基于典型裝置的機械專業(yè)電類課程教學(xué)方法實踐*

李軍 范劍

臺州學(xué)院機械工程學(xué)院 浙江臺州 318000

1 電氣技術(shù)對現(xiàn)代機械工程的重要意義

隨著計算機技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制技術(shù)在機械行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代機械產(chǎn)品從結(jié)構(gòu)、性能到應(yīng)用水平都已發(fā)生革命性變化，結(jié)構(gòu)上已出現(xiàn)機械、電子、計算機并存的局面[1]。同時隨著人力成本的不斷上升以及體力勞力者的短缺，要求用自動化、信息化技術(shù)提升改造傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造設(shè)備，以提高勞動生產(chǎn)率，減輕勞動強度。這些自動化設(shè)備的改造及維護(hù)需要大量的機械專業(yè)人員參與，作為現(xiàn)代機械專業(yè)技術(shù)人員，若沒有相應(yīng)的電氣控制技術(shù)知識，就像當(dāng)代人不懂電腦，難免有些缺陷。近年來，許多著名高校機械專業(yè)人才培養(yǎng)計劃中，電氣控制類課程比例不斷上升，加之這些高校學(xué)生基礎(chǔ)好，自學(xué)能力強，學(xué)生的電氣類專業(yè)知識掌握得比較扎實，能較好地將電氣技術(shù)應(yīng)用到機械工程中去。

2 目前機械專業(yè)電類課程存在的問題

但在大多數(shù)地方高校，往往存在這樣的情況：相比機類課程，電類課程設(shè)置較晚且很不全面。在機類課程體系中加入的幾門課程，如電工電子技術(shù)、微機原理等，很難形成自己的體系，機械專業(yè)學(xué)生難以學(xué)到系統(tǒng)的電類課程知識[1]。與重點高校相比，地方高校學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)及自學(xué)能力存在一定的差距，許多學(xué)生反映電類課程比機類課程難學(xué)。如微機原理這門課，許多非電類專業(yè)學(xué)生普遍感覺概念抽象、難理解記憶、內(nèi)容前后交錯、上手較慢，再加上學(xué)時數(shù)緊、授課時間短，更增加了教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的難度[2]。大多數(shù)學(xué)生很難將學(xué)得的有限電類知識靈活運用到機械設(shè)計與制造中去，以滿足現(xiàn)代機械對電氣技術(shù)的需求。許多地方高校機械專業(yè)的師生認(rèn)為，電類課程“不學(xué)不行，學(xué)了沒用”。

筆者認(rèn)為上述問題的存在，一方面是因為機械專業(yè)教學(xué)中沒有處理好“機”與“電”的關(guān)系，“機”強而 “電”弱；另一方面是學(xué)生缺少相應(yīng)的電類課程工程體驗。俗話說“百聞不如一見”，對于專業(yè)基礎(chǔ)薄弱，缺少實踐經(jīng)驗的學(xué)生，教師理論講得再好，其效果可能還不如讓學(xué)生自己到現(xiàn)場去體驗，讓學(xué)生親自動手去實踐。

3 基于典型裝置的現(xiàn)場教學(xué)法實踐

基于上述認(rèn)知規(guī)律，在機械專業(yè)電類課程教學(xué)中開展“基于典型裝置的現(xiàn)場教學(xué)”實踐與探索。具體做法是選擇當(dāng)?shù)仄髽I(yè)的典型機電產(chǎn)品或生產(chǎn)裝置，進(jìn)行解剖分析，尋找與電類課程相關(guān)聯(lián)的知識點，將所學(xué)的大部分電類課程知識串聯(lián)起來。將這些裝置作為項目案例進(jìn)行現(xiàn)場講解教學(xué)，課外時間讓學(xué)生利用這些裝置進(jìn)行課程設(shè)計或開放性實驗，讓學(xué)生進(jìn)行模仿設(shè)計和二次開發(fā)創(chuàng)新設(shè)計。

3.1 典型裝置的選擇原則

該教學(xué)方法的第一步，是選擇適用于教學(xué)的典型裝置。所選典型裝置一般要求滿足：

1）裝置來自當(dāng)?shù)仄髽I(yè)生產(chǎn)一線，以實現(xiàn)教學(xué)與地方經(jīng)濟(jì)的有效關(guān)聯(lián)，體現(xiàn)地方性，讓學(xué)生了解當(dāng)前企業(yè)的技術(shù)現(xiàn)狀，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣與熱情，同時也鼓勵任課教師關(guān)注地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展，樹立服務(wù)地方的理念；

2）裝置是機電一體化產(chǎn)品，體現(xiàn)機械專業(yè)特色，強調(diào)機電融合，實現(xiàn)“以機為平臺，電為機服務(wù)”的理念，盡可能多地涵蓋電類課程知識；

3）所選裝置應(yīng)具有透明性與開放性，裝置中相關(guān)電控單元盡可能透明開放，而不是黑匣子，相關(guān)單元有對外開放的接口，以利于檢測以及二次開發(fā)；

