機(jī)械電子工程專業(yè)軟件應(yīng)用能力的培養(yǎng)

李 旭， 康 江， 劉利方

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院， 湖南 長沙 410128)

機(jī)械電子工程專業(yè)軟件應(yīng)用能力的培養(yǎng)

李 旭， 康 江， 劉利方

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院， 湖南 長沙 410128)

本文分析了軟件應(yīng)用能力對于機(jī)械電子工程專業(yè)實(shí)用型和創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的重要性，針對當(dāng)前我校機(jī)械電子工程專業(yè)軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)的不足，探討了相關(guān)軟件應(yīng)用能力的培養(yǎng)方法和培養(yǎng)模式，提出了通過完整的任務(wù)和參與學(xué)科競賽驅(qū)動(dòng)應(yīng)用軟件的學(xué)習(xí)，提高機(jī)械電子工程專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手技能和創(chuàng)新能力。

軟件應(yīng)用；機(jī)械電子工程；培養(yǎng)方法；培養(yǎng)模式

0 引言

機(jī)械電子工程是機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等技術(shù)的結(jié)合，又稱機(jī)電一體化，強(qiáng)調(diào)機(jī)械制動(dòng)能力與機(jī)電控制能力的結(jié)合[1]。我校在2009年獲批增設(shè)機(jī)械電子工程專業(yè)并于2010年首次招生。該專業(yè)以機(jī)械、電子、控制和計(jì)算機(jī)為支柱構(gòu)建專業(yè)課程體系，內(nèi)容覆蓋機(jī)電產(chǎn)品的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)分析、自動(dòng)控制和運(yùn)動(dòng)仿真等主要環(huán)節(jié)。

機(jī)械電子工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)是能在機(jī)電行業(yè)從事技術(shù)工作的高級(jí)應(yīng)用型人才[3]。隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，要達(dá)到這一目標(biāo)，機(jī)械、電子、控制和計(jì)算機(jī)這些學(xué)科相關(guān)的軟件應(yīng)用能力的培養(yǎng)變得非常重要。

本文結(jié)合我校機(jī)械電子工程專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃和課程設(shè)置，嘗試探討適合我校機(jī)械電子工程專業(yè)人才培養(yǎng)的軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)體系和模式。

1 當(dāng)前軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)的不足

1)軟件學(xué)習(xí)學(xué)時(shí)不夠

當(dāng)前我校機(jī)械電子工程專業(yè)教學(xué)中，由于課時(shí)較緊張，教師將注意力主要集中在理論知識(shí)的講解上，缺少對課程相關(guān)應(yīng)用軟件的引入和應(yīng)用。以該專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課“電路分析”為例，課程理論學(xué)時(shí)為40學(xué)時(shí)，需要完成“電路基本概念和基本定律”、“電路基本分析方法”、“電路定律”、“動(dòng)態(tài)電路時(shí)域分析”和“正弦電路分析”等相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，具有學(xué)時(shí)少內(nèi)容多的特點(diǎn)。為完成教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行單純的理論講授尚感緊湊，很難騰出學(xué)時(shí)用于與課程相關(guān)的應(yīng)用軟件(電路仿真軟件Multisim)的介紹和應(yīng)用，這不利于學(xué)生加深對相關(guān)理論知識(shí)的掌握。

