機(jī)電控制類課程群建設(shè)的研究與探討

張煥梅

[摘 要]機(jī)械電子工程專業(yè)主要研究機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造過程，重點(diǎn)是將微電子技術(shù)、控制、電子工業(yè)及計(jì)算機(jī)科學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用于機(jī)電系統(tǒng)的開發(fā)過程中。課題組基于機(jī)電控制類課程復(fù)合性及實(shí)踐性較強(qiáng)的學(xué)科特點(diǎn)，結(jié)合我校專業(yè)特色，對(duì)機(jī)電控制類課程群中所涵蓋課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合與優(yōu)化，對(duì)教學(xué)組織形式及實(shí)踐教學(xué)等進(jìn)行研究與探討，建立完善的課程群建設(shè)框架，對(duì)基于一般本科院校的機(jī)械電子工程專業(yè)機(jī)電控制課程體系改革進(jìn)行了有益的探索。

[關(guān)鍵詞]機(jī)電控制；課程建設(shè)；教學(xué)改革

[中圖分類號(hào)] G642.3 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2017）08-0073-03

機(jī)械電子工程專業(yè)是工程科學(xué)的一個(gè)跨學(xué)科專業(yè)，也稱為機(jī)電一體化，是機(jī)械制造、電子工程及計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科交叉融合后形成的。機(jī)械電子工程專業(yè)主要研究機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造過程，重點(diǎn)是將微電子技術(shù)、控制、電子工業(yè)及計(jì)算機(jī)科學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用于機(jī)電系統(tǒng)的開發(fā)過程中。雖然各高校機(jī)械電子工程專業(yè)的專業(yè)設(shè)置、具體方向及培養(yǎng)重點(diǎn)不盡相同，但基本都把能從事機(jī)電系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)等工作的高級(jí)復(fù)合型工程技術(shù)人才作為其培養(yǎng)目標(biāo)。[1]在實(shí)際工程應(yīng)用中，機(jī)電系統(tǒng)早已廣泛應(yīng)用于我們的日常生活中，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)為了提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量，大規(guī)模采用了自動(dòng)化生產(chǎn)制造技術(shù)，即機(jī)電系統(tǒng)一體化控制技術(shù)。機(jī)電控制系統(tǒng)作為自動(dòng)化生產(chǎn)制造技術(shù)的核心，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)不可或缺的有機(jī)組成部分。近年來，我國出現(xiàn)了種類繁多的計(jì)算機(jī)控制的機(jī)電生產(chǎn)設(shè)備，因此，社會(huì)對(duì)機(jī)械電子工程專業(yè)人才的需求量與日俱增，尤其是對(duì)能解決生產(chǎn)一線諸多復(fù)雜問題的應(yīng)用型人才的需求更為迫切。所以，具有完整的機(jī)電控制技術(shù)知識(shí)結(jié)構(gòu)，并能恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用機(jī)械對(duì)象或系統(tǒng)，對(duì)于現(xiàn)代機(jī)械電子工程技術(shù)人才來說十分重要。本文較為系統(tǒng)的從機(jī)電控制類課程群的相關(guān)建設(shè)方面進(jìn)行了探討。

一、當(dāng)前機(jī)械電子工程專業(yè)教育存在的問題[2][3]

當(dāng)前機(jī)械電子工程專業(yè)教育存在的主要問題是無法真正體現(xiàn)機(jī)電融合。機(jī)械電子工程專業(yè)發(fā)展之初，僅僅只是機(jī)械工程的一個(gè)專業(yè)方向或重點(diǎn)課程，目前在大部分高校均屬于新建專業(yè)，在專業(yè)建設(shè)過程中，往往是在機(jī)械或電氣的基礎(chǔ)上形成的，因此，雖經(jīng)過幾十年的發(fā)展，仍然存在不少問題，如在課程設(shè)置上，偏重機(jī)械或電氣的現(xiàn)象比比皆是。

