjg.2016.11.056

2016-05-06 修改日期：2016-07-01

陜西省教育廳規劃項目“個性化培養模式下農業機械類本科人才實踐創新教學體系研究”(SGH140539)

李衛(1977—),男,山東淄博,博士,講師,主要從事現代農業裝備研究

E-mail：liweizibo@163.com

陳軍(1970—),男,寧夏固原,教授,博士生導師,主要從事智能化農業裝備研究.

E-mail：chenjun_jdxy@ nwsuaf.edu.cn

G642.0

B

1002-4956(2016)11-0216-03