基于研究性學(xué)習(xí)的“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革

俞慶，何亞峰，劉春節(jié)，黃志榮，毛建秋

（常州工學(xué)院機(jī)械與車輛工程學(xué)院，江蘇常州213002）

基于研究性學(xué)習(xí)的“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革

俞慶，何亞峰，劉春節(jié)，黃志榮，毛建秋

（常州工學(xué)院機(jī)械與車輛工程學(xué)院，江蘇常州213002）

本文以“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程為對(duì)象，提出通過(guò)改變教學(xué)理念和教學(xué)模式進(jìn)行課程改革，提出基于問(wèn)題、項(xiàng)目和探究的研究性學(xué)習(xí)新思路，從而提高學(xué)生對(duì)課程的駕馭能力和綜合應(yīng)用能力，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新性活動(dòng)的潛能，為培養(yǎng)復(fù)合型人才奠定良好的基礎(chǔ)和條件。

研究性學(xué)習(xí)；教學(xué)改革；復(fù)合型人才

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，尤其是微電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感與檢測(cè)技術(shù)和機(jī)械技術(shù)的相互滲透，使傳統(tǒng)的機(jī)械工業(yè)產(chǎn)生了深刻的變革。一些被廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，逐漸被機(jī)械電子機(jī)構(gòu)所取代，傳感器和微電子控制系統(tǒng)已成為機(jī)電產(chǎn)品的重要組成部分。為了適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需求，各高校相繼開設(shè)了“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程，由于該課程涉及多個(gè)領(lǐng)域，它是多學(xué)科交叉的疊加，傳統(tǒng)的灌輸教學(xué)模式已經(jīng)適應(yīng)不了課程本身的發(fā)展，因而急需要探索新的教學(xué)方法和模式。近年來(lái)研究性學(xué)習(xí)為改變這一現(xiàn)狀提供了一種新的思路，學(xué)者對(duì)研究性學(xué)習(xí)也進(jìn)行了大量研究和探索，取得了許多教學(xué)成果，如邵山在探討研究性學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)學(xué)習(xí)關(guān)系基礎(chǔ)上，提出了“問(wèn)題”引導(dǎo)學(xué)生開展研究性學(xué)習(xí)［1］。王愛芬對(duì)國(guó)內(nèi)外研究性學(xué)習(xí)發(fā)展做了概述，提出了研究性學(xué)習(xí)作為課改的方向［2］。林健提出了面向卓越工程師的研究性學(xué)習(xí)，取得的成果值得借鑒［3］。劉松磊結(jié)合自己實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出研究性學(xué)習(xí)的建議［4］。研究性學(xué)習(xí)由于突出以學(xué)生為主體，注重學(xué)生的探索知識(shí)的精神，尤其適合“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)改革，本文通過(guò)對(duì)“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)理念和教學(xué)方式進(jìn)行改革，提出基于研究性學(xué)習(xí)進(jìn)行課堂教學(xué)，旨在盡最大可能發(fā)揮學(xué)生的積極性，激發(fā)學(xué)生參與課程的熱情，挖掘?qū)W生自由探索精神，提升學(xué)生解決問(wèn)題的綜合能力，延伸學(xué)生創(chuàng)造性活動(dòng)，培養(yǎng)符合社會(huì)需求的復(fù)合型人才。

1　“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程改革的意義

“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程考慮到工程實(shí)踐的重要性，以系統(tǒng)論、信息論、控制論為理論基礎(chǔ)，通過(guò)理論教學(xué)和課程設(shè)計(jì)兩部分內(nèi)容，使學(xué)生掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，熟悉目前機(jī)電一體化系統(tǒng)的工作原理，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力和工程訓(xùn)練。既抓住基礎(chǔ)知識(shí)，又能跟蹤“機(jī)電一體化技術(shù)”的發(fā)展，注重學(xué)生專業(yè)能力、基本素質(zhì)和方法技術(shù)的培養(yǎng)，使學(xué)生能以先進(jìn)制造技術(shù)、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法來(lái)掌握“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)方法。多年來(lái)開設(shè)該課程的學(xué)校在教學(xué)上也做了很多研究，但由于傳統(tǒng)教學(xué)模式無(wú)法從根本上發(fā)生變革，再加上學(xué)生數(shù)量的急劇增加，使課程的教學(xué)和外延發(fā)展受到了極大限制，學(xué)生沒(méi)有真正從傳統(tǒng)的束縛中走出來(lái)，致使該課程形式多于實(shí)質(zhì)，因而開展研究性學(xué)習(xí)改革對(duì)于該課程的教學(xué)具有巨大的推動(dòng)作用。

