機電一體化技術(shù)與系統課程教學(xué)論文
一、教學(xué)中存在的問(wèn)題
（一）理論教學(xué)方面存在的問(wèn)題
教材和教學(xué)內容與先修課程重復率高，各知識點(diǎn)分散。[２]機電一體化技術(shù)與系統是許多高校相關(guān)專(zhuān)業(yè)為高年級本科生開(kāi)設的一門(mén)課程，旨在讓高年級學(xué)生厘清前三年的各專(zhuān)業(yè)課之間的關(guān)系，能夠以系統的觀(guān)點(diǎn)和方法去分析和設計機電一體化系統。由于是原專(zhuān)業(yè)基礎知識的鞏固和加深，因此，教材和教學(xué)內容包括了之前學(xué)過(guò)的多門(mén)課程，教材大而全，教學(xué)內容多而廣；此外，該課程現有教材內容一般按照機電一體化大系統的各組成子系統組織設計，即每一子系統對應一章內容，不同章節知識點(diǎn)之間缺少有機聯(lián)系。雖然知識點(diǎn)可以獨立教授，但容易孤立，學(xué)生無(wú)法深刻理解機電一體化產(chǎn)品的系統性和技術(shù)的綜合應用性。
（二）實(shí)踐教學(xué)方面存在的問(wèn)題
機械電子專(zhuān)業(yè)由于為我校后增專(zhuān)業(yè)，機電一體化技術(shù)與系統課程開(kāi)設時(shí)間相應也不長(cháng)，加之機電設備的復雜性、高造價(jià)、臺套數不足、使用維護成本高等原因，在實(shí)驗教學(xué)環(huán)節開(kāi)設的多為演示性、驗證性實(shí)驗，學(xué)生動(dòng)手操作調試的機會(huì )少。[３]在課程設計環(huán)節，則通常紙上談兵，模仿設計，學(xué)生學(xué)習積極性主動(dòng)性不高，更談不上創(chuàng )新設計。上述原因使得理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)脫節，在教學(xué)中出現“理論教學(xué)教懂難、實(shí)驗教學(xué)動(dòng)手難”的問(wèn)題。針對傳統教學(xué)體系中存在的問(wèn)題，結合我校現場(chǎng)工程師的培養目標，機械電子教學(xué)團隊探索構建了以學(xué)生為主體，以項目驅動(dòng)為主線(xiàn)，通過(guò)項目任務(wù)引導理論教學(xué)和理論教學(xué)指導項目實(shí)踐的互推互動(dòng)的教學(xué)新模式。在剖析某幾個(gè)典型機電一體化系統（項目）的結構組成、工作原理、設計過(guò)程中，串聯(lián)講解知識點(diǎn)并在實(shí)驗環(huán)節進(jìn)行知識點(diǎn)在項目中的具體應用實(shí)現，進(jìn)而將項目實(shí)施和理論講授有機融合，實(shí)現一體化教學(xué)。教學(xué)改革探索的實(shí)踐表明，在機電一體化技術(shù)與系統這門(mén)課程的教學(xué)上，采用此方法是可行且有效的'。
二、以項目驅動(dòng)為主線(xiàn)的教學(xué)新模式應用
以項目驅動(dòng)為主線(xiàn)，是指以項目為載體、教師為主導、學(xué)生為主體，將某一門(mén)課程的核心概念和原理，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)項目的形式來(lái)體現[４]，將課程中分離的知識點(diǎn)轉換為在具體項目中應用的相關(guān)聯(lián)的技術(shù)支持點(diǎn)，將學(xué)生認為枯燥乏味的理論知識轉變?yōu)樯鷦?dòng)的、具體的技術(shù)實(shí)現，有利于學(xué)生更加系統地認識和掌握所學(xué)習的知識。
（一）項目選擇
教學(xué)新模式應用中，項目設計或選取尤為重要，其成功與否直接影響教學(xué)效果。首先，項目應具有代表性，以體現機電一體化關(guān)鍵技術(shù)的典型應用；其次，項目應具有可操作性，即項目的難易程度應適中；最好配套有足夠數量的、具體可操作的裝備供學(xué)生實(shí)踐操作；再者[５]，項目應具有可拓展性，以培養學(xué)生綜合應用和創(chuàng )新能力。基于上述考慮，并在我校實(shí)驗室二期建設經(jīng)費大力投入的支撐下，分別以ＰＬＣ和５１單片機兩大控制核心為基點(diǎn)，提出了“物料自動(dòng)分揀”、“自動(dòng)立體倉庫”、“桁架機器人”和“自動(dòng)尋跡小車(chē)”四大項目。以“物料自動(dòng)分揀”項目為例，此項目涉及的知識模塊包括：西門(mén)子Ｓ７－２００ＰＬＣ控制，異步電動(dòng)機的變頻調速，辨識物料顏色、材質(zhì)的傳感檢測，觸摸屏監控，自動(dòng)定位控制，光電編碼器及氣動(dòng)元件應用等多項技術(shù)，均為機電一體化共性重要技術(shù)。與此相對應，ＭＰＳ實(shí)驗室增配了多臺套可拆裝式物料分揀實(shí)驗裝置，學(xué)生可通過(guò)機械安裝、電氣硬件接線(xiàn)、軟件編程、系統調試等環(huán)節進(jìn)行動(dòng)手實(shí)踐操作，既可進(jìn)行單項實(shí)驗，也可進(jìn)行綜合性、創(chuàng )新性實(shí)驗。
（二）具體實(shí)施
１.理論教學(xué)方面
