论文部分内容阅读
摘 要：鉴于《机电一体化系统设计》课程综合性较强的学科特点，文章提出了一种基于项目结合的教学方法，于教学实践中设定了机电数控平台的课程项目，从而建立了《机电一体化系统设计》课程与项目结合为一体的教学内容体系。实践证明，基于该模式下的教学能成功有效的完成教学任务，激发学生的学习兴趣，提高学生在机电结合方面的实践能力，达到提高教学效果与培养应用型人才的目的。
关键词：机电一体化系统设计；项目结合；教学实践；机电类专业
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2017）10-0058-02
Abstract： Due to the comprehensiveness of mechatronics system design course， a teaching mode based on project is proposed. The project of electromechanical CNC platform is set for teaching practice， thus the system of teaching content is built for combining the course of mechatronics system design with project. Practice shows that the teaching task can be completed effectively，the learning interest of students are excited， the practical ability aspects of combined with electromechanical of students are improved， the objective to improve effect of teaching and train applied talents is completed.
Keywords： Mechatronics System Design； combining project； teaching practice； electromechanical specialty
引言
《机电一体化系统设计》是机电类专业的核心课程，是综合性、应用性极强的课程，所涵盖的知识面广，对于培养机电自动化应用型人才意义重大[1]。该课程集《机电传动控制》、《微机原理》、《传感器技术》、《自动控制原理》于一体，具有较强的专业性质。
自20世纪90年代以来，世界各高校掀起了课程改革的浪潮，我国在教改过程中主要强调的是教师的教学方式以及学生的学习方式的转变。其中，研究性学习已经被广泛应用到大学本科的教学中，因此改变以往学生学习单纯性与被动性，提高学生的自主学习能力已迫在眉睫。
目前，《机电一体化系统设计》教学中主要問题为理论与实践环节不能很好融合，或是实践环节与理论的衔接不当，致使学生对所学的知识不能加以联系，融会贯通，难以将其综合应用到实际应用项目，以致教学有所欠缺[2]。据此，文章从理论、实践结合出发，阐述了基于项目结合的教学理念，并介绍了教学实施的具体方法，将项目实施与理论学习相结合，以提高教学效果。实践证明，所提方法有利于提高学生学习的积极性，具有一定教学借鉴。
一、《机电一体化系统设计》课程特点
（一）内容丰富，知识面广，理论性强
《机电一体化系统设计》是由多门学科相互交叉、渗透而成的一门综合性专业课程，其中包含机械设计理论、传感检测技术、测试技术、信息处理技术、控制技术、微机原理、编程基础、伺服驱动等学科，其课程组成如图1所示。因此，该课程内容丰富，知识面广，理论性强，为了全面掌握该课程，必需全面了解掌握各相关技术知识。
鉴于该课程涉及面广，为在有限学时内，较好完成该核心课程的学习，在学习该课程前应对各相关知识打好扎实基础。这些相关知识并非独立无联系的，而是一个有机的结合体，是一个工程体系。在实际教学过程中怎样让学生更深入理解该课程的各独立体系的衔接，提出一种基于项目实施的教学方法能更好解决各独立知识之间的融合，以提高学生的自主学习探索问题。
（二）课程实践性强
就工科专业而言实践性强具有一定的普遍性，本课程所涉及的众多专业技术更是决定了其更强的实践性。学生虽对各门基础知识有所掌握，但如何将所学知识应用到实际项目中成为学习《机电一体化系统设计》瓶颈。机电一体化的实践难点在于其系统性较强，因此将项目设计引入到课程教学中，有利于加强理论与实践之间的结合。
二、项目结合的教学理念
根据《机电一体化系统设计》的课程特点，在课程教学中引入项目开发实例，以具体项目为背景，以此加强理论与实践的结合[3]。
（一）选择适合的项目
科学的选择项目是本教改的重点，选择科学项目需要具有一定的科学性。
机电数控平台是典型的机电一体化系统，基本结构如图2所示，包含工作台、传动部分、驱动、传感器、信息处理系统、以及微机控制器的编程基础，涵盖了该课程的基本组成，因此，选择机电数控平台满足各知识融合的需求。
（二）数控平台项目解析
