機電一體化課程教學探究3篇

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機電一體化課程教學篇1

摘要：針對當前《機電一體化系統(tǒng)設計》教學過程中存在的一些問題進行分析，結(jié)合機電一體化專業(yè)方向的培養(yǎng)目標及學生的實際情況，通過提高學生基礎及專業(yè)水平、優(yōu)化教學內(nèi)容、改革教學方法方式、優(yōu)化考核方式等方面對課程進行教學改革，激發(fā)了學生學習的主動性和創(chuàng)造性，學生的綜合素質(zhì)得到明顯提升。

關鍵詞：機電一體化系統(tǒng)設計；課程改革；教學方法；考核

《機電一體化系統(tǒng)設計》是機械本科專業(yè)機電一體化方向的一門核心專業(yè)課程，本課程覆蓋的知識面廣，綜合性、工程實踐應用性極強，學好該課程可以全面掌握機電一體化方向的理論及應用實踐能力，對培養(yǎng)機電一體化方向應用型人才意義及其重大。國家近期發(fā)布的《2017年工業(yè)轉(zhuǎn)型升級資金項目指南的通知》指明了包括機器人智能工廠、物聯(lián)網(wǎng)、智能家電等和機電一體化系統(tǒng)設計領域緊密聯(lián)系的中國制造2025重點支持方向，新技術的發(fā)展需要新的人才支撐，但由于《機電一體化系統(tǒng)設計》課程內(nèi)容很難被學生掌握及應用，所以課程教學改革已迫在眉睫。因此，綜合中國制造2025新形勢下機電一體化方向的培養(yǎng)目標及學生的實際情況，對該課程教學過程中所遇到的難點進行改革求新，不斷提高教學水平。

1課程教學面臨的問題

（1）學生基礎及專業(yè)水平較差，課程內(nèi)容多，難度大。近年來，擴招導致學生基礎及專業(yè)水平較差，部分學生弄不清機械結(jié)構(gòu)圖、電氣接線圖原理，對控制基礎及控制線路更是摸不清頭腦，如靜態(tài)/動態(tài)分析、單片機控制、PID控制、PLC控制等。然而，學習《機電一體化系統(tǒng)設計》課程需要學生全面掌握《機械制圖》、《機械設計》、《機電傳動控制》、《液壓與氣動》、《單片機》、《微機原理》、《PLC控制》、《工程測試技術》、《機械工程控制基礎》等專業(yè)課程的內(nèi)容。由于需要掌握的知識點太多，造成該門課程理論性強，尤其是控制部分理論分析環(huán)節(jié)較多，加大了課程難度。長此以往，學生對該課程產(chǎn)生了懼怕心理。（2）教學方式、方法落后。目前，隨著多媒體教學方法的開展，該課程的教學效果有了明顯地提高，但上課缺乏互動環(huán)節(jié)，教學方式不能因內(nèi)容而異?！稒C電一體化系統(tǒng)設計》課程是一門系統(tǒng)專業(yè)課程，怎么提高學生的接受能力，從而快速理解吸收知識點，是一個重要的課題。因內(nèi)容而異的采用上課提問、討論、辯論及PBL（基于問題的學習）等互動環(huán)節(jié)可以提高學生的學習興趣，引導學生快速進入課程學習狀態(tài)，并在互動環(huán)節(jié)中學會機電一體化系統(tǒng)的分析、設計能力與技巧；通過經(jīng)驗總結(jié)分析設計中出現(xiàn)的問題，迅速提升學生的綜合設計能力。然而，由于這些教學方式在課堂上開展仍有一定難度。（3）考核形式單一。目前，《機電一體化系統(tǒng)設計》課程的考核方式仍然采用傳統(tǒng)的卷面考試加平時表現(xiàn)（如作業(yè)、課堂問題等）的方法評判學生對知識點的掌握理解程度。然而，這種考核方法會使學生錯誤的認為：考試目的是及格，而不是學到多少知識。學生靠考前突擊死記復習題，考后又全忘掉。因此，這種考核形式本身存在很大的問題，不能體現(xiàn)學生的實際理論、實踐應用及創(chuàng)新能力。

