基于項目結合的《機電一體化系統設計》教學研究

包從望 劉永志 江偉 林良

摘 要：鑒于《機電一體化系統設計》課程綜合性較強的學科特點，文章提出了一種基于項目結合的教學方法，于教學實踐中設定了機電數控平臺的課程項目，從而建立了《機電一體化系統設計》課程與項目結合為一體的教學內容體系。實踐證明，基于該模式下的教學能成功有效的完成教學任務，激發學生的學習興趣，提高學生在機電結合方面的實踐能力，達到提高教學效果與培養應用型人才的目的。

關鍵詞：機電一體化系統設計；項目結合；教學實踐；機電類專業

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）10-0058-02

Abstract： Due to the comprehensiveness of mechatronics system design course， a teaching mode based on project is proposed. The project of electromechanical CNC platform is set for teaching practice， thus the system of teaching content is built for combining the course of mechatronics system design with project. Practice shows that the teaching task can be completed effectively，the learning interest of students are excited， the practical ability aspects of combined with electromechanical of students are improved， the objective to improve effect of teaching and train applied talents is completed.

Keywords： Mechatronics System Design； combining project； teaching practice； electromechanical specialty

引言

《機電一體化系統設計》是機電類專業的核心課程，是綜合性、應用性極強的課程，所涵蓋的知識面廣，對于培養機電自動化應用型人才意義重大[1]。該課程集《機電傳動控制》、《微機原理》、《傳感器技術》、《自動控制原理》于一體，具有較強的專業性質。

自20世紀90年代以來，世界各高校掀起了課程改革的浪潮，我國在教改過程中主要強調的是教師的教學方式以及學生的學習方式的轉變。其中，研究性學習已經被廣泛應用到大學本科的教學中，因此改變以往學生學習單純性與被動性，提高學生的自主學習能力已迫在眉睫。

目前，《機電一體化系統設計》教學中主要問題為理論與實踐環節不能很好融合，或是實踐環節與理論的銜接不當，致使學生對所學的知識不能加以聯系，融會貫通，難以將其綜合應用到實際應用項目，以致教學有所欠缺[2]。據此，文章從理論、實踐結合出發，闡述了基于項目結合的教學理念，并介紹了教學實施的具體方法，將項目實施與理論學習相結合，以提高教學效果。實踐證明，所提方法有利于提高學生學習的積極性，具有一定教學借鑒。

一、《機電一體化系統設計》課程特點

（一）內容豐富，知識面廣，理論性強

《機電一體化系統設計》是由多門學科相互交叉、滲透而成的一門綜合性專業課程，其中包含機械設計理論、傳感檢測技術、測試技術、信息處理技術、控制技術、微機原理、編程基礎、伺服驅動等學科，其課程組成如圖1所示。因此，該課程內容豐富，知識面廣，理論性強，為了全面掌握該課程，必需全面了解掌握各相關技術知識。

鑒于該課程涉及面廣，為在有限學時內，較好完成該核心課程的學習，在學習該課程前應對各相關知識打好扎實基礎。這些相關知識并非獨立無聯系的，而是一個有機的結合體，是一個工程體系。在實際教學過程中怎樣讓學生更深入理解該課程的各獨立體系的銜接，提出一種基于項目實施的教學方法能更好解決各獨立知識之間的融合，以提高學生的自主學習探索問題。

（二）課程實踐性強

就工科專業而言實踐性強具有一定的普遍性，本課程所涉及的眾多專業技術更是決定了其更強的實踐性。學生雖對各門基礎知識有所掌握，但如何將所學知識應用到實際項目中成為學習《機電一體化系統設計》瓶頸。機電一體化的實踐難點在于其系統性較強，因此將項目設計引入到課程教學中，有利于加強理論與實踐之間的結合。

二、項目結合的教學理念

根據《機電一體化系統設計》的課程特點，在課程教學中引入項目開發實例，以具體項目為背景，以此加強理論與實踐的結合[3]。

（一）選擇適合的項目

科學的選擇項目是本教改的重點，選擇科學項目需要具有一定的科學性。

機電數控平臺是典型的機電一體化系統，基本結構如圖2所示，包含工作臺、傳動部分、驅動、傳感器、信息處理系統、以及微機控制器的編程基礎，涵蓋了該課程的基本組成，因此，選擇機電數控平臺滿足各知識融合的需求。

（二）數控平臺項目解析

機電數控平臺主要可分為速度、位置控制，具體實踐過程為：首先，由傳感器檢測到工作臺的運行位置與速度，經信息處理后將信號傳到微機處理系統；然后，經控制技術相關算法計算后用于控制驅動元件，調節電機速度；在控制系統中通過編程實現系統控制；最后，通過算法仿真軟件分析整個系統的性能。該系統中，傳動部分以及各接口間的連接包含了機械設計理論知識。通過數控平臺系統設計實現理論與實踐之間的結合。

三、課程教學實施

基于項目結合的教學方法，在項目實踐中掌握相關知識與整個系統的設計方法。整個教學環節中主要包含計劃書的制訂、具體實施與教學評估三個階段，從整個系統的設計，使學生認識實際項目的研發流程，并在研發過程中體會相關知識的融會貫通，使學生構建相關知識體系。

（一）項目計劃書的制訂

在理論知識講解完之后，由教師下發速度控制或位置控制的項目計劃書，在計劃書中提出相應的設計要求設計參數、以及最終的設計指標，同時在項目教學中體現教學意義和教學目的。項目設計過程中采用獨立完成的形式，每位同學都會拿到不同的設計任務。拿到計劃書之后學生需完成搜集資料、查閱目前的研究現狀、計算相關參數、選擇控制系統、控制算法、相關信息處理的方法以及說明書的撰寫等工作[4]。

（二）任務提出與問題驅動

根據計劃書中的任務要求，在基礎知識講解完成的基礎上由學生獨立完成傳動機構的選型、減速器類型、預緊方式、支撐方式等的選擇，并由學生自由展開研究設計實踐。在完成機械部件的選型與設計之后，確定相應的控制算法、驅動方式、控制器的選擇以及相關電路設計。在完成整個項目設計后，總結相關技術知識與技術重點難點，并作相應的結題報告。

（三）課程評估方法

根據學生完成情況，檢查相關任務是否完成，并將各位同學的工作量算入評估體系，由學生的項目完成情況，邀請教研室各專業老師進行討論研究，從而給出學生的最終成績。成績評定方法采用彈性評定的方式，允許有學生有部分未完成，但要求研究必須透徹，并提出相關難點，經討論所研究內容是否在其能力范圍之內。

四、結束語

文章結合《機電一體化系統設計》的課程特點，提出來基于項目結合的教學方法，以機電數控平臺設計為項目研究，建立了課程的教學內容體系。通過項目實踐教學，建立學生的學習興趣與知識融合能力，教學過程中學生由客轉主，以學生為中心，構建學生的機電系統設計知識體系。實踐表明，該方法取得了較好的教學效果，有一定借鑒價值。

參考文獻

[1]李琦，王基，等.《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]王田苗，陳殿生，等.《機電控制基礎》一體化項目教學實踐[J].北京航空航天大學學報，2008，21（6）：77-80.

[3]趙鳳.項目教學法在《機械基礎》課中的應用職業技術教育[J].2006（20）：63-64.

[4]陳英俊，黃崇林.面向卓越工程師培養的機電一體化設計基礎課程建設與教學改革[J].中國現代教育裝備，2012，1：56-58.