機(jī)械電子工程專業(yè)建設(shè)目標(biāo)是為社會(huì)培養(yǎng)具有綜合創(chuàng)新能力的學(xué)生，以滿足社會(huì)發(fā)展需要。培養(yǎng)具有綜合創(chuàng)新的能力就必然要在課程體系中體現(xiàn)出綜合性、應(yīng)用性的專業(yè)特點(diǎn)。對(duì)比現(xiàn)在的培養(yǎng)體系，目前存在的主要問題有以下幾點(diǎn)：

首先，機(jī)械電子工程專業(yè)是多學(xué)科交叉融合的產(chǎn)物，在課程設(shè)置上也應(yīng)如此。而受歷史影響，有的院校偏重于電類方面，有的院校則偏重于機(jī)械方面，在課程設(shè)置上一般采用二者相疊加的方式，這種課程體系的安排使學(xué)生負(fù)擔(dān)比較重，教學(xué)內(nèi)容難以突出重點(diǎn)，尤其是跨系部課程設(shè)置容易出現(xiàn)前行或后繼課程知識(shí)無法銜接的問題。

其次，以課程為中心的設(shè)置方式，使得每一門課程都追求自身完整以試圖形成一個(gè)相對(duì)完整的知識(shí)體系，從而導(dǎo)致課程間缺乏配合，使課程之間存在大量的知識(shí)重復(fù)，使課程理論性較強(qiáng)但知識(shí)結(jié)構(gòu)的融合度不高，既影響課時(shí)的合理安排，又不利于加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新性訓(xùn)練。

另外，以設(shè)備為中心的實(shí)踐基地建設(shè)，由于人事制度的相對(duì)落后，一般只強(qiáng)調(diào)購買設(shè)備，而忽視了實(shí)驗(yàn)教師的配備與培訓(xùn)，且學(xué)生對(duì)上實(shí)踐課的積極性并不高，造成實(shí)驗(yàn)報(bào)告抄襲等現(xiàn)象較為嚴(yán)重，所有這些都嚴(yán)重影響了學(xué)生專業(yè)技能和工程實(shí)踐能力的訓(xùn)練效果。

二、機(jī)電控制類課程群教學(xué)現(xiàn)狀及存在問題

課程建設(shè)歷來是高校教學(xué)改革的重要方面。因此，正確認(rèn)識(shí)、理解并建設(shè)課程群，對(duì)于高校建設(shè)具有相當(dāng)重要的意義。對(duì)于課程群的概念，許多學(xué)者從課程群的課程規(guī)模、建設(shè)目標(biāo)等方面提出了諸多不同的見解，其核心思想認(rèn)為課程群是把具有服務(wù)于相同應(yīng)用目的的不同課程組合在一起，形成一個(gè)“集合”，從而系統(tǒng)地進(jìn)行講授和學(xué)習(xí)，這些課程彼此的教學(xué)內(nèi)容并不重復(fù)，各相關(guān)知識(shí)點(diǎn)之間存在一定的關(guān)系，其實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)是循序漸進(jìn)的。[4]

我系機(jī)械電子工程專業(yè)所涵蓋的機(jī)電控制課程群包括：機(jī)械控制工程基礎(chǔ)、單片機(jī)原理與應(yīng)用、PLC控制技術(shù)、機(jī)電傳動(dòng)與控制、數(shù)控接口技術(shù)、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)及機(jī)械系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制等，課程內(nèi)容涉及電類知識(shí)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、控制及機(jī)電接口技術(shù)等方面。

近幾年在培養(yǎng)計(jì)劃的執(zhí)行過程中，主要存在以下問題：

（一）課程體系不完整，部分課程內(nèi)容設(shè)置重復(fù)

