張麗秀++張珂++吳玉厚++王麗艷
摘 要 機電一體化技術(shù)是一門綜合性很強的課程,對培養(yǎng)機械類應(yīng)用型人才具有重要作用。從課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實驗內(nèi)容及考核方式改革入手,形成適應(yīng)課程本身特點的教學(xué)模式,提高學(xué)生的實踐能力及創(chuàng)新能力。
關(guān)鍵詞 機電一體化技術(shù);教學(xué)模式改革;實驗
中圖分類號:G642.0 文獻標(biāo)識碼:B
文章編號:1671-489X(2014)08-0089-04
Teaching Mode Reform of Mechatronics in Colleges //ZHANG Lixiu,ZHANG Ke,WU Yuhou,WANG Liyan
Abstract The curriculum of mechatronics is a comprehensive and strong practicability. It plays an important role for cultivation of Applied Talents and innovation ability. Starting from the teaching content, teaching method, experiment contents and evaluation methods, this paper forms the teaching mode to meet its own characteristics. The application of the teaching mode reform measures has certain reference function to improve the practice ability and innovation ability of students.
Key words electromechanical integration technology; teaching mode reform; experiment
1 引言
“機電一體化技術(shù)”是機械類專業(yè)的一門綜合性、應(yīng)用性很強的課程,是多種學(xué)科相互交叉、滲透而形成的一門綜合性技術(shù)學(xué)科,是機械行業(yè)創(chuàng)新設(shè)計、科學(xué)研究的重要工具,對于培養(yǎng)具有一定創(chuàng)新能力的現(xiàn)代化機械類應(yīng)用型人才具有重要的作用?!皺C電一體化技術(shù)”課程傳統(tǒng)的教學(xué)方法只是對先修課程的簡單重復(fù),缺乏對學(xué)生進行實踐性及綜合性訓(xùn)練,學(xué)生感到難以致用,導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣逐漸喪失。因此,在“機電一體化技術(shù)”課程教學(xué)活動中,改革現(xiàn)行的教學(xué)模式,尋求體現(xiàn)“機電一體化技術(shù)”課程教學(xué)特點的教學(xué)方法及手段成為當(dāng)務(wù)之急。
隨著機械工業(yè)的蓬勃發(fā)展,世界各國對機械類專業(yè)的高等教育越來越注重實踐性、應(yīng)用性及前沿性。德國機電一體化專業(yè)課程體系建設(shè)是通過校企合作和工學(xué)結(jié)合的形式,以學(xué)習(xí)者專業(yè)能力、方法應(yīng)用能力和適應(yīng)社會能力等綜合職業(yè)能力培養(yǎng)為本位,以市場需求為目標(biāo),以就業(yè)為導(dǎo)向,將學(xué)習(xí)和工作要素相結(jié)合,并通過分析與綜合,把工作過程的各個部分按一定的順序,導(dǎo)入課程體系中以構(gòu)成一個有機的整體。美國賓夕法尼亞大學(xué)機械工程與應(yīng)用力學(xué)系提出“機電一體化”課程改革思路,在學(xué)期項目中預(yù)定實驗方案,根據(jù)實驗方案決定課程內(nèi)容[1]。馬來西亞莫納什大學(xué)工程學(xué)院在機電一體化課程教學(xué)過程中從工程項目出發(fā),將傳統(tǒng)教學(xué)和項目講座相結(jié)合,有效為學(xué)生提供實際工程經(jīng)驗[2]。
南京航空航天大學(xué)在機電一體化課程教學(xué)改革中,將科研成果引入課程的理論和實驗教學(xué)中,自主研發(fā)教學(xué)實驗系統(tǒng)平臺,簡化項目研究內(nèi)容,研究一體化的系統(tǒng)教學(xué)法,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識,提高學(xué)生綜合素質(zhì)[3]。鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院采用開放式的課堂教學(xué),基于MATLAB的虛擬實驗輔助教學(xué)及基于案例的多種教學(xué)方法進行機電一體化技術(shù)課程的教學(xué)方法改革,提高了學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)興趣 [4]。石家莊鐵道學(xué)院將“發(fā)現(xiàn)體驗學(xué)習(xí)”理論應(yīng)用于實踐教學(xué)中,通過機電一體化實驗內(nèi)容的設(shè)計,在實驗室建設(shè)及實驗教學(xué)組織多方面采取措施,提高機電一體化技術(shù)的課程教學(xué)質(zhì)量[5]。
