機電一體化系統課程教學(xué)改革研究論文

　　摘要:為了應對工程教育認證的需要，從工程實(shí)際需求出發(fā)，分析和討論機電一體化系統設計教學(xué)現狀和存在的問(wèn)題，圍繞課堂教學(xué)內容、實(shí)驗、考核和教學(xué)方法進(jìn)行教學(xué)改革探究。

　　關(guān)鍵詞:工程教育；專(zhuān)業(yè)認證；機電一體化系統設計；教學(xué)改革

　　1前言

　　為了促進(jìn)機械專(zhuān)業(yè)的跨越式發(fā)展和國際化進(jìn)程，進(jìn)一步提升機械設計制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的教學(xué)質(zhì)量、社會(huì )聲譽(yù)和國際視野，促進(jìn)本科畢業(yè)生的國際交流，為工程師執業(yè)資格認證奠定基礎[1]，從2013年下半年開(kāi)始，貴州大學(xué)機械工程學(xué)院機械制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)開(kāi)始著(zhù)手準備進(jìn)行工程教育認證，于2014年順利通過(guò)該認證。在以“認證”為目標，不斷促進(jìn)教學(xué)改革的過(guò)程中，全院教師始終堅持以能力為導向，重在加強學(xué)生的培養質(zhì)量和利用學(xué)科知識分析解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力[2]；同時(shí)以學(xué)生為中心，以不斷優(yōu)化和改進(jìn)的培養目標和畢業(yè)要求，建立、建設優(yōu)質(zhì)的課程體系和師資隊伍，配備必要的教研設備。在“迎接認證”、不斷改進(jìn)的過(guò)程中發(fā)現一些專(zhuān)業(yè)課程存在的問(wèn)題，以培養目標和畢業(yè)要求的工程性不強為代表，主要體現有教學(xué)內容缺乏實(shí)際工程拓展，課程教學(xué)方法有待拓寬，特別是工程實(shí)踐能力的培養還需要進(jìn)一步加強。機電一體化系統設計作為機械電子工程方向一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)課，亟待相關(guān)教學(xué)改革，以適應工程教育認證的要求。

　　2現狀與問(wèn)題基本現狀

　　機電一體化系統設計是機械制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)機械電子工程方向的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)課程，目的是培養學(xué)生對機電一體化系統的應用和設計能力，掌握機械系統元部件設計和微機控制系統及其接口設計方法，培養機電結合的專(zhuān)門(mén)人才。本課程的基本任務(wù)是使學(xué)生掌握對機電一體化系統的分析應用和設計基本方法。該課程涉及的機械傳動(dòng)部件、電機、微機接口技術(shù)和機電一體化設計思路等，可以說(shuō)是對本專(zhuān)業(yè)前期所學(xué)專(zhuān)業(yè)課程進(jìn)行融合、需要實(shí)踐深入消化和提高認識的一個(gè)重要環(huán)節。并且貴州大學(xué)機械工程學(xué)院不僅是機械電子工程方向開(kāi)設本課程，機械制造和農業(yè)機械化專(zhuān)業(yè)方向也開(kāi)設了本課程，學(xué)生普遍反映教學(xué)枯燥，工程實(shí)踐性不強，部分知識無(wú)法理解。為了使機電一體化系統設計課程與“工程教育認證”要求相適應，更好地幫助學(xué)生掌握本門(mén)課程知識內容和加強工程實(shí)踐能力培養，達到學(xué)以致用的目的，需要對機電一體化系統設計課程的教學(xué)內容和方法進(jìn)行改革研究。主要存在的問(wèn)題貴州大學(xué)機械工程學(xué)院于21世紀初開(kāi)始在機械電子工程專(zhuān)業(yè)方向的本科班開(kāi)設機電一體化系統設計，隨著(zhù)十多年教學(xué)經(jīng)驗的積累，已形成一套較為完善的教學(xué)方案和體系。但是隨著(zhù)技術(shù)的不斷革新，社會(huì )和工作崗位對學(xué)生要求的不斷提升，越發(fā)覺(jué)得本課程的傳統教學(xué)中存在一些問(wèn)題，主要表現在以下幾個(gè)方面。1）教學(xué)內容陳舊，過(guò)于側重機械結構的講解。通過(guò)工程教育認證評估，充分和企業(yè)溝通后，發(fā)現一些課程所教授的內容和技術(shù)已經(jīng)在當下機電產(chǎn)品中被新技術(shù)所取代。另外，由于在教授本課程前有單片機原理、接口技術(shù)和機械控制工程等課程，在機電一體化系統設計的教學(xué)中都會(huì )以典型機電系統的傳動(dòng)結構為主，使“機”和“電”在教學(xué)過(guò)程中不能充分結合。2）實(shí)驗教學(xué)設施不足，實(shí)驗內容受到限制。本專(zhuān)業(yè)擁有的機電一體化教學(xué)設備較少，有的僅僅停留在十字工作臺、單片機和傳感器方面，對于機電系統的穩定性和優(yōu)化部分的實(shí)驗暫時(shí)空缺，這不利于學(xué)生提高感官認識。3）教學(xué)方法單一，缺乏與工程實(shí)際的聯(lián)系�，F有教學(xué)基本上是以課堂教學(xué)為主，輔以少量實(shí)驗，大多采用講授法通過(guò)多媒體教學(xué)平臺進(jìn)行授課，而且大多是紙上談兵，課程教學(xué)與實(shí)驗教學(xué)同工程實(shí)踐聯(lián)系甚少，與“工程教育認證”的要求存在差距。4）學(xué)生反映學(xué)習難度大，應用能力不強。在教學(xué)過(guò)程中，一些學(xué)生反映部分知識點(diǎn)難以理解，不清楚這些知識能“干什么”，能解決什么問(wèn)題。另外，從考試反饋來(lái)看，學(xué)生對綜合應用機電技術(shù)的能力還有待提高，特別是不能將一些來(lái)自工程實(shí)際的問(wèn)題和書(shū)本知識結合起來(lái)分析。

