針對工業工程專業的“機電一體化系統設計”課程教學探討

李俊偉　袁昌富　魏敏　羅昕

摘 要：文章針對工業工程專業的機電一體化系統設計課程學時少、學生幾乎是“零基礎”等問題，結合機電一體化系統設計課程教學的內容和特點，總結教學過程中發現的困難、不足，通過對教學內容、方法等方面的分析探討，提出一些針對工業工程專業的課程教學想法與建議，旨在提高教學效果和人才培養質量，為今后機械制造基礎課程教學提供思路，并為今后該課程的教學質量監控體系的構建提供前期基礎。

關鍵詞：“機電一體化系統設計”;工業工程;課程教學

“機電一體化系統設計”課程是機電類各專業必修的主干基礎課程，在各高等工科院校人才培養環節中有著重要的地位[1]。該課程的主要特點是指引學生以系統角度看問題，培養學生的全局性思維觀，將機械、電子等系統耦合因素看作一整體，去學習與理解機電一體化產品的通用規律及特點，掌握其設計理論、設計方法與設計技術，從通用機電化產品設計技術的學習中培養學生創新設計新機電產品的能力[2]。目前，機電一體化課程包含“機械部件與執行元件”“接口技術”“機電有機結合”“工業機器人”四部分內容，以及機電一體化綜合實驗課程。筆者所在的石河子大學機械電氣工程學院近年對工業工程專業開設該課程，屬于專業選修課。根據學校教學學科建設的需求與安排，由筆者承擔工業工程專業的“機電一體化系統設計”的課程教學任務，由于該課程涉及面廣，因此需要學生具備前期的專業知識，如機械設計、機械制造、電子電工技術、微機原理、電路控制、計算機技術等相關知識[3]。對于工業工程專業的學生來說，由于相關知識缺乏，導致實際教學過程中出現了不少問題。筆者依據在實際教學過程中遇到的問題以及對應用型本科院校人才培養目標的理解，提出了一些思考與建議，旨在提高課程教學效果，并為該課程質量監控體系的構建提供前期基礎。

一、課程教學現狀分析

本課程的教學對象是工業工程專業大四的本科學生，教學對象是一個專業兩個自然班，根據教學大綱要求，該課程在學生所學專業課的基礎上，以實例介紹的形式為主，從機械電子結合的角度介紹機電一體化的主要研究內容及應用領域，通過國內外關于機電一體化系統最新研究成果的介紹，學生既能了解到本學科的前沿知識，又能逐步培養科學研究的能力，為畢業設計進行相關題目的研究打下良好基礎。通過教學實踐發現，課程教學出現了不少問題，主要體現在如下幾個方面。

1.機械或機電專業知識缺乏問題

工業工程專業本身屬于管理類的專業，因此，該專業的學生機械方面的知識背景缺乏，機電一體化系統設計課程所涵蓋的專業知識面較廣，對相關先修課程的依賴性很強，對學生的專業相關知識面要求較廣，要求學生學習的專業基礎知識眾多[3][4]。對于工業工程的學生來說，該課程只有32學時，所授知識卻遠超規定學時內的知識，這對學生來說，上課仿佛在走馬觀花，完全處于似懂非懂狀態，致使學生學無興趣，教師教無動力，筆者發現這是影響教學質量的主要原因之一。

2.課堂教學問題

由于課時的限制，再者，該課程具有很強的實踐性和應用性，而教師只能在教室內以PPT的形式進行課堂講授，很多教學內容被濃縮、簡化甚至忽略不講，教師把主要精力放在按規定學時把所有的教學內容灌輸給學生，偏重課程知識、內容孤立傳授，學生在課堂上基本處于被動接受的狀態，不利于調動學生的學習積極性、主動性，教學效率不高。

3.實踐課設置問題

本課程授課對象為正處于開始專業基礎課學習的大四學生，學生都處在找工作的狀態中，加上缺乏實踐經驗和機電產品設計等的感性知識以及課程學時的限制，學校不安排實踐課環節，學生在課堂上接收的知識無法通過感性或直接的實踐來鞏固，直接導致學生運用所學知識解決、分析實際問題的能力缺乏。

二、課程教學探討

上述問題是筆者在實際教學過程中總結而得，結合課程內容的特點，筆者從充分利用專業相關性，優化教學內容與結構，合理選擇教學方式與方法等方面入手，解決工業工程等非機械類專業的課程教學的主觀和客觀問題，從而改善教學效果，提高教學質量。

1.加強專業知識的指導，激發學生的興趣

因地制宜，從主觀找解決問題的辦法。由于工業工程的學生對機電類專業知識的缺乏，因此，筆者認為授課教師要切實根據課程內容有針對性地布置課前預習作業方式，并把預習作業完成程度作為考核計入總成績，督促學生利用課后時間理解吸收本課程的知識點，并不斷提高學生的基礎及專業水平。同時教師課下應多了解他們的興趣點，并積極夸獎他們的學科精神，積極跟學生溝通，及時抓住學生的興趣點，以期結合學生的興趣點進行授課，從而有利于課堂教學的積極有效進行。

