机电一体化技术与系统课程教学论文
一、教学中存在的问题
（一）理论教学方面存在的问题
教材和教学内容与先修课程重复率高，各知识点分散。[２]机电一体化技术与系统是许多高校相关专业为高年级本科生开设的一门课程，旨在让高年级学生厘清前三年的各专业课之间的关系，能够以系统的观点和方法去分析和设计机电一体化系统。由于是原专业基础知识的巩固和加深，因此，教材和教学内容包括了之前学过的多门课程，教材大而全，教学内容多而广；此外，该课程现有教材内容一般按照机电一体化大系统的各组成子系统组织设计，即每一子系统对应一章内容，不同章节知识点之间缺少有机联系。虽然知识点可以独立教授，但容易孤立，学生无法深刻理解机电一体化产品的系统性和技术的综合应用性。
（二）实践教学方面存在的问题
机械电子专业由于为我校后增专业，机电一体化技术与系统课程开设时间相应也不长，加之机电设备的复杂性、高造价、台套数不足、使用维护成本高等原因，在实验教学环节开设的多为演示性、验证性实验，学生动手操作调试的机会少。[３]在课程设计环节，则通常纸上谈兵，模仿设计，学生学习积极性主动性不高，更谈不上创新设计。上述原因使得理论教学与实践教学脱节，在教学中出现“理论教学教懂难、实验教学动手难”的问题。针对传统教学体系中存在的问题，结合我校现场工程师的培养目标，机械电子教学团队探索构建了以学生为主体，以项目驱动为主线，通过项目任务引导理论教学和理论教学指导项目实践的互推互动的教学新模式。在剖析某几个典型机电一体化系统（项目）的结构组成、工作原理、设计过程中，串联讲解知识点并在实验环节进行知识点在项目中的具体应用实现，进而将项目实施和理论讲授有机融合，实现一体化教学。教学改革探索的实践表明，在机电一体化技术与系统这门课程的教学上，采用此方法是可行且有效的。
二、以项目驱动为主线的教学新模式应用
以项目驱动为主线，是指以项目为载体、教师为主导、学生为主体，将某一门课程的核心概念和原理，通过一个或多个项目的形式来体现[４]，将课程中分离的知识点转换为在具体项目中应用的相关联的技术支持点，将学生认为枯燥乏味的理论知识转变为生动的、具体的技术实现，有利于学生更加系统地认识和掌握所学习的知识。
（一）项目选择
教学新模式应用中，项目设计或选取尤为重要，其成功与否直接影响教学效果。首先，项目应具有代表性，以体现机电一体化关键技术的典型应用；其次，项目应具有可操作性，即项目的难易程度应适中；最好配套有足够数量的、具体可操作的装备供学生实践操作；再者[５]，项目应具有可拓展性，以培养学生综合应用和创新能力。基于上述考虑，并在我校实验室二期建设经费大力投入的支撑下，分别以ＰＬＣ和５１单片机两大控制核心为基点，提出了“物料自动分拣”、“自动立体仓库”、“桁架机器人”和“自动寻迹小车”四大项目。以“物料自动分拣”项目为例，此项目涉及的`知识模块包括：西门子Ｓ７－２００ＰＬＣ控制，异步电动机的变频调速，辨识物料颜色、材质的传感检测，触摸屏监控，自动定位控制，光电编码器及气动元件应用等多项技术，均为机电一体化共性重要技术。与此相对应，ＭＰＳ实验室增配了多台套可拆装式物料分拣实验装置，学生可通过机械安装、电气硬件接线、软件编程、系统调试等环节进行动手实践操作，既可进行单项实验，也可进行综合性、创新性实验。
（二）具体实施
１.理论教学方面
概述部分仍沿用教材内容，重点讲述机电一体化概念、体系结构、特点及发展趋势。在课程开始即强化机电一体化产品（系统）“机电有机融合”的特点、“系统化”的设计开发理念和“综合性”的技术应用。其余内容则采用项目驱动教学法，并分两大模块，分阶段展开。（1）第一阶段：以教师讲授为主，选用“物料自动分拣”和“自动立体仓库”两大项目，按“任务分析→方案总体设计→硬件选型、设计→软件设计→系统调试”的项目一般设计开发流程开展。通过两个项目的介绍，使学生熟悉项目开发的一般流程，总体方案设计的一般要求和原则，掌握系统原理图的设计要求，学习如何结合功能实现和成本控制进行硬件选型，常见硬件的工作原理和使用方法等。在此基础上，使学生掌握变频调速、检测系统设计、伺服驱动与控制、步进电机与控制、软件编程技巧与仿真调试等有关综合应用的理论知识。（2）第二阶段：采用讨论互动课的模式进行，教师主要起引导和指导作用，选用“桁架机器人”和“自动寻迹小车”两大项目。教师按每一项目确定３种任务方向共制订６套项目设计任务书，包括设计题目、功能需求、技术要求及重难点。学生结合自身的兴趣爱好，每３－５名同学自由组合为一组，从６套任务书中任选一套，每套设定限选额度（上限为４组）。选题在讨论互动课正式开始前两周即确定完毕。在两周准备时间内，各小组需要完成的工作内容是：任务分析→组员分工→资料查阅→组内讨论→方案拟订→方案形成书面报告并制作ＰＰＴ。在讨论互动课上，按相同任务书抽签选取１－２个