2)培養(yǎng)安排不均衡

機(jī)械電子工程專業(yè)課程涉及的應(yīng)用軟件較多。既有用于程序編譯的軟件開發(fā)系統(tǒng)，如51系列兼容單片機(jī)C語言和匯編語言軟件開發(fā)系統(tǒng)Keil uVision；也有機(jī)械二維和三維繪圖工具軟件，如AutoCAD、Solidworks、ProE和UG等；還有電子線路設(shè)計(jì)軟件，如Multisim、Proteus和Altium Designer等。全面掌握所有的軟件當(dāng)然是困難的，從機(jī)械電子工程專業(yè)人才綜合實(shí)踐能力的培養(yǎng)出發(fā)，學(xué)生應(yīng)圍繞程序編譯、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和電子線路設(shè)計(jì)和制作三個(gè)方面各掌握至少一種代表性軟件。而從目前的實(shí)際情況來看，軟件的應(yīng)用能力培養(yǎng)不夠均衡，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①機(jī)械和電子的軟件應(yīng)用能力不均衡，我校機(jī)械電子工程專業(yè)前身是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的機(jī)電方向，相比較電子技術(shù)、機(jī)械方面的能力培養(yǎng)模式更加完善，學(xué)生對于機(jī)械方面的軟件應(yīng)用得更好，電子設(shè)計(jì)與制作的軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)有欠缺；②學(xué)生間的軟件應(yīng)用能力不平均，參加過學(xué)科競賽的學(xué)生軟件應(yīng)用能力明顯強(qiáng)于沒有參加競賽的學(xué)生，因此需要在教學(xué)中設(shè)置合理的軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)改善學(xué)科間及學(xué)生間的軟件應(yīng)用能力不均衡的問題。

3)培養(yǎng)缺乏連續(xù)性

目前，與我校機(jī)械電子工程專業(yè)相關(guān)的軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)主要依靠相關(guān)課程的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，尤其集中在實(shí)踐教學(xué)過程中。不足的是，安排的課時(shí)較少，無法深入學(xué)習(xí)，而且往往隨著課程的結(jié)束而結(jié)束，軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)缺乏連續(xù)性。導(dǎo)致軟件學(xué)習(xí)淺嘗輒止，軟件應(yīng)用能力停留在初級(jí)階段。表現(xiàn)出來的現(xiàn)象就是學(xué)生只能利用軟件完成簡單的驗(yàn)證性操作，而無法進(jìn)行設(shè)計(jì)性和創(chuàng)造性的工作。

4)培養(yǎng)缺乏系統(tǒng)性

相比較而言，機(jī)械電子工程專業(yè)的課程設(shè)置以人才培養(yǎng)方案為基礎(chǔ)，系統(tǒng)性較強(qiáng)，形成了比較完整和合理的體系。而目前的軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)均以課程為載體，依附于課程而展開，沒有形成軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)完整合理的體系，更多地依賴于學(xué)生自己深入學(xué)習(xí)和練習(xí)。在談及機(jī)械電子工程專業(yè)人才培養(yǎng)時(shí)，我們更多的是從課程體系來體現(xiàn)本專業(yè)學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，而忽視了該專業(yè)對于軟件應(yīng)用能力系統(tǒng)性的要求。因此，有必要構(gòu)建出基于機(jī)械電子工程專業(yè)特色的軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)體系，分階段結(jié)合課程教學(xué)推動(dòng)軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)。

2 軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)體系的構(gòu)建

機(jī)械電子工程專業(yè)的軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)體系要具有平衡性、連續(xù)性和系統(tǒng)性的特點(diǎn)。要達(dá)到這一目標(biāo)，需要結(jié)合現(xiàn)有人才培養(yǎng)方案構(gòu)建軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)體系。

我校機(jī)械電子工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)為：培養(yǎng)具有機(jī)械、液壓傳動(dòng)、電子、控制、計(jì)算機(jī)等理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用能力，能從事機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、創(chuàng)新開發(fā)、研究、管理及營銷等工作的高級(jí)應(yīng)用型人才。要求該專業(yè)畢業(yè)生具備必要的制圖、設(shè)計(jì)、計(jì)算和測試等基本技能[3]。

結(jié)合人才培養(yǎng)目標(biāo)，我校機(jī)械電子工程專業(yè)軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)要求學(xué)生掌握一系列相關(guān)的應(yīng)用軟件，包括：機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件、運(yùn)動(dòng)仿真軟件、電路仿真軟件、程序開發(fā)軟件、電路設(shè)計(jì)制作軟件和數(shù)值運(yùn)算軟件等，專業(yè)課程與相關(guān)軟件對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 專業(yè)課程與應(yīng)用軟件對應(yīng)表

