基于項(xiàng)目結(jié)合的《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》教學(xué)研究

包從望 劉永志 江偉 林良

摘 要：鑒于《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程綜合性較強(qiáng)的學(xué)科特點(diǎn)，文章提出了一種基于項(xiàng)目結(jié)合的教學(xué)方法，于教學(xué)實(shí)踐中設(shè)定了機(jī)電數(shù)控平臺(tái)的課程項(xiàng)目，從而建立了《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程與項(xiàng)目結(jié)合為一體的教學(xué)內(nèi)容體系。實(shí)踐證明，基于該模式下的教學(xué)能成功有效的完成教學(xué)任務(wù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生在機(jī)電結(jié)合方面的實(shí)踐能力，達(dá)到提高教學(xué)效果與培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目的。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)；項(xiàng)目結(jié)合；教學(xué)實(shí)踐；機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2017）10-0058-02

Abstract： Due to the comprehensiveness of mechatronics system design course， a teaching mode based on project is proposed. The project of electromechanical CNC platform is set for teaching practice， thus the system of teaching content is built for combining the course of mechatronics system design with project. Practice shows that the teaching task can be completed effectively，the learning interest of students are excited， the practical ability aspects of combined with electromechanical of students are improved， the objective to improve effect of teaching and train applied talents is completed.

Keywords： Mechatronics System Design； combining project； teaching practice； electromechanical specialty

引言

《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》是機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的核心課程，是綜合性、應(yīng)用性極強(qiáng)的課程，所涵蓋的知識(shí)面廣，對(duì)于培養(yǎng)機(jī)電自動(dòng)化應(yīng)用型人才意義重大[1]。該課程集《機(jī)電傳動(dòng)控制》、《微機(jī)原理》、《傳感器技術(shù)》、《自動(dòng)控制原理》于一體，具有較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)性質(zhì)。

自20世紀(jì)90年代以來(lái)，世界各高校掀起了課程改革的浪潮，我國(guó)在教改過(guò)程中主要強(qiáng)調(diào)的是教師的教學(xué)方式以及學(xué)生的學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變。其中，研究性學(xué)習(xí)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到大學(xué)本科的教學(xué)中，因此改變以往學(xué)生學(xué)習(xí)單純性與被動(dòng)性，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力已迫在眉睫。

目前，《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》教學(xué)中主要問(wèn)題為理論與實(shí)踐環(huán)節(jié)不能很好融合，或是實(shí)踐環(huán)節(jié)與理論的銜接不當(dāng)，致使學(xué)生對(duì)所學(xué)的知識(shí)不能加以聯(lián)系，融會(huì)貫通，難以將其綜合應(yīng)用到實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目，以致教學(xué)有所欠缺[2]。據(jù)此，文章從理論、實(shí)踐結(jié)合出發(fā)，闡述了基于項(xiàng)目結(jié)合的教學(xué)理念，并介紹了教學(xué)實(shí)施的具體方法，將項(xiàng)目實(shí)施與理論學(xué)習(xí)相結(jié)合，以提高教學(xué)效果。實(shí)踐證明，所提方法有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，具有一定教學(xué)借鑒。

一、《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程特點(diǎn)

（一）內(nèi)容豐富，知識(shí)面廣，理論性強(qiáng)

《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》是由多門(mén)學(xué)科相互交叉、滲透而成的一門(mén)綜合性專(zhuān)業(yè)課程，其中包含機(jī)械設(shè)計(jì)理論、傳感檢測(cè)技術(shù)、測(cè)試技術(shù)、信息處理技術(shù)、控制技術(shù)、微機(jī)原理、編程基礎(chǔ)、伺服驅(qū)動(dòng)等學(xué)科，其課程組成如圖1所示。因此，該課程內(nèi)容豐富，知識(shí)面廣，理論性強(qiáng)，為了全面掌握該課程，必需全面了解掌握各相關(guān)技術(shù)知識(shí)。

鑒于該課程涉及面廣，為在有限學(xué)時(shí)內(nèi)，較好完成該核心課程的學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)該課程前應(yīng)對(duì)各相關(guān)知識(shí)打好扎實(shí)基礎(chǔ)。這些相關(guān)知識(shí)并非獨(dú)立無(wú)聯(lián)系的，而是一個(gè)有機(jī)的結(jié)合體，是一個(gè)工程體系。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中怎樣讓學(xué)生更深入理解該課程的各獨(dú)立體系的銜接，提出一種基于項(xiàng)目實(shí)施的教學(xué)方法能更好解決各獨(dú)立知識(shí)之間的融合，以提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)探索問(wèn)題。

（二）課程實(shí)踐性強(qiáng)

就工科專(zhuān)業(yè)而言實(shí)踐性強(qiáng)具有一定的普遍性，本課程所涉及的眾多專(zhuān)業(yè)技術(shù)更是決定了其更強(qiáng)的實(shí)踐性。學(xué)生雖對(duì)各門(mén)基礎(chǔ)知識(shí)有所掌握，但如何將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際項(xiàng)目中成為學(xué)習(xí)《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》瓶頸。機(jī)電一體化的實(shí)踐難點(diǎn)在于其系統(tǒng)性較強(qiáng)，因此將項(xiàng)目設(shè)計(jì)引入到課程教學(xué)中，有利于加強(qiáng)理論與實(shí)踐之間的結(jié)合。

