“机电一体化原理”本科教学的若干

摘 要：“机电一体化原理”是机械设计制造及其自动化本科生的一门专业必修课.针对该课程教学过程中存在的问题,对课程的重要性、实验室建设、激发学生开拓就业思路、项目教学法和增设课程设计环节等五个方面进行了认真思考和研究,希望能够进一步提升该课程的教学效果.

关 键 词：机电一体化；本科教学；人才培养；项目教学法

作者简介：王昊（1972-）,男,安徽泗县人,上海电力学院能源与机械工程学院,副教授；吴懋亮（1970-）,男,山东莱芜人,上海电力学院能源与机械工程学院,副教授.（上海200090）

基金项目：本文系2011年上海市教委重点课程机电一体化原理项目（项目编号：20115301）的研究成果.

中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）10-0075-02

为了满足电力行业对机械类专门人才的需求,各电力高校均开设了机械设计制造及其自动化本科专业.该专业的主要特色是培养能够适应电力行业的机械类相关岗位的人才.前几年,该专业毕业生的就业形势喜人,但是,由于制造类相关行业广受金融危机的影响,导致近年来毕业生的就业情况不太理想.面对无法预知的金融危机以及制造业界不太乐观的就业形势,作为专业教师,应该思考怎样才能使学生更从容地面对求职择业问题.

机电一体化作为机械、电子和信息等多科内容融合的学科,在拓宽机械类学生知识面和就业面等方面将起到重要作用.加强该课程的学习,能明显提高学生素质,从而增加学生在机电一体化行业内的就业机会.本文认真思考了机电一体化原理在本科教学中的若干问题,以“机电一体化原理”教学为基础,论述该课程对学生的重要性并指出目前存在的问题,提出以拓宽学生的就业面为目的崭新的教学思路,并辅以项目教学法的教学改革方案,以及增设“机电一体化原理”课程设计的设想.

一、引导学生认识“机电一体化原理”的重要性

学生在学习“机电一体化原理”的时候,由于缺乏实际经验,加上该课程牵涉面很广,学习难度较大,因而学习热情不足.因此,在教学过程中,教师要想方设法、千方百计地引导和吸引学生充分认识“机电一体化原理”这门课程的重要性,从而激发学生的学习热情.

首先,应使学生明确,机电一体化是多学科交叉,相互渗透的综合性课程,广泛涉及机械技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、检测传感技术和系统总体技术等方面的内容.机电一体化技术是给传统机械加上“大脑”（计算机信息处理与控制）,极大限度地延伸了机械的概念,使机电一体化产品几乎无处不在.例如,“机器人”作为最重要的机电一体化产品之一,已经成为现代工业控制的三大支柱之一.[1]

其次,针对现在机械专业学生机械基础扎实、电子基础薄弱的特点,认真学习“机电一体化原理”这门课程,将显著提高学生在电子方面的素养.通过课程讲解、实验教学、项目教学、课程设计等教学手段,学生深刻体会机电一体化的基本原理和设计方法.

最后,机电一体化的重要性还体现在很多产品,特别是高科技产品,难以将机械和电子部件完全分开.例如,机电设备设计及维护人员既要精通机械方面的知识,又要精通电子方面的知识.因此,掌握机电一体化原理,并将其应用到解决实际工程问题当中,已经成为机械专业的毕业生必须掌握的一项重要技能.

二、增加实验课时、加强实验室建设与整合

“机电一体化原理”理论学习固然重要,实验教学也同样重要.不少学校现有的“机电一体化原理”的教学大纲中,实验教学所占学时明显偏少,而且学生真正能动手完成的实验更是少之又少.因此,现有实验安排起不到锻炼学生的动手和实际操作能力的目的.

此外,很多学校实验室中的设备和科研条件并没有充分发挥出来.应该在现有的设备的基础上,广泛开拓思路,整合、组合、创造出新的机电一体化实验,以实现锻炼学生动手能力的目的.而且,实验室的工作条件和实验场所还需要进一步改善.实验设备也需要对机电一体化实验教学或辅助教学等方面,进行广泛市场调研,根据需要进行采购和扩充.

因此,必须在加强实验室建设的基础上,适当增加机电一体化的实验课时,才能真正使学生通过实验加深对机电一体化理论知识的掌握,体会机电一体化应用的目的.

三、激发学生在机电一体化行业内的就业思路

激发学生产生在机电一体化行业内就业的想法,是教学的重中之重.只有学生真正产生这种想法,才会产生学好“机电一体化原理”的动力.

目前,机械专业毕业生大多将自己的就业方向主观定位在纯机械领域.尽管机械制造业是非常庞大的产业,但就业机会终归有限.由于能力的欠缺,择业的时候,面对机电一体化行业广泛的就业机会,学生更多的是无奈.鉴于此,任课教师必须努力激发学生在机电一体化行业内的就业兴趣.

引导学生领悟,若是自己具备很强的机电一体化技术方面的素养,将会拓宽自己的就业面,从而为自己创造更多的就业契机.就算是学生毕业后选择在机械行业就业,若是在机电一体化方面有比较扎实的基础,也会开拓自己的视野,何况是现在科学技术、工程技术已经发展到机、电完美结合的阶段,完全分开的机械和电子几乎没有.

