工程教育專業認證新形式下的機電一體化課程改革探索

馮棟彥　趙立宏　唐永輝　胡良斌　申龍章

摘要：以培養合格的機電一體化人才為目標，針對企業需求與課程教學內容存在的差異，對課程理論和實踐教學內容進行深入的探索，提出改革措施，形成適應課程本身特點并符合工程教育專業認證對復雜工程背景問題要求的教學內容，提高學生的實踐能力及創新能力。

關鍵詞：機電一體化技術 教學改革 專業認證

一、引言

隨著現代化制造業的快速發展，機電一體化技術已成為促進我國工業發展和更新的重要動力和組成部分。《機電一體化技術》課程是我校機械設計制造及其自動化專業的一門專業必修課，培養目標是通過該課程的學習，使學生能夠了解機電一體化的基本知識和共性關鍵技術，掌握機電一體化的重要實質及機電一體化設計的理論和方法，從而能夠靈活地綜合運用這些技術解決機電一體化產品的分析、設計與開發的實際問題。

隨著我國經濟結構的調整和勞動力的短缺，企業和工廠對機電一體化專業人才的知識結構提出了新的要求，傳統的教育觀念和人才培養模式側重于理論知識的講授，實踐環節偏少，又由于課程內容知識點多、綜合性強，學生個體對以往基礎知識掌握程度不一致，造成學生遇到自己薄弱環節時學習的積極性不高，導致學生只是簡單了解一些課本上的理論知識，不能系統地掌握機電一體化產品設計的基本技能，進而無法滿足現代化制造業對能夠處理實際復雜工程問題人才的需求。因此，對機電一體化技術課程教學的改革勢在必行。

二、機電一體化教學內容存在的問題

不同于高職院校以培養學生某一具體技能為目標，高校機電一體化課程是培養學生解決機電一體化產品的分析、設計與開發等實際問題的能力。為達成這一培養目標，需要學生對機電一體化技術的各方面知識有一定的了解，通常的做法是把教學重點放在構建知識體系的完整方面，以機電一體化系統的基本組成要素——機械本體、檢測傳感、伺服驅動、動力系統、信息處理和執行機構為主要講述內容，分別針對以上要素進行逐一講解。這種方法能夠較好的使學生掌握每一個組成部分的理論知識，但是這種方法也人為地把機電一體化的系統性分裂開來，不能很好的體現機電一體化的有機整體性，導致學生畢業后從事一線生產設計時缺乏系統的觀念和解決實際復雜問題的能力。

其次，教學內容滯后。機電一體化是多種技術交叉融合的產物，相關技術的發展都在推動著機電一體化的發展，許多新的科學技術沒能在教學內容中體現，這就導致課程內容設置落后于當前機電一體化技術的發展。比如目前隨著光學技術的發展，光機電一體化的產品和設備發展應用非常迅速；注重于微小化的微機電系統技術（MEMS）、納米機電技術（NEMS）以及與生物產業息息相關的生物機電工程等。

另外，教學、實踐設備落后。與高職院校培養設備操作、故障檢修等實用性較強的一線技工不同，高等院校培養學生具有機電一體化產品的設計、分析和應用的能力。正因如此，高校教學設備應是具有完整系統功能的機電一體化產品，但由于經費投入不足，學生人數眾多的原因，實踐教學設備人均擁有量較少、設備相對落后，開設的驗證性實驗居多。

三、機電一體化教學內容改革的探索

1.理論教學內容改革

針對企業對機電一體化人才的需求，重新設計教學內容，組織教學計劃。高校機電一體化課程要突出知識與實踐的結合，課程設置要從基礎和應用的有機鏈接上抓起，按照工程教育專業認證的標準，通過與企業相關專家共同論證，進行課程內容設置，以滿足現代化制造業對人才的需求。教學內容應該與培養目標相適應，在選擇教材時應考慮與先修課程教材之間的配合性，對機電一體化技術知識聯系緊密的課程進行跨學科的系統化處理，保證不是以往所學知識的簡單重復，而是在以往理論知識的基礎上著重綜合能力的培養。在理論內容講述過程中，改變以往以機電一體化五個組成部分為主要內容，分別進行講解的方法，代之以典型的機電一體化產品為實例，從產品的系統性人手，分解出主要組成部分及相關要素之間的有機聯結，這種總而分的實例教學方法，更容易使學生了解機電一體化產品的系統性工程思想，掌握總體設計的基本方法和技能。

2.實踐教學內容的探索

以往機電一體化課程實踐環節主要針對數控車、銑床，線切割機床，電火花成型機床等大型設備，開設認知和驗證性實驗，但由于設備龐大，內部結構復雜，又不可能開設拆裝實驗，以至于對整體結構沒有直觀的認識，因此不能使學生清晰地了解機電一體化產品內部結構之間的關系。隨著制造業現代化的快速發展，機電一體化產品在機械、電子、醫療、信息、軍事、航空航天等各種領域都有了大量廣泛的應用，所以實踐教學內容的設置不局限于數控機床等設備。我校機械工程學院在現有數控機床，激光加工快速成型機等設備的基礎上，購置了多套教學機器人、3D打印機、步進電機控制實驗臺等設備，并編寫適合教學要求的實驗教材，對每一項實驗都有詳細的實驗內容、實驗目的、實驗步驟等指導說明，在此基礎上還指導學生開展創新性實驗，建立了涵蓋光學、機械、電子、檢測、控制和驅動等機電一體化關鍵技術的實驗體系。為加強學生動手能力的培養，通過分組完成小家電智能化的改造、防盜報警系統設計、光電式計數系統設計等具有產業背景的實際課題，使學生通過原理方案的設計、結構設計、執行器設計、檢測傳感、控制系統的設計及相互之間的接口設計等實踐過程，加深對機電一體化系統的整體認識，加強設計中的系統意識，培養學生綜合運用所學知識解決工程實際問題的能力。

四、小結

機電一體化教學改革任重道遠，隨著科學技術的發展，機電一體化教學內容需要不斷進行更新。如何將工作任務和內容轉化為學習領域的課程內容，實現學習與工作的無縫銜接，激發學生的學習興趣，培養理論基礎扎實又具有動手解決實際復雜工程問題的能力，是機電一體化教學內容改革的重點。