針對(duì)工業(yè)工程專業(yè)的“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程教學(xué)探討

李俊偉　袁昌富　魏敏　羅昕

摘 要：文章針對(duì)工業(yè)工程專業(yè)的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程學(xué)時(shí)少、學(xué)生幾乎是“零基礎(chǔ)”等問題，結(jié)合機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程教學(xué)的內(nèi)容和特點(diǎn)，總結(jié)教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的困難、不足，通過對(duì)教學(xué)內(nèi)容、方法等方面的分析探討，提出一些針對(duì)工業(yè)工程專業(yè)的課程教學(xué)想法與建議，旨在提高教學(xué)效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量，為今后機(jī)械制造基礎(chǔ)課程教學(xué)提供思路，并為今后該課程的教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控體系的構(gòu)建提供前期基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”;工業(yè)工程;課程教學(xué)

“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程是機(jī)電類各專業(yè)必修的主干基礎(chǔ)課程，在各高等工科院校人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)中有著重要的地位[1]。該課程的主要特點(diǎn)是指引學(xué)生以系統(tǒng)角度看問題，培養(yǎng)學(xué)生的全局性思維觀，將機(jī)械、電子等系統(tǒng)耦合因素看作一整體，去學(xué)習(xí)與理解機(jī)電一體化產(chǎn)品的通用規(guī)律及特點(diǎn)，掌握其設(shè)計(jì)理論、設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)技術(shù)，從通用機(jī)電化產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)的學(xué)習(xí)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)新機(jī)電產(chǎn)品的能力[2]。目前，機(jī)電一體化課程包含“機(jī)械部件與執(zhí)行元件”“接口技術(shù)”“機(jī)電有機(jī)結(jié)合”“工業(yè)機(jī)器人”四部分內(nèi)容，以及機(jī)電一體化綜合實(shí)驗(yàn)課程。筆者所在的石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院近年對(duì)工業(yè)工程專業(yè)開設(shè)該課程，屬于專業(yè)選修課。根據(jù)學(xué)校教學(xué)學(xué)科建設(shè)的需求與安排，由筆者承擔(dān)工業(yè)工程專業(yè)的“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的課程教學(xué)任務(wù)，由于該課程涉及面廣，因此需要學(xué)生具備前期的專業(yè)知識(shí)，如機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、電子電工技術(shù)、微機(jī)原理、電路控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)等相關(guān)知識(shí)[3]。對(duì)于工業(yè)工程專業(yè)的學(xué)生來說，由于相關(guān)知識(shí)缺乏，導(dǎo)致實(shí)際教學(xué)過程中出現(xiàn)了不少問題。筆者依據(jù)在實(shí)際教學(xué)過程中遇到的問題以及對(duì)應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)目標(biāo)的理解，提出了一些思考與建議，旨在提高課程教學(xué)效果，并為該課程質(zhì)量監(jiān)控體系的構(gòu)建提供前期基礎(chǔ)。

一、課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

本課程的教學(xué)對(duì)象是工業(yè)工程專業(yè)大四的本科學(xué)生，教學(xué)對(duì)象是一個(gè)專業(yè)兩個(gè)自然班，根據(jù)教學(xué)大綱要求，該課程在學(xué)生所學(xué)專業(yè)課的基礎(chǔ)上，以實(shí)例介紹的形式為主，從機(jī)械電子結(jié)合的角度介紹機(jī)電一體化的主要研究?jī)?nèi)容及應(yīng)用領(lǐng)域，通過國(guó)內(nèi)外關(guān)于機(jī)電一體化系統(tǒng)最新研究成果的介紹，學(xué)生既能了解到本學(xué)科的前沿知識(shí)，又能逐步培養(yǎng)科學(xué)研究的能力，為畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行相關(guān)題目的研究打下良好基礎(chǔ)。通過教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，課程教學(xué)出現(xiàn)了不少問題，主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。

