機(jī)電一體化課程教學(xué)改革與實(shí)踐教學(xué)適應(yīng)性分析

◆劉啟航 安林超 王偉

機(jī)電一體化課程教學(xué)改革與實(shí)踐教學(xué)適應(yīng)性分析

◆劉啟航 安林超 王偉

機(jī)電一體化技術(shù)課程模塊的建設(shè)，通過圍繞機(jī)電一體化的教學(xué)定位，設(shè)置了為工學(xué)專業(yè)提升知識(shí)內(nèi)涵的課程內(nèi)容，呈現(xiàn)出滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)改造、科學(xué)研究需求的多方面課程內(nèi)容，并利用“實(shí)踐互動(dòng)模塊討論式”教學(xué)模式的采用及機(jī)電一體化“網(wǎng)絡(luò)案例”、實(shí)踐教學(xué)設(shè)備及校企結(jié)合的廣泛挖掘，營造師生知識(shí)學(xué)習(xí)討論和實(shí)踐應(yīng)用互動(dòng)的學(xué)習(xí)環(huán)境，促進(jìn)學(xué)生專業(yè)知識(shí)和機(jī)電一體化技術(shù)實(shí)際應(yīng)用能力的同步提高。

機(jī)電一體化技術(shù)；課程定位；教學(xué)改革；實(shí)踐教學(xué)

機(jī)電一體化課程是一門以精密機(jī)械技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號(hào)變換技術(shù)為一體并應(yīng)用到實(shí)際中去的高技術(shù)學(xué)科，是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的必然方向。為了適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的高層次發(fā)展，緊跟國際化科技的潮流，河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校機(jī)電專業(yè)在初創(chuàng)時(shí)期，特別強(qiáng)調(diào)“機(jī)電一體化技術(shù)”課程模塊的設(shè)置與教學(xué)，并且對(duì)于這種側(cè)重于實(shí)踐應(yīng)用和變化較快的課程內(nèi)容，為了能夠及時(shí)跟蹤學(xué)科的前沿發(fā)展，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)更具有時(shí)效性，還把它設(shè)置為機(jī)電一體化創(chuàng)新設(shè)計(jì)課程，并且選擇北京理工大學(xué)長(zhǎng)期從事機(jī)電技術(shù)學(xué)科教學(xué)和研究的張建民教授撰寫，高等教育出版社出版的《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》一書作為教材，借以促進(jìn)機(jī)電一體化技術(shù)課程教學(xué)中學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的激勵(lì)和教學(xué)教法的出新。

1 “機(jī)電一體化技術(shù)”教學(xué)課程的定位

把“機(jī)電一體化技術(shù)”課程設(shè)置為模塊化教學(xué)課程，不僅因?yàn)樗恰皺C(jī)械制造及自動(dòng)化”專業(yè)課程體系中的主干專業(yè)課程，而且對(duì)于這種機(jī)電一體化屬性的課程內(nèi)容，學(xué)生有興趣和渴望掌握相關(guān)領(lǐng)域前沿應(yīng)用的攝取能力，使其有助于今后的學(xué)習(xí)并及時(shí)為就業(yè)和機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用服務(wù)。在前期的相關(guān)課程教學(xué)中，學(xué)生對(duì)“機(jī)電技術(shù)類”課程踴躍選修，“全國大學(xué)生機(jī)械電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽”連年參與人數(shù)在百人左右，足以表明學(xué)生的這種興趣和渴望。