二、項(xiàng)目結(jié)合的教學(xué)理念

根據(jù)《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》的課程特點(diǎn)，在課程教學(xué)中引入項(xiàng)目開(kāi)發(fā)實(shí)例，以具體項(xiàng)目為背景，以此加強(qiáng)理論與實(shí)踐的結(jié)合[3]。

（一）選擇適合的項(xiàng)目

科學(xué)的選擇項(xiàng)目是本教改的重點(diǎn)，選擇科學(xué)項(xiàng)目需要具有一定的科學(xué)性。

機(jī)電數(shù)控平臺(tái)是典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，基本結(jié)構(gòu)如圖2所示，包含工作臺(tái)、傳動(dòng)部分、驅(qū)動(dòng)、傳感器、信息處理系統(tǒng)、以及微機(jī)控制器的編程基礎(chǔ)，涵蓋了該課程的基本組成，因此，選擇機(jī)電數(shù)控平臺(tái)滿足各知識(shí)融合的需求。

（二）數(shù)控平臺(tái)項(xiàng)目解析

機(jī)電數(shù)控平臺(tái)主要可分為速度、位置控制，具體實(shí)踐過(guò)程為：首先，由傳感器檢測(cè)到工作臺(tái)的運(yùn)行位置與速度，經(jīng)信息處理后將信號(hào)傳到微機(jī)處理系統(tǒng)；然后，經(jīng)控制技術(shù)相關(guān)算法計(jì)算后用于控制驅(qū)動(dòng)元件，調(diào)節(jié)電機(jī)速度；在控制系統(tǒng)中通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制；最后，通過(guò)算法仿真軟件分析整個(gè)系統(tǒng)的性能。該系統(tǒng)中，傳動(dòng)部分以及各接口間的連接包含了機(jī)械設(shè)計(jì)理論知識(shí)。通過(guò)數(shù)控平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐之間的結(jié)合。

三、課程教學(xué)實(shí)施

基于項(xiàng)目結(jié)合的教學(xué)方法，在項(xiàng)目實(shí)踐中掌握相關(guān)知識(shí)與整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中主要包含計(jì)劃書(shū)的制訂、具體實(shí)施與教學(xué)評(píng)估三個(gè)階段，從整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)實(shí)際項(xiàng)目的研發(fā)流程，并在研發(fā)過(guò)程中體會(huì)相關(guān)知識(shí)的融會(huì)貫通，使學(xué)生構(gòu)建相關(guān)知識(shí)體系。

（一）項(xiàng)目計(jì)劃書(shū)的制訂

在理論知識(shí)講解完之后，由教師下發(fā)速度控制或位置控制的項(xiàng)目計(jì)劃書(shū)，在計(jì)劃書(shū)中提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)參數(shù)、以及最終的設(shè)計(jì)指標(biāo)，同時(shí)在項(xiàng)目教學(xué)中體現(xiàn)教學(xué)意義和教學(xué)目的。項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中采用獨(dú)立完成的形式，每位同學(xué)都會(huì)拿到不同的設(shè)計(jì)任務(wù)。拿到計(jì)劃書(shū)之后學(xué)生需完成搜集資料、查閱目前的研究現(xiàn)狀、計(jì)算相關(guān)參數(shù)、選擇控制系統(tǒng)、控制算法、相關(guān)信息處理的方法以及說(shuō)明書(shū)的撰寫(xiě)等工作[4]。

（二）任務(wù)提出與問(wèn)題驅(qū)動(dòng)

根據(jù)計(jì)劃書(shū)中的任務(wù)要求，在基礎(chǔ)知識(shí)講解完成的基礎(chǔ)上由學(xué)生獨(dú)立完成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選型、減速器類(lèi)型、預(yù)緊方式、支撐方式等的選擇，并由學(xué)生自由展開(kāi)研究設(shè)計(jì)實(shí)踐。在完成機(jī)械部件的選型與設(shè)計(jì)之后，確定相應(yīng)的控制算法、驅(qū)動(dòng)方式、控制器的選擇以及相關(guān)電路設(shè)計(jì)。在完成整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)后，總結(jié)相關(guān)技術(shù)知識(shí)與技術(shù)重點(diǎn)難點(diǎn)，并作相應(yīng)的結(jié)題報(bào)告。

（三）課程評(píng)估方法

根據(jù)學(xué)生完成情況，檢查相關(guān)任務(wù)是否完成，并將各位同學(xué)的工作量算入評(píng)估體系，由學(xué)生的項(xiàng)目完成情況，邀請(qǐng)教研室各專(zhuān)業(yè)老師進(jìn)行討論研究，從而給出學(xué)生的最終成績(jī)。成績(jī)?cè)u(píng)定方法采用彈性評(píng)定的方式，允許有學(xué)生有部分未完成，但要求研究必須透徹，并提出相關(guān)難點(diǎn)，經(jīng)討論所研究?jī)?nèi)容是否在其能力范圍之內(nèi)。

四、結(jié)束語(yǔ)

文章結(jié)合《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》的課程特點(diǎn)，提出來(lái)基于項(xiàng)目結(jié)合的教學(xué)方法，以機(jī)電數(shù)控平臺(tái)設(shè)計(jì)為項(xiàng)目研究，建立了課程的教學(xué)內(nèi)容體系。通過(guò)項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)，建立學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與知識(shí)融合能力，教學(xué)過(guò)程中學(xué)生由客轉(zhuǎn)主，以學(xué)生為中心，構(gòu)建學(xué)生的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)知識(shí)體系。實(shí)踐表明，該方法取得了較好的教學(xué)效果，有一定借鑒價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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