此外,昆明理工大學(xué)為了切實培養(yǎng)學(xué)生的電機及控制技術(shù)的綜合應(yīng)用能力,進一步促進機電結(jié)合,取得良好的教學(xué)效果,從課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和實驗設(shè)計等方面并結(jié)合步進電動機的教學(xué)實例,對“機電傳動控制”研究型教學(xué)進行了一些有益的探討[6]。揚州大學(xué)基于Capstone-CDIO教學(xué)理念,從知識項目化、學(xué)科交叉化、項目平臺化三方面進行課程體系實踐優(yōu)化,通過調(diào)研技能、知識構(gòu)建、問題解決、團隊技能四方面進行評價研究,為應(yīng)用型、創(chuàng)新型機電一體化人才培養(yǎng)打下良好基礎(chǔ)[7]。南華大學(xué)針對機械大類開設(shè)的檢測與控制系列課程現(xiàn)狀,提出面向機電一體化方向整合優(yōu)化課程體系和教學(xué)內(nèi)容的教改目標(biāo),改變傳統(tǒng)教學(xué)中電、機分離的教學(xué)方式,有效引導(dǎo)學(xué)生形成良好的機電合一的認識,提高教學(xué)質(zhì)量[8]。
國內(nèi)高校關(guān)于機電一體化專業(yè)人才的教育改革各有特色,但與國外教學(xué)水平相比,仍處于初級階段,還沒有形成系統(tǒng)的改革方案。建立適應(yīng)“機電一體化技術(shù)”課程本身特點的教學(xué)模式任重而道遠。
2 “機電一體化技術(shù)”課程教學(xué)改革思路
從“機電一體化技術(shù)”課程實踐性、綜合性特點出發(fā),對其進行教學(xué)改革,是高校培養(yǎng)應(yīng)用型機械類人才的關(guān)鍵?!皺C電一體化技術(shù)”課程教學(xué)改革主要包括教學(xué)內(nèi)容改革、教學(xué)方法改革、實驗內(nèi)容改革及考核方式改革四個方面,總體改革思路如圖1所示。
1)教學(xué)內(nèi)容的改革,針對機電一體化課程的自身特點,在教學(xué)內(nèi)容上避免簡單重復(fù)先修課的已有知識,從機電融合的角度出發(fā),以等效性和互補性為出發(fā)點,采用系統(tǒng)工程觀點和方法,改革機電一體化課程的教學(xué)內(nèi)容。
2)教學(xué)方法的改革,注重引進本學(xué)科的科研成果,利用科研過程中設(shè)備創(chuàng)新的經(jīng)驗,自主研發(fā)教學(xué)實驗系統(tǒng)平臺,并根據(jù)學(xué)生的實際能力水平合理細化、簡化項目研究內(nèi)容,構(gòu)建理論學(xué)習(xí)、實驗操作、項目研究一體化的系統(tǒng)教學(xué)法,以實驗操作促進理論學(xué)習(xí),以項目研究提升綜合應(yīng)用能力。
3)實驗內(nèi)容的改革,機電一體化作為一個學(xué)科領(lǐng)域,所涵蓋的內(nèi)容是十分寬泛的,涉及機械設(shè)計、電路設(shè)計、控制及軟件編程等綜合性知識和技術(shù),考慮接受創(chuàng)新教育學(xué)生的理解、編程、器材加工能力以及教育的連續(xù)性,使學(xué)生能夠設(shè)計出從簡單到復(fù)雜各種層次和各種不同水平的機電一體化創(chuàng)新產(chǎn)品,遵循深入淺出的原則,改革機電一體化技術(shù)課程實驗內(nèi)容,使其涵蓋基本技能訓(xùn)練、綜合實踐能力訓(xùn)練及創(chuàng)新能力培養(yǎng)等幾個不同層次的實驗內(nèi)容。
4)考核方式的改革,改變以理論考核為主、實踐技能考核為輔的做法,加大實踐技能考核的比例,探尋能夠鍛煉學(xué)生的書面表達能力,提高學(xué)生獨立動腦能力及實際動手能力,激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新動力,提高學(xué)生針對實際工程問題的分析能力、解決工程問題的能力的考核方案。
3 “機電一體化技術(shù)”課程教學(xué)改革實施方案