4）所選裝置要安全可靠，保證師生的教學(xué)實踐安全，盡量選擇小型化的裝置或裝置模型，方便教學(xué)。

經(jīng)調(diào)研，制造自動化裝置是機電企業(yè)中使用最廣泛的典型裝置，由于各企業(yè)產(chǎn)品不同，其自動化裝置千差萬別。盡管如此，但其基本單元基本類同，主要涉及自動送料單元、加工單元、裝配單元、分揀單元、輸送單元、人機界面單元、通訊單元等。這些單元涉及的知識，既與涉及主要“機”類課程，如機械原理、機械設(shè)計、機械制造、機械工程材料、公差與配合、液壓與氣動等；也涉及主要“電”類課程，如電工電子技術(shù)、傳感與檢測技術(shù)、微機原理與接口技術(shù)、單片機原理、電氣控制與PLC、機電控制等。這些裝置根據(jù)教學(xué)的需要，既可以分單元教學(xué)，也可相互連接，前后串聯(lián)組成一個系統(tǒng)開展教學(xué)。工廠的實際裝置往往體積較大，為了便于教學(xué)，最好采用縮小的模型，這些模型可以由師生自己制作，也可以根據(jù)需要向廠家定制，以滿足教學(xué)與實踐的要求。

3.2 典型裝置教學(xué)法的教學(xué)組織

有了典型教學(xué)裝置，接下來要組織電類課程任課教師進(jìn)行研究，商討如何將典型裝置有效地融入各門課程的教學(xué)中，做好各課程之間的知識銜接，避免課程之間內(nèi)容重復(fù)。根據(jù)典型裝置的特點，重新編寫教案，調(diào)整教學(xué)方式。確定的主要教學(xué)組織方式有：

1）原有課程的知識結(jié)構(gòu)不變，講到相關(guān)知識點時，引入典型裝置相關(guān)內(nèi)容作為案例；

2）打亂原有課程體系，以典型裝置所涉及的知識為主線安排教學(xué)；

3）將前兩種方式結(jié)合，有些知識按原來順序組織，有些知識以典型裝置為主線講解；

4）以典型為基礎(chǔ)，課后布置學(xué)生設(shè)計任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生先模仿再創(chuàng)新設(shè)計提高，盡量用自己的設(shè)計思路對原有裝置進(jìn)行改進(jìn)或替換，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力。

3.3 典型裝置教學(xué)法對工程能力培養(yǎng)的作用

上述典型裝置現(xiàn)場教學(xué)方法，以典型裝置作為項目案例進(jìn)行教學(xué)，克服了空洞的理論說教，能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時能將所學(xué)知識點有機串聯(lián)起來，使相關(guān)知識在學(xué)生頭腦中形成整體印象。心理學(xué)研究表明，連貫知識比片段知識更容易記憶。比如現(xiàn)有電類課程雖有許多實驗，調(diào)查后卻發(fā)現(xiàn)多數(shù)學(xué)生對做過的實驗沒什么印象。但如果叫他們組裝調(diào)試一臺完整的收音機，多數(shù)的學(xué)生記憶永生難忘。這些典型裝置，均為典型的完整機電產(chǎn)品，能讓學(xué)生理解機電融合的理念，掌握機電結(jié)合的設(shè)計方法，這是現(xiàn)代機械工程技術(shù)人員必備的素質(zhì)。更主要的，通過典型裝置教學(xué)，能培養(yǎng)學(xué)生的“工程”意識與工程能力。

工程能力是工程師最重要、最基本的素質(zhì)之一，如何培養(yǎng)工程能力是目前我國高等院校特別是工科院校急需研究解決的現(xiàn)實問題[3]。造成學(xué)生工程能力缺失的原因是多方面的，如高校引進(jìn)教師只重學(xué)歷不重工程背景，教學(xué)內(nèi)容重理論輕實踐；大多教材編者沒有工程經(jīng)驗，編出的教材有理論沒實踐。而發(fā)達(dá)國家的工程類專業(yè)課以及專業(yè)基礎(chǔ)課教材中的例子一律是工程實例，并且每個章節(jié)后都附有上百個工程實例習(xí)題，它強調(diào)學(xué)習(xí)理論是為了解決工程實際問題[4]。來自當(dāng)?shù)仄髽I(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的典型裝置，無疑是最好的工程實例，讓師生從課本回到工程實際。

4 教學(xué)實踐初步成果

臺州學(xué)院機械專業(yè)部分電類課程已進(jìn)行數(shù)輪的“基于典型裝置的現(xiàn)場教學(xué)方法”試點，取得初步成效。

一是機械專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)電類課程的興趣有了明顯提高，選擇機電方向?qū)I(yè)課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計的學(xué)生比例大幅提高。

二是機械專業(yè)機電類課程設(shè)計與畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量明顯提高，成績優(yōu)秀率明顯高于純機類課題，并且?guī)缀跛袡C電類課程設(shè)計與畢業(yè)設(shè)計均制作了實物樣機或模型，達(dá)到理論與實踐統(tǒng)一的效果。

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