基于項目結(jié)合的《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》教學(xué)研究

包從望 劉永志 江偉 林良

摘 要：鑒于《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》課程綜合性較強(qiáng)的學(xué)科特點，文章提出了一種基于項目結(jié)合的教學(xué)方法，于教學(xué)實踐中設(shè)定了機(jī)電數(shù)控平臺的課程項目，從而建立了《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》課程與項目結(jié)合為一體的教學(xué)內(nèi)容體系。實踐證明，基于該模式下的教學(xué)能成功有效的完成教學(xué)任務(wù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生在機(jī)電結(jié)合方面的實踐能力，達(dá)到提高教學(xué)效果與培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目的。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計；項目結(jié)合；教學(xué)實踐；機(jī)電類專業(yè)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）10-0058-02

Abstract： Due to the comprehensiveness of mechatronics system design course， a teaching mode based on project is proposed. The project of electromechanical CNC platform is set for teaching practice， thus the system of teaching content is built for combining the course of mechatronics system design with project. Practice shows that the teaching task can be completed effectively，the learning interest of students are excited， the practical ability aspects of combined with electromechanical of students are improved， the objective to improve effect of teaching and train applied talents is completed.

Keywords： Mechatronics System Design； combining project； teaching practice； electromechanical specialty

引言

《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》是機(jī)電類專業(yè)的核心課程，是綜合性、應(yīng)用性極強(qiáng)的課程，所涵蓋的知識面廣，對于培養(yǎng)機(jī)電自動化應(yīng)用型人才意義重大[1]。該課程集《機(jī)電傳動控制》、《微機(jī)原理》、《傳感器技術(shù)》、《自動控制原理》于一體，具有較強(qiáng)的專業(yè)性質(zhì)。

自20世紀(jì)90年代以來，世界各高校掀起了課程改革的浪潮，我國在教改過程中主要強(qiáng)調(diào)的是教師的教學(xué)方式以及學(xué)生的學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變。其中，研究性學(xué)習(xí)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到大學(xué)本科的教學(xué)中，因此改變以往學(xué)生學(xué)習(xí)單純性與被動性，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力已迫在眉睫。

目前，《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》教學(xué)中主要問題為理論與實踐環(huán)節(jié)不能很好融合，或是實踐環(huán)節(jié)與理論的銜接不當(dāng)，致使學(xué)生對所學(xué)的知識不能加以聯(lián)系，融會貫通，難以將其綜合應(yīng)用到實際應(yīng)用項目，以致教學(xué)有所欠缺[2]。據(jù)此，文章從理論、實踐結(jié)合出發(fā)，闡述了基于項目結(jié)合的教學(xué)理念，并介紹了教學(xué)實施的具體方法，將項目實施與理論學(xué)習(xí)相結(jié)合，以提高教學(xué)效果。實踐證明，所提方法有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，具有一定教學(xué)借鑒。

一、《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》課程特點

（一）內(nèi)容豐富，知識面廣，理論性強(qiáng)

《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》是由多門學(xué)科相互交叉、滲透而成的一門綜合性專業(yè)課程，其中包含機(jī)械設(shè)計理論、傳感檢測技術(shù)、測試技術(shù)、信息處理技術(shù)、控制技術(shù)、微機(jī)原理、編程基礎(chǔ)、伺服驅(qū)動等學(xué)科，其課程組成如圖1所示。因此，該課程內(nèi)容豐富，知識面廣，理論性強(qiáng)，為了全面掌握該課程，必需全面了解掌握各相關(guān)技術(shù)知識。

鑒于該課程涉及面廣，為在有限學(xué)時內(nèi)，較好完成該核心課程的學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)該課程前應(yīng)對各相關(guān)知識打好扎實基礎(chǔ)。這些相關(guān)知識并非獨立無聯(lián)系的，而是一個有機(jī)的結(jié)合體，是一個工程體系。在實際教學(xué)過程中怎樣讓學(xué)生更深入理解該課程的各獨立體系的銜接，提出一種基于項目實施的教學(xué)方法能更好解決各獨立知識之間的融合，以提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)探索問題。

（二）課程實踐性強(qiáng)

就工科專業(yè)而言實踐性強(qiáng)具有一定的普遍性，本課程所涉及的眾多專業(yè)技術(shù)更是決定了其更強(qiáng)的實踐性。學(xué)生雖對各門基礎(chǔ)知識有所掌握，但如何將所學(xué)知識應(yīng)用到實際項目中成為學(xué)習(xí)《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》瓶頸。機(jī)電一體化的實踐難點在于其系統(tǒng)性較強(qiáng)，因此將項目設(shè)計引入到課程教學(xué)中，有利于加強(qiáng)理論與實踐之間的結(jié)合。

二、項目結(jié)合的教學(xué)理念

根據(jù)《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》的課程特點，在課程教學(xué)中引入項目開發(fā)實例，以具體項目為背景，以此加強(qiáng)理論與實踐的結(jié)合[3]。