課程群下各相關(guān)子課程，一般由不同的教師甚至不同學(xué)科專業(yè)背景的教師講授，這樣，雖然教師在各自的學(xué)科有較深的造詣，但因教師之間缺乏必要的交流和溝通，又不方便集中備課，造成各講各的，各自為政，使相關(guān)課程之間缺乏連貫性和整體性，造成部分課程內(nèi)容重復(fù)或銜接不緊密，這樣，既增加了學(xué)生負(fù)擔(dān)，又使得教學(xué)效果不佳。[5]而機(jī)電控制系統(tǒng)則是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工作，是將理論分析和工程實(shí)踐相結(jié)合的綜合過程，涉及控制原理及設(shè)備、檢測(cè)技術(shù)、工藝設(shè)備等知識(shí)，包括建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型、確定控制系統(tǒng)性能指標(biāo)、根據(jù)性能指標(biāo)選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)并確定相應(yīng)的控制器及其外圍芯片等工作，最后還需完成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。所以，如果不能將課程群下各子課程甚至是各課程群之間有機(jī)地組織起來，培養(yǎng)目標(biāo)就很難實(shí)現(xiàn)。

（二）實(shí)踐環(huán)節(jié)效果不理想，實(shí)踐教學(xué)水平亟待提高

各相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置以驗(yàn)證理論課程為主，并沒有突出培養(yǎng)目標(biāo)，不能體現(xiàn)前行課程及后繼課程的銜接關(guān)系與知識(shí)結(jié)構(gòu)，對(duì)學(xué)生知識(shí)應(yīng)用引導(dǎo)不足，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力訓(xùn)練欠考慮，造成學(xué)生不能把所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通。同時(shí)很多實(shí)踐環(huán)節(jié)僅服務(wù)于某一門理論課，并不是根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際設(shè)計(jì)的實(shí)踐項(xiàng)目。因此，雖然當(dāng)前的實(shí)踐環(huán)節(jié)也能起到一些實(shí)踐訓(xùn)練效果，但實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)置并沒有服務(wù)于“培養(yǎng)機(jī)電類復(fù)合型人才”的培養(yǎng)目標(biāo)。endprint

（三）理論和實(shí)踐環(huán)節(jié)脫鉤

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課具有一定的局限性，很多實(shí)驗(yàn)課依附于理論課設(shè)置，只是為了驗(yàn)證理論的正確性而設(shè)置，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)僅僅是照搬照抄理論范例，并沒有實(shí)際掌握設(shè)計(jì)創(chuàng)作的過程，很難培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力。同時(shí)很多實(shí)踐環(huán)節(jié)因陋就簡，把一些需要上機(jī)器做的訓(xùn)練改成圖紙練兵，把一些需要實(shí)際加工成產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)改成了模擬仿真。這樣做雖然取得了一定的實(shí)踐效果，但很難達(dá)到培養(yǎng)方案提出的訓(xùn)練效果，使學(xué)生不能從機(jī)械結(jié)構(gòu)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電氣及機(jī)械傳動(dòng)和軟硬件接口等方面接受到綜合訓(xùn)練，從而很難提升學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力及創(chuàng)新能力。

三、機(jī)電控制群課程改革措施

針對(duì)我系實(shí)際存在的問題，課題組在充分調(diào)研、討論的基礎(chǔ)上，重新修訂了教學(xué)大綱和教學(xué)計(jì)劃，并做了以下改進(jìn)：