由此以學(xué)年為主線，以課程體系為基礎(chǔ)，構(gòu)建的機(jī)械電子工程專業(yè)軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)體系，如圖1所示。

軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)體系的構(gòu)建思路是結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，先機(jī)械類應(yīng)用軟件，后電子類應(yīng)用軟件，綜合培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)和電子設(shè)計(jì)及制作能力。大一學(xué)年和大二學(xué)年的上學(xué)期，圍繞“機(jī)械制圖和計(jì)算機(jī)繪圖”及“機(jī)械設(shè)計(jì)”等機(jī)械類課程的學(xué)習(xí)，通過對CAD、ProE和Solidworks軟件的學(xué)習(xí)和使用培養(yǎng)學(xué)生二維和三維的繪圖和設(shè)計(jì)能力；大二學(xué)年，隨著電類基礎(chǔ)課程如“電路分析”、“模擬電路”和“數(shù)字電路”的開設(shè)，主要掌握Multisim和Quartus Ⅱ電路仿真軟件的應(yīng)用，利用軟件提供的虛擬仿真功能更好地理解和掌握模擬電路和數(shù)字電路的工作原理和工作過程；大三階段則著重于電子設(shè)計(jì)和電子制作軟件的應(yīng)用能力培養(yǎng)，電子設(shè)計(jì)軟件以Proteus和Keil uVision為代表，前者主要應(yīng)用于單片機(jī)和ARM及外圍電路仿真，后者為匯編語言和C語言開發(fā)系統(tǒng)，兩款軟件聯(lián)調(diào)已廣泛應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)；電子制作軟件則以Altium Designer為代表，該軟件可提供完整的板級(jí)設(shè)計(jì)解決方案，用于電路原理圖的繪制和PCB板的設(shè)計(jì)。

圖1 機(jī)械電子工程專業(yè)軟件培養(yǎng)體系

總體而言，軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)體系以課程設(shè)置為基礎(chǔ)，隨著課程的推進(jìn)展開相應(yīng)軟件的學(xué)習(xí)，同時(shí)相關(guān)軟件的應(yīng)用能力培養(yǎng)可有效提高學(xué)生對相應(yīng)知識(shí)的理解和應(yīng)用。

3 軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)模式思考

1)重視軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)

教師在課程理論教學(xué)過程中應(yīng)重視軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)，在課堂上利用軟件進(jìn)行輔助教學(xué)，在傳授理論知識(shí)的同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生利用軟件輔助學(xué)習(xí)，既可以幫助學(xué)生更好地理解所學(xué)知識(shí)，也可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)軟件的積極性。例如在進(jìn)行相關(guān)電路基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)時(shí)，便可以在課堂上利用Multisim電路仿真軟件對電路進(jìn)行仿真，尤其是利用仿真軟件所提供的虛擬儀表，如虛擬示波器等儀表的直觀顯示，可大大加深學(xué)生對電路工作原理和工作過程的體會(huì)。“信號(hào)與系統(tǒng)”是機(jī)械電子工程專業(yè)非常重要的是專業(yè)課程，課程涉及信號(hào)與系統(tǒng)的概念、信號(hào)分析、傅立葉變化和拉普拉斯變換等，其特點(diǎn)是以復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)為基礎(chǔ)，在信號(hào)和系統(tǒng)的特性分析過程中，學(xué)生容易陷入復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，利用Matlab軟件提供的工具箱及各類函數(shù)可以將課程中復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算和波形繪圖等問題變得簡單直觀，可有效提高學(xué)生對于抽象理論概念的理解[4]。因此，在課程的理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要有意識(shí)的引入相關(guān)軟件輔助教學(xué)，提高學(xué)生使用軟件的興趣，激勵(lì)學(xué)生利用軟件進(jìn)行自我學(xué)習(xí)與提高。