因此,在教学过程中,应该结合机电一体化行业激发学生的学习动力.具体来说,可以结合机械专业学生在机电一体化行业就业的实例,引导和激发学生的学习热情.另外,在教学过程中,也可以充分结合机电一体化产品的具体设计思路,引导学生如何跨越机械专业的局限,尽可能多地接触机电一体化领域.通过这些方式,学生们将会自然提升对机电一体化领域的兴趣,从而增加在机电一体化行业就业的主观积极性.

四、开展项目教学法、培养学生综合能力

为了使学生加强对机电一体化领域的认识,启发他们在机电一体化行业内就业的热情,“项目教学法”引入到机电一体化的本科教学工作中去.项目教学法在国外的职业教育中应用较多,目前在本科教学中还很少使用.为了让机械专业的学生通过项目直接深入到机电一体化领域,教师提出使用项目教学法.项目教学法是一种在“做中学”的理论基础上发展起来的一种教和学的模式,这种教学法通过组织学生真实地参加项目设计,履行和管理项目的全过程,在项目实施的过程中完成教学任务,培养学生的实践能力、分析能力及其他关键能力.这种模式突破了传统的“以课堂为中心,以教师为中心,以教材为中心”的教学模式,强调使用的技能和知识创新,有效地交流课堂与社会生活的联系,充分展示现代教育“素质教育”的本色.[2,3]

项目教学法主要特点是与现实生活紧密联系,加强理论联系实际,有助于培养学生的多方面能力,更重要的是展示学生的创造性,培养了学生解决实际问题的能力.项目教学法的整个教学过程可以分为以下几个阶段：

1.拟定题目

学生自主分组或教师分组,查阅资料、主动思考,充分发挥主观能动性,拟定本小组的题目.教师在这个过程必须要干预,要求学生选定的题目具有创新性或实用性,特别是要适合该小组的特长和兴趣.要求项目既要体现学生的创新性、具备挑战性,又要切实可行、经过学生的努力可以完成.

2.可行性分析及方案设计

通过项目可行性分析及方案设计、确定项目进程计划,要求该进程安排基本与课堂教学进度并行,即：按照课堂教学的进度安排项目的实施进度,即首先是机械机构、执行机构,然后是计算机、控制系统和传感器系统等.教师必须认真检查各小组的可行性分析及方案设计.

3.项目实施要求学生按照工作进度实施并做阶段总结

这一阶段,对于学生在项目研究所用到的内容,有可能在课程学习中没有学到,要求教师指导学生进行再学习,以进一步挖掘学生的创造性思维.项目的实施过程中,学生将有大部分工作需要在实验室中完成,因此,在第三部分对实验室进行整合和扩建的过程中就必须要考虑这些问题.

4.项目考评

以小组为单位,认真考核学生完成项目的情况.针对机电一体化项目的各系统的设计、实现方式、功能和项目报告等进行考评.考评中要特别注意学生在完成项目的过程中发现问题和解决问题的能力.

5.项目拓展

建议学生以研究报告、学术论文的形式呈现本小组的研究成果.对于考评成绩优秀的小组可以组织学生以申报专利、参加竞赛的形式进一步拓展项目.

项目教学法可以极大提高学生的兴趣,激发学生的学习热情,挖掘学生的创造性思维,同时使学生以真正项目的方式接触到机电一体化的产品设计和项目管理.这种项目管理的经验,发现问题、解决问题和总结问题的能力和经验对学生而言非常宝贵.项目考评优秀的学生的科研论文和专利申请都将在学生毕业求职时增加不可或缺的砝码,将成为机电一体化行业的敲门砖.

五、增设“机电一体化原理”课程设计环节

现有的教学手段,还不足以提升学生在机电一体化行业的竞争力.作为项目教学法的补充,还可以通过增加机电一体化原理设计环节,从而更大程度上提高学生的机电一体化产品的设计能力.

课程设计时,要求学生认真回顾教师在课堂上所授要点,分析各要点对产品功能的实现及其特性的影响.希望学生在课程设计过程中,进一步理解、吸收和消化课程理论知识以及在项目教学法中所存在的尚未解决的问题.

课程设计课题要尽可能选择具有产业背景的实际课题,学生通过原理方案的设计、结构设计、传动系统的设计、执行机构的设计、控制系统的设计以及总体设计等过程,加深对机电一体化系统的总体认识.在指导过程中,注意培养学生的创新设计能力,充分发挥学生的创新潜能.此外,还要注意课程设计必须与项目教学法互补,对于项目教学法中没有涉及的部分,要适当加强.[4]

课程设计应着重培养学生熟悉机电一体化行业标准,全面掌握机电一体化产品设计规范和过程,并培养学生扎扎实实的工作作风.

六、结论

本文以拓宽机械类学生的就业面为主要目标,针对“机电一体化原理”本科教学的若干问题,进行了深入探讨和思考.以“机电一体化原理”教学为基础,论述该课程对学生的重要性,以及如何引导学生对该课程的重要性进行再认识.通过加强实验室建设,增加学生动手实践的机会,以拓宽学生的就业面为目的,激发学生的学习动力.提出项目教学法的教学改革方案,着重培养学生在机电一体化产品设计中的发现问题和解决问题的能力；该项目教学法与“机电一体化原理”课程设计相辅相成.期待机电一体化课程在提高综合素质、拓宽毕业生就业面等方面有所建树.