　　3教學(xué)改革教學(xué)內容的改革

　　1）樹(shù)立“機電結合”的系統教學(xué)思路。機電一體化的目的是提高產(chǎn)品或系統的附加價(jià)值，實(shí)現多功能、高效率、高可靠性、省材料、省能源，并使產(chǎn)品結構向輕、薄、短、小化方向發(fā)展。因此，機電一體化的研究方法不能只是簡(jiǎn)單拼湊，應該從系統設計方案開(kāi)始到各元部件選擇到系統最終成形的全過(guò)程，都要貫徹系統設計的思想[3]。機電一體化系統設計課程的教學(xué)也是如此。在課程講述過(guò)程中，如果只是根據教材的章節順序進(jìn)行講解，會(huì )在學(xué)生腦海中形成一個(gè)個(gè)的知識孤島。因此需要將整個(gè)課程用幾個(gè)典型案例把所有章節貫穿起來(lái)，做到前后呼應。如在教學(xué)“機械結構”中的“機架和支撐穩定性”時(shí)，可以和“元部件特性分析”中的“靜、動(dòng)態(tài)特性分析”結合起來(lái)，在講機械結構時(shí)就引入控制工程中的一些知識點(diǎn)。另外，教材的最后一章有很多案例，可以根據這些案例的特點(diǎn)，將其穿插進(jìn)前面的章節講解，在講授每一部分內容時(shí)都結合案例，并將系統設計方法融于其中，不僅利于學(xué)生對知識的掌握，還可以舉一反三、加深理解。2）選擇性地介紹章節重點(diǎn)。要有選擇性地介紹機電一體化各組成部分。對于機械系統部件，要重點(diǎn)講解傳動(dòng)原理和典型結構，一些特殊的部件可以留給學(xué)生自學(xué)。對于執行元件和控制器由于在先修課程中有所學(xué)習，因此對其基礎知識不做詳細介紹，重點(diǎn)內容放在典型元件特性及其驅動(dòng)和接口部分。這樣既可以避免使學(xué)員因重復學(xué)習而失去興趣，又可以有更多的時(shí)間放在牢固樹(shù)立系統的觀(guān)點(diǎn)，深入理解組成機電一體化系統的各構成要素之間的關(guān)系。3）以“看得見(jiàn)、摸得著(zhù)”的機電產(chǎn)品為突破口。要更多地從教學(xué)團隊科研真題和本地企業(yè)合作項目尋找典型案例，讓更多的案例“看得見(jiàn)，摸得著(zhù)”。一方面可以帶領(lǐng)學(xué)生參觀(guān)企業(yè)，另一方面要鼓勵一些教師展示機電一體化方面的科研樣機，讓學(xué)生可以直接參與教師科研課題。同時(shí)要及時(shí)更新案例，給學(xué)生展示最新的技術(shù)和產(chǎn)品，了解機電一體化產(chǎn)品的前沿；還要充分給予成績(jì)較好者學(xué)習空間，特別是對于一些比較復雜或精度要求高的運動(dòng)定位控制和智能控制,可以讓學(xué)生結合學(xué)過(guò)的自動(dòng)控制理論知識設計運動(dòng)控制算法，為研究生階段的學(xué)習做準備。教學(xué)方法的改革教學(xué)方法是教學(xué)過(guò)程的核心，教師的教學(xué)方法一定程度上決定了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生對知識的吸收情況。傳統的教學(xué)方法是教師根據課程教學(xué)大綱的要求，在課堂上為學(xué)生講解教學(xué)大綱上規定的教學(xué)內容，按部就班地向學(xué)生灌輸知識，學(xué)生完全處于被動(dòng)學(xué)習狀態(tài)，教學(xué)效果大打折扣。為了有效提高學(xué)生積極性和學(xué)習主動(dòng)性，可以將課堂講授、討論、開(kāi)放性實(shí)驗和實(shí)地參觀(guān)結合起來(lái)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣、學(xué)習主動(dòng)性和培養學(xué)生的創(chuàng )新意識和能力。