機電控制類課程群建設的研究與探討

張煥梅

[摘 要]機械電子工程專業主要研究機電系統的設計、制造過程，重點是將微電子技術、控制、電子工業及計算機科學等相關領域的技術應用于機電系統的開發過程中。課題組基于機電控制類課程復合性及實踐性較強的學科特點，結合我校專業特色，對機電控制類課程群中所涵蓋課程的教學內容進行整合與優化，對教學組織形式及實踐教學等進行研究與探討，建立完善的課程群建設框架，對基于一般本科院校的機械電子工程專業機電控制課程體系改革進行了有益的探索。

[關鍵詞]機電控制；課程建設；教學改革

[中圖分類號] G642.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）08-0073-03

機械電子工程專業是工程科學的一個跨學科專業，也稱為機電一體化，是機械制造、電子工程及計算機科學等多學科交叉融合后形成的。機械電子工程專業主要研究機電系統的設計、制造過程，重點是將微電子技術、控制、電子工業及計算機科學等相關領域的技術應用于機電系統的開發過程中。雖然各高校機械電子工程專業的專業設置、具體方向及培養重點不盡相同，但基本都把能從事機電系統的研究、設計等工作的高級復合型工程技術人才作為其培養目標。[1]在實際工程應用中，機電系統早已廣泛應用于我們的日常生活中，現代工業生產為了提高生產效率及產品質量，大規模采用了自動化生產制造技術，即機電系統一體化控制技術。機電控制系統作為自動化生產制造技術的核心，已經成為現代工業不可或缺的有機組成部分。近年來，我國出現了種類繁多的計算機控制的機電生產設備，因此，社會對機械電子工程專業人才的需求量與日俱增，尤其是對能解決生產一線諸多復雜問題的應用型人才的需求更為迫切。所以，具有完整的機電控制技術知識結構，并能恰當地應用機械對象或系統，對于現代機械電子工程技術人才來說十分重要。本文較為系統的從機電控制類課程群的相關建設方面進行了探討。

一、當前機械電子工程專業教育存在的問題[2][3]

當前機械電子工程專業教育存在的主要問題是無法真正體現機電融合。機械電子工程專業發展之初，僅僅只是機械工程的一個專業方向或重點課程，目前在大部分高校均屬于新建專業，在專業建設過程中，往往是在機械或電氣的基礎上形成的，因此，雖經過幾十年的發展，仍然存在不少問題，如在課程設置上，偏重機械或電氣的現象比比皆是。

機械電子工程專業建設目標是為社會培養具有綜合創新能力的學生，以滿足社會發展需要。培養具有綜合創新的能力就必然要在課程體系中體現出綜合性、應用性的專業特點。對比現在的培養體系，目前存在的主要問題有以下幾點：

首先，機械電子工程專業是多學科交叉融合的產物，在課程設置上也應如此。而受歷史影響，有的院校偏重于電類方面，有的院校則偏重于機械方面，在課程設置上一般采用二者相疊加的方式，這種課程體系的安排使學生負擔比較重，教學內容難以突出重點，尤其是跨系部課程設置容易出現前行或后繼課程知識無法銜接的問題。

其次，以課程為中心的設置方式，使得每一門課程都追求自身完整以試圖形成一個相對完整的知識體系，從而導致課程間缺乏配合，使課程之間存在大量的知識重復，使課程理論性較強但知識結構的融合度不高，既影響課時的合理安排，又不利于加強學生的實踐創新性訓練。

另外，以設備為中心的實踐基地建設，由于人事制度的相對落后，一般只強調購買設備，而忽視了實驗教師的配備與培訓，且學生對上實踐課的積極性并不高，造成實驗報告抄襲等現象較為嚴重，所有這些都嚴重影響了學生專業技能和工程實踐能力的訓練效果。

二、機電控制類課程群教學現狀及存在問題

課程建設歷來是高校教學改革的重要方面。因此，正確認識、理解并建設課程群，對于高校建設具有相當重要的意義。對于課程群的概念，許多學者從課程群的課程規模、建設目標等方面提出了諸多不同的見解，其核心思想認為課程群是把具有服務于相同應用目的的不同課程組合在一起，形成一個“集合”，從而系統地進行講授和學習，這些課程彼此的教學內容并不重復，各相關知識點之間存在一定的關系，其實驗實踐環節是循序漸進的。[4]

我系機械電子工程專業所涵蓋的機電控制課程群包括：機械控制工程基礎、單片機原理與應用、PLC控制技術、機電傳動與控制、數控接口技術、機電一體化系統設計及機械系統計算機控制等，課程內容涉及電類知識、計算機應用、控制及機電接口技術等方面。