（一）選擇適合的項目

科學(xué)的選擇項目是本教改的重點，選擇科學(xué)項目需要具有一定的科學(xué)性。

機(jī)電數(shù)控平臺是典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，基本結(jié)構(gòu)如圖2所示，包含工作臺、傳動部分、驅(qū)動、傳感器、信息處理系統(tǒng)、以及微機(jī)控制器的編程基礎(chǔ)，涵蓋了該課程的基本組成，因此，選擇機(jī)電數(shù)控平臺滿足各知識融合的需求。

（二）數(shù)控平臺項目解析

機(jī)電數(shù)控平臺主要可分為速度、位置控制，具體實踐過程為：首先，由傳感器檢測到工作臺的運行位置與速度，經(jīng)信息處理后將信號傳到微機(jī)處理系統(tǒng)；然后，經(jīng)控制技術(shù)相關(guān)算法計算后用于控制驅(qū)動元件，調(diào)節(jié)電機(jī)速度；在控制系統(tǒng)中通過編程實現(xiàn)系統(tǒng)控制；最后，通過算法仿真軟件分析整個系統(tǒng)的性能。該系統(tǒng)中，傳動部分以及各接口間的連接包含了機(jī)械設(shè)計理論知識。通過數(shù)控平臺系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)理論與實踐之間的結(jié)合。

三、課程教學(xué)實施

基于項目結(jié)合的教學(xué)方法，在項目實踐中掌握相關(guān)知識與整個系統(tǒng)的設(shè)計方法。整個教學(xué)環(huán)節(jié)中主要包含計劃書的制訂、具體實施與教學(xué)評估三個階段，從整個系統(tǒng)的設(shè)計，使學(xué)生認(rèn)識實際項目的研發(fā)流程，并在研發(fā)過程中體會相關(guān)知識的融會貫通，使學(xué)生構(gòu)建相關(guān)知識體系。

（一）項目計劃書的制訂

在理論知識講解完之后，由教師下發(fā)速度控制或位置控制的項目計劃書，在計劃書中提出相應(yīng)的設(shè)計要求設(shè)計參數(shù)、以及最終的設(shè)計指標(biāo)，同時在項目教學(xué)中體現(xiàn)教學(xué)意義和教學(xué)目的。項目設(shè)計過程中采用獨立完成的形式，每位同學(xué)都會拿到不同的設(shè)計任務(wù)。拿到計劃書之后學(xué)生需完成搜集資料、查閱目前的研究現(xiàn)狀、計算相關(guān)參數(shù)、選擇控制系統(tǒng)、控制算法、相關(guān)信息處理的方法以及說明書的撰寫等工作[4]。

（二）任務(wù)提出與問題驅(qū)動

根據(jù)計劃書中的任務(wù)要求，在基礎(chǔ)知識講解完成的基礎(chǔ)上由學(xué)生獨立完成傳動機(jī)構(gòu)的選型、減速器類型、預(yù)緊方式、支撐方式等的選擇，并由學(xué)生自由展開研究設(shè)計實踐。在完成機(jī)械部件的選型與設(shè)計之后，確定相應(yīng)的控制算法、驅(qū)動方式、控制器的選擇以及相關(guān)電路設(shè)計。在完成整個項目設(shè)計后，總結(jié)相關(guān)技術(shù)知識與技術(shù)重點難點，并作相應(yīng)的結(jié)題報告。

（三）課程評估方法

根據(jù)學(xué)生完成情況，檢查相關(guān)任務(wù)是否完成，并將各位同學(xué)的工作量算入評估體系，由學(xué)生的項目完成情況，邀請教研室各專業(yè)老師進(jìn)行討論研究，從而給出學(xué)生的最終成績。成績評定方法采用彈性評定的方式，允許有學(xué)生有部分未完成，但要求研究必須透徹，并提出相關(guān)難點，經(jīng)討論所研究內(nèi)容是否在其能力范圍之內(nèi)。

四、結(jié)束語

文章結(jié)合《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》的課程特點，提出來基于項目結(jié)合的教學(xué)方法，以機(jī)電數(shù)控平臺設(shè)計為項目研究，建立了課程的教學(xué)內(nèi)容體系。通過項目實踐教學(xué)，建立學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與知識融合能力，教學(xué)過程中學(xué)生由客轉(zhuǎn)主，以學(xué)生為中心，構(gòu)建學(xué)生的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計知識體系。實踐表明，該方法取得了較好的教學(xué)效果，有一定借鑒價值。

參考文獻(xiàn)

[1]李琦，王基，等.《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》課程教學(xué)改革與實踐[J].高等教育研究學(xué)報.2010，33（1）：100-101.

[2]王田苗，陳殿生，等.《機(jī)電控制基礎(chǔ)》一體化項目教學(xué)實踐[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報，2008，21（6）：77-80.

[3]趙鳳.項目教學(xué)法在《機(jī)械基礎(chǔ)》課中的應(yīng)用職業(yè)技術(shù)教育[J].2006（20）：63-64.

[4]陳英俊，黃崇林.面向卓越工程師培養(yǎng)的機(jī)電一體化設(shè)計基礎(chǔ)課程建設(shè)與教學(xué)改革[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2012，1：56-58.