2課程教學改革措施

（1）提高學生基礎及專業(yè)水平，優(yōu)化教學內(nèi)容。針對部分學生機械專業(yè)基礎課及專業(yè)課不能很好掌握的困難，通過老師根據(jù)課程內(nèi)容有針對性布置課前預習題、課后復習題的方式，并把預習題及復習題完成程度作為考核計入總成績，督促學生利用課后時間理解吸收本課程的知識點，并不斷提高學生的基礎及專業(yè)水平。此外，針對本課程內(nèi)容多、難度大等問題，在本專業(yè)培養(yǎng)目標指導下，對該課程的內(nèi)容進行針對性的分解，優(yōu)化了教學內(nèi)容：刪減控制基礎、測試基礎、單片機原理等部分講解內(nèi)容，把這些內(nèi)容放到課后要求學生復習鞏固；增加系統(tǒng)總體設計、動態(tài)特性、機電有機結(jié)合分析與設計等部分內(nèi)容的講授比重；并從系統(tǒng)性大角度給學生展示設計過程，讓學生的基礎及專業(yè)水平得到提高。

（2）改革教學方式、方法，努力提高教學效果。在新工科背景下，以理論與實踐工程應用教學為根本點，根據(jù)該課程內(nèi)容的特點，大力開展因內(nèi)容而異的多媒體、課堂分析討論、案列教學、現(xiàn)場工程教學等多種方法結(jié)合的教學活動，通過老師的學習競賽把這些方法引入課堂。并大力推薦使用新型PBL教學方式，老師以每章的主要知識點為核心，通過提出幾個大問題串聯(lián)起來，對學生不設置過程要求，只進行適當引導，由學生自由發(fā)揮。在課后由學生自己分組，細化問題，并各自完成自己的任務，然后分組集中討論分析。老師對各組的計算分析過程及結(jié)論集中講解，并分析總結(jié)問題，最終完成問題的解決方法。實踐表明PBL教學方式極大地提高了學生的學習熱情，增強了學習效果。

（3）改革考核方式。教學的目的就是讓學生掌握課程的主要知識點，達到該課程的培養(yǎng)目標，而考核是評估學生掌握課程知識點程度的重要手段和方法。根據(jù)目前考核方式的不足及課程特點，改革其考核方式，采取以實踐動手能力及創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)為核心，結(jié)合理論分析及應用的考核辦法?！稒C電一體化系統(tǒng)設計》課程考核方式采用理論成績、創(chuàng)新能力成績、實踐應用成績及平時評價成績相結(jié)合的方式綜合評價，這四者的比例為3：3：3：1。

3結(jié)語

經(jīng)過對兩屆學生的教學改革實踐，發(fā)現(xiàn)通過提高學生基礎及專業(yè)水平、優(yōu)化教學內(nèi)容、改革教學方法方式、優(yōu)化考核方式等方面對《機電一體化系統(tǒng)設計》課程進行教學改革，激發(fā)了學生學習的主動性和創(chuàng)造性，學生的綜合素質(zhì)得到明顯提升。

作者:蘇再軍 黃艷香 單位:邵陽學院機械與能源工程學院 經(jīng)濟與管理學院

機電一體化課程教學篇2

機電一體化課程設計作為機械電子專業(yè)的實踐教學環(huán)節(jié)，要求學生綜合運用所學過的機械、電子、計算機和自動控制等方面的知識，實現(xiàn)獨立多學科的知識的有機綜合。隨著現(xiàn)代社會的高速發(fā)展，機電一體化技術在大型機械和微機上有著很重要的應用。因此，目前如何在大學教育實踐中落實創(chuàng)新能力培養(yǎng)是一個亟待解決的問題[1]。特別需要指出的是，如何在傳統(tǒng)機械工程教學中進行創(chuàng)新能力培養(yǎng)，既是新問題，又是大難題。