近幾年在培養計劃的執行過程中，主要存在以下問題：

（一）課程體系不完整，部分課程內容設置重復

課程群下各相關子課程，一般由不同的教師甚至不同學科專業背景的教師講授，這樣，雖然教師在各自的學科有較深的造詣，但因教師之間缺乏必要的交流和溝通，又不方便集中備課，造成各講各的，各自為政，使相關課程之間缺乏連貫性和整體性，造成部分課程內容重復或銜接不緊密，這樣，既增加了學生負擔，又使得教學效果不佳。[5]而機電控制系統則是一項復雜的系統工作，是將理論分析和工程實踐相結合的綜合過程，涉及控制原理及設備、檢測技術、工藝設備等知識，包括建立被控對象的數學模型、確定控制系統性能指標、根據性能指標選擇執行機構并確定相應的控制器及其外圍芯片等工作，最后還需完成系統硬件設計和軟件設計。所以，如果不能將課程群下各子課程甚至是各課程群之間有機地組織起來，培養目標就很難實現。

（二）實踐環節效果不理想，實踐教學水平亟待提高

各相關課程實驗項目的設置以驗證理論課程為主，并沒有突出培養目標，不能體現前行課程及后繼課程的銜接關系與知識結構，對學生知識應用引導不足，對學生創新能力訓練欠考慮，造成學生不能把所學知識融會貫通。同時很多實踐環節僅服務于某一門理論課，并不是根據生產實際設計的實踐項目。因此，雖然當前的實踐環節也能起到一些實踐訓練效果，但實踐環節的設置并沒有服務于“培養機電類復合型人才”的培養目標。endprint

（三）理論和實踐環節脫鉤

傳統的實驗課具有一定的局限性，很多實驗課依附于理論課設置，只是為了驗證理論的正確性而設置，學生做實驗僅僅是照搬照抄理論范例，并沒有實際掌握設計創作的過程，很難培養學生的綜合創新能力。同時很多實踐環節因陋就簡，把一些需要上機器做的訓練改成圖紙練兵，把一些需要實際加工成產品的實驗改成了模擬仿真。這樣做雖然取得了一定的實踐效果，但很難達到培養方案提出的訓練效果，使學生不能從機械結構、電機驅動、電氣及機械傳動和軟硬件接口等方面接受到綜合訓練，從而很難提升學生的工程設計能力及創新能力。

三、機電控制群課程改革措施

針對我系實際存在的問題，課題組在充分調研、討論的基礎上，重新修訂了教學大綱和教學計劃，并做了以下改進：

（一）調整課程設置，對課程內容整合優化

機電控制類課程群的首要問題是如何構建一個科學、高效的課程教學體系。因此應面向工程應用，依據適用性原則構建課程內容體系，不盲目追求內容的先進性，確保學生能高效的掌握機電工程所必需的知識并應用于機械電子工程實際。基于這一思考，課程組在進行了廣泛調研的基礎上，結合我系實際情況，根據機電控制群相關課程內容之間的聯系，針對課程先行、后續及側重點等方面，對課程體系及課程內容進行了整合及優化。如在機械控制工程基礎和機械系統計算機控制課程授課過程中，弱化理論演繹，對公式的應用實行“拿來主義”，簡化公式推導，突出對學生分析問題、解決問題和綜合運用課程知識的能力培養。例如，關于數學基礎知識的銜接問題這樣處理：先開設的機械控制工程基礎主要介紹拉氏變換，而Z變換則在隨后開設的機械系統計算機控制中來介紹。再如存儲器擴展在數控接口技術和單片機原理與應用中均有涉及，經討論決定前者重點介紹全地址譯碼，強調譯碼電路設計及譯碼器的應用等內容；而后者從單片機應用角度出發，以線選法為主要介紹內容，強調線選法工作原理。

