機電一體化技術(shù)與系統(tǒng)課程教學(xué)論文
一、教學(xué)中存在的問題
（一）理論教學(xué)方面存在的問題
教材和教學(xué)內(nèi)容與先修課程重復(fù)率高，各知識點分散。[２]機電一體化技術(shù)與系統(tǒng)是許多高校相關(guān)專業(yè)為高年級本科生開設(shè)的一門課程，旨在讓高年級學(xué)生厘清前三年的各專業(yè)課之間的關(guān)系，能夠以系統(tǒng)的觀點和方法去分析和設(shè)計機電一體化系統(tǒng)。由于是原專業(yè)基礎(chǔ)知識的鞏固和加深，因此，教材和教學(xué)內(nèi)容包括了之前學(xué)過的多門課程，教材大而全，教學(xué)內(nèi)容多而廣；此外，該課程現(xiàn)有教材內(nèi)容一般按照機電一體化大系統(tǒng)的各組成子系統(tǒng)組織設(shè)計，即每一子系統(tǒng)對應(yīng)一章內(nèi)容，不同章節(jié)知識點之間缺少有機聯(lián)系。雖然知識點可以獨立教授，但容易孤立，學(xué)生無法深刻理解機電一體化產(chǎn)品的系統(tǒng)性和技術(shù)的綜合應(yīng)用性。
（二）實踐教學(xué)方面存在的問題
機械電子專業(yè)由于為我校后增專業(yè)，機電一體化技術(shù)與系統(tǒng)課程開設(shè)時間相應(yīng)也不長，加之機電設(shè)備的復(fù)雜性、高造價、臺套數(shù)不足、使用維護成本高等原因，在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)開設(shè)的多為演示性、驗證性實驗，學(xué)生動手操作調(diào)試的機會少。[３]在課程設(shè)計環(huán)節(jié)，則通常紙上談兵，模仿設(shè)計，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性主動性不高，更談不上創(chuàng)新設(shè)計。上述原因使得理論教學(xué)與實踐教學(xué)脫節(jié)，在教學(xué)中出現(xiàn)“理論教學(xué)教懂難、實驗教學(xué)動手難”的問題。針對傳統(tǒng)教學(xué)體系中存在的問題，結(jié)合我校現(xiàn)場工程師的培養(yǎng)目標(biāo)，機械電子教學(xué)團隊探索構(gòu)建了以學(xué)生為主體，以項目驅(qū)動為主線，通過項目任務(wù)引導(dǎo)理論教學(xué)和理論教學(xué)指導(dǎo)項目實踐的互推互動的教學(xué)新模式。在剖析某幾個典型機電一體化系統(tǒng)（項目）的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、設(shè)計過程中，串聯(lián)講解知識點并在實驗環(huán)節(jié)進(jìn)行知識點在項目中的具體應(yīng)用實現(xiàn)，進(jìn)而將項目實施和理論講授有機融合，實現(xiàn)一體化教學(xué)。教學(xué)改革探索的實踐表明，在機電一體化技術(shù)與系統(tǒng)這門課程的教學(xué)上，采用此方法是可行且有效的'。
二、以項目驅(qū)動為主線的教學(xué)新模式應(yīng)用
以項目驅(qū)動為主線，是指以項目為載體、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體，將某一門課程的核心概念和原理，通過一個或多個項目的形式來體現(xiàn)[４]，將課程中分離的知識點轉(zhuǎn)換為在具體項目中應(yīng)用的相關(guān)聯(lián)的技術(shù)支持點，將學(xué)生認(rèn)為枯燥乏味的理論知識轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷦拥摹⒕唧w的技術(shù)實現(xiàn)，有利于學(xué)生更加系統(tǒng)地認(rèn)識和掌握所學(xué)習(xí)的知識。
（一）項目選擇
教學(xué)新模式應(yīng)用中，項目設(shè)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(yīng)具有代表性，以體現(xiàn)機電一體化關(guān)鍵技術(shù)的典型應(yīng)用；其次，項目應(yīng)具有可操作性，即項目的難易程度應(yīng)適中；最好配套有足夠數(shù)量的、具體可操作的裝備供學(xué)生實踐操作；再者[５]，項目應(yīng)具有可拓展性，以培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用和創(chuàng)新能力。基于上述考慮，并在我校實驗室二期建設(shè)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，提出了“物料自動分揀”、“自動立體倉庫”、“桁架機器人”和“自動尋跡小車”四大項目。以“物料自動分揀”項目為例，此項目涉及的知識模塊包括：西門子Ｓ７－２００ＰＬＣ控制，異步電動機的變頻調(diào)速，辨識物料顏色、材質(zhì)的傳感檢測，觸摸屏監(jiān)控，自動定位控制，光電編碼器及氣動元件應(yīng)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(yīng)，ＭＰＳ實驗室增配了多臺套可拆裝式物料分揀實驗裝置，學(xué)生可通過機械安裝、電氣硬件接線、軟件編程、系統(tǒng)調(diào)試等環(huán)節(jié)進(jìn)行動手實踐操作，既可進(jìn)行單項實驗，也可進(jìn)行綜合性、創(chuàng)新性實驗。