2　“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程改革的思路

“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程涉及機(jī)械、控制、傳感、信息等各方面的知識(shí)，真正讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)其中的內(nèi)涵并不容易，不發(fā)揮學(xué)生的內(nèi)在潛能，依靠灌輸教學(xué)學(xué)生是難以掌握其設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，是難以提高設(shè)計(jì)能力和水平，更不用說(shuō)有創(chuàng)造性的活動(dòng)了，因而對(duì)該課程改革是非常必要的。圖1為“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程改革思路，首先從教學(xué)理念上進(jìn)行改革，提出讓學(xué)生真正參與課堂，學(xué)生是課堂的主宰者，教師只是引導(dǎo)和指明方向，讓學(xué)生在知識(shí)的課堂中自由探索，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性。其次是改革現(xiàn)有的教學(xué)模式，提出開放學(xué)習(xí)、發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)、導(dǎo)向?qū)W習(xí)、項(xiàng)目學(xué)習(xí)和小組學(xué)習(xí)的形式多樣教學(xué)模式，旨在處處有課堂，課堂多樣化延伸等方式，打造學(xué)生自主學(xué)習(xí)習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。最后通過(guò)大量的項(xiàng)目實(shí)踐實(shí)現(xiàn)和完成創(chuàng)造性活動(dòng)，培養(yǎng)有用的、適合社會(huì)需求的復(fù)合型人才。

圖1　“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程改革的思路

3　“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程研究性學(xué)習(xí)內(nèi)容

研究性學(xué)習(xí)注重學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自由探究的過(guò)程，學(xué)生在"做中學(xué)"，教師串講和精講，學(xué)生"邊干邊學(xué)"，師生互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生為主體，教師為輔的研究性學(xué)習(xí)模式。

3.1基于問(wèn)題的研究性學(xué)習(xí)

“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程涉及內(nèi)容多，學(xué)生在學(xué)習(xí)中會(huì)有很多問(wèn)題，例如，在一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)中，傳動(dòng)系統(tǒng)就是機(jī)械原理及機(jī)械設(shè)計(jì)中常見的機(jī)構(gòu)，如齒輪機(jī)構(gòu)、絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)等，動(dòng)力系統(tǒng)主要為電力拖動(dòng)課程中的步進(jìn)電機(jī)、交流伺服電機(jī)和直流伺服電機(jī)，測(cè)試技術(shù)中的各種傳感器、信號(hào)調(diào)理電路作為機(jī)電一體化系統(tǒng)中的傳感與檢測(cè)裝置，伺服控制系統(tǒng)與自動(dòng)控制理論、模擬數(shù)字電路、微機(jī)原理等課程的內(nèi)容密切相關(guān)，用PLC可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的順序控制，為了進(jìn)行系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析，系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立又是以數(shù)學(xué)和自動(dòng)控制理論等課程的內(nèi)容為理論基礎(chǔ)。因而學(xué)生會(huì)提出很多問(wèn)題，帶著這些問(wèn)題學(xué)生通過(guò)查閱網(wǎng)絡(luò)或書籍尋找答案，在聽老師對(duì)問(wèn)題的講解，這樣才能把問(wèn)題化解掉，學(xué)生才能學(xué)到更多的知識(shí)。

3.2基于項(xiàng)目的研究性學(xué)習(xí)

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)品涉及到生活中各個(gè)方面，只有從機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)項(xiàng)目中才能夠真正掌握其內(nèi)涵和核心，多年來(lái)在教學(xué)過(guò)程中先后進(jìn)行了電動(dòng)輪椅車創(chuàng)新設(shè)計(jì)、主被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)、筆記本電腦升降臺(tái)創(chuàng)新設(shè)計(jì)、高精密藍(lán)寶石研磨機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、自動(dòng)輸送物料系統(tǒng)設(shè)計(jì)、波輪式洗衣機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、基于物聯(lián)網(wǎng)的康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)項(xiàng)目，這些項(xiàng)目都突出了機(jī)械和電氣的有機(jī)結(jié)合，學(xué)生從開始方案設(shè)計(jì)、零部件設(shè)計(jì)計(jì)算和仿真、控制編程和實(shí)物制作等方面都親自參與、親自動(dòng)手，整個(gè)過(guò)程使學(xué)生從不知到有知，從有知到熟練，從項(xiàng)目中鍛煉了學(xué)生的設(shè)計(jì)能力，也提高了學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，挖掘了學(xué)生的潛能。

3.3基于探究的研究性學(xué)習(xí)