1設計實踐課的基本目標

機電一體化設計實踐課程是基于機電一體化技術，整合機械精密傳動、計算機信息處理技術、傳感器檢測技術、自動控制技術、伺服驅(qū)動技術以及系統(tǒng)總體技術等，“以機為主，以電為用”。本課程設計在機械設計實踐進行之后，安排在本科第三學年下學期，從機械設計實踐的能力提升到機電系統(tǒng)設計、制作、調(diào)試等課程實踐活動，配備課程實踐器材供學生進行實踐操作，激勵學習的積極性，提高學生的機械設計能力、機械優(yōu)化設計能力，綜合運用多學科知識解決實際問題。理論設計能力與實踐能力在機電一體化設計實踐過程中，學生的能力客觀上存在差距，因此，課程設計的理論設計要求與實踐操作要求要存在難度梯度，在課程實踐中注重學生新思想和新理論的提出[2]，并善于發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，碰到難題，善于發(fā)揮團隊的智慧和團隊力量，以彌補個人的能力不足。課程實踐使學生把所學過的機械、電氣、自動控制等理論知識綜合應用到設計實踐中。創(chuàng)新能力培養(yǎng)在實踐中推動學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，機械設計專業(yè)學生可以擁有自己的想法，對機械部分進行優(yōu)化設計，鼓勵學生使用當前新技術、新方法，做到“不唯書，而唯實”。要降低成本，提高設計精度和穩(wěn)定性。在課程實踐中不固定方案，比如系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向機構(gòu)，學生可以選擇曲柄搖桿機構(gòu)、齒輪齒條等，進行創(chuàng)新性探究。課程設計中只提供實踐的指導性目標和必要工具及器材，只針對設計路線進行必要的提示，不對方案進行統(tǒng)一講解，由學生自己查閱資料，自己獨立設計，遇到問題由指導教師進行分析和講解，對其方案和想法的可行性做出判斷，方向不對時應及時引導正確的方向，既能保證學生創(chuàng)新性想法的實現(xiàn)，又能有效防止學生走錯方向。

2課程設計內(nèi)容及選題原則

根據(jù)機電一體化人才培養(yǎng)方案和本專業(yè)的課程設置，研究改革課程設計大綱基本要求。根據(jù)應用型和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)要求，課題的方向主要分為兩大方向進行選擇：一類題目主要針對應用能力培養(yǎng)，把本專業(yè)的知識進行有機的綜合，提高學生的綜合實踐能力；另一類題目主要針對創(chuàng)新能力培養(yǎng)，結(jié)合創(chuàng)新設計大賽相關題目，把本專業(yè)的知識進行創(chuàng)新性應用，提高學生的創(chuàng)新設計能力。普通型課程設計題目1）向?qū)W生征集。在課程中學生擁有與課程設計相關的好想法，可以展開討論，要求對其方案進行分析，符合課程設計要求的，教師根據(jù)其內(nèi)容下達課程設計的任務。實踐證明，對自己提供方向的題目，學生的積極性會很強。2）選擇典型機電一體化產(chǎn)品讓學生進行設計，結(jié)合學生的實力進行選取，同時與本專業(yè)的專業(yè)方向盡可能的相關，開發(fā)學生的潛能。比如數(shù)控方向的學生，可以選擇數(shù)控車床工作臺二維運動伺服進給系統(tǒng)設計、數(shù)控銑床工作臺三維運動伺服進給系統(tǒng)設計等，為未來職業(yè)發(fā)展打下好的基礎。3）學習借鑒其他學校機電一體化設計的內(nèi)容，在現(xiàn)有設計內(nèi)容的基礎上，根據(jù)本校本專業(yè)課程設置的特點，對設計的內(nèi)容做以適當增減，以適合本專業(yè)的學生。創(chuàng)新型課程設計題目可以借鑒全國機械創(chuàng)新設計大賽的課題[3]，其中每屆成功參與全國總決賽的作品都收錄在決賽作品選集中，由高等教育出版社出版。這里面有比較好的案例，同時作品中也存在可以改進的地方，有興趣的學生可以從中選擇與機電一體化相關的課題，提升自己的能力。在條件允許的情況下，可以做出產(chǎn)品的模型，提高學生的機電一體化能力，同時也可以為學生參加今后的機械創(chuàng)新設計大賽做準備，做到“以學促賽，以賽促學”。在專業(yè)教學中，學生經(jīng)常會困惑本專業(yè)畢業(yè)后到底有什么前途？能做什么？機電一體化課程設計教學貼近實際，能把多門專業(yè)課有機地結(jié)合起來，把枯燥的課本知識靈活地運用，極大地鼓舞了學生的興趣，激發(fā)學生對實際問題的思考，對工程實踐產(chǎn)生濃厚的興趣。堅持理論教學與實踐教學并重，可大幅提高教學效率和教學質(zhì)量，同時為選拔優(yōu)秀學生參加機械類學科競賽提供條件。