“機(jī)電一體化技術(shù)”課程作為機(jī)械技術(shù)與微電子技術(shù)的新興交叉學(xué)科，融合了機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、信息技術(shù)等多種學(xué)科的技術(shù)基礎(chǔ)，體現(xiàn)了“以機(jī)為主、以電為用、機(jī)電有機(jī)結(jié)合”的原則。因而，“機(jī)電一體化技術(shù)”課程的教學(xué)內(nèi)容，也要涵蓋機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域的全部技術(shù)基礎(chǔ)分支，使學(xué)生全面了解相關(guān)學(xué)科知識(shí)內(nèi)容，綜觀機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)?！稒C(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》一書被認(rèn)為是國內(nèi)機(jī)電技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域具有代表性的經(jīng)典論著之一，并在國內(nèi)許多本科類及高職高專類學(xué)校被用作教材或教學(xué)參考書。其具有較強(qiáng)的先進(jìn)性、實(shí)用性和權(quán)威性，具備了如上各個(gè)技術(shù)分支的理論基礎(chǔ)，內(nèi)容豐富、深入淺出、層次清晰、理論與應(yīng)用并重，能夠?qū)F(xiàn)代機(jī)電技術(shù)的原理、技術(shù)與應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，良好地引導(dǎo)學(xué)生對(duì)新知識(shí)的渴求。

《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》一書除了書本的課程內(nèi)容之外，還包括相關(guān)文獻(xiàn)參考資料電子版以及網(wǎng)絡(luò)鏈接學(xué)習(xí)材料的CD-ROM光盤，為學(xué)生提供了一個(gè)廣泛的學(xué)習(xí)空間。作為“機(jī)電一體化技術(shù)”課程教學(xué)的教材，它在提供了知識(shí)點(diǎn)齊全、難易度適中的課程內(nèi)容的同時(shí)，還為教學(xué)和學(xué)習(xí)提供了機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)實(shí)例，利于在教與學(xué)互動(dòng)過程中進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用的檢驗(yàn)和對(duì)機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的理解，獲得有益的教學(xué)效果。

為此，確定“機(jī)電一體化技術(shù)”課程教學(xué)的基本目標(biāo)定位：通過相關(guān)學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)和掌握，營造師生交流互動(dòng)的實(shí)踐應(yīng)用設(shè)計(jì)環(huán)境，促使學(xué)生系統(tǒng)了解機(jī)電技術(shù)學(xué)科知識(shí)，掌握機(jī)電一體化產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，鍛煉提高學(xué)生“機(jī)電有機(jī)結(jié)合”的實(shí)際應(yīng)用能力。

2 實(shí)踐討論教學(xué)模式的采用

實(shí)施機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)課程的實(shí)踐互動(dòng)模塊討論式教學(xué)，不僅能夠使學(xué)生在整體把握專業(yè)知識(shí)的同時(shí)獲得理論與實(shí)踐的互動(dòng)理解，鍛煉和提高機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的系統(tǒng)化思維及應(yīng)用能力，還將反過來促進(jìn)學(xué)生對(duì)先進(jìn)學(xué)科知識(shí)的興趣和追求。

機(jī)電一體化技術(shù)教學(xué)就是要營造一種實(shí)踐學(xué)習(xí)及系統(tǒng)應(yīng)用專業(yè)知識(shí)的環(huán)境和氛圍，但是它應(yīng)該完全不同于全實(shí)驗(yàn)的專業(yè)課程授課。當(dāng)前，一些教師的實(shí)踐互動(dòng)模塊討論式教學(xué)并未起到實(shí)際效果，不僅有教師教學(xué)方式的缺陷，還有學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)方式應(yīng)用的不足。因而，在這種實(shí)踐綜合應(yīng)用專業(yè)知識(shí)課程的教學(xué)中采用“侵入式”授課，勢(shì)必造成學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的思維理解滯后以及對(duì)知識(shí)點(diǎn)整體鏈接思維的障礙，從而影響師生課堂上的交流互動(dòng)，無法達(dá)到促進(jìn)學(xué)生積極學(xué)習(xí)的目的。為此，必須采用“實(shí)踐互動(dòng)模塊討論化”的方法，充分利用校內(nèi)機(jī)電實(shí)驗(yàn)設(shè)備，有序地為學(xué)生設(shè)置實(shí)踐互動(dòng)模塊討論式的教學(xué)環(huán)境，針對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)品功能模塊授課，達(dá)到學(xué)生對(duì)專業(yè)課程的逐步接受適應(yīng)和學(xué)習(xí)主導(dǎo)性的穩(wěn)步完成。