（一）調(diào)整課程設(shè)置，對(duì)課程內(nèi)容整合優(yōu)化

機(jī)電控制類課程群的首要問題是如何構(gòu)建一個(gè)科學(xué)、高效的課程教學(xué)體系。因此應(yīng)面向工程應(yīng)用，依據(jù)適用性原則構(gòu)建課程內(nèi)容體系，不盲目追求內(nèi)容的先進(jìn)性，確保學(xué)生能高效的掌握機(jī)電工程所必需的知識(shí)并應(yīng)用于機(jī)械電子工程實(shí)際?；谶@一思考，課程組在進(jìn)行了廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合我系實(shí)際情況，根據(jù)機(jī)電控制群相關(guān)課程內(nèi)容之間的聯(lián)系，針對(duì)課程先行、后續(xù)及側(cè)重點(diǎn)等方面，對(duì)課程體系及課程內(nèi)容進(jìn)行了整合及優(yōu)化。如在機(jī)械控制工程基礎(chǔ)和機(jī)械系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制課程授課過程中，弱化理論演繹，對(duì)公式的應(yīng)用實(shí)行“拿來主義”，簡化公式推導(dǎo)，突出對(duì)學(xué)生分析問題、解決問題和綜合運(yùn)用課程知識(shí)的能力培養(yǎng)。例如，關(guān)于數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的銜接問題這樣處理：先開設(shè)的機(jī)械控制工程基礎(chǔ)主要介紹拉氏變換，而Z變換則在隨后開設(shè)的機(jī)械系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制中來介紹。再如存儲(chǔ)器擴(kuò)展在數(shù)控接口技術(shù)和單片機(jī)原理與應(yīng)用中均有涉及，經(jīng)討論決定前者重點(diǎn)介紹全地址譯碼，強(qiáng)調(diào)譯碼電路設(shè)計(jì)及譯碼器的應(yīng)用等內(nèi)容；而后者從單片機(jī)應(yīng)用角度出發(fā)，以線選法為主要介紹內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)線選法工作原理。

（二）改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增設(shè)課程間綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)，注重實(shí)踐能力的培養(yǎng)

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，應(yīng)轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想和改變?cè)O(shè)計(jì)方法、考核要求。首先，應(yīng)改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比例。[6]這樣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目具有教學(xué)實(shí)驗(yàn)與工程背景相結(jié)合的特點(diǎn)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)、訓(xùn)練工程能力有很好的效果。其次，在具體教學(xué)組織過程中，應(yīng)充分重視實(shí)踐環(huán)節(jié)，尤其是體現(xiàn)課程間知識(shí)聯(lián)系及應(yīng)用的一些綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓學(xué)生帶著問題來學(xué)習(xí)，從而激發(fā)學(xué)生的興趣。如學(xué)生學(xué)習(xí)完單片機(jī)原理與應(yīng)用、PLC控制技術(shù)后，會(huì)進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制和機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)，課程之間的連貫性比較強(qiáng)，學(xué)習(xí)中可引導(dǎo)學(xué)生提出問題：如何設(shè)計(jì)一個(gè)性能優(yōu)良的控制系統(tǒng)？可選用什么樣的控制器對(duì)機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行控制？如何進(jìn)行硬件電路的設(shè)計(jì)及軟件程序的編制？如何選擇電機(jī)及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)芯片？對(duì)于同一個(gè)典型機(jī)電系統(tǒng)，可以有幾種實(shí)現(xiàn)方案？從控制器、驅(qū)動(dòng)裝置直到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇，可以有幾種組合？學(xué)生通過不同方案的實(shí)施，可相互交流，分析比較。這樣，對(duì)于同一個(gè)典型機(jī)電系統(tǒng)，從簡單到復(fù)雜有無限多的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐空間，在采用分層次教學(xué)的情況下，在學(xué)生掌握基本教學(xué)要求的基礎(chǔ)上，給學(xué)有余力的學(xué)生提供了更多的選擇空間。在內(nèi)容講授上，從易到難，從簡單到復(fù)雜，從單一到綜合，使學(xué)生充分掌握并自我運(yùn)用知識(shí)，達(dá)到自己檢查知識(shí)掌握應(yīng)用的效果。通過這樣的學(xué)習(xí)，各門課程在學(xué)生的頭腦中能夠融會(huì)貫通，從而取得事半功倍的效果。同時(shí)，學(xué)生通過不斷提出問題、解決問題，一方面在學(xué)習(xí)的過程中提高了理論學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性，另一方面對(duì)將來所從事的行業(yè)及工作環(huán)境等也有了一定的認(rèn)識(shí)。[7]最后，對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的考核方面，應(yīng)重過程而輕結(jié)果，成功的經(jīng)驗(yàn)雖值得提倡，但失敗的教訓(xùn)對(duì)學(xué)生的成長影響則更為深遠(yuǎn)。總之，應(yīng)通過理論—實(shí)踐一體化的學(xué)習(xí)過程，提高學(xué)生實(shí)踐能力。