3課程設計的實施方式

課程設計實施方案：設計報告書是對整個設計過程的總結(jié)和提升，也是進行工程交流的重要文獻資料，通過指導學生撰寫課程設計報告書，培養(yǎng)學生撰寫工程技術文檔的能力。對設計說明書的撰寫，提出如下要求：1）嚴禁課程設計報告抄襲，基本工作獨立完成；2）根據(jù)任務書能提出合理的設計方案和機構(gòu)的工作原理；3）設計要符合國家標準，學會使用設計手冊、專業(yè)術語、專業(yè)名詞規(guī)范；4）設計圖圖紙規(guī)范，符合設計說明書的要求，不照抄手冊和案例，設計參數(shù)與圖紙相一致；5）學會使用專業(yè)相關軟件，對設計的機械機構(gòu)和控制部分進行分析和仿真，是驗證設計正確的有效手段之一；6）課程設計配備了一些實際的零部件可供學生設計使用，以及基本的控制電路，學生要具備一定的實踐操作能力，掌握器件的選擇與焊接，會進行程序的編寫，掌握系統(tǒng)故障的檢測與維修能力。課程設計采用分組式進行，每個小組3～5人，視工作量而定。課題難度較大可以分五人，原則上一般三人為一組。每個小組在規(guī)定的時間完成基本要求，每個學生都要參與該組課程設計答辯，通過問題了解學生在課程設計中所做的主要工作，檢查有無抄襲情況、有無坐享其成的學生，結(jié)合設計報告書的撰寫質(zhì)量和實際所做的產(chǎn)品質(zhì)量進行綜合評定。

4實施效果

通過在重慶大學機械電子工程專業(yè)的實踐，在機械電子工程專業(yè)中開設機電一體化課程設計，已基本摸索出培養(yǎng)機電復合型技術人才的規(guī)律。普通型題目實現(xiàn)機電融合、知識整合理論教學與工程實踐并重。由于在教學中缺乏機電知識綜合運用能力的培養(yǎng)和訓練，學生在學習了機械設計、機械制造和電子技術、計算機技術和傳感器技術等基礎課程后，不能很好地將機、電的知識融會貫通，大多數(shù)學生也只是了解基本的機電設備的基本功能，在系統(tǒng)運用中存在問題，在機電一體化系統(tǒng)的綜合設計方面存在不少困難。通過開設機電一體化課程設計實踐教學環(huán)節(jié)，通過理論設計與實際操作，比如數(shù)控工作臺進給系統(tǒng)的設計，從電機、聯(lián)軸器、絲杠、導軌的設計到型號的選擇、控制單片機的設計與仿真，最終實現(xiàn)數(shù)控工作臺進給系統(tǒng)的裝配與調(diào)試。機電一體化課程設計對學生的理論知識與實踐緊密地連接起來，提高了學生的綜合應用能力。創(chuàng)新型題目為學生參加機械創(chuàng)新競賽做了鋪墊通過課程設計，為機械學科學生參加如全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽做了鋪墊。在第六屆全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽（重慶賽區(qū)）中，學生榮獲重慶賽區(qū)一等獎一項、二等獎一項。其中，“幻顯黑板”作品獲得國家專利。該作品包括了框架的設計、傳動系統(tǒng)布置，控制系統(tǒng)采用單片機控制，執(zhí)行元件有步進電機、直流電機、電磁離合器、電磁制動器、光電編碼器等器件。本次參賽作品充分運用機電一體化技術，機電一體化課程設計改革效果顯著。

5結(jié)語

機電一體化課程設計改革突破傳統(tǒng)的課程設計方式[3]，里面加入了創(chuàng)新專題，可以借鑒機械創(chuàng)新設計大賽的題目，既能滿足應用型人才培養(yǎng)的需求，又能兼顧創(chuàng)新能力的提高，實現(xiàn)因材施教。實踐證明，所采用的機電一體化課程設計改革效果顯著。