机电数控平台主要可分为速度、位置控制，具体实践过程为：首先，由传感器检测到工作台的运行位置与速度，经信息处理后将信号传到微机处理系统；然后，经控制技术相关算法计算后用于控制驱动元件，调节电机速度；在控制系统中通过编程实现系统控制；最后，通过算法仿真软件分析整个系统的性能。该系统中，传动部分以及各接口间的连接包含了机械设计理论知识。通过数控平台系统设计实现理论与实践之间的结合。 三、课程教学实施
基于项目结合的教学方法，在项目实践中掌握相关知识与整个系统的设计方法。整个教学环节中主要包含计划书的制订、具体实施与教学评估三个阶段，从整个系统的设计，使学生认识实际项目的研发流程，并在研发过程中体会相关知识的融会贯通，使学生构建相关知识体系。
（一）项目计划书的制订
在理论知识讲解完之后，由教师下发速度控制或位置控制的项目计划书，在计划书中提出相应的设计要求设计参数、以及最终的设计指标，同时在项目教学中体现教学意义和教学目的。项目设计过程中采用独立完成的形式，每位同学都会拿到不同的设计任务。拿到计划书之后学生需完成搜集资料、查阅目前的研究现状、计算相关参数、选择控制系统、控制算法、相关信息处理的方法以及说明书的撰写等工作[4]。
（二）任务提出与问题驱动
根据计划书中的任务要求，在基础知识讲解完成的基础上由学生独立完成传动机构的选型、减速器类型、预紧方式、支撑方式等的选择，并由学生自由展开研究设计实践。在完成机械部件的选型与设计之后，确定相应的控制算法、驱动方式、控制器的选择以及相关电路设计。在完成整个项目设计后，总结相关技术知识与技术重点难点，并作相应的结题报告。
（三）课程评估方法
根据学生完成情况，检查相关任务是否完成，并将各位同学的工作量算入评估体系，由學生的项目完成情况，邀请教研室各专业老师进行讨论研究，从而给出学生的最终成绩。成绩评定方法采用弹性评定的方式，允许有学生有部分未完成，但要求研究必须透彻，并提出相关难点，经讨论所研究内容是否在其能力范围之内。
四、结束语
文章结合《机电一体化系统设计》的课程特点，提出来基于项目结合的教学方法，以机电数控平台设计为项目研究，建立了课程的教学内容体系。通过项目实践教学，建立学生的学习兴趣与知识融合能力，教学过程中学生由客转主，以学生为中心，构建学生的机电系统设计知识体系。实践表明，该方法取得了较好的教学效果，有一定借鉴价值。
参考文献
[1]李琦，王基，等.《机电一体化系统设计》课程教学改革与实践[J].高等教育研究学报.2010，33（1）：100-101.
[2]王田苗，陈殿生，等.《机电控制基础》一体化项目教学实践[J].北京航空航天大学学报，2008，21（6）：77-80.
[3]赵凤.项目教学法在《机械基础》课中的应用职业技术教育[J].2006（20）：63-64.
[4]陈英俊，黄崇林.面向卓越工程师培养的机电一体化设计基础课程建设与教学改革[J].中国现代教育装备，2012，1：56-58.
关键词：机电一体化系统设计；项目结合；教学实践；机电类专业
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2017）10-0058-02
Abstract： Due to the comprehensiveness of mechatronics system design course， a teaching mode based on project is proposed. The project of electromechanical CNC platform is set for teaching practice， thus the system of teaching content is built for combining the course of mechatronics system design with project. Practice shows that the teaching task can be completed effectively，the learning interest of students are excited， the practical ability aspects of combined with electromechanical of students are improved， the objective to improve effect of teaching and train applied talents is completed.
Keywords： Mechatronics System Design； combining project； teaching practice； electromechanical specialty
引言
《机电一体化系统设计》是机电类专业的核心课程，是综合性、应用性极强的课程，所涵盖的知识面广，对于培养机电自动化应用型人才意义重大[1]。该课程集《机电传动控制》、《微机原理》、《传感器技术》、《自动控制原理》于一体，具有较强的专业性质。
自20世纪90年代以来，世界各高校掀起了课程改革的浪潮，我国在教改过程中主要强调的是教师的教学方式以及学生的学习方式的转变。其中，研究性学习已经被广泛应用到大学本科的教学中，因此改变以往学生学习单纯性与被动性，提高学生的自主学习能力已迫在眉睫。
