機電綜合課程設計教學模式的研究與實踐

袁冬梅

摘 要 本文論述了機電綜合課程設計的重要性，提出了以工程實踐能力培養為目標的機電綜合課程設計教學模式，制定了機電綜合課程設計的選題原則，完善了組織實施方案，提高了機電綜合課程設計教學質量。

關鍵詞 機電綜合課程設計 教學模式 工程實踐

目前，機電一體化技術在諸多行業中獲得了廣泛的應用，機電一體化產品也達到了一個嶄新的水平，社會對機電復合型技術人才的需求量越來越大。因此，培養高素質的機電工程類專業人才，是廣大工科院校面臨的重要任務。

為了培養出既有知識又有實踐能力的高等技術人才，工科院校在教學中不斷增加實踐環節的課程和學時。課程設計是工科專業大學生在校學習過程中一個非常重要的環節，也是學生工程設計思想和實踐能力培養的主要途徑。作為機械工程及自動化專業機電方向學生在畢業設計之前的最后一次大型綜合的機電綜合課程設計顯得尤為重要。學生在這個時期已經完成大學期間所有專業理論課程的學習，對機械知識和電氣化技術有了相當程度的掌握。機電專業課程設計就是給學生搭建起一個實際操練和能力培養的平臺，把知識向能力方面進一步轉化，并能綜合培養學生對機電系統設計和實施的能力，進一步培養學生的工程意識，為學生進行畢業設計和未來從事專業工作打下堅實的實踐基礎。

近年來，作者結合“突出工程實踐能力培養的機電專業課程設計教學改革”教研項目一直對課程設計的教學模式進行研究和探索，從教學模式的構建、教學內容的確定、教學的組織實施等方面開展了深入的探索和實踐，取得了一定的成果。

1 提出以工程實踐能力培養為目標的機電綜合課程設計教學模式

傳統的課程設計為課程性課程設計，一般只隸屬于某門課程。各門課程中安排的各種課程設計之間銜接性比較差，內部邏輯關系不夠緊密，學生難以從中學到完整的知識。學時的利用率也受到一定的影響，而且普遍采用“參照指導書，查閱手冊，進行模仿設計”的模式，不利于調動學生的積極性。課程設計時間普遍較短，學生在設計中是“姍姍而來、匆匆而去”，還沒正式開始，一晃又結束了。 學生進行這樣的課程設計往往容易流于形式，應付交差。為克服傳統課程設計的不足，機電綜合課程設計被安排在大學學習的第七學期放假前這個時段進行，即在機電專業方向所有理論課程學習之后、畢業設計開始之前，利用三周集中時間進行大型的機電綜合課程設計。

機電綜合課程設計是不隸屬任何一門課程的課程設計，采用了一種“以系統化專業知識為主線，以開放的教學實驗室為基地，以開放式管理為前提，以實際動手為基礎，以激發學生興趣、主動求知為動力，以培養工程應用能力為目的”的全新型綜合課程設計模式。 具體思路是：將電子技術、自動控制理論、液壓與氣壓傳動、機電一體化系統設計、機械設計基礎等課程聯系起來，以機電控制實驗室和機械制造實驗室為實驗基地，以工程實際為背景開設多個選題，將方案設計、功能設計、評價設計、系統調試融為一體，要求學生針對某一選題，在教師提供的設計平臺上進行自主設計，獨立實踐。為此設計了圖1所示的機電綜合課程設計的過程和方法。

這一教學模式始終強調理論學習與工程實踐相結合，注重培養學生的自學能力和動手能力，引導學生解決相關工程實際問題。

2 制定機電綜合課程設計的選題原則，豐富了題目的數量和類型

研究機電綜合課程設計的選題是整個課題得以順利實施的保證，選題不恰當不僅達不到課程設計的要求，而且挫傷學生的學習積極性及學習熱情。在選題時遵循以下原則：

（1）課程設計的內容應屬課程范圍，應能滿足課程設計的教學目的與要求，能使學生得到較全面的綜合訓練。

（2）課程設計的題目和內容要與實際相聯系，結合最新技術知識，滿足專業教學計劃要求，有正確完整的技術參考資料。

（3）課程設計題目的難度和工作量應適合學生的知識和能力狀況，使學生既能獲得充分的實踐鍛煉，又能在規定的時間內經過努力完成任務。

機電綜合課程設計選題既要結合前修課程，以鞏固教學內容，又要有較強的實踐性和新穎性。因此主要通過借鑒教師的科研課題、典型的機電一體化產品，同時結合汽車行業特點和本校實驗室的設備情況，設置成熟的、有特色的、適合教學的題目作為課程設計內容。以下是課程設計的部分選題：

①機床工作臺傳動機構和控制系統設計；②液壓滑臺的PLC控制；③X—Y數控工作臺機電系統設計；④數控車床自動回轉刀架機電系統設計；⑤臥式車床數控化改造設計；⑥上料機械手機電與氣動控制系統設計；⑦機床主軸部分機構和電氣控制系統設計。

