工程教育專業(yè)認證新形式下的機電一體化課程改革探索

馮棟彥　趙立宏　唐永輝　胡良斌　申龍章

摘要：以培養(yǎng)合格的機電一體化人才為目標，針對企業(yè)需求與課程教學內(nèi)容存在的差異，對課程理論和實踐教學內(nèi)容進行深入的探索，提出改革措施，形成適應課程本身特點并符合工程教育專業(yè)認證對復雜工程背景問題要求的教學內(nèi)容，提高學生的實踐能力及創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：機電一體化技術(shù) 教學改革 專業(yè)認證

一、引言

隨著現(xiàn)代化制造業(yè)的快速發(fā)展，機電一體化技術(shù)已成為促進我國工業(yè)發(fā)展和更新的重要動力和組成部分?！稒C電一體化技術(shù)》課程是我校機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)必修課，培養(yǎng)目標是通過該課程的學習，使學生能夠了解機電一體化的基本知識和共性關(guān)鍵技術(shù)，掌握機電一體化的重要實質(zhì)及機電一體化設(shè)計的理論和方法，從而能夠靈活地綜合運用這些技術(shù)解決機電一體化產(chǎn)品的分析、設(shè)計與開發(fā)的實際問題。

隨著我國經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的調(diào)整和勞動力的短缺，企業(yè)和工廠對機電一體化專業(yè)人才的知識結(jié)構(gòu)提出了新的要求，傳統(tǒng)的教育觀念和人才培養(yǎng)模式側(cè)重于理論知識的講授，實踐環(huán)節(jié)偏少，又由于課程內(nèi)容知識點多、綜合性強，學生個體對以往基礎(chǔ)知識掌握程度不一致，造成學生遇到自己薄弱環(huán)節(jié)時學習的積極性不高，導致學生只是簡單了解一些課本上的理論知識，不能系統(tǒng)地掌握機電一體化產(chǎn)品設(shè)計的基本技能，進而無法滿足現(xiàn)代化制造業(yè)對能夠處理實際復雜工程問題人才的需求。因此，對機電一體化技術(shù)課程教學的改革勢在必行。

二、機電一體化教學內(nèi)容存在的問題

不同于高職院校以培養(yǎng)學生某一具體技能為目標，高校機電一體化課程是培養(yǎng)學生解決機電一體化產(chǎn)品的分析、設(shè)計與開發(fā)等實際問題的能力。為達成這一培養(yǎng)目標，需要學生對機電一體化技術(shù)的各方面知識有一定的了解，通常的做法是把教學重點放在構(gòu)建知識體系的完整方面，以機電一體化系統(tǒng)的基本組成要素——機械本體、檢測傳感、伺服驅(qū)動、動力系統(tǒng)、信息處理和執(zhí)行機構(gòu)為主要講述內(nèi)容，分別針對以上要素進行逐一講解。這種方法能夠較好的使學生掌握每一個組成部分的理論知識，但是這種方法也人為地把機電一體化的系統(tǒng)性分裂開來，不能很好的體現(xiàn)機電一體化的有機整體性，導致學生畢業(yè)后從事一線生產(chǎn)設(shè)計時缺乏系統(tǒng)的觀念和解決實際復雜問題的能力。

其次，教學內(nèi)容滯后。機電一體化是多種技術(shù)交叉融合的產(chǎn)物，相關(guān)技術(shù)的發(fā)展都在推動著機電一體化的發(fā)展，許多新的科學技術(shù)沒能在教學內(nèi)容中體現(xiàn)，這就導致課程內(nèi)容設(shè)置落后于當前機電一體化技術(shù)的發(fā)展。比如目前隨著光學技術(shù)的發(fā)展，光機電一體化的產(chǎn)品和設(shè)備發(fā)展應用非常迅速；注重于微小化的微機電系統(tǒng)技術(shù)（MEMS）、納米機電技術(shù)（NEMS）以及與生物產(chǎn)業(yè)息息相關(guān)的生物機電工程等。