1.機(jī)械或機(jī)電專業(yè)知識(shí)缺乏問題

工業(yè)工程專業(yè)本身屬于管理類的專業(yè)，因此，該專業(yè)的學(xué)生機(jī)械方面的知識(shí)背景缺乏，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程所涵蓋的專業(yè)知識(shí)面較廣，對(duì)相關(guān)先修課程的依賴性很強(qiáng)，對(duì)學(xué)生的專業(yè)相關(guān)知識(shí)面要求較廣，要求學(xué)生學(xué)習(xí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)眾多[3][4]。對(duì)于工業(yè)工程的學(xué)生來說，該課程只有32學(xué)時(shí)，所授知識(shí)卻遠(yuǎn)超規(guī)定學(xué)時(shí)內(nèi)的知識(shí)，這對(duì)學(xué)生來說，上課仿佛在走馬觀花，完全處于似懂非懂狀態(tài)，致使學(xué)生學(xué)無興趣，教師教無動(dòng)力，筆者發(fā)現(xiàn)這是影響教學(xué)質(zhì)量的主要原因之一。

2.課堂教學(xué)問題

由于課時(shí)的限制，再者，該課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性和應(yīng)用性，而教師只能在教室內(nèi)以PPT的形式進(jìn)行課堂講授，很多教學(xué)內(nèi)容被濃縮、簡(jiǎn)化甚至忽略不講，教師把主要精力放在按規(guī)定學(xué)時(shí)把所有的教學(xué)內(nèi)容灌輸給學(xué)生，偏重課程知識(shí)、內(nèi)容孤立傳授，學(xué)生在課堂上基本處于被動(dòng)接受的狀態(tài)，不利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性，教學(xué)效率不高。

3.實(shí)踐課設(shè)置問題

本課程授課對(duì)象為正處于開始專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)的大四學(xué)生，學(xué)生都處在找工作的狀態(tài)中，加上缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)等的感性知識(shí)以及課程學(xué)時(shí)的限制，學(xué)校不安排實(shí)踐課環(huán)節(jié)，學(xué)生在課堂上接收的知識(shí)無法通過感性或直接的實(shí)踐來鞏固，直接導(dǎo)致學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決、分析實(shí)際問題的能力缺乏。

二、課程教學(xué)探討

上述問題是筆者在實(shí)際教學(xué)過程中總結(jié)而得，結(jié)合課程內(nèi)容的特點(diǎn)，筆者從充分利用專業(yè)相關(guān)性，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容與結(jié)構(gòu)，合理選擇教學(xué)方式與方法等方面入手，解決工業(yè)工程等非機(jī)械類專業(yè)的課程教學(xué)的主觀和客觀問題，從而改善教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量。

1.加強(qiáng)專業(yè)知識(shí)的指導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生的興趣

因地制宜，從主觀找解決問題的辦法。由于工業(yè)工程的學(xué)生對(duì)機(jī)電類專業(yè)知識(shí)的缺乏，因此，筆者認(rèn)為授課教師要切實(shí)根據(jù)課程內(nèi)容有針對(duì)性地布置課前預(yù)習(xí)作業(yè)方式，并把預(yù)習(xí)作業(yè)完成程度作為考核計(jì)入總成績(jī)，督促學(xué)生利用課后時(shí)間理解吸收本課程的知識(shí)點(diǎn)，并不斷提高學(xué)生的基礎(chǔ)及專業(yè)水平。同時(shí)教師課下應(yīng)多了解他們的興趣點(diǎn)，并積極夸獎(jiǎng)他們的學(xué)科精神，積極跟學(xué)生溝通，及時(shí)抓住學(xué)生的興趣點(diǎn)，以期結(jié)合學(xué)生的興趣點(diǎn)進(jìn)行授課，從而有利于課堂教學(xué)的積極有效進(jìn)行。

2.優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容

由于“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程具有內(nèi)容多、專業(yè)面廣等問題，因此在本專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)指導(dǎo)下，教師對(duì)該課程的內(nèi)容進(jìn)行針對(duì)性的分解，可以優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容[5]：刪減控制基礎(chǔ)、測(cè)試基礎(chǔ)、單片機(jī)原理等部分講解內(nèi)容，把這些內(nèi)容放到課后要求學(xué)生復(fù)習(xí)鞏固;增加系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)特性、機(jī)電有機(jī)結(jié)合分析與設(shè)計(jì)等部分內(nèi)容的講授比重;并從系統(tǒng)性大角度給學(xué)生展示設(shè)計(jì)過程，讓學(xué)生的基礎(chǔ)及專業(yè)水平得到提高。然后，大膽改革教學(xué)方式，提高教學(xué)實(shí)效。在新工科背景下，教師要不斷更新教學(xué)理念，大力倡導(dǎo)研究性學(xué)習(xí)理念[6]，以學(xué)生為主體，通過學(xué)生自由探索研究，利用形式多樣的研究性學(xué)習(xí)手段，讓學(xué)生在自主中學(xué)到基本知識(shí)，在問題和項(xiàng)目綜合學(xué)習(xí)實(shí)踐中得到鍛煉，提升學(xué)生解決問題和思考問題的能力，激發(fā)學(xué)生參與創(chuàng)造性活動(dòng)的熱情。

