機電一體化系統設計教學改革研究

摘 要：分析了機電一體化系統設計課程教學的國內外相關現狀，從綜合應用能力和素質培養的總體要求出發，根據機電一體化技術的知識結構及其在培養學生工程理論應用能力方面的作用，規劃課堂教學的組織實施，采用靈活多樣的教學手段和教學方式，積極探索新型教學模式，構建新的教學評價體系，改善教學效果。

關鍵詞：機電一體化系統設計；教學改革；實踐

一、國內外相關研究現狀分析

隨著機械工業的蓬勃發展，世界各國對機械類專業的高等教育越來越注重實踐性、應用性及前沿性。德國機電一體化專業課程體系建設是通過校企合作和工學結合的形式，以學習者專業能力、方法應用能力和適應社會能力等綜合職業能力培養為本位，以市場需求為目標，以就業為導向，將學習和工作要素相結合，并通過分析與綜合，把工作過程的各個部分按一定的順序，導入課程體系中以構成一個有機的整體。美國賓夕法尼亞大學機械工程與應用力學系提出“機電一體化”課程改革思路，在學期項目中預定實驗方案，根據實驗方案決定課程內容。南京航空航天大學在機電一體化課程教學改革中，將科研成果引入課程的理論和實驗教學中，自主研發教學實驗系統平臺，簡化項目研究內容，研究一體化的系統教學法，培養學生的創新意識，提高學生綜合素質。國內高校關于機電一體化專業人才的教育改革各有特色，但與國外教學水平相比，仍處于初級階段，還沒有形成系統的改革方案。建立適應機電一體化系統設計課程本身特點的教學模式任重而道遠。

二、機電一體化系統設計教學改革研究

從機電一體化系統設計課程實踐性、綜合性特點出發，對其進行教學改革，是高校培養應用型機械類人才的關鍵。機電一體化技術課程教學改革主要包括教學內容改革、教學方法改革、實驗內容改革及考核方式改革四個方面。

1.教學內容改革

以系統設計思想為主線，機電一體化的研究方法不能只是簡單拼湊，應該從系統設計方案開始到各元部件選擇到系統最終成形的全過程都要貫徹系統設計的思想。首先是從整體角度及可行性方面對系統進行多種整體方案設計；然后對其機械機構、執行元件、微機控制系統、檢測傳感裝置等組成部分及相關接口進行細節設計；最后對系統性價比進行衡量，得出優化設計方案。選擇原則是在保證目的功能要求與適當壽命的前提下不斷降低成本。在講授每一部分內容時都結合該案例，并將系統設計方法融于其中，既利于學生對知識的掌握，又能起到舉一反三的作用，便于學生分析和設計其他的機電一體化產品。

2.教學方法改革

充分運用現代化教學手段，不斷提高教學效果，由于機電一體化技術普遍應用于自動化設備（如數控機床、加工中心、機器人等）和自動化生產線（如柔性制造系統等），而學生基本未見過上述自動化設備和生產線，無法了解自動化設備和生產線是如何利用機電一體化技術進行工作的。另外，機電一體化技術是集控制技術、伺服傳動技術、傳感檢測技術、計算機信息技術等于一體的新興綜合性學科，具有涉及面廣、綜合性強的特點。

3.實驗內容改革

在實驗教學環節開設的多為演示性、驗證性實驗，學生動手操作調試的機會少，學習積極性不高。機電一體化教學團隊探索構建以學生為主體，以項目驅動為主線，通過項目任務引導理論教學和理論教學指導項目實踐的互推互動的教學新模式。在剖析某幾個典型機電一體化系統（項目）的結構組成、工作原理、設計過程中，串聯講解知識點并在實驗環節進行知識點在項目中的具體應用實現，進而將項目實施和理論講授有機融合，使學生所學知識得到利用，也提高學生對本課程的學習興趣，將加強學生的工程實踐能力、創新能力和工程意識培養與訓練切實落實到每個教學環節中去。

4.考核方式改革

改變以理論考核為主、實踐技能考核為輔的做法，加大實踐技能考核的比例，探尋能夠鍛煉學生書面表達能力，提高學生獨立動腦能力及實際動手能力，激發學生創新動力，提高學生針對實際工程問題的分析能力、解決工程問題的能力的考核方案。采用閉卷考試與平時作業相結合的形式，平時作業由教師根據課堂內容制定，形式為幻燈片匯報，針對一個題目，提倡小組成員合理分工，合作完成，目的在于鼓勵學生閱讀參考書，查找資料，拓寬和加深對理論知識的理解認識。同時注重考試內容的靈活性，增加了分析能力、創新能力的考題，重點考核學生的知識應用和知識遷移能力，適當地將實踐環節成績、論文寫作成績和平時成績以適當的比例計算到總成績中去，構建新的教學評價體系，科學分析評價教學效果。

眾所周知，制造業是我國的支柱產業，也是自動化程度較高的行業。如今為提高產品質量與生產效率，制造企業越來越多地采用自動化生產設備和制造技術，而自動化生產制造的核心技術是機電一體化技術。通過多年的機電一體化專業教學實踐及對走上工作崗位的機電一體化專業畢業生的訪談，了解到目前機電一體化專業畢業生的瓶頸所在，即學校學習的理論知識較多用不上，能用得上的理論知識又不知如何應用于實踐，普遍動手能力較差。結合目前機電一體化人才市場對畢業生的具體需求情況，對機電一體化系統設計的教學改革進行研究與探索。對該課程的教學改革提出思路，目的在于提高學生的動手能力，以盡可能地減少理論與實踐脫節的現象。

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基金項目：石河子大學一類課程“機電一體化系統設計”建設項目。

作者簡介：胡蓉，1981年出生，女，新疆石河子人，石河子大學機電學院副教授，主要從事機械設計及其自動化專業的教學和科研工作。

編輯 溫雪蓮