教學(xué)內(nèi)容改革實施方案 教學(xué)內(nèi)容的改革將從機電一體化技術(shù)的五大要素出發(fā),以電能作為主要動力源,確定機械系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)、傳感檢測系統(tǒng)及計算機控制系統(tǒng)的具體教學(xué)內(nèi)容。其中,機械系統(tǒng)注重與傳統(tǒng)機械學(xué)的區(qū)別,重點介紹機電一體化系統(tǒng)設(shè)計中,精密機械零件的設(shè)計與選擇過程;執(zhí)行機構(gòu)中,除介紹開環(huán)系統(tǒng)中常用的步進電機選擇與計算外,還要介紹常用伺服電機的選擇以及無級調(diào)速用變頻器應(yīng)用;在傳感檢測系統(tǒng)中,以常用光柵尺及編碼器為對象,介紹光柵尺及編碼器的特點、選擇及使用方法;在計算機控制系統(tǒng)中,以PLC為主,介紹PLC在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用實例。
教學(xué)方法改革實施方案 在整合優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上,以學(xué)科現(xiàn)有的科研項目為基礎(chǔ),通過對科研任務(wù)的簡化,確定適合機電一體化技術(shù)的教學(xué)方案,并建立相應(yīng)的實驗平臺,在教學(xué)過程中通過對項目的分析、討論、實施、實驗、總結(jié)等環(huán)節(jié),實現(xiàn)“做中學(xué)”與“學(xué)中做”的有機結(jié)合。如以學(xué)科科研項目“異型石材車銑加工中心”為對象,將加工中心機械部分分為橫梁、回轉(zhuǎn)工作臺、主軸頭、進給機構(gòu)等模塊,為學(xué)生講解系統(tǒng)中齒輪、滾珠絲杠等傳動系統(tǒng)及支撐部件的設(shè)計方法。
由于加工中心控制系統(tǒng)相對復(fù)雜,不適合教學(xué),因此在“機電一體化技術(shù)”課程其他要素的講解中,可以自制實驗平臺,即通過對傳統(tǒng)機床的改造,使改造后的實驗平臺包含簡單的機械結(jié)構(gòu)、PLC控制系統(tǒng)、檢測工作臺位移的光柵尺、檢測電機位移及轉(zhuǎn)速的編碼器。將自制實驗平臺的設(shè)計改造過程作為工程實例穿插于理論教學(xué)中。此外,在理論教學(xué)中充分利用現(xiàn)代綜合教育技術(shù),抓好多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在課堂教學(xué)中的普及應(yīng)用,利用影像、動畫等豐富的多媒體信息,提高課堂教學(xué)的生動性。
實驗內(nèi)容改革實施方案 加強實驗環(huán)節(jié)建設(shè),積極開發(fā)面向知識群應(yīng)用的模塊化實驗,訓(xùn)練學(xué)生的基本技能,設(shè)計面向解決問題的綜合性實驗,提高學(xué)生的工程實踐能力,提供面向創(chuàng)新能力培養(yǎng)的開放性創(chuàng)意實驗,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程意識,是機電一體化技術(shù)課程實驗內(nèi)容改革的宗旨。具體實驗內(nèi)容如表1所示。
考核方式改革實施方案 采用理論考試、實驗考核、創(chuàng)新設(shè)計及作品闡述等多種方式對學(xué)生進行考核,綜合考核學(xué)生對機電一體化概念的理解能力,知識運用能力、實驗動手能力、寫作能力及創(chuàng)新能力。其中理論考試分為階段考試與期末考試,包括基礎(chǔ)性試題、綜合性試題。創(chuàng)新設(shè)計及作品闡述分組進行,產(chǎn)品設(shè)計題目自擬,在課程之初即開始實施,期末上交設(shè)計作品。實驗考核采取自擬題目和規(guī)定題目相結(jié)合的方式,即以表1中的PLC運動控制實驗作為考核項目,通過自行設(shè)計如圖2所示的工作臺運動路線及運動參數(shù),完成工作臺的運動控制。具體考核實施路線如圖3所示。
4 結(jié)語
高等教育機械類專業(yè)注重培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力及創(chuàng)新能力,這些能力的培養(yǎng)可以借助專業(yè)課的訓(xùn)練獲得?!皺C電一體化技術(shù)”課程具有綜合性及實踐性,是培養(yǎng)學(xué)生上述能力的重要平臺。在“機電一體化技術(shù)”課程的教學(xué)改革中,通過教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實驗內(nèi)容及考核方式的綜合改革,并在機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)2010、2011級學(xué)生中進行實驗,取得了較好的教學(xué)成果,提高了學(xué)生的實踐能力及創(chuàng)新能力。
參考文獻
[1]Fiene J P, Yim M. Project first: A case study in mechatronics course design[J].2008 Proceedings of the ASME International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference,2009:525-534.
