機電一體化技術(shù)課程教學(xué)方法改革實踐

江 慶

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，安徽合肥 230036)

機電一體化技術(shù)課程教學(xué)方法改革實踐

江 慶

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，安徽合肥 230036)

摘要筆者在課程教學(xué)改革中，緊密結(jié)合課程教學(xué)特點，結(jié)合安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院學(xué)生的實際情況和多年教學(xué)實踐應(yīng)用，分析了機電一體化技術(shù)課程所應(yīng)用的歸納教學(xué)法、比較教學(xué)法、仿真教學(xué)法、項目教學(xué)法的特點。實踐證明，經(jīng)過教學(xué)改革提高了學(xué)生綜合能力，改善了傳統(tǒng)課堂，提高了教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞機電一體化技術(shù)；教學(xué)方法；教學(xué)改革

機電一體化技術(shù)課程是安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院機械制造及自動化專業(yè)的專業(yè)選修課之一，是一門正在蓬勃發(fā)展的交叉課程，它涉及機械工程、電子工程、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、液壓與氣動技術(shù)等多門學(xué)科領(lǐng)域，具有綜合性、應(yīng)用性、理論性、實踐性、開放性等特點[1]。課程學(xué)習(xí)從理論到實踐，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)知識運用的綜合能力以及工程實踐能力，為更好地培養(yǎng)出應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才，課程教學(xué)改革一直不斷進行。該課程涉及的知識點很多，信息量大，抽象綜合性強，同時該課程各部分內(nèi)容又是相對獨立的。該課程不僅知識面寬，技術(shù)和實踐性強，還和現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟發(fā)展對人才的需求相吻合，所以該課程教學(xué)方法也要在實踐中不斷變化和發(fā)展。隨著社會對人才質(zhì)量的要求越來越高，知識更新的速度越來越快，必然促使教學(xué)方法的不斷更新和改革。筆者結(jié)合安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院學(xué)生實際情況和多年教學(xué)實踐應(yīng)用，分析和探討幾種教學(xué)方法應(yīng)用的特點，既注重理論聯(lián)系實際，又激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從而提高了教學(xué)質(zhì)量。

1歸納教學(xué)法

機電一體化技術(shù)涉及的知識點多，信息量大，抽象綜合性強，同時該課程各部分內(nèi)容又是相對獨立的，相關(guān)內(nèi)容都已經(jīng)提前在相關(guān)課程中有所涉及，若在教學(xué)時一視同仁，不分主次，往往會造成在復(fù)習(xí)舊知識的感覺，不知這門課程的學(xué)習(xí)目的。這時歸納教學(xué)法就能使學(xué)生盡快掌握教學(xué)基本內(nèi)容，對基礎(chǔ)理論能進行正確理解，進而掌握基本方法并靈活應(yīng)用。教師先將機電一體化技術(shù)中五大共性關(guān)鍵技術(shù)，如檢測技術(shù)、機械技術(shù)、信息處理技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、接口技術(shù)等簡明扼要地歸納出來，理順教材體系知識結(jié)構(gòu)，每項技術(shù)必須掌握的作用和特點，把要學(xué)的零散知識整合起來，每項技術(shù)之間有機結(jié)合，理清了知識點之間的關(guān)系。對同一教學(xué)內(nèi)容做系統(tǒng)歸納，對不同教學(xué)內(nèi)容做對比性歸納，對疑點難點做分析性歸納，化難為易，這就是歸納教學(xué)法在該課程中的應(yīng)用。

歸納教學(xué)法使得學(xué)生從龐雜繁蕪的知識中解脫出來，首先在總體上了解了機電一體化技術(shù)的知識結(jié)構(gòu)，明確學(xué)習(xí)目的，有序地學(xué)習(xí)，避免了學(xué)習(xí)的盲目性和被動性，形成一定的認知結(jié)構(gòu)，同時理清機電一體化知識結(jié)構(gòu)也有助于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。教師在教學(xué)中也按照歸納總結(jié)的知識體系去講授，每講到一個知識點，學(xué)生知道該知識點在整個體系里的位置和重要性，及其與前后知識點的聯(lián)系和應(yīng)用等，提高了思維能力，在實踐中取得了良好的效果。

2比較教學(xué)法

機電一體化技術(shù)課程因涵蓋面廣、綜合性強、生澀難懂而導(dǎo)致教師難講難教，學(xué)生難記難學(xué)的問題。在教學(xué)中，為了突出教學(xué)重點，突破教學(xué)難點，比較教學(xué)法應(yīng)運而生。比較教學(xué)法是指在教學(xué)活動中將兩個或兩個以上的認知對象放在一定條件下,按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進行對照,從而確定認知對象屬性的異同、地位的主次、作用的大小、性能的優(yōu)劣和問題的難易, 以達到辨識、了解和把握認知對象的一種方法[2]?？筛鶕?jù)教學(xué)內(nèi)容，選取合適的比較法貫穿應(yīng)用于機電一體化技術(shù)課程的每一章節(jié)中。如用類比法將機電一體化五大功能要素和人體五大功能要素一一對應(yīng)來理解，異中求同，學(xué)生很快就理解和掌握了機電一體化功能要素。比如在機械技術(shù)這一章介紹幾種齒輪傳動比分配原則時，各種原則應(yīng)用的結(jié)論容易混淆，但通過應(yīng)用綜合對比教學(xué)法，從功率和使用場合兩個屬性進行對照比較發(fā)現(xiàn)，除“質(zhì)量最小原則”的分配結(jié)論為“等傳動比”，其余分配原則的結(jié)論均為“前小后大”。掌握了這個規(guī)律，則很容易記憶,不容易混淆，各個原則的規(guī)律就變得簡單易學(xué)。