（二）改革實驗內容，增設課程間綜合性實踐環節，注重實踐能力的培養

在實驗教學方面，應轉變實驗設計思想和改變設計方法、考核要求。首先，應改革實驗內容，增加綜合性、設計性實驗的比例。[6]這樣的實驗項目具有教學實驗與工程背景相結合的特點，對培養學生工程意識、訓練工程能力有很好的效果。其次，在具體教學組織過程中，應充分重視實踐環節，尤其是體現課程間知識聯系及應用的一些綜合性實踐環節，讓學生帶著問題來學習，從而激發學生的興趣。如學生學習完單片機原理與應用、PLC控制技術后，會進行機械系統計算機控制和機電一體化系統設計課程的學習，課程之間的連貫性比較強，學習中可引導學生提出問題：如何設計一個性能優良的控制系統？可選用什么樣的控制器對機電系統進行控制？如何進行硬件電路的設計及軟件程序的編制？如何選擇電機及相應的驅動芯片？對于同一個典型機電系統，可以有幾種實現方案？從控制器、驅動裝置直到執行機構的選擇，可以有幾種組合？學生通過不同方案的實施，可相互交流，分析比較。這樣，對于同一個典型機電系統，從簡單到復雜有無限多的實驗實踐空間，在采用分層次教學的情況下，在學生掌握基本教學要求的基礎上，給學有余力的學生提供了更多的選擇空間。在內容講授上，從易到難，從簡單到復雜，從單一到綜合，使學生充分掌握并自我運用知識，達到自己檢查知識掌握應用的效果。通過這樣的學習，各門課程在學生的頭腦中能夠融會貫通，從而取得事半功倍的效果。同時，學生通過不斷提出問題、解決問題，一方面在學習的過程中提高了理論學習的積極性與主動性，另一方面對將來所從事的行業及工作環境等也有了一定的認識。[7]最后，對實踐環節的考核方面，應重過程而輕結果，成功的經驗雖值得提倡，但失敗的教訓對學生的成長影響則更為深遠。總之，應通過理論—實踐一體化的學習過程，提高學生實踐能力。

（三）開放實驗室，適度加大校外實踐

機電控制課程群的鮮明特點在于：理論學習和實際解決問題之間差別比較大，大部分學生往往即使理論學習效果很好，但在跟工程實際結合解決問題時也會出現無從下手的局面。究其原因，跟實驗學時少、學生對實驗內容設置及對實驗設備的熟悉程度等有一定關系，因此，實驗室的開放式管理勢在必行。此外，“上生產線下工廠”的教學模式是最能體現學校人才培養與行業企業人才和技術創新需求相對接的。因此，在修訂2016年教學大綱時，我系邀請企業相關人員參與討論，把復合型、應用型人才作為培養目標，重點培養學生如何應用相關知識、如何解決實際問題等能力。另外，我們也加強了深度校企合作方式，如聘請有豐富實踐經驗的企業技術人員指導學生在企業做畢業設計；通過課程置換等方法使部分實踐環節全部在企業中完成；把合作企業作為依托構建校內外實驗、實習基地等。總之，要將企業引入實踐環節的教學中來，以提高學生的實踐效果。

四、結語

基于“學校培養目標及人才”的教育理念，結合現代機械電子工程技術發展對人才的知識結構（機電）、能力結構（科學研究—工程實踐）、綜合素質（學習能力、應用能力）等方面的要求，課題組構建了“機電控制類課程群體系”，提出建設課程群的關鍵是整合課程體系，設置課程間綜合性實踐環節。同時在傳授傳統知識的同時，更注重機與電的有機結合，注重相關課程的銜接問題，注重培養學生在機電產品及系統方面的創新意識與應用能力。

為了提高機電控制類課程群教學效果，提出了課程群理論與實踐教學的一些改革措施，利用課程內容上的關聯性相互支撐和強化，使課程群結構整體優化。該方法緊跟機電控制課程的最新進展，體現了我系機械電子工程專業特色，努力使我系機械電子工程專業學生符合應用型復合型人才的培養目標。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 邱自學，姚興田，王君澤.機械電子工程專業人才培養模式及其課程群建設[J].機電工程，2005（12）：60-63.

[2] 胡天翔.機械電子工程專業教學研究與人才培養模式探索[J].科技創新導報，2013（30）：102-103，105.

[3] 唐宏賓，吳康雄，李旭宇，賀湘宇.一般本科院校機械類專業機電控制課程體系改革實踐[J].時代教育，2013（11）：6.

[4] 張景森，杜振川，周俊杰，等.高校課程群建設理論與實踐中的幾個問題[J].現代教育科學，2015（5）：64-69.

[5] 胡偉蓉，楊婭君，傅曉煒.高校機電一體化課程群實驗教學改革的研究與探討[J].中國現代教育裝備，2007（12）：74-75.

[6] 陸鳳儀，徐格寧. 機械設計制造及自動化特色專業課程群建設的探索與實踐[J].高教論壇，2013（1）：18-20.

[7] 趙海霞，宇海英.機械類應用型人才培養的課程體系與教學改革[J].科技資訊，2015（7）：171-172.

[責任編輯：鐘 嵐]endprint