機電一體化技術(shù)課程中案例化教學(xué)改革與實踐

趙麗梅　李焜

[摘 要]針對機電一體化技術(shù)課程內(nèi)容繁雜、綜合性強的特點以及目前課程的教學(xué)現(xiàn)狀，在優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、完善教學(xué)手段的基礎(chǔ)上重點探討案例化教學(xué)方法，通過案例激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，加強對重點難點的理解和掌握，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。以具體的實例介紹案例化教學(xué)方法在教學(xué)中的應(yīng)用。教學(xué)實踐表明，案例化教學(xué)提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，取得了良好的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]機電一體化；案例化教學(xué)；改革；實踐

[中圖分類號] G642.4 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）03-0106-02

機電一體化技術(shù)課程是農(nóng)業(yè)機械化及其自動化方向重要的專業(yè)課程，主要講授機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成、機電系統(tǒng)檢測技術(shù)、機電系統(tǒng)驅(qū)動技術(shù)與執(zhí)行裝置、機電系統(tǒng)控制技術(shù)等內(nèi)容。課程具有知識面廣、難度大、綜合性高、實踐性強的特點，學(xué)生經(jīng)常感覺內(nèi)容抽象、枯燥乏味，因而如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，改善教學(xué)效果成為任課教師急需探索的重要課題。針對機電一體化技術(shù)課程的特點，我們深入開展了教學(xué)改革，重點采用基于工程案例的教學(xué)方法應(yīng)用于教學(xué)實踐中，有效地改善了教學(xué)效果。

一、教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

優(yōu)化教學(xué)體系和內(nèi)容，把握重點知識，補充前沿知識。“機電一體化技術(shù)”課程教學(xué)內(nèi)容相當(dāng)繁雜，針對本課程知識面廣、難度大的特點，首先必須精心選擇教學(xué)內(nèi)容，注意與相關(guān)課程的知識點劃分與銜接，同時突出本課程的知識重點。比如對于講授電機驅(qū)動系統(tǒng)部分，注意與電工技術(shù)課程在知識點上的銜接，避免重復(fù)和缺漏，對于電工學(xué)中已經(jīng)講過的伺服電機不再做基本結(jié)構(gòu)及控制原理的介紹，但對于之前沒有介紹過的步進電機則從基礎(chǔ)知識入手，再通過對伺服電機、步進電機的廣泛應(yīng)用實例的介紹，重點突出控制電機在機電一體化系統(tǒng)中的作用。對于機電系統(tǒng)中的計算機系統(tǒng)部分，由于已經(jīng)開設(shè)了微機原理及接口技術(shù)課程，在教學(xué)中精簡單片機相關(guān)基礎(chǔ)知識的介紹，著重講解目前應(yīng)用比較廣泛的PLC的原理和應(yīng)用，并結(jié)合具體工程案例使學(xué)生能夠充分理解掌握。另外，還可要求學(xué)生查找資料，針對機電一體化系統(tǒng)在工業(yè)企業(yè)、航空航天等領(lǐng)域的運用撰寫科技小論文，補充學(xué)科前沿知識。

二、教學(xué)手段的完善

借助現(xiàn)代多媒體技術(shù)提高教學(xué)效果，將多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)的板書教學(xué)結(jié)合起來，既充分利用多媒體技術(shù)圖文并茂的特點，又充分發(fā)揮板書教學(xué)條理清晰、重點突出的優(yōu)點。完善多媒體教學(xué)系統(tǒng)，制作集文字、圖片、視頻、動畫等于一體的課程PPT課件，引導(dǎo)學(xué)生通過對圖形、圖像的分析，系統(tǒng)地歸納和提取有用的知識，使學(xué)生建立良好的感性認識，有益于知識的理解和消化，同時也極大地豐富了課堂的知識量，使學(xué)生的興奮點始終保持在較高的水平。

三、案例化教學(xué)方法

由于多數(shù)學(xué)生對機電一體化系統(tǒng)沒有直接的感性認識，可通過科研聯(lián)系單位、網(wǎng)絡(luò)等多種渠道，收集大量的機電一體化系統(tǒng)應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、醫(yī)療、軍事、航天航空等行業(yè)的圖片和視頻資料，使學(xué)生在學(xué)習(xí)課程之初即了解機電一體化系統(tǒng)的實際應(yīng)用場合，極大地提高了學(xué)生對學(xué)習(xí)課程知識的主觀意愿和學(xué)習(xí)興趣。

針對教學(xué)中的重點和難點，利用一些小型的工程案例來說明知識點，使學(xué)生加強對知識的理解和掌握。比如，在講解動力電機和控制電機的區(qū)別時，設(shè)計包含交流電動機和步進電機的繞線裝置來講解電動機動力的提供和步進電機對給線輪轉(zhuǎn)動的控制。

以布置作業(yè)的形式提供可操作的工程項目，使學(xué)生對所學(xué)知識進行鞏固和拓展，將理論知識應(yīng)用于具體的工程實例，發(fā)揮學(xué)生的主體作用，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，培養(yǎng)學(xué)生的獨立工作能力和創(chuàng)新能力。

四、案例化教學(xué)設(shè)計與實踐

本文以PLC控制的自動搬運機械手設(shè)計為例闡述案例化教學(xué)的實施。這是一個綜合性的工程案例，在課程進行過程中分階段布置給學(xué)生。

整個設(shè)計過程分三個階段進行。第一階段，要求學(xué)生畫出整體的設(shè)計方案，包括畫出機械系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)的布置草圖。對學(xué)生的設(shè)計方案進行指導(dǎo)，提出改進意見并將參考的設(shè)計方案展示給學(xué)生，機械手結(jié)構(gòu)草圖如圖1所示。方案采用步進電機驅(qū)動，以獲得機械手的各種運動。機械手的上下、左右直線運動由步進電機驅(qū)動滾珠絲杠，再由滾珠絲杠螺母傳動實現(xiàn)。機械手的旋轉(zhuǎn)運動由步進電機驅(qū)動直齒輪，再由直齒輪嚙合傳動實現(xiàn)。手爪的夾緊和放松采用電磁鐵控制。第二階段，要求學(xué)生設(shè)計自動搬運機械手的檢測系統(tǒng)，包括工件的到位檢測，機械手沿水平和豎直方向的伸縮到位檢測和搖臂的轉(zhuǎn)動到位檢測，正確選用傳感器類型，并說明傳感器布置的位置。第三階段，給出機械手的操作流程，如圖2所示，要求學(xué)生根據(jù)流程分析控制要求，選取某一型號的PLC，畫出PLC外圍接線圖并用狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖編程。

當(dāng)搬運機械手在自動運行狀態(tài)下，復(fù)位后，按下啟動按鈕，機械手開始進入自動循環(huán)運行狀態(tài)，程序流程圖如圖3所示，搬運機械按照以上動作過程進行循環(huán)。

通過該工程案例的設(shè)計可以使學(xué)生進一步了解機電一體化系統(tǒng)的組成及各部分作用，理解設(shè)計流程，進一步掌握傳感器、步進電機的驅(qū)動與控制以及PLC的選型、外圍接線和控制程序的編寫等相關(guān)知識。

五、小結(jié)

在機電一體化技術(shù)課程的教學(xué)中，針對課程的特點，對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式和教學(xué)方法進行了改革，重點通過實例化教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生對機電一體化技術(shù)相關(guān)知識的求知欲，爭取最大限度地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高了學(xué)生分析和解決實際問題的能力與創(chuàng)新能力，達到了良好的教學(xué)效果。

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[責(zé)任編輯：鐘 嵐]