（三）開放實(shí)驗(yàn)室，適度加大校外實(shí)踐

機(jī)電控制課程群的鮮明特點(diǎn)在于：理論學(xué)習(xí)和實(shí)際解決問題之間差別比較大，大部分學(xué)生往往即使理論學(xué)習(xí)效果很好，但在跟工程實(shí)際結(jié)合解決問題時(shí)也會(huì)出現(xiàn)無從下手的局面。究其原因，跟實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)少、學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置及對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的熟悉程度等有一定關(guān)系，因此，實(shí)驗(yàn)室的開放式管理勢(shì)在必行。此外，“上生產(chǎn)線下工廠”的教學(xué)模式是最能體現(xiàn)學(xué)校人才培養(yǎng)與行業(yè)企業(yè)人才和技術(shù)創(chuàng)新需求相對(duì)接的。因此，在修訂2016年教學(xué)大綱時(shí)，我系邀請(qǐng)企業(yè)相關(guān)人員參與討論，把復(fù)合型、應(yīng)用型人才作為培養(yǎng)目標(biāo)，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生如何應(yīng)用相關(guān)知識(shí)、如何解決實(shí)際問題等能力。另外，我們也加強(qiáng)了深度校企合作方式，如聘請(qǐng)有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)技術(shù)人員指導(dǎo)學(xué)生在企業(yè)做畢業(yè)設(shè)計(jì)；通過課程置換等方法使部分實(shí)踐環(huán)節(jié)全部在企業(yè)中完成；把合作企業(yè)作為依托構(gòu)建校內(nèi)外實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)基地等?？傊?，要將企業(yè)引入實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)中來，以提高學(xué)生的實(shí)踐效果。

四、結(jié)語

基于“學(xué)校培養(yǎng)目標(biāo)及人才”的教育理念，結(jié)合現(xiàn)代機(jī)械電子工程技術(shù)發(fā)展對(duì)人才的知識(shí)結(jié)構(gòu)（機(jī)電）、能力結(jié)構(gòu)（科學(xué)研究—工程實(shí)踐）、綜合素質(zhì)（學(xué)習(xí)能力、應(yīng)用能力）等方面的要求，課題組構(gòu)建了“機(jī)電控制類課程群體系”，提出建設(shè)課程群的關(guān)鍵是整合課程體系，設(shè)置課程間綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)。同時(shí)在傳授傳統(tǒng)知識(shí)的同時(shí)，更注重機(jī)與電的有機(jī)結(jié)合，注重相關(guān)課程的銜接問題，注重培養(yǎng)學(xué)生在機(jī)電產(chǎn)品及系統(tǒng)方面的創(chuàng)新意識(shí)與應(yīng)用能力。

為了提高機(jī)電控制類課程群教學(xué)效果，提出了課程群理論與實(shí)踐教學(xué)的一些改革措施，利用課程內(nèi)容上的關(guān)聯(lián)性相互支撐和強(qiáng)化，使課程群結(jié)構(gòu)整體優(yōu)化。該方法緊跟機(jī)電控制課程的最新進(jìn)展，體現(xiàn)了我系機(jī)械電子工程專業(yè)特色，努力使我系機(jī)械電子工程專業(yè)學(xué)生符合應(yīng)用型復(fù)合型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

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[責(zé)任編輯：鐘 嵐]endprint