作者:李立成 徐漫琳 柯昌輔

機電一體化課程教學篇3

機電一體化成為“機械設計制造及自動化”大專業(yè)的一個專業(yè)方向，簡稱為機電專業(yè)。機電一體化課程設計是機電專業(yè)的學生學完了計算機控制技術、機械制造裝備設計等課程后所進行的一次重要的教學環(huán)節(jié)。①

1機電一體化課程設計前期教學工作

機電一體化課程設計是我院成立機電工程學院以來的第一次設計，設計能力上都有一定的進步和提高。教師也獲得了一定的指導經(jīng)驗和水平。但仍然存在著一些不足。（1）設計題目、內(nèi)容不規(guī)范，要求不統(tǒng)一。由于每屆或每班的指導教師不同，設計題目、內(nèi)容、要求、難易程度偏離太大。如有數(shù)控機床改造設計、伺服系統(tǒng)控制設計、交通燈控制設計等，要求、工作量也不相同。有的設計任務偏難，有的設計任務又太簡單。（2）設計資料缺乏。由于機電一體化是一門新興的技術和專業(yè)，這方面的知識內(nèi)容都在相關的雜志刊物登載，書籍相對少一些。要進行課程設計，收集這方面的資料較困難。沒有現(xiàn)成的資料匯編及設計手冊，學生要花費較多的時間找資料，往往是教師幫助尋找資料。而且沒有像機械零件設計那樣的系統(tǒng)完整的課程設計指導書。在設計中盲目性較大。②（3）師資不足。最早幾年機電專業(yè)方向只有一個班或兩個班，指導教師有2~4人即可。一般由主講或熟悉機電一體化控制系統(tǒng)課程的教師指導。近幾年隨著學生的擴招，機電專業(yè)擴展到4~5個班，指導教師需要8~10人，明顯不夠，因此有必要進行培養(yǎng)。

2機電一體化課程設計改進措施

（1）編寫合適的機電一體化課程設計指導書，配齊設計資料。到目前為止未見過公開出版的機電一體化課程設計指導書，所以有必要編寫合適的機電一體化課程設計指導書，并收集較全的資料進行匯編，與指導書匯編成冊。（2）規(guī)范設計題目，統(tǒng)一要求。規(guī)范設計題目不是整個設計都用同一個題目，而是在一個范圍內(nèi)選擇題目，教師根據(jù)所選的題目按統(tǒng)一的要求下達任務書。設計題目一般以簡易數(shù)控機床設計、數(shù)控機床改造設計、機器人及控制設計較為合適。在市場上可見的機電產(chǎn)品多得很，不是所有的機電產(chǎn)品都適合做題目，因其難易程度是不同的。機電專業(yè)的課程設置是以機床設計、機器人設計控制為典型產(chǎn)品的，在機電一體化課程設計中要反映課程設置的內(nèi)容。機電專業(yè)方向課程有機電一體化系統(tǒng)設計、計算機控制技術、機械制造裝備設計、機器人導論等課程。這些課程的內(nèi)容在電的方面主要介紹了以計算機為核心的控制系統(tǒng)；機械方面介紹了機械運動、機械傳動、機械結(jié)構(gòu)及相關的標準部件，如滾動導軌、滾珠絲杠等。在選題及設計中要反映上述的內(nèi)容。因此規(guī)范化的題目主要為數(shù)控車床（或銑床、鉆床等）設計、車床（或銑床、鉆床等）數(shù)控化改造設計、或是工業(yè)機器人及控制設計。這些都具有一定的機械部分內(nèi)容，如數(shù)控機床進給軸傳動部件，機器人的腰身、手臂運動部件及滾珠絲杠、導軌的應用等。電的方面包含數(shù)控系統(tǒng)電路設計，計算機控制系統(tǒng)設計及對機械部分的控制；從而實現(xiàn)了機電結(jié)合。對規(guī)范化的題目、要求及上述設計內(nèi)容都已編入指導書中。③（3）指導教師的培養(yǎng)。首先被培訓的教師可以跟班聽課，熟悉掌握相關的課程內(nèi)容，然后在機電一體化課程設計進行中跟班輔導，以培養(yǎng)出合格的指導教師。（4）加強督察。當指導教師接到指導課程設計任務后，首先拿到機電一體化課程設計指導書，根據(jù)要求寫出課程設計任務書；并由教研室主任或院教學指導委員會審查，合格才可向?qū)W生下達任務。指導中，教師要填寫指導日志，隨時記錄指導中的難點、及出現(xiàn)的問題和解決方法，并進行小結(jié)，以便下一次指導時提高設計水平。