比較教學(xué)法充分體現(xiàn)了啟發(fā)式教學(xué)的基本理念，通過對教學(xué)內(nèi)容的比較來啟發(fā)學(xué)生, 使學(xué)生的思維啟發(fā)在比較中逐步推進。比較法的實施包括比較內(nèi)容的選取、進行比較分析和歸納導(dǎo)出結(jié)論3個環(huán)節(jié)，體現(xiàn)了啟發(fā)式教學(xué)的提出問題、分析問題和解決問題的過程。針對該課程所涉及的五大關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容，比較教學(xué)法的應(yīng)用與實踐突出了教學(xué)重點，突破了教學(xué)難點，不僅有效提高了機電一體化技術(shù)的教學(xué)效果，更教會了學(xué)生學(xué)習(xí)方法，提高了學(xué)生的綜合能力。

3仿真教學(xué)法

在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，機電一體化技術(shù)的理論課和實踐課是分離的，這樣理論和實踐不能及時聯(lián)系，導(dǎo)致學(xué)生動手能力不高。同時，實際實踐操作還受到設(shè)備、實驗器材、成本等方面限制。仿真教學(xué)法以其高效率、低成本、安全性等優(yōu)勢越來越多地應(yīng)用在課程教學(xué)中。仿真技術(shù)是指利用實物和計算機軟件共同模擬出真實的情境,讓學(xué)生在模擬的情境下進行探究和學(xué)習(xí)。這種教學(xué)方法生動形象，很接近現(xiàn)實工作場景，有利于提高學(xué)生興趣，使學(xué)生在短時間內(nèi)進入相應(yīng)情境，真實地體驗在現(xiàn)實生活中進行操作的感覺，以達到快速掌握操作技能的目的。

這種教學(xué)方法可以利用計算機軟件的優(yōu)勢創(chuàng)造出靈活多樣的工作場景，使學(xué)生掌握更多的實踐技能。比如利用虛擬仿真技術(shù)建立虛擬場景，進行機電一體化教學(xué)儀器實驗平臺系統(tǒng)的開發(fā)，將智能技術(shù)、計算機技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)等有機結(jié)合，解決了高校日趨緊張的實驗設(shè)備和場地問題，也對教育變革起到極大的推動作用。如在課程中使用 MATLAB 仿真工具，可使課程中抽象的概念、設(shè)計原理形象化, 把機電系統(tǒng)動態(tài)設(shè)計中深奧難懂的問題直觀地表達出來，同時有助于對機電系統(tǒng)動態(tài)設(shè)計中補償器的各項參數(shù)的理解、整定，以及對設(shè)計方法的掌握。充分利用 MATLAB 仿真功能，把師生從繁瑣重復(fù)的勞動中解放出來，用更多的時間思考概念，那么教學(xué)效率也必然大大提高,并且使計算機真正成為教學(xué)的有力工具[3]。

在仿真教學(xué)法應(yīng)用中，教師通過虛擬實驗平臺展示學(xué)習(xí)任務(wù)及目標(biāo)，使學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容有個直觀認識。同時利用虛擬實驗環(huán)境展示學(xué)習(xí)成果，實現(xiàn)教、學(xué)、做一體化。仿真教學(xué)法激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的實踐能力，并且顯著改善了教學(xué)條件，提高了教學(xué)效果。

4項目教學(xué)法

作為一門綜合性、應(yīng)用性、系統(tǒng)性的專業(yè)課程，在機電一體化關(guān)鍵技術(shù)如何應(yīng)用方面，項目教學(xué)法就體現(xiàn)了理論與實踐的深度結(jié)合。項目教學(xué)法是以項目驅(qū)動為主線，以項目為載體，教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體，將課程的概念和原理通過項目的形式體現(xiàn)出來，將學(xué)生認為枯燥乏味的理論知識轉(zhuǎn)變成生動、具體的技術(shù)實現(xiàn)。

項目驅(qū)動教學(xué)法應(yīng)用于教學(xué)，首先要開發(fā)合適的項目，如以安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)為例，主要應(yīng)用在以下幾個方面：教學(xué)實驗項目開發(fā)；針對學(xué)生就業(yè)方向的技能項目開發(fā)；教師科研項目開發(fā)；其他企事業(yè)單位委托項目開發(fā)。然后以教師為主體，由教師選擇具有代表性、典型性的項目，能覆蓋機電一體化技術(shù)的專業(yè)知識和技能的項目，分解出子項目，制訂實施方案，明確學(xué)生分工分組。在整個項目實施過程中，教師是主體，教師和學(xué)生共同參與完成項目。在整個過程中，學(xué)生理解和把握課程知識技能，體驗創(chuàng)新樂趣，培養(yǎng)了分析問題和解決問題的能力以及溝通團隊合作能力。