（二）具體實施
１.理論教學(xué)方面
概述部分仍沿用教材內(nèi)容，重點講述機電一體化概念、體系結(jié)構(gòu)、特點及發(fā)展趨勢。在課程開始即強化機電一體化產(chǎn)品（系統(tǒng)）“機電有機融合”的特點、“系統(tǒng)化”的設(shè)計開發(fā)理念和“綜合性”的技術(shù)應(yīng)用。其余內(nèi)容則采用項目驅(qū)動教學(xué)法，并分兩大模塊，分階段展開。（1）第一階段：以教師講授為主，選用“物料自動分揀”和“自動立體倉庫”兩大項目，按“任務(wù)分析→方案總體設(shè)計→硬件選型、設(shè)計→軟件設(shè)計→系統(tǒng)調(diào)試”的項目一般設(shè)計開發(fā)流程開展。通過兩個項目的介紹，使學(xué)生熟悉項目開發(fā)的一般流程，總體方案設(shè)計的一般要求和原則，掌握系統(tǒng)原理圖的設(shè)計要求，學(xué)習(xí)如何結(jié)合功能實現(xiàn)和成本控制進(jìn)行硬件選型，常見硬件的工作原理和使用方法等。在此基礎(chǔ)上，使學(xué)生掌握變頻調(diào)速、檢測系統(tǒng)設(shè)計、伺服驅(qū)動與控制、步進(jìn)電機與控制、軟件編程技巧與仿真調(diào)試等有關(guān)綜合應(yīng)用的理論知識。（2）第二階段：采用討論互動課的模式進(jìn)行，教師主要起引導(dǎo)和指導(dǎo)作用，選用“桁架機器人”和“自動尋跡小車”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(shè)計任務(wù)書，包括設(shè)計題目、功能需求、技術(shù)要求及重難點。學(xué)生結(jié)合自身的興趣愛好，每３－５名同學(xué)自由組合為一組，從６套任務(wù)書中任選一套，每套設(shè)定限選額度（上限為４組）。選題在討論互動課正式開始前兩周即確定完畢。在兩周準(zhǔn)備時間內(nèi)，各小組需要完成的工作內(nèi)容是：任務(wù)分析→組員分工→資料查閱→組內(nèi)討論→方案擬訂→方案形成書面報告并制作ＰＰＴ。在討論互動課上，按相同任務(wù)書抽簽選取１－２個小組進(jìn)行１０分鐘的上臺演講、報告，５分鐘的討論互動答辯。每組答辯完成后，教師利用２分鐘左右的時間總結(jié)學(xué)生討論、發(fā)言情況，提出改進(jìn)意見。[６]討論互動課通過教師創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生思維，強化對知識點的理解學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生參與合作，有效調(diào)動了學(xué)生在課堂上的積極性和主動性，變單純傳授知識為培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)方法和能力。
２.實踐教學(xué)方面
實踐教學(xué)主要包括實驗教學(xué)和課程設(shè)計。（1）實驗教學(xué)：由于實驗室新購置了多臺實訓(xùn)裝置，因此，開出的實驗項目從之前單一的驗證性、演示性實驗，擴展躍升到集難度遞增的單項實驗和綜合性實驗于一體的系統(tǒng)全面的實驗體系。同時，實驗環(huán)節(jié)所需要的理論知識、技術(shù)應(yīng)用規(guī)范和應(yīng)用技巧與理論課所講授內(nèi)容高度契合，極大增強了學(xué)生實驗時的自信心、積極性和主動性，學(xué)生敢于并愿意動手操作，實驗效果突出，學(xué)生動手能力顯著提高。（2）課程設(shè)計：在設(shè)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?qū)W生自由選擇的方式。其中，教師給定的題目主要為討論互動課上項目任務(wù)的綜合和深化。由于已進(jìn)行過較為充分的論證，因此，對這部分設(shè)計題目詳細(xì)設(shè)計部分要求完成度較高，最好可通過實物驗證。
（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(diào)整，更加強調(diào)應(yīng)用能力的測試，加大實驗環(huán)節(jié)考核比重，增加討論互動課考核。其中，對于實驗環(huán)節(jié)的考核，除了考察實訓(xùn)時的常規(guī)表現(xiàn)（如出勤率、操作規(guī)范情況、實驗完成情況、實驗報告情況）外，在最后一次實訓(xùn)課上以現(xiàn)場發(fā)放任務(wù)卡的形式，要求各組學(xué)生利用現(xiàn)場實訓(xùn)裝置，在限定時間內(nèi)，完成某一小項目的設(shè)計、接線、編程和調(diào)試工作，最終根據(jù)完成情況現(xiàn)場打分，該分值為實驗環(huán)節(jié)最終考核成績的主要組成部分。
三、總結(jié)
教學(xué)改革實踐表明，以項目驅(qū)動為主線的理論實踐一體化的教學(xué)新模式，實現(xiàn)了理論教學(xué)與實踐教學(xué)的深度結(jié)合，將教學(xué)內(nèi)容與工程實踐緊密聯(lián)系，提高了學(xué)生對相關(guān)技術(shù)的工程綜合應(yīng)用能力，以‘用’促‘學(xué)’，學(xué)以致用；體驗型的討論互動教學(xué)方式，讓學(xué)生主動參與教學(xué)過程，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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