[2]See A. Challenging computer-based projects for a mechatronics course: Teaching and learning through projects employing virtual instrumentation[J].Computer Applications in Engineering Education,2006,14(3):222-242.
[3]韓向可,李菲.《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》課程的教學(xué)改革[J].中國科技信息,2010(9):262-263.
[4]李琦,王基,劉永葆.《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》課程教學(xué)改革與實踐[J].高等教育研究學(xué)報,2010(3):100-101.
[5]王翠艷,吳文江,高占鳳,等.機電一體化創(chuàng)新教育探索與實踐[J].中國電力教育,2010(4):154-155.
[6]吳濤,尹志宏.機電傳動控制課程的研究型教學(xué)模式[J].實驗室研究與探索,2013,32(1):105-107,187.
[7]孫進,張帆,曾勵,等.基于Capstone-CDIO的機電一體化課程體系實踐與評價研究[J].中國教育技術(shù)裝備,
2013(30):75-77.
[8]朱慧玲,王玉林,謝靜.面向機械專業(yè)的機電一體化方向檢測與控制系列課程的整合和優(yōu)化[J].中國教育技術(shù)裝備,2013(21):74-76.
3)實驗內(nèi)容的改革,機電一體化作為一個學(xué)科領(lǐng)域,所涵蓋的內(nèi)容是十分寬泛的,涉及機械設(shè)計、電路設(shè)計、控制及軟件編程等綜合性知識和技術(shù),考慮接受創(chuàng)新教育學(xué)生的理解、編程、器材加工能力以及教育的連續(xù)性,使學(xué)生能夠設(shè)計出從簡單到復(fù)雜各種層次和各種不同水平的機電一體化創(chuàng)新產(chǎn)品,遵循深入淺出的原則,改革機電一體化技術(shù)課程實驗內(nèi)容,使其涵蓋基本技能訓(xùn)練、綜合實踐能力訓(xùn)練及創(chuàng)新能力培養(yǎng)等幾個不同層次的實驗內(nèi)容。
4)考核方式的改革,改變以理論考核為主、實踐技能考核為輔的做法,加大實踐技能考核的比例,探尋能夠鍛煉學(xué)生的書面表達能力,提高學(xué)生獨立動腦能力及實際動手能力,激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新動力,提高學(xué)生針對實際工程問題的分析能力、解決工程問題的能力的考核方案。
3 “機電一體化技術(shù)”課程教學(xué)改革實施方案
教學(xué)內(nèi)容改革實施方案 教學(xué)內(nèi)容的改革將從機電一體化技術(shù)的五大要素出發(fā),以電能作為主要動力源,確定機械系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)、傳感檢測系統(tǒng)及計算機控制系統(tǒng)的具體教學(xué)內(nèi)容。其中,機械系統(tǒng)注重與傳統(tǒng)機械學(xué)的區(qū)別,重點介紹機電一體化系統(tǒng)設(shè)計中,精密機械零件的設(shè)計與選擇過程;執(zhí)行機構(gòu)中,除介紹開環(huán)系統(tǒng)中常用的步進電機選擇與計算外,還要介紹常用伺服電機的選擇以及無級調(diào)速用變頻器應(yīng)用;在傳感檢測系統(tǒng)中,以常用光柵尺及編碼器為對象,介紹光柵尺及編碼器的特點、選擇及使用方法;在計算機控制系統(tǒng)中,以PLC為主,介紹PLC在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用實例。