2.優化課程教學內容

由于“機電一體化系統設計”課程具有內容多、專業面廣等問題，因此在本專業培養目標指導下，教師對該課程的內容進行針對性的分解，可以優化教學內容[5]：刪減控制基礎、測試基礎、單片機原理等部分講解內容，把這些內容放到課后要求學生復習鞏固;增加系統總體設計、動態特性、機電有機結合分析與設計等部分內容的講授比重;并從系統性大角度給學生展示設計過程，讓學生的基礎及專業水平得到提高。然后，大膽改革教學方式，提高教學實效。在新工科背景下，教師要不斷更新教學理念，大力倡導研究性學習理念[6]，以學生為主體，通過學生自由探索研究，利用形式多樣的研究性學習手段，讓學生在自主中學到基本知識，在問題和項目綜合學習實踐中得到鍛煉，提升學生解決問題和思考問題的能力，激發學生參與創造性活動的熱情。

3.多種教學方式并用

在對課程部分章節進行教學內容優化后，教師要根據該課程內容的特點，大力開展因內容而異的多媒體、課堂分析討論、案例教學[7]、現場工程教學等多種方法結合的教學活動，學生沒有機電類相關基礎，那么在教學中應盡量多找些視頻教學資料來彌補一些感官的教學內容，加深學生的學習，通過在課堂上完整講解一個具體案例，從機械結構設計、執行驅動、傳感檢測、信息處理等環節，讓學生掌握機電產品一體化設計的要點和具體思路[8]。同時，組織學生對每個環節出現的關鍵問題進行小組討論，并讓每個學生發表自己的建議與看法，形成人人參與、人人思考的學習氛圍[9]。教師結合研討式教學，讓學生自主學習，遇到問題學會自己先解決。教師可以以小組為單位，進行研討式教學，讓學生課后獨立完成一個專題，第二次上課時以小組的形式給大家匯報，教師點評，其他學生提問。這樣的教學方式不僅能有效培養學生的興趣，而且還能幫助學生培養團隊合作意識，讓學習變得主動起來。

4.創造條件，引導學生課后自主學習與提高

以教師為主導，在學院已有的客觀條件下，努力探索課外培養學生創新實踐能力的模式。由于課時少，不安排實驗課教學實為不妥，但是，在實際教學過程中，筆者方面在保證安全的前提下，安排并鼓勵學生去本地企業進行自主參觀學習。另外，綜合實踐環節、實訓環節，以工程案例為導向，不斷提高學生的積極性和主觀能動性。將學生以小組的形式分配到非標準自動化設備產業企業，以企業主導產品為對象，完成從產品的方案確定、三維建模、工程分析、工藝設計到最后的裝配調試系統訓練。在實際教學中，教師要注意充分發揮學生的能動性，通過學生自由探索研究，開展形式多樣的研究性學習，讓學生在自主中學到基本知識，在問題和項目綜合學習實踐中得到鍛煉，提升學生解決問題和思考問題的能力。

針對工業工程等非機類專業學生在機電一體化系統設計課程學習中出現的問題，文章探討了必要的教學方法，并提出了相關教學改革措施。建議在培養學生的興趣的基礎上，針對性地優化教學內容，改革教學方式與手段，嘗試多種教學方法，以研究性教學為主導，激發學生的自主能動性，同時創造條件，讓學生自主學習，提高自身的工程實踐能力。

參考文獻：

[1]張建民.機電一體化系統設計（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2007.

[2]楊勇，曹自洋，朱其新，等.“機電一體化系統設計”課程教學中存在的問題與教學改進措施探討[J].科教導刊，2018（36）：103-104.

[3]丁孺琦，徐明，胡國良.工程教育認證背景下機電一體化系統設計課程改革[J].教育現代化，2018（22）：81-83.

[4][5]蘇再軍，黃艷香.機電一體化系統設計課程教學改革探討[J].時代農機，2017（10）.

[6][9]何亞峰，俞慶，黃志榮，等.“機電一體化系統設計”課程研究性學習實踐與探索[J].現代制造技術與裝備，2016（11）：189-190.

[7]陳成軍，李東年.機電一體化系統設計案例教學研究與實踐[J].大學教育，2017（9）：54-56.

[8]趙月靜，李紅彥，任有志，等.電梯案例教學在《機電一體化系統設計》課程中的應用[J].教育教學論壇，2017（35）：175-176.

作者簡介：李俊偉（1987—），男，石河子大學機械電氣工程學院講師，碩士，主要從事機械專業教學與科研工作。