概述部分仍沿用教材內容，重點(diǎn)講述機電一體化概念、體系結構、特點(diǎn)及發(fā)展趨勢。在課程開(kāi)始即強化機電一體化產(chǎn)品（系統）“機電有機融合”的特點(diǎn)、“系統化”的設計開(kāi)發(fā)理念和“綜合性”的技術(shù)應用。其余內容則采用項目驅動(dòng)教學(xué)法，并分兩大模塊，分階段展開(kāi)。（1）第一階段：以教師講授為主，選用“物料自動(dòng)分揀”和“自動(dòng)立體倉庫”兩大項目，按“任務(wù)分析→方案總體設計→硬件選型、設計→軟件設計→系統調試”的項目一般設計開(kāi)發(fā)流程開(kāi)展。通過(guò)兩個(gè)項目的介紹，使學(xué)生熟悉項目開(kāi)發(fā)的一般流程，總體方案設計的一般要求和原則，掌握系統原理圖的設計要求，學(xué)習如何結合功能實(shí)現和成本控制進(jìn)行硬件選型，常見(jiàn)硬件的工作原理和使用方法等。在此基礎上，使學(xué)生掌握變頻調速、檢測系統設計、伺服驅動(dòng)與控制、步進(jìn)電機與控制、軟件編程技巧與仿真調試等有關(guān)綜合應用的理論知識。（2）第二階段：采用討論互動(dòng)課的模式進(jìn)行，教師主要起引導和指導作用，選用“桁架機器人”和“自動(dòng)尋跡小車(chē)”兩大項目。教師按每一項目確定３種任務(wù)方向共制訂６套項目設計任務(wù)書(shū)，包括設計題目、功能需求、技術(shù)要求及重難點(diǎn)。學(xué)生結合自身的興趣愛(ài)好，每３－５名同學(xué)自由組合為一組，從６套任務(wù)書(shū)中任選一套，每套設定限選額度（上限為４組）。選題在討論互動(dòng)課正式開(kāi)始前兩周即確定完畢。在兩周準備時(shí)間內，各小組需要完成的工作內容是：任務(wù)分析→組員分工→資料查閱→組內討論→方案擬訂→方案形成書(shū)面報告并制作ＰＰＴ。在討論互動(dòng)課上，按相同任務(wù)書(shū)抽簽選取１－２個(gè)小組進(jìn)行１０分鐘的上臺演講、報告，５分鐘的討論互動(dòng)答辯。每組答辯完成后，教師利用２分鐘左右的時(shí)間總結學(xué)生討論、發(fā)言情況，提出改進(jìn)意見(jiàn)。[６]討論互動(dòng)課通過(guò)教師創(chuàng )設情境，激發(fā)學(xué)生思維，強化對知識點(diǎn)的理解學(xué)習，促進(jìn)學(xué)生參與合作，有效調動(dòng)了學(xué)生在課堂上的積極性和主動(dòng)性，變單純傳授知識為培養學(xué)生的學(xué)習方法和能力。
２.實(shí)踐教學(xué)方面
實(shí)踐教學(xué)主要包括實(shí)驗教學(xué)和課程設計。（1）實(shí)驗教學(xué)：由于實(shí)驗室新購置了多臺實(shí)訓裝置，因此，開(kāi)出的實(shí)驗項目從之前單一的驗證性、演示性實(shí)驗，擴展躍升到集難度遞增的單項實(shí)驗和綜合性實(shí)驗于一體的系統全面的實(shí)驗體系。同時(shí)，實(shí)驗環(huán)節所需要的理論知識、技術(shù)應用規范和應用技巧與理論課所講授內容高度契合，極大增強了學(xué)生實(shí)驗時(shí)的自信心、積極性和主動(dòng)性，學(xué)生敢于并愿意動(dòng)手操作，實(shí)驗效果突出，學(xué)生動(dòng)手能力顯著(zhù)提高。（2）課程設計：在設計選題上摒棄了之前單一的命題方式，改為可從教師給定的多組題目中任選或學(xué)生自由選擇的方式。其中，教師給定的題目主要為討論互動(dòng)課上項目任務(wù)的綜合和深化。由于已進(jìn)行過(guò)較為充分的論證，因此，對這部分設計題目詳細設計部分要求完成度較高，最好可通過(guò)實(shí)物驗證。
（三）課程考核
與教學(xué)模式改革相匹配，對課程考核方式進(jìn)行了調整，更加強調應用能力的測試，加大實(shí)驗環(huán)節考核比重，增加討論互動(dòng)課考核。其中，對于實(shí)驗環(huán)節的考核，除了考察實(shí)訓時(shí)的常規表現（如出勤率、操作規范情況、實(shí)驗完成情況、實(shí)驗報告情況）外，在最后一次實(shí)訓課上以現場(chǎng)發(fā)放任務(wù)卡的形式，要求各組學(xué)生利用現場(chǎng)實(shí)訓裝置，在限定時(shí)間內，完成某一小項目的設計、接線(xiàn)、編程和調試工作，最終根據完成情況現場(chǎng)打分，該分值為實(shí)驗環(huán)節最終考核成績(jì)的主要組成部分。
三、總結
教學(xué)改革實(shí)踐表明，以項目驅動(dòng)為主線(xiàn)的理論實(shí)踐一體化的教學(xué)新模式，實(shí)現了理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的深度結合，將教學(xué)內容與工程實(shí)踐緊密聯(lián)系，提高了學(xué)生對相關(guān)技術(shù)的工程綜合應用能力，以‘用’促‘學(xué)’，學(xué)以致用；體驗型的討論互動(dòng)教學(xué)方式，讓學(xué)生主動(dòng)參與教學(xué)過(guò)程，發(fā)揮其主體作用，增強了學(xué)生的團隊協(xié)作能力、溝通能力，提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)。
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