教學(xué)方法改革實施方案 在整合優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上,以學(xué)科現(xiàn)有的科研項目為基礎(chǔ),通過對科研任務(wù)的簡化,確定適合機電一體化技術(shù)的教學(xué)方案,并建立相應(yīng)的實驗平臺,在教學(xué)過程中通過對項目的分析、討論、實施、實驗、總結(jié)等環(huán)節(jié),實現(xiàn)“做中學(xué)”與“學(xué)中做”的有機結(jié)合。如以學(xué)科科研項目“異型石材車銑加工中心”為對象,將加工中心機械部分分為橫梁、回轉(zhuǎn)工作臺、主軸頭、進給機構(gòu)等模塊,為學(xué)生講解系統(tǒng)中齒輪、滾珠絲杠等傳動系統(tǒng)及支撐部件的設(shè)計方法。
由于加工中心控制系統(tǒng)相對復(fù)雜,不適合教學(xué),因此在“機電一體化技術(shù)”課程其他要素的講解中,可以自制實驗平臺,即通過對傳統(tǒng)機床的改造,使改造后的實驗平臺包含簡單的機械結(jié)構(gòu)、PLC控制系統(tǒng)、檢測工作臺位移的光柵尺、檢測電機位移及轉(zhuǎn)速的編碼器。將自制實驗平臺的設(shè)計改造過程作為工程實例穿插于理論教學(xué)中。此外,在理論教學(xué)中充分利用現(xiàn)代綜合教育技術(shù),抓好多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在課堂教學(xué)中的普及應(yīng)用,利用影像、動畫等豐富的多媒體信息,提高課堂教學(xué)的生動性。
實驗內(nèi)容改革實施方案 加強實驗環(huán)節(jié)建設(shè),積極開發(fā)面向知識群應(yīng)用的模塊化實驗,訓(xùn)練學(xué)生的基本技能,設(shè)計面向解決問題的綜合性實驗,提高學(xué)生的工程實踐能力,提供面向創(chuàng)新能力培養(yǎng)的開放性創(chuàng)意實驗,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程意識,是機電一體化技術(shù)課程實驗內(nèi)容改革的宗旨。具體實驗內(nèi)容如表1所示。
考核方式改革實施方案 采用理論考試、實驗考核、創(chuàng)新設(shè)計及作品闡述等多種方式對學(xué)生進行考核,綜合考核學(xué)生對機電一體化概念的理解能力,知識運用能力、實驗動手能力、寫作能力及創(chuàng)新能力。其中理論考試分為階段考試與期末考試,包括基礎(chǔ)性試題、綜合性試題。創(chuàng)新設(shè)計及作品闡述分組進行,產(chǎn)品設(shè)計題目自擬,在課程之初即開始實施,期末上交設(shè)計作品。實驗考核采取自擬題目和規(guī)定題目相結(jié)合的方式,即以表1中的PLC運動控制實驗作為考核項目,通過自行設(shè)計如圖2所示的工作臺運動路線及運動參數(shù),完成工作臺的運動控制。具體考核實施路線如圖3所示。
4 結(jié)語
高等教育機械類專業(yè)注重培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力及創(chuàng)新能力,這些能力的培養(yǎng)可以借助專業(yè)課的訓(xùn)練獲得。“機電一體化技術(shù)”課程具有綜合性及實踐性,是培養(yǎng)學(xué)生上述能力的重要平臺。在“機電一體化技術(shù)”課程的教學(xué)改革中,通過教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實驗內(nèi)容及考核方式的綜合改革,并在機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)2010、2011級學(xué)生中進行實驗,取得了較好的教學(xué)成果,提高了學(xué)生的實踐能力及創(chuàng)新能力。
參考文獻
[1]Fiene J P, Yim M. Project first: A case study in mechatronics course design[J].2008 Proceedings of the ASME International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference,2009:525-534.