目前，《机电一体化系统设计》教学中主要問题为理论与实践环节不能很好融合，或是实践环节与理论的衔接不当，致使学生对所学的知识不能加以联系，融会贯通，难以将其综合应用到实际应用项目，以致教学有所欠缺[2]。据此，文章从理论、实践结合出发，阐述了基于项目结合的教学理念，并介绍了教学实施的具体方法，将项目实施与理论学习相结合，以提高教学效果。实践证明，所提方法有利于提高学生学习的积极性，具有一定教学借鉴。
一、《机电一体化系统设计》课程特点
（一）内容丰富，知识面广，理论性强
《机电一体化系统设计》是由多门学科相互交叉、渗透而成的一门综合性专业课程，其中包含机械设计理论、传感检测技术、测试技术、信息处理技术、控制技术、微机原理、编程基础、伺服驱动等学科，其课程组成如图1所示。因此，该课程内容丰富，知识面广，理论性强，为了全面掌握该课程，必需全面了解掌握各相关技术知识。
鉴于该课程涉及面广，为在有限学时内，较好完成该核心课程的学习，在学习该课程前应对各相关知识打好扎实基础。这些相关知识并非独立无联系的，而是一个有机的结合体，是一个工程体系。在实际教学过程中怎样让学生更深入理解该课程的各独立体系的衔接，提出一种基于项目实施的教学方法能更好解决各独立知识之间的融合，以提高学生的自主学习探索问题。
（二）课程实践性强
就工科专业而言实践性强具有一定的普遍性，本课程所涉及的众多专业技术更是决定了其更强的实践性。学生虽对各门基础知识有所掌握，但如何将所学知识应用到实际项目中成为学习《机电一体化系统设计》瓶颈。机电一体化的实践难点在于其系统性较强，因此将项目设计引入到课程教学中，有利于加强理论与实践之间的结合。
二、项目结合的教学理念
根据《机电一体化系统设计》的课程特点，在课程教学中引入项目开发实例，以具体项目为背景，以此加强理论与实践的结合[3]。
（一）选择适合的项目
科学的选择项目是本教改的重点，选择科学项目需要具有一定的科学性。
机电数控平台是典型的机电一体化系统，基本结构如图2所示，包含工作台、传动部分、驱动、传感器、信息处理系统、以及微机控制器的编程基础，涵盖了该课程的基本组成，因此，选择机电数控平台满足各知识融合的需求。
（二）数控平台项目解析
机电数控平台主要可分为速度、位置控制，具体实践过程为：首先，由传感器检测到工作台的运行位置与速度，经信息处理后将信号传到微机处理系统；然后，经控制技术相关算法计算后用于控制驱动元件，调节电机速度；在控制系统中通过编程实现系统控制；最后，通过算法仿真软件分析整个系统的性能。该系统中，传动部分以及各接口间的连接包含了机械设计理论知识。通过数控平台系统设计实现理论与实践之间的结合。 三、课程教学实施
基于项目结合的教学方法，在项目实践中掌握相关知识与整个系统的设计方法。整个教学环节中主要包含计划书的制订、具体实施与教学评估三个阶段，从整个系统的设计，使学生认识实际项目的研发流程，并在研发过程中体会相关知识的融会贯通，使学生构建相关知识体系。
（一）项目计划书的制订
在理论知识讲解完之后，由教师下发速度控制或位置控制的项目计划书，在计划书中提出相应的设计要求设计参数、以及最终的设计指标，同时在项目教学中体现教学意义和教学目的。项目设计过程中采用独立完成的形式，每位同学都会拿到不同的设计任务。拿到计划书之后学生需完成搜集资料、查阅目前的研究现状、计算相关参数、选择控制系统、控制算法、相关信息处理的方法以及说明书的撰写等工作[4]。
（二）任务提出与问题驱动
根据计划书中的任务要求，在基础知识讲解完成的基础上由学生独立完成传动机构的选型、减速器类型、预紧方式、支撑方式等的选择，并由学生自由展开研究设计实践。在完成机械部件的选型与设计之后，确定相应的控制算法、驱动方式、控制器的选择以及相关电路设计。在完成整个项目设计后，总结相关技术知识与技术重点难点，并作相应的结题报告。
（三）课程评估方法
根据学生完成情况，检查相关任务是否完成，并将各位同学的工作量算入评估体系，由學生的项目完成情况，邀请教研室各专业老师进行讨论研究，从而给出学生的最终成绩。成绩评定方法采用弹性评定的方式，允许有学生有部分未完成，但要求研究必须透彻，并提出相关难点，经讨论所研究内容是否在其能力范围之内。
四、结束语
文章结合《机电一体化系统设计》的课程特点，提出来基于项目结合的教学方法，以机电数控平台设计为项目研究，建立了课程的教学内容体系。通过项目实践教学，建立学生的学习兴趣与知识融合能力，教学过程中学生由客转主，以学生为中心，构建学生的机电系统设计知识体系。实践表明，该方法取得了较好的教学效果，有一定借鉴价值。
参考文献
[1]李琦，王基，等.《机电一体化系统设计》课程教学改革与实践[J].高等教育研究学报.2010，33（1）：100-101.
[2]王田苗，陈殿生，等.《机电控制基础》一体化项目教学实践[J].北京航空航天大学学报，2008，21（6）：77-80.
[3]赵凤.项目教学法在《机械基础》课中的应用职业技术教育[J].2006（20）：63-64.
[4]陈英俊，黄崇林.面向卓越工程师培养的机电一体化设计基础课程建设与教学改革[J].中国现代教育装备，2012，1：56-58.