根據(jù)機電一體化課程的特點和項目教學(xué)法的理念，把科研項目轉(zhuǎn)化為教學(xué)項目的實踐，挑選已在企業(yè)應(yīng)用的液壓錘控制系統(tǒng)項目。項目綜合性強，涉及的技術(shù)領(lǐng)域非常廣泛，包括檢測技術(shù)、機械技術(shù)、信息處理技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、接口技術(shù)等全部的機電一體化共性關(guān)鍵技術(shù)。 根據(jù)實際教學(xué)情況和系統(tǒng)的功能要求，將項目簡化和分解為幾部分：①液壓錘機械部分設(shè)計，包括二維CAD設(shè)計、三維建模、主要部件關(guān)鍵參數(shù)分析；②液壓錘檢測傳感系統(tǒng)設(shè)計，包括傳感器選擇、測量電路、檢測電路設(shè)計等；③液壓錘控制系統(tǒng)設(shè)計，包括單片機、PLC硬件軟件設(shè)計等。每個部分課題又分解為若干個子項目小組，教師根據(jù)對學(xué)生情況的了解，綜合考慮學(xué)生的理論水平、溝通能力、動手能力等互補原則分組和指定小組長，其中每個子項目小組的組長作為整體項目的協(xié)調(diào)人員，協(xié)調(diào)各個小組的工作進程、技術(shù)溝通和處理各個小組之間的不同意見，匯總最終結(jié)果等。教師隨時檢查各小組工作進展情況，隨時給予技術(shù)理論指導(dǎo)，重點難點現(xiàn)場解決。

項目教學(xué)法有助于挖掘?qū)W生潛能，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力，也能幫助教師提高科研和教學(xué)能力，進而在日益激烈的社會競爭中與時俱進，不斷提升。在安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)實施項目教學(xué)法后，教學(xué)項目不斷優(yōu)化，實施過程不斷細化和完善，收到了顯著的教學(xué)效果，對學(xué)生綜合應(yīng)用能力培養(yǎng)的意義尤其重要，對機制類其他課程教學(xué)改革也具有啟發(fā)意義。

5結(jié)語

隨著社會的不斷進步，現(xiàn)代機電一體化技術(shù)也迅猛發(fā)展，這就要求教師要不斷加強課程教學(xué)改革研究, 這對教師和學(xué)生都是一大挑戰(zhàn)。 因此,要想切實做好機電一體化技術(shù)課程改革,必須堅定專業(yè)發(fā)展方向和人才培養(yǎng)目標(biāo)，注重積累,保障落實,建立科學(xué)、規(guī)范、合理的培育機制。該研究是在課程教學(xué)改革中，緊密結(jié)合安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)特點，綜合分析了機電一體化技術(shù)課程各類教學(xué)方法的應(yīng)用和特點，加快了課程的創(chuàng)新，出色完成教學(xué)工作，提高了學(xué)生綜合能力，改善了傳統(tǒng)課堂，提高了教學(xué)質(zhì)量。今后應(yīng)在機電一體化技術(shù)課程體系內(nèi)進一步地深化探索、改革與實踐,完善和優(yōu)化機電一體化技術(shù)課程體系,因材施教，理論聯(lián)系實際，為我國機械制造業(yè)培養(yǎng)出更多更好的高素質(zhì)機電一體化技術(shù)人才。

參考文獻

[1] 朱思洪.機電一體化技術(shù)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2011：4.

[2] 王增勝，楊漢嵩.比較教學(xué)法在“機電一體化技術(shù)與系統(tǒng)”教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國電力教育，2012(3)：51，57.

[3] 葉大鵬.計算機仿真技術(shù)在《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》教學(xué)中的應(yīng)用[J].福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報，2004(4)：531-534.

Reform and Practice of Course Teaching Method of Mechatronics Technology

JIANG Qing

(School of Engineering, Anhui Agricultural University, Hefei, Anhui 230036)

AbstractBased on the characteristics of Mechatronics Technology, we analyzed the inductive teaching method, comparative teaching method, simulation teaching method and project teaching method applied in the course of Mechatronics Technology by combining with the practical situation and many years’ teaching practice of the School of Engineering in Anhui Agricultural University. Practice showed that teaching reform enhanced the comprehensive ability of students, improved the traditional classroom, and increased the teaching quality.

Key wordsMechatronics Technology; Teaching method; Teaching reform

基金項目安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院2015教學(xué)研究項目。

作者簡介江慶(1971- ) ，女，安徽安慶人，副教授，碩士，從事機電一體化、農(nóng)業(yè)機械化研究。

收稿日期2016-03-15

中圖分類號S-01；G 642.0

文獻標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)11-294-02