“實(shí)踐互動(dòng)模塊討論化”的機(jī)電一體化技術(shù)教學(xué)就是教育者努力創(chuàng)設(shè)互動(dòng)性、參與性的教學(xué)氛圍，讓學(xué)生“浸泡”于機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用的環(huán)境里，潛移默化地提高學(xué)生理論應(yīng)用于實(shí)踐的系統(tǒng)思維整合能力。為此，在“機(jī)電一體化技術(shù)”課程教學(xué)中，首先堅(jiān)持采用教材中的系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)，在機(jī)電一體化產(chǎn)品為背景的環(huán)境中以教材中機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例方法及結(jié)合科研成果構(gòu)建學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境，從而否定了采用課堂講義灌輸式授課的原始方法。在教學(xué)過程中，不僅利用教材內(nèi)容模塊式編輯課程教學(xué)課件，采用理論知識(shí)與實(shí)物對(duì)照的講解并設(shè)定互動(dòng)討論式交流，還發(fā)揮多媒體教學(xué)手段的作用，配備了動(dòng)畫及音頻的實(shí)例演示教學(xué)內(nèi)容，隨時(shí)提問和討論知識(shí)難點(diǎn)。為了達(dá)到與課堂教學(xué)的統(tǒng)一，延續(xù)課堂教學(xué)內(nèi)容效果，每次課后的習(xí)題作業(yè)要求學(xué)生針對(duì)機(jī)電一體化實(shí)例分組設(shè)計(jì)完成；并且實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容采用案例式介紹，實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求結(jié)合科研成果討論解決方案有所創(chuàng)新。最后采用理論閉卷考試（占總成績(jī)的60%）、課程設(shè)計(jì)（占總成績(jī)的30%）和平時(shí)討論的參與程度（占總成績(jī)的10%）三者結(jié)合考核，作為最終成績(jī)。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生參加機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽各種活動(dòng)，獲獎(jiǎng)人員的課程設(shè)計(jì)設(shè)定為優(yōu)秀（90分以上），使得學(xué)生對(duì)整個(gè)課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)都處于積極主動(dòng)之中。

通過這種教學(xué)方式，試圖培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)和應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)中了解和掌握如何“用機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理與方法去設(shè)計(jì)改造機(jī)電一體化產(chǎn)品”，并進(jìn)一步過渡到利用“以機(jī)為主、以電為用、機(jī)電有機(jī)結(jié)合的系統(tǒng)思維解決實(shí)際問題”。學(xué)生通過對(duì)專業(yè)技術(shù)知識(shí)的豐富和機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用和改造能力的提高，將獲得機(jī)電結(jié)合型高素質(zhì)的綜合發(fā)展，成為具備走向國際、放眼全球的科技人才。

3 機(jī)電一體化教學(xué)資源的廣泛挖掘

“機(jī)電一體化技術(shù)”課程涉及機(jī)電技術(shù)各個(gè)分支學(xué)科的原理、技術(shù)與應(yīng)用，每個(gè)分支學(xué)科都是世界現(xiàn)代高科技領(lǐng)域的一個(gè)縮影。根據(jù)“機(jī)電一體化技術(shù)”課程的這一高科技現(xiàn)代化特點(diǎn)，廣泛挖掘利用其教學(xué)資源，促進(jìn)學(xué)生技術(shù)知識(shí)的獵取和實(shí)踐能力的鍛煉。