3.多種教學(xué)方式并用

在對(duì)課程部分章節(jié)進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化后，教師要根據(jù)該課程內(nèi)容的特點(diǎn)，大力開展因內(nèi)容而異的多媒體、課堂分析討論、案例教學(xué)[7]、現(xiàn)場(chǎng)工程教學(xué)等多種方法結(jié)合的教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生沒有機(jī)電類相關(guān)基礎(chǔ)，那么在教學(xué)中應(yīng)盡量多找些視頻教學(xué)資料來彌補(bǔ)一些感官的教學(xué)內(nèi)容，加深學(xué)生的學(xué)習(xí)，通過在課堂上完整講解一個(gè)具體案例，從機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、執(zhí)行驅(qū)動(dòng)、傳感檢測(cè)、信息處理等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生掌握機(jī)電產(chǎn)品一體化設(shè)計(jì)的要點(diǎn)和具體思路[8]。同時(shí)，組織學(xué)生對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的關(guān)鍵問題進(jìn)行小組討論，并讓每個(gè)學(xué)生發(fā)表自己的建議與看法，形成人人參與、人人思考的學(xué)習(xí)氛圍[9]。教師結(jié)合研討式教學(xué)，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，遇到問題學(xué)會(huì)自己先解決。教師可以以小組為單位，進(jìn)行研討式教學(xué)，讓學(xué)生課后獨(dú)立完成一個(gè)專題，第二次上課時(shí)以小組的形式給大家匯報(bào)，教師點(diǎn)評(píng)，其他學(xué)生提問。這樣的教學(xué)方式不僅能有效培養(yǎng)學(xué)生的興趣，而且還能幫助學(xué)生培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，讓學(xué)習(xí)變得主動(dòng)起來。

4.創(chuàng)造條件，引導(dǎo)學(xué)生課后自主學(xué)習(xí)與提高

以教師為主導(dǎo)，在學(xué)院已有的客觀條件下，努力探索課外培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的模式。由于課時(shí)少，不安排實(shí)驗(yàn)課教學(xué)實(shí)為不妥，但是，在實(shí)際教學(xué)過程中，筆者方面在保證安全的前提下，安排并鼓勵(lì)學(xué)生去本地企業(yè)進(jìn)行自主參觀學(xué)習(xí)。另外，綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)、實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，以工程案例為導(dǎo)向，不斷提高學(xué)生的積極性和主觀能動(dòng)性。將學(xué)生以小組的形式分配到非標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化設(shè)備產(chǎn)業(yè)企業(yè)，以企業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)品為對(duì)象，完成從產(chǎn)品的方案確定、三維建模、工程分析、工藝設(shè)計(jì)到最后的裝配調(diào)試系統(tǒng)訓(xùn)練。在實(shí)際教學(xué)中，教師要注意充分發(fā)揮學(xué)生的能動(dòng)性，通過學(xué)生自由探索研究，開展形式多樣的研究性學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在自主中學(xué)到基本知識(shí)，在問題和項(xiàng)目綜合學(xué)習(xí)實(shí)踐中得到鍛煉，提升學(xué)生解決問題和思考問題的能力。

針對(duì)工業(yè)工程等非機(jī)類專業(yè)學(xué)生在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的問題，文章探討了必要的教學(xué)方法，并提出了相關(guān)教學(xué)改革措施。建議在培養(yǎng)學(xué)生的興趣的基礎(chǔ)上，針對(duì)性地優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方式與手段，嘗試多種教學(xué)方法，以研究性教學(xué)為主導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生的自主能動(dòng)性，同時(shí)創(chuàng)造條件，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提高自身的工程實(shí)踐能力。

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作者簡(jiǎn)介：李俊偉（1987—），男，石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院講師，碩士，主要從事機(jī)械專業(yè)教學(xué)與科研工作。