機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)改革研究

胡蓉 王虎挺 張立新 曾海峰

摘 要：分析了機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程教學(xué)的國(guó)內(nèi)外相關(guān)現(xiàn)狀，從綜合應(yīng)用能力和素質(zhì)培養(yǎng)的總體要求出發(fā)，根據(jù)機(jī)電一體化技術(shù)的知識(shí)結(jié)構(gòu)及其在培養(yǎng)學(xué)生工程理論應(yīng)用能力方面的作用，規(guī)劃課堂教學(xué)的組織實(shí)施，采用靈活多樣的教學(xué)手段和教學(xué)方式，積極探索新型教學(xué)模式，構(gòu)建新的教學(xué)評(píng)價(jià)體系，改善教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)；教學(xué)改革；實(shí)踐

一、國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀分析

隨著機(jī)械工業(yè)的蓬勃發(fā)展，世界各國(guó)對(duì)機(jī)械類專業(yè)的高等教育越來(lái)越注重實(shí)踐性、應(yīng)用性及前沿性。德國(guó)機(jī)電一體化專業(yè)課程體系建設(shè)是通過(guò)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(huì)能力等綜合職業(yè)能力培養(yǎng)為本位，以市場(chǎng)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(guò)分析與綜合，把工作過(guò)程的各個(gè)部分按一定的順序，導(dǎo)入課程體系中以構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體。美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)機(jī)械工程與應(yīng)用力學(xué)系提出“機(jī)電一體化”課程改革思路，在學(xué)期項(xiàng)目中預(yù)定實(shí)驗(yàn)方案，根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案決定課程內(nèi)容。南京航空航天大學(xué)在機(jī)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中，自主研發(fā)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)，簡(jiǎn)化項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容，研究一體化的系統(tǒng)教學(xué)法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生綜合素質(zhì)。國(guó)內(nèi)高校關(guān)于機(jī)電一體化專業(yè)人才的教育改革各有特色，但與國(guó)外教學(xué)水平相比，仍處于初級(jí)階段，還沒(méi)有形成系統(tǒng)的改革方案。建立適應(yīng)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程本身特點(diǎn)的教學(xué)模式任重而道遠(yuǎn)。

二、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)改革研究

從機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程實(shí)踐性、綜合性特點(diǎn)出發(fā)，對(duì)其進(jìn)行教學(xué)改革，是高校培養(yǎng)應(yīng)用型機(jī)械類人才的關(guān)鍵。機(jī)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容改革及考核方式改革四個(gè)方面。

1.教學(xué)內(nèi)容改革

以系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想為主線，機(jī)電一體化的研究方法不能只是簡(jiǎn)單拼湊，應(yīng)該從系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案開(kāi)始到各元部件選擇到系統(tǒng)最終成形的全過(guò)程都要貫徹系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思想。首先是從整體角度及可行性方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行多種整體方案設(shè)計(jì)；然后對(duì)其機(jī)械機(jī)構(gòu)、執(zhí)行元件、微機(jī)控制系統(tǒng)、檢測(cè)傳感裝置等組成部分及相關(guān)接口進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)；最后對(duì)系統(tǒng)性價(jià)比進(jìn)行衡量，得出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。選擇原則是在保證目的功能要求與適當(dāng)壽命的前提下不斷降低成本。在講授每一部分內(nèi)容時(shí)都結(jié)合該案例，并將系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法融于其中，既利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握，又能起到舉一反三的作用，便于學(xué)生分析和設(shè)計(jì)其他的機(jī)電一體化產(chǎn)品。

2.教學(xué)方法改革

充分運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)手段，不斷提高教學(xué)效果，由于機(jī)電一體化技術(shù)普遍應(yīng)用于自動(dòng)化設(shè)備（如數(shù)控機(jī)床、加工中心、機(jī)器人等）和自動(dòng)化生產(chǎn)線（如柔性制造系統(tǒng)等），而學(xué)生基本未見(jiàn)過(guò)上述自動(dòng)化設(shè)備和生產(chǎn)線，無(wú)法了解自動(dòng)化設(shè)備和生產(chǎn)線是如何利用機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)行工作的。另外，機(jī)電一體化技術(shù)是集控制技術(shù)、伺服傳動(dòng)技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息技術(shù)等于一體的新興綜合性學(xué)科，具有涉及面廣、綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)。