隨著信息化技術(shù)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的人已經(jīng)意識(shí)到只有無(wú)限地探究知識(shí)才能跟上時(shí)代發(fā)展的步伐，高校的學(xué)生正處于探究知識(shí)的黃金階段，正確地引導(dǎo)他們是教師的責(zé)任，引導(dǎo)學(xué)生到達(dá)知識(shí)的洞口，鼓勵(lì)他們踏進(jìn)去才能學(xué)到真正的知識(shí)。“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”這門課程里面是現(xiàn)代社會(huì)機(jī)電產(chǎn)品的縮影，涉及機(jī)械、控制、信息和傳感的有機(jī)柔合，比如數(shù)控機(jī)床橫縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)控機(jī)床X-Y向工作臺(tái)設(shè)計(jì)、數(shù)控自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架系統(tǒng)設(shè)計(jì)、工業(yè)機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計(jì)、自動(dòng)切管機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、智能燃?xì)獗硐到y(tǒng)設(shè)計(jì)等，這些設(shè)計(jì)內(nèi)容來(lái)源于生活、源于實(shí)際生產(chǎn)，一方面貼近學(xué)生的生活，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，另一方面學(xué)生能從設(shè)計(jì)中學(xué)習(xí)和探索設(shè)計(jì)步驟、方法和需要解決的問(wèn)題，從而鍛煉學(xué)生的設(shè)計(jì)能力，讓學(xué)生一點(diǎn)點(diǎn)融會(huì)貫通，逐步地提高學(xué)生的機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力。還有像變頻調(diào)速、電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制、自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架PLC控制、復(fù)雜零部件數(shù)控加工編程與運(yùn)行調(diào)試等，都值得學(xué)生去探究、去發(fā)現(xiàn)。

4　“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程研究性學(xué)習(xí)思考與建議

“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程綜合性強(qiáng)，知識(shí)面廣，傳統(tǒng)的教學(xué)會(huì)使學(xué)生覺得只是內(nèi)容的重復(fù)，會(huì)覺得索然寡味，只有從研究性角度出發(fā)，盡可能調(diào)動(dòng)和發(fā)揮學(xué)生對(duì)知識(shí)的駕馭能力，才能讓學(xué)生真正學(xué)到知識(shí)，才能都真正培養(yǎng)復(fù)合型人才，為此提出幾點(diǎn)思考和建議：

（1）“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程課堂教學(xué)模式應(yīng)開展學(xué)生主體，人人參與，小組討論，適當(dāng)引領(lǐng)；

（2）“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程知識(shí)是不斷更新的過(guò)程，教學(xué)理念和教學(xué)方法也需要不斷改革；

（3）“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程教學(xué)模式應(yīng)盡可能多元化，不可千篇一律，需要根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)和實(shí)際狀況，來(lái)改變教學(xué)模式，這樣才能取得好的效果；

（4）“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程研究性學(xué)習(xí)思路值得推廣和深入研究

［1］邵山.對(duì)研究性學(xué)習(xí)教學(xué)實(shí)踐的思考與改進(jìn)［J］.考試周刊，2008，（40）：174-176.

［2］王愛芬.國(guó)外及我國(guó)開展研究性學(xué)習(xí)的綜述［J］.教育理論與實(shí)踐，2005，（4）：48-51

［3］林健.面向卓越工程師培養(yǎng)的研究性學(xué)習(xí)［J］.高等工程教育研究，2011，（6）：5-15

［4］劉松磊.淺談如何讓研究性學(xué)習(xí)更有效［J］.中國(guó)校外教育，2014，（12）：7.

Teaching Reform of Mechatronics System Design based on Research Study

YU Qing，HE Ya-feng，LIU Chun-jie，HUANG Zhi-rong，MAO Jian-qiu
（Department of Mechanics and Vehicle，Changzhou Institute of Technology，Changzhou Jiangsu 213002，China）

As the object of mechatronics system design，curriculum reform is put forward by changing the teaching idea and teaching model，learning new ideas of research study is put forward through problems，projects and explore，so as to improve the ability to control the students on the course and comprehensive application ability，and to stimulate the potential of students'innovative activities，thus provide a good foundation and condition for cultivate compound talents.

research study；teaching reform；cultivating talent

G642

A

1672-545X（2016）08-0257-03

2016-05-23

本論文為常州工學(xué)院研究型課程建設(shè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：A3-4401-14-086）

俞慶（1965-），男，江蘇常州人，本科，副教授，研究方向?yàn)楝F(xiàn)代加工技術(shù)。