[2]See A. Challenging computer-based projects for a mechatronics course: Teaching and learning through projects employing virtual instrumentation[J].Computer Applications in Engineering Education,2006,14(3):222-242.
[3]韓向可,李菲.《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》課程的教學(xué)改革[J].中國科技信息,2010(9):262-263.
[4]李琦,王基,劉永葆.《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》課程教學(xué)改革與實踐[J].高等教育研究學(xué)報,2010(3):100-101.
[5]王翠艷,吳文江,高占鳳,等.機電一體化創(chuàng)新教育探索與實踐[J].中國電力教育,2010(4):154-155.
[6]吳濤,尹志宏.機電傳動控制課程的研究型教學(xué)模式[J].實驗室研究與探索,2013,32(1):105-107,187.
[7]孫進,張帆,曾勵,等.基于Capstone-CDIO的機電一體化課程體系實踐與評價研究[J].中國教育技術(shù)裝備,
2013(30):75-77.
[8]朱慧玲,王玉林,謝靜.面向機械專業(yè)的機電一體化方向檢測與控制系列課程的整合和優(yōu)化[J].中國教育技術(shù)裝備,2013(21):74-76.
3)實驗內(nèi)容的改革,機電一體化作為一個學(xué)科領(lǐng)域,所涵蓋的內(nèi)容是十分寬泛的,涉及機械設(shè)計、電路設(shè)計、控制及軟件編程等綜合性知識和技術(shù),考慮接受創(chuàng)新教育學(xué)生的理解、編程、器材加工能力以及教育的連續(xù)性,使學(xué)生能夠設(shè)計出從簡單到復(fù)雜各種層次和各種不同水平的機電一體化創(chuàng)新產(chǎn)品,遵循深入淺出的原則,改革機電一體化技術(shù)課程實驗內(nèi)容,使其涵蓋基本技能訓(xùn)練、綜合實踐能力訓(xùn)練及創(chuàng)新能力培養(yǎng)等幾個不同層次的實驗內(nèi)容。
4)考核方式的改革,改變以理論考核為主、實踐技能考核為輔的做法,加大實踐技能考核的比例,探尋能夠鍛煉學(xué)生的書面表達能力,提高學(xué)生獨立動腦能力及實際動手能力,激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新動力,提高學(xué)生針對實際工程問題的分析能力、解決工程問題的能力的考核方案。
3 “機電一體化技術(shù)”課程教學(xué)改革實施方案
教學(xué)內(nèi)容改革實施方案 教學(xué)內(nèi)容的改革將從機電一體化技術(shù)的五大要素出發(fā),以電能作為主要動力源,確定機械系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)、傳感檢測系統(tǒng)及計算機控制系統(tǒng)的具體教學(xué)內(nèi)容。其中,機械系統(tǒng)注重與傳統(tǒng)機械學(xué)的區(qū)別,重點介紹機電一體化系統(tǒng)設(shè)計中,精密機械零件的設(shè)計與選擇過程;執(zhí)行機構(gòu)中,除介紹開環(huán)系統(tǒng)中常用的步進電機選擇與計算外,還要介紹常用伺服電機的選擇以及無級調(diào)速用變頻器應(yīng)用;在傳感檢測系統(tǒng)中,以常用光柵尺及編碼器為對象,介紹光柵尺及編碼器的特點、選擇及使用方法;在計算機控制系統(tǒng)中,以PLC為主,介紹PLC在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用實例。
教學(xué)方法改革實施方案 在整合優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上,以學(xué)科現(xiàn)有的科研項目為基礎(chǔ),通過對科研任務(wù)的簡化,確定適合機電一體化技術(shù)的教學(xué)方案,并建立相應(yīng)的實驗平臺,在教學(xué)過程中通過對項目的分析、討論、實施、實驗、總結(jié)等環(huán)節(jié),實現(xiàn)“做中學(xué)”與“學(xué)中做”的有機結(jié)合。如以學(xué)科科研項目“異型石材車銑加工中心”為對象,將加工中心機械部分分為橫梁、回轉(zhuǎn)工作臺、主軸頭、進給機構(gòu)等模塊,為學(xué)生講解系統(tǒng)中齒輪、滾珠絲杠等傳動系統(tǒng)及支撐部件的設(shè)計方法。