首先，“案例教學(xué)”的網(wǎng)絡(luò)資源利用。把具有重要學(xué)習(xí)意義的一些機(jī)電技術(shù)的原理、設(shè)計(jì)方法等進(jìn)行課程模塊劃分，如劃分為機(jī)械系統(tǒng)部件模塊、機(jī)電執(zhí)行元件模塊、機(jī)電微機(jī)控制模塊、機(jī)電元部件特性模塊、機(jī)電結(jié)合設(shè)計(jì)及改造模塊等，作為課程內(nèi)容的講述內(nèi)容，要求學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)搜索工具，充分進(jìn)行相關(guān)預(yù)備知識(shí)內(nèi)容的檢索和復(fù)習(xí)，并通過機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用案例的檢索，獲取、對(duì)比并介紹、討論相關(guān)設(shè)計(jì)案例，深入理解機(jī)電一體化系統(tǒng)各要素的聯(lián)系。通過這種學(xué)習(xí)過程的熏陶，學(xué)生不僅深入地理解和復(fù)習(xí)相關(guān)的課程知識(shí)，還將對(duì)課程內(nèi)容產(chǎn)生濃厚興趣，激發(fā)后續(xù)繼續(xù)學(xué)習(xí)的潛力。

其次，實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)利用。目前，“機(jī)電一體化技術(shù)”的一些課程內(nèi)容，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類機(jī)電產(chǎn)品中，并且，一些課程內(nèi)容還是機(jī)電技術(shù)知識(shí)在實(shí)際機(jī)電類產(chǎn)品中的擴(kuò)展應(yīng)用。如數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、照相機(jī)、蘋果手機(jī)、自動(dòng)打卡機(jī)等，更是反映了機(jī)電技術(shù)的跨學(xué)科延伸。因而，充分利用校內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程資源的數(shù)控加工中心及各類機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，結(jié)合機(jī)電一體化技術(shù)在實(shí)際生活中的應(yīng)用實(shí)例，為學(xué)生提供豐富的機(jī)電一體化技術(shù)學(xué)習(xí)參考，將能使學(xué)生獲得更為廣泛的學(xué)習(xí)空間和開闊的知識(shí)視野。

再者，結(jié)合企業(yè)實(shí)際進(jìn)行機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)改造應(yīng)用?，F(xiàn)代機(jī)電技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)致機(jī)電產(chǎn)品革新?lián)Q代很快。為此，積極聯(lián)系當(dāng)?shù)貦C(jī)電企業(yè)，實(shí)地考察企業(yè)需求，為學(xué)生營造企業(yè)環(huán)境條件，參與企業(yè)機(jī)電產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程。學(xué)生以畢業(yè)設(shè)計(jì)方式進(jìn)行機(jī)電一體化產(chǎn)品的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，教師進(jìn)行難點(diǎn)指導(dǎo)，以此達(dá)到機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)整合思維的訓(xùn)練和機(jī)電一體化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

4 問題與建議

通過“機(jī)電一體化技術(shù)”課程實(shí)踐互動(dòng)模塊討論式教學(xué)的初步實(shí)踐、學(xué)生學(xué)習(xí)的測(cè)試以及實(shí)踐設(shè)計(jì)考核，證明學(xué)生機(jī)電一體化專業(yè)知識(shí)的運(yùn)用能力的提高。但是，要達(dá)到“用機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理與方法去設(shè)計(jì)改造機(jī)電一體化產(chǎn)品”，還需要教師的悉心輔導(dǎo)；利用“以機(jī)為主、以電為用、機(jī)電有機(jī)結(jié)合的系統(tǒng)思維設(shè)計(jì)機(jī)電類產(chǎn)品”則需要更長(zhǎng)久的鍛煉。并且，機(jī)電一體化技術(shù)的實(shí)踐互動(dòng)模塊討論式教學(xué)也顯示了一些需要解決的問題。