3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改革

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)開(kāi)設(shè)的多為演示性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生動(dòng)手操作調(diào)試的機(jī)會(huì)少，學(xué)習(xí)積極性不高。機(jī)電一體化教學(xué)團(tuán)隊(duì)探索構(gòu)建以學(xué)生為主體，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為主線，通過(guò)項(xiàng)目任務(wù)引導(dǎo)理論教學(xué)和理論教學(xué)指導(dǎo)項(xiàng)目實(shí)踐的互推互動(dòng)的教學(xué)新模式。在剖析某幾個(gè)典型機(jī)電一體化系統(tǒng)（項(xiàng)目）的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、設(shè)計(jì)過(guò)程中，串聯(lián)講解知識(shí)點(diǎn)并在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)在項(xiàng)目中的具體應(yīng)用實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而將項(xiàng)目實(shí)施和理論講授有機(jī)融合，使學(xué)生所學(xué)知識(shí)得到利用，也提高學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)興趣，將加強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和工程意識(shí)培養(yǎng)與訓(xùn)練切實(shí)落實(shí)到每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中去。

4.考核方式改革

改變以理論考核為主、實(shí)踐技能考核為輔的做法，加大實(shí)踐技能考核的比例，探尋能夠鍛煉學(xué)生書(shū)面表達(dá)能力，提高學(xué)生獨(dú)立動(dòng)腦能力及實(shí)際動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新動(dòng)力，提高學(xué)生針對(duì)實(shí)際工程問(wèn)題的分析能力、解決工程問(wèn)題的能力的考核方案。采用閉卷考試與平時(shí)作業(yè)相結(jié)合的形式，平時(shí)作業(yè)由教師根據(jù)課堂內(nèi)容制定，形式為幻燈片匯報(bào)，針對(duì)一個(gè)題目，提倡小組成員合理分工，合作完成，目的在于鼓勵(lì)學(xué)生閱讀參考書(shū)，查找資料，拓寬和加深對(duì)理論知識(shí)的理解認(rèn)識(shí)。同時(shí)注重考試內(nèi)容的靈活性，增加了分析能力、創(chuàng)新能力的考題，重點(diǎn)考核學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用和知識(shí)遷移能力，適當(dāng)?shù)貙?shí)踐環(huán)節(jié)成績(jī)、論文寫(xiě)作成績(jī)和平時(shí)成績(jī)以適當(dāng)?shù)谋壤?jì)算到總成績(jī)中去，構(gòu)建新的教學(xué)評(píng)價(jià)體系，科學(xué)分析評(píng)價(jià)教學(xué)效果。

眾所周知，制造業(yè)是我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)，也是自動(dòng)化程度較高的行業(yè)。如今為提高產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率，制造企業(yè)越來(lái)越多地采用自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備和制造技術(shù)，而自動(dòng)化生產(chǎn)制造的核心技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)。通過(guò)多年的機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)實(shí)踐及對(duì)走上工作崗位的機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)生的訪談，了解到目前機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)生的瓶頸所在，即學(xué)校學(xué)習(xí)的理論知識(shí)較多用不上，能用得上的理論知識(shí)又不知如何應(yīng)用于實(shí)踐，普遍動(dòng)手能力較差。結(jié)合目前機(jī)電一體化人才市場(chǎng)對(duì)畢業(yè)生的具體需求情況，對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的教學(xué)改革進(jìn)行研究與探索。對(duì)該課程的教學(xué)改革提出思路，目的在于提高學(xué)生的動(dòng)手能力，以盡可能地減少理論與實(shí)踐脫節(jié)的現(xiàn)象。

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基金項(xiàng)目：石河子大學(xué)一類課程“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”建設(shè)項(xiàng)目。

作者簡(jiǎn)介：胡蓉，1981年出生，女，新疆石河子人，石河子大學(xué)機(jī)電學(xué)院副教授，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)和科研工作。

編輯 溫雪蓮