由于加工中心控制系統(tǒng)相對復(fù)雜,不適合教學(xué),因此在“機電一體化技術(shù)”課程其他要素的講解中,可以自制實驗平臺,即通過對傳統(tǒng)機床的改造,使改造后的實驗平臺包含簡單的機械結(jié)構(gòu)、PLC控制系統(tǒng)、檢測工作臺位移的光柵尺、檢測電機位移及轉(zhuǎn)速的編碼器。將自制實驗平臺的設(shè)計改造過程作為工程實例穿插于理論教學(xué)中。此外,在理論教學(xué)中充分利用現(xiàn)代綜合教育技術(shù),抓好多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在課堂教學(xué)中的普及應(yīng)用,利用影像、動畫等豐富的多媒體信息,提高課堂教學(xué)的生動性。
實驗內(nèi)容改革實施方案 加強實驗環(huán)節(jié)建設(shè),積極開發(fā)面向知識群應(yīng)用的模塊化實驗,訓(xùn)練學(xué)生的基本技能,設(shè)計面向解決問題的綜合性實驗,提高學(xué)生的工程實踐能力,提供面向創(chuàng)新能力培養(yǎng)的開放性創(chuàng)意實驗,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程意識,是機電一體化技術(shù)課程實驗內(nèi)容改革的宗旨。具體實驗內(nèi)容如表1所示。
考核方式改革實施方案 采用理論考試、實驗考核、創(chuàng)新設(shè)計及作品闡述等多種方式對學(xué)生進行考核,綜合考核學(xué)生對機電一體化概念的理解能力,知識運用能力、實驗動手能力、寫作能力及創(chuàng)新能力。其中理論考試分為階段考試與期末考試,包括基礎(chǔ)性試題、綜合性試題。創(chuàng)新設(shè)計及作品闡述分組進行,產(chǎn)品設(shè)計題目自擬,在課程之初即開始實施,期末上交設(shè)計作品。實驗考核采取自擬題目和規(guī)定題目相結(jié)合的方式,即以表1中的PLC運動控制實驗作為考核項目,通過自行設(shè)計如圖2所示的工作臺運動路線及運動參數(shù),完成工作臺的運動控制。具體考核實施路線如圖3所示。
4 結(jié)語
高等教育機械類專業(yè)注重培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力及創(chuàng)新能力,這些能力的培養(yǎng)可以借助專業(yè)課的訓(xùn)練獲得?!皺C電一體化技術(shù)”課程具有綜合性及實踐性,是培養(yǎng)學(xué)生上述能力的重要平臺。在“機電一體化技術(shù)”課程的教學(xué)改革中,通過教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實驗內(nèi)容及考核方式的綜合改革,并在機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)2010、2011級學(xué)生中進行實驗,取得了較好的教學(xué)成果,提高了學(xué)生的實踐能力及創(chuàng)新能力。
參考文獻
[1]Fiene J P, Yim M. Project first: A case study in mechatronics course design[J].2008 Proceedings of the ASME International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference,2009:525-534.
[2]See A. Challenging computer-based projects for a mechatronics course: Teaching and learning through projects employing virtual instrumentation[J].Computer Applications in Engineering Education,2006,14(3):222-242.
[3]韓向可,李菲.《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》課程的教學(xué)改革[J].中國科技信息,2010(9):262-263.
[4]李琦,王基,劉永葆.《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》課程教學(xué)改革與實踐[J].高等教育研究學(xué)報,2010(3):100-101.
[5]王翠艷,吳文江,高占鳳,等.機電一體化創(chuàng)新教育探索與實踐[J].中國電力教育,2010(4):154-155.
[6]吳濤,尹志宏.機電傳動控制課程的研究型教學(xué)模式[J].實驗室研究與探索,2013,32(1):105-107,187.
[7]孫進,張帆,曾勵,等.基于Capstone-CDIO的機電一體化課程體系實踐與評價研究[J].中國教育技術(shù)裝備,
2013(30):75-77.
[8]朱慧玲,王玉林,謝靜.面向機械專業(yè)的機電一體化方向檢測與控制系列課程的整合和優(yōu)化[J].中國教育技術(shù)裝備,2013(21):74-76.