上述每一個課程設計題目均為綜合性應用題目，涉及到該專業方向多門課程的知識，包括總體方案的確定、機械系統的結構設計、主要零部件的計算和選型、控制系統的電路原理分析、電子元器件的接線和調試。選題的控制系統包括現今常用的控制方式：數控系統、單片機、PLC、計算機+運動控制卡，傳動部分包括了電氣傳動、液壓與氣壓傳動、機械傳動。選題強調綜合與集成，不限定設計結果，不規定具體的實現過程。通過合理選題能讓學生將大學里幾年來學習的知識點“串”起來，形成有機的整體。

3 完善組織實施方案，提高課程設計教學質量

（1）合理安排設計進度，加強課程設計的教學管理。由于機電綜合課程設計工作量大，為了確保設計工作的順利進行，制定了詳細的工作計劃，進度安排：①教師講課、布置任務、學生選題、學生查閱資料，完成電氣原理設計和機械結構設計：2～3天；②檢查通過之后進入實驗室，認識電器元件原理和使用方法。進一步修改完善設計內容，繼續機械結構的設計和CAD圖的繪制：5～6天；③搭建、連接硬件系統并進行系統的初步調試：3～4天；④撰寫課程設計說明書：2～3天；⑤整理資料和答辯：1天。

課程設計期間，采取集中管理與開放式管理相結合的模式，前期布置任務，中期實驗調試，后期答辯進行集中講解和輔導，其他環節進行開放式管理。課程設計中會安排3～4次檢查，主要檢查學生設計方案、機械圖紙的繪制、電氣系統原理圖的繪制、電器元件的選擇、程序的編寫和調試等內容。

（2）改革課程設計學生成績評定方式，增加答辯成績。總成績由平時表現（10%）、課程設計說明書和圖紙（50%）、答辯成績（40%）三部分組成。成績分為優、良、中、及格和不及格。增加答辯成績的目的就是避免少數同學的抄襲現象。答辯成績包括設計過程中階段答辯成績和最終答辯成績兩個部分。其中平時成績包括前期計算檢查、機械圖、裝配圖、電氣圖檢查、實際接線或程序調試檢查、平時考勤等幾部分。

（3）編寫機電綜合課程設計指導書。由于本身專業發展時間較晚，除了合肥工業大學主編的《機電一體化系統設計課程設計指導書》外，很難找到適合本課程設計使用的教材，但該書也是根據本校實際情況編寫，沒有那樣的硬件條件，要實現起來非常困難。許多學校采用自編教材，而我校連自編的課程設計指導書也沒有。因此，結合本校的課程設計內容和現有實驗條件，重新編寫與教改相適應的課程設計指導電子書。

（4）建立了課程設計與綜合實驗周交互進行的實踐環節實施模式。以前綜合試驗周和課程設計由于歸屬不同的教學單位，各自為陣，使課程設計和實驗周的銜接性較差，不能很好達到教學目標。課程設計沒有后續實踐支撐，往往搞成紙上談兵。近年來，實驗教學設備和環境有了較大的改善，完全可以利用實驗室平臺，通過課程設計加強對學生工程實踐能力的培養。因此，機械工程教研室與機械基礎實驗室聯手，根據課程設計的需要，在機電控制實驗室和機械制造實驗室形成開放實驗區域，學生根據題目需要集中進行調試。這樣，一方面實現了資源的共享，學科交叉，避免學校重復投資造成的設備浪費；另一方面整合了教學內容，有效增加學生動手實踐的機會，提高了教學效果。

（5）加強現代設計手段和網絡資源的運用。采用先進的現代化設計手段，可大大提高工作效率。繪制機械結構時，可以采用AutoCAD 軟件直接繪制裝配圖，部分學生還可使用三維軟件直接進行結構設計。電氣原理圖的設計有的直接用CAD繪制，有的采用PROTEL軟件。但由于課程設計時間有限，每個學生的具體情況又不同，所以對計算機輔助設計能力不作強求，指導教師可根據學生情況靈活掌握。

設計時鼓勵學生充分利用網絡資源，瀏覽一些在機電一體化領域有較高知名度的網站，及時了解國內外機電一體化領域的最新動態，并可學到很多實用的工程設計方法，快速獲取課程設計所需信息。課程設計所用到的主要機械部件和電氣零部件產品，相應企業都有網站介紹，需要的技術數據一般在互聯網上都能查到，因此，學生可順利完成元器件的選型。

4 結束語

在2007、2008級學生的教學中，我校對機電綜合課程設計改革進行了實施，吸引了學生積極參與，受到學生的好評。機電綜合課程設計教學改革具有以下特點：

（1）建立了課程設計與綜合實驗周交互進行的實踐環節實施模式，使學生通過綜合性和創新性實驗（如硬件連接、軟件編程等），來驗證課程設計的方案，并對不合理處進行調整和修改。有利于學生加深對理論的體會、理解，有利于學生了解實際工程的特點，做到理論與實踐相結合。

（2）建立開放式課程設計平臺。課程設計選題允許一定的開放性，以更好地發揮學生的主觀能動性，培養學生的創造性；課程設計完成方式開放，給學生以更多自學、研究的機會；教學實驗室開放，滿足學生課程設計實踐環節需要。