3機電一體化課程設計指導書主要內(nèi)容

3.1設計題目確定及要求

3.2總體方案確定

（1）總體方案設計；（2）繪制總體方案圖。3.3伺服系統(tǒng)機械傳動部件設計

（1）切削力計算；（2）滾動絲杠螺母副的計算與選型；（3）伺服系統(tǒng)傳動設計；（4）步進電機當量扭矩計算及選型；（5）機械傳動結(jié)構(gòu)設計（繪制一個軸的機械裝配圖）。

3.4控制系統(tǒng)硬件電路設計

（1）確定控制系統(tǒng)方案及繪制系統(tǒng)框圖；（2）單片機的選用；（3）存儲器的選用與擴展；（4）譯碼電路設計；（5）接口電路設計；（6）繪制控制系統(tǒng)硬件電路原理圖。

3.5基本的參考圖表匯編

4近一屆學生機電一體化課程設計進行情況

4.1教師配備

近一屆機電專業(yè)學生，每屆有四個班進行機電一體化課程設計，共配備6名教師；其中有四名為獨立指導教師，兩名為輔導教師，為培養(yǎng)新的指導教師儲備力量。④

4.2指導書的使用及設計過程

設計學生和指導教師每人一份機電一體化課程設計指導書。教師按照要求寫出機電一體化課程設計任務書，并經(jīng)研究所長審查后發(fā)給學生。設計題目主要有CA6140普通車床數(shù)控化改造設計、C6132普通車床數(shù)控化改造設計。在同一個題目的學生中，要求設計進給軸部件時，一部分學生設計X軸進給部件，另一部分學生設計Z軸進給部件。整個過程根據(jù)設計任務書的題目、要求和機電一體化課程設計指導書給出的設計步驟、方法，先進行總體方案設計，再進行機械傳動部件設計，最后進行CNC硬件電路設計。整個過程經(jīng)過了機械、電子兩方面的訓練，實現(xiàn)了機電結(jié)合，達到預期效果。

4.3填寫指導日志

教師在指導設計的過程中，及時填寫指導日志，記錄設計中的難點、問題，并進行小結(jié)。

5本文總結(jié)

本項目對近幾年進行的機電一體化課程設計進行了總結(jié)，在肯定成績的基礎上找出不足；針對現(xiàn)存的問題進行分析、研究，提出了改正措施和努力方向。本項目完成的《機電一體化課程設計指導書》結(jié)合學生知識現(xiàn)狀及專業(yè)學科方向給出了規(guī)范的設計題目，統(tǒng)一的設計要求，機械、電控兩方面的設計方法、步驟及相關的圖表資料等。設計內(nèi)容緊密結(jié)合課程教學及學科前沿，加強機電結(jié)合，理論聯(lián)系實際，內(nèi)容新穎、重點突出。近兩屆機電專業(yè)學生進行機電一體化課程設計，提高了設計水平，達到了預期效果。

注釋

①張靜，聶章龍.淺談技能大賽對高職院校教育教學改革的促進作用[J].中國電力教育,2011(3):74-75.

②陳炳和.技能大賽對高職人才培養(yǎng)價值研究[J].中國職業(yè)技術教育,2008(3):36-37.

③楊建良.技能大賽與專業(yè)教學有效融合的實踐研究[J].中國職業(yè)技術教育,2013(2):19-21.

④梁文波.依托技能大賽平臺提高實習教學質(zhì)量[J].新課程研究,2012(3):148-149.

作者:李天景 賁能軍 陳安柱 錢宗仁 單位:鹽城工業(yè)職業(yè)技術學院 汽車工程學院