例如：在介紹“滾珠絲杠”和“導軌副”時(shí)可以將實(shí)物拿到課堂上，先拋出問(wèn)題并讓學(xué)生進(jìn)行拆裝，再讓學(xué)生分組討論結構特點(diǎn)和問(wèn)題，最后有針對性地講解難點(diǎn)和強調重點(diǎn)內容；“單片機與接口技術(shù)”的講授可以開(kāi)設開(kāi)放性實(shí)驗，提供單片機平臺，讓學(xué)生自行設計開(kāi)發(fā)單片機控制系統，并要求演示；在講解“機電一體化系統的元、部件的特性分析”時(shí)可以開(kāi)展上機實(shí)驗，結合MATLAB軟件仿真模塊，讓學(xué)生產(chǎn)生直觀(guān)認識。課程實(shí)驗的開(kāi)設“工程教育認證”的核心就是要確保畢業(yè)生達到全球行業(yè)認可的機械工程從業(yè)人員基本要求。因此，為了讓學(xué)生更好地掌握機電一體化系統設計相關(guān)基礎理論和提高學(xué)生的創(chuàng )新意識與工程實(shí)踐能力，提升畢業(yè)生的機械行業(yè)從業(yè)能力，需加強本課程的課程實(shí)驗建設。首先，要整合現有校內實(shí)驗資源。本課程綜合性強，很多實(shí)驗需要和其他課程實(shí)驗結合起來(lái)，如與機械傳動(dòng)、微機原理和控制工程等課程。其次，要積極構建新實(shí)驗平臺。特別是機電一體化典型系統的實(shí)驗平臺方面，亟待購置新設備，開(kāi)發(fā)新實(shí)驗。最后，可以整合校外合作單位實(shí)驗資源，開(kāi)設一些與工程實(shí)踐緊密結合的課程實(shí)驗和基于仿真軟件的系統穩定性分析實(shí)驗�？己朔绞降母母锉菊n程各章節具有一定獨立性，涉及機械和電子技術(shù)各個(gè)方面。針對此特點(diǎn)，考核方法應該重在應用與綜合，不應以識記為主，所以考試形式由原來(lái)閉卷改為開(kāi)卷。這樣可以減輕學(xué)生考試壓力，把學(xué)習的重點(diǎn)放在知識的應用和解決實(shí)際問(wèn)題的能力訓練上�？己丝梢圆捎迷嚲恚ㄩ_(kāi)卷）、實(shí)驗、報告或者作品（機電一體化系統）等多種形式，加大實(shí)驗環(huán)節和平時(shí)表現的成績(jì)占比，解決了實(shí)際問(wèn)題或提出了創(chuàng )新方法就可以獲得高分。

　　4結束語(yǔ)

　　隨著(zhù)科技的發(fā)展，機電一體化系統設計課程所涉及的知識和技術(shù)發(fā)展尤為迅猛，而且所涉及的知識面非常廣，因此要滿(mǎn)足工程教育的認證要求，就必須從教學(xué)內容、教學(xué)方式、教學(xué)方法等方面都進(jìn)行改革創(chuàng )新。在教學(xué)內容上強調以系統設計方法為主線(xiàn)，在教學(xué)方式中重視培養學(xué)生的學(xué)習興趣，努力拓展課程實(shí)驗，不拘泥于考核形式。這些變革將會(huì )更進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，最大限度地提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，達到工程教育認證的要求。

　　參考文獻

　　[1]蒲彧.美國工程學(xué)士能力培養研究[D].大連:大連理工大學(xué),2010.

　　[2]崔軍.回歸工程實(shí)踐:我國高等工程教育課程改革研究[D].南京:南京大學(xué),2011.

　　[3]郝娟,肖定國,賈玉平.《機電一體化系統設計》課程教學(xué)改革探討[J].教育教學(xué)論壇,2012(36):29-30.

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