另外，教學、實踐設(shè)備落后。與高職院校培養(yǎng)設(shè)備操作、故障檢修等實用性較強的一線技工不同，高等院校培養(yǎng)學生具有機電一體化產(chǎn)品的設(shè)計、分析和應用的能力。正因如此，高校教學設(shè)備應是具有完整系統(tǒng)功能的機電一體化產(chǎn)品，但由于經(jīng)費投入不足，學生人數(shù)眾多的原因，實踐教學設(shè)備人均擁有量較少、設(shè)備相對落后，開設(shè)的驗證性實驗居多。

三、機電一體化教學內(nèi)容改革的探索

1.理論教學內(nèi)容改革

針對企業(yè)對機電一體化人才的需求，重新設(shè)計教學內(nèi)容，組織教學計劃。高校機電一體化課程要突出知識與實踐的結(jié)合，課程設(shè)置要從基礎(chǔ)和應用的有機鏈接上抓起，按照工程教育專業(yè)認證的標準，通過與企業(yè)相關(guān)專家共同論證，進行課程內(nèi)容設(shè)置，以滿足現(xiàn)代化制造業(yè)對人才的需求。教學內(nèi)容應該與培養(yǎng)目標相適應，在選擇教材時應考慮與先修課程教材之間的配合性，對機電一體化技術(shù)知識聯(lián)系緊密的課程進行跨學科的系統(tǒng)化處理，保證不是以往所學知識的簡單重復，而是在以往理論知識的基礎(chǔ)上著重綜合能力的培養(yǎng)。在理論內(nèi)容講述過程中，改變以往以機電一體化五個組成部分為主要內(nèi)容，分別進行講解的方法，代之以典型的機電一體化產(chǎn)品為實例，從產(chǎn)品的系統(tǒng)性人手，分解出主要組成部分及相關(guān)要素之間的有機聯(lián)結(jié)，這種總而分的實例教學方法，更容易使學生了解機電一體化產(chǎn)品的系統(tǒng)性工程思想，掌握總體設(shè)計的基本方法和技能。

2.實踐教學內(nèi)容的探索

以往機電一體化課程實踐環(huán)節(jié)主要針對數(shù)控車、銑床，線切割機床，電火花成型機床等大型設(shè)備，開設(shè)認知和驗證性實驗，但由于設(shè)備龐大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，又不可能開設(shè)拆裝實驗，以至于對整體結(jié)構(gòu)沒有直觀的認識，因此不能使學生清晰地了解機電一體化產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。隨著制造業(yè)現(xiàn)代化的快速發(fā)展，機電一體化產(chǎn)品在機械、電子、醫(yī)療、信息、軍事、航空航天等各種領(lǐng)域都有了大量廣泛的應用，所以實踐教學內(nèi)容的設(shè)置不局限于數(shù)控機床等設(shè)備。我校機械工程學院在現(xiàn)有數(shù)控機床，激光加工快速成型機等設(shè)備的基礎(chǔ)上，購置了多套教學機器人、3D打印機、步進電機控制實驗臺等設(shè)備，并編寫適合教學要求的實驗教材，對每一項實驗都有詳細的實驗內(nèi)容、實驗目的、實驗步驟等指導說明，在此基礎(chǔ)上還指導學生開展創(chuàng)新性實驗，建立了涵蓋光學、機械、電子、檢測、控制和驅(qū)動等機電一體化關(guān)鍵技術(shù)的實驗體系。為加強學生動手能力的培養(yǎng)，通過分組完成小家電智能化的改造、防盜報警系統(tǒng)設(shè)計、光電式計數(shù)系統(tǒng)設(shè)計等具有產(chǎn)業(yè)背景的實際課題，使學生通過原理方案的設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、執(zhí)行器設(shè)計、檢測傳感、控制系統(tǒng)的設(shè)計及相互之間的接口設(shè)計等實踐過程，加深對機電一體化系統(tǒng)的整體認識，加強設(shè)計中的系統(tǒng)意識，培養(yǎng)學生綜合運用所學知識解決工程實際問題的能力。

四、小結(jié)

機電一體化教學改革任重道遠，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，機電一體化教學內(nèi)容需要不斷進行更新。如何將工作任務和內(nèi)容轉(zhuǎn)化為學習領(lǐng)域的課程內(nèi)容，實現(xiàn)學習與工作的無縫銜接，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)理論基礎(chǔ)扎實又具有動手解決實際復雜工程問題的能力，是機電一體化教學內(nèi)容改革的重點。