投入時(shí)間多、花費(fèi)精力大，是學(xué)生機(jī)電一體化專業(yè)課程學(xué)習(xí)中普遍反映的問題。在教師完成大量的機(jī)電一體化技術(shù)教學(xué)備課任務(wù)之后，學(xué)生就將面臨對(duì)大量機(jī)電一體化教學(xué)材料的學(xué)習(xí)過程，預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)以及運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)對(duì)問題和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫，都將耗用學(xué)生大量的學(xué)習(xí)時(shí)間。同時(shí)，其他課程學(xué)習(xí)的時(shí)間分配又將影響本課程的時(shí)間投入，似乎成為一個(gè)難以解決的矛盾。因此，實(shí)施機(jī)電一體化課程教學(xué)，必須要求學(xué)生加強(qiáng)基礎(chǔ)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，鋪墊好前期知識(shí)儲(chǔ)備這一關(guān)；同時(shí)，考慮到學(xué)生的差異，還要采用循序漸進(jìn)的方法，在課程的初期階段加大相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)間聯(lián)系的介紹比率，隨著課程的進(jìn)行逐漸加大機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用和學(xué)生主導(dǎo)的比例，不斷實(shí)施、改進(jìn)和提高。無論如何，依據(jù)教材是必須的。

有必要進(jìn)行機(jī)電一體化教學(xué)課程的系列化建設(shè)，為其教學(xué)提供更為廣泛的實(shí)踐培養(yǎng)環(huán)境。要使學(xué)生具備高素質(zhì)的知識(shí)能力，獲得勇于競(jìng)爭(zhēng)的意識(shí)和潛能，適應(yīng)未來走向世界的發(fā)展需求，必須有充分廣泛的實(shí)踐應(yīng)用氛圍的熏陶。“機(jī)械制造及其自動(dòng)化”專業(yè)課程體系中有著許多高科技信息化的課程內(nèi)容，為了達(dá)到培養(yǎng)高素質(zhì)多技能的科技人才的目的，不但要改進(jìn)和完善“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)內(nèi)容、方法和手段，還要進(jìn)行系列化的機(jī)電一體化技術(shù)教學(xué)課程建設(shè)，為學(xué)生提供更為長(zhǎng)期廣泛的機(jī)電一體化教學(xué)條件和學(xué)習(xí)環(huán)境。只有使學(xué)生處于良好持久的機(jī)電一體化技術(shù)環(huán)境氛圍中，才能浸染成長(zhǎng)為機(jī)電有機(jī)結(jié)合的科技后備力量。

我國高等院校的機(jī)電一體化技術(shù)教學(xué)實(shí)踐獲得許多教育工作者的肯定，但是一些理性的分析也指出了需改進(jìn)的地方。無論如何，只有認(rèn)識(shí)到機(jī)電一體化技術(shù)教學(xué)的長(zhǎng)期性，堅(jiān)持不懈地探索和實(shí)踐，才能創(chuàng)造該教學(xué)的良好環(huán)境和條件，克服和改進(jìn)其缺陷與不足，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)機(jī)電一體化科技人才的目的。

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Reform and Adaptive Analysis of Practical Teaching Mechatronics

Liu Qihang, An Linchao, Wang Wei

The construction of mechatronics curriculum module,through revolving the teaching orientation of mechatronics, the content of the curriculum for the engineering profession to enhance the knowledge is set up, the mechatronics course modules present to meet the industrial and agricultural production, transformation of mechanical and electrical products design, scientific research needs,and through the use of “practice interaction module discussion type” teaching model and mechatronics “network case”, and the widespread excavation of practice teaching equipment and schoolenterprise integration, the learning environment of teacher-student discussion and practical application interaction is built, promoting the synchronized enhancement of students’ professional knowledge and practical application ability of mechatronics technology.

mechatronics technology; course orientation; teaching reform; practice teaching

G642.0

B

10.3969/j.issn.1671-489X.2013.21.139

1671-489X(2013)21-0139-03

作者：劉啟航，博士，河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校講師，主要從事光機(jī)電一體化技術(shù)研究；安林超、王偉，河南機(jī)電高等專科學(xué)校（453003)。