2)以行業(yè)需求為引導(dǎo)

軟件的學(xué)習(xí)和應(yīng)用能力培養(yǎng)需要連續(xù)性，在大學(xué)階段的軟件學(xué)習(xí)可定義為“入門”，在工作中的軟件運(yùn)用則可定義為“進(jìn)階”，保持大學(xué)階段和工作中的軟件應(yīng)用一致性可縮短從入門到高階應(yīng)用的周期，避免學(xué)生在工作中需要重新學(xué)習(xí)新軟件的挫折感。因此，教師需要了解專業(yè)的就業(yè)現(xiàn)狀，以行業(yè)需求為引導(dǎo)，開展軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)?，F(xiàn)階段，電子線路設(shè)計(jì)工程師工作中使用的主流電子設(shè)計(jì)軟件有Altium Designer、Proteus、Multisim、Quartus Ⅱ、OrCAD、EWB、Allegro和PowerPCB。其中，Altium Designer、OrCAD、Allegro和PowerPCB主要應(yīng)用于設(shè)計(jì)及制作印制電路板，Proteus、Multisim和EWB主要應(yīng)用于電路仿真，Quartus Ⅱ則主要用在數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)。因此，在我校機(jī)械電子工程專業(yè)電類課程理論和實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)結(jié)合軟件應(yīng)用現(xiàn)狀和行業(yè)需求，構(gòu)建軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)體系，保證在校期間和工作中軟件學(xué)習(xí)的一致性，提高專業(yè)人才的軟件應(yīng)用能力。

3)任務(wù)驅(qū)動(dòng)法充實(shí)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

目前，學(xué)時(shí)壓縮已成為必然的趨勢，在此背景下要提高教學(xué)的效果既需要提高課堂的教學(xué)效率也需要引導(dǎo)學(xué)生在課后自主學(xué)習(xí)。實(shí)踐證明通過提交任務(wù)，驅(qū)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的教學(xué)方法具有較好的效果，軟件應(yīng)用能力的培養(yǎng)也適用此任務(wù)驅(qū)動(dòng)法。課堂上利用軟件進(jìn)行驗(yàn)證性仿真實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生直觀地體會(huì)所學(xué)的知識(shí)，課后通過提交設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)一步讓學(xué)生通過自己動(dòng)手掌握軟件和知識(shí)的應(yīng)用。如在我校機(jī)械電子工程專業(yè)的“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”課程學(xué)習(xí)中，通過設(shè)計(jì)電子鐘的任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)利用Proteus軟件進(jìn)行電路仿真調(diào)試，學(xué)習(xí)利用Altium Designer軟件進(jìn)行電路原理圖繪制和印制電路板的制作，及相關(guān)程序編譯軟件的使用。因此，需要教師結(jié)合專業(yè)特色聯(lián)系課程特點(diǎn)和教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)具有綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性的任務(wù)，在完成任務(wù)的過程中，提高學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)的理解程度和對相關(guān)軟件的應(yīng)用能力。同時(shí)，在任務(wù)的實(shí)施過程中需要對任務(wù)進(jìn)行不斷的總結(jié)、更新和完善，以保證不同水平的學(xué)生有數(shù)量足夠的任務(wù)，同時(shí)避免持續(xù)開展項(xiàng)目后的抄襲現(xiàn)象。

4)以學(xué)科競賽為平臺(tái)提升軟件應(yīng)用能力

學(xué)科競賽是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的有效途徑，隨著各種學(xué)科競賽的普及，學(xué)科競賽現(xiàn)已成為高等院校教育的一個(gè)重要組成部分[5]。結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，目前我校機(jī)械電子工程專業(yè)學(xué)生參與的學(xué)科競賽主要為全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽和機(jī)器人大賽，兩項(xiàng)競賽給學(xué)有余力的學(xué)生提供了發(fā)展平臺(tái)，也有效激發(fā)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情，通過競賽前的培訓(xùn)和學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，可有效促進(jìn)學(xué)生的軟件應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

5)軟件應(yīng)用能力評(píng)價(jià)方法和途徑

軟件應(yīng)用能力的評(píng)價(jià)是考核學(xué)生獨(dú)立運(yùn)用軟件的能力的一種手段，主要有三種考核途徑：①現(xiàn)場測評(píng)。在課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中設(shè)置考察環(huán)節(jié)，要求學(xué)生利用課程所涉及的相應(yīng)軟件，對課程中的某一內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證或設(shè)計(jì)，結(jié)合學(xué)生的完成時(shí)間和效果給出評(píng)價(jià)結(jié)果；②答辯評(píng)測。結(jié)合學(xué)生課程設(shè)計(jì)的選題和題目要求，從課程設(shè)計(jì)的作品入手，對學(xué)生進(jìn)行答辯考核，即考核其軟件應(yīng)用水平，同時(shí)了解其軟件應(yīng)用的思路和心得體會(huì)；③綜合評(píng)測。畢業(yè)設(shè)計(jì)課題具有較強(qiáng)的綜合性，既是課程知識(shí)的綜合，也是應(yīng)用軟件的綜合，畢業(yè)設(shè)計(jì)的考核可綜合反映學(xué)生對繪圖、程序編寫、電路仿真和電路制作等相關(guān)軟件的掌握水平。而且，畢業(yè)答辯是本專業(yè)學(xué)生和本專業(yè)教師之間的全面和廣泛的交流，考核更全面，更公正，也能更真實(shí)的反映學(xué)生的能力。

4 結(jié)語

探討機(jī)械電子工程專業(yè)軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)模式，可推動(dòng)機(jī)械電子工程專業(yè)本科教學(xué)的“三提工程”即課程教學(xué)提質(zhì)、實(shí)踐教學(xué)提質(zhì)和活動(dòng)教學(xué)提質(zhì)。為培養(yǎng)“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強(qiáng)能力、高素質(zhì)”的綜合型人才奠定基礎(chǔ)，有效提高畢業(yè)生就業(yè)能力和就業(yè)率。

[1] 王少萍.機(jī)械電子工程人才培養(yǎng)創(chuàng)新模式研究[J],北京：北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2009,9.

[2] 李勇,尚會(huì)超,王潔.實(shí)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式的研究與實(shí)踐-以中原學(xué)院機(jī)械電子工程專業(yè)為例[J],南寧：大學(xué)教育,2013,3.

[3] 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)本科專業(yè)人才培養(yǎng)方案(2013版)[R]，長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014,1.

[4] 童峰,李霞.Matlab在“信號(hào)與系統(tǒng)”課程教學(xué)中的應(yīng)用[J],南京：電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2007,29(1).

[5] 洪華杰,柯冠巖.關(guān)于高校機(jī)械電子工程專業(yè)創(chuàng)新教育的思考[J],長沙：高等教育研究學(xué)報(bào),2009,32(4).

重要通告

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The Training of Software Application Ability in Mechanical Electronic Engineering

LI Xu, KANG Jiang, LIU Li-fang

(CollegeofEngineering,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China)

This paper analyses the importance of software application ability in the talent training of mechanical electronic engineering, especially in the training of practice and innovation ability. By analyses of the existing problems in our school, and study the culture method and training mode of the software application ability, some further improvement and optimization have been put forward to improve the students' practical skills and creative ability.

software application; mechanical electronic engineering, culture method; training mode

2015-09-08;

2015-11-09

2015年湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項(xiàng)目(湘教通〔2015〕291號(hào))：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)校級(jí)教學(xué)改革一般研究項(xiàng)目(A2013085)

李 旭(1981-)，男，碩士，講師，主要從事機(jī)械電子工程教學(xué)和科研工作，E-mail: leexu@hunau.edu.cn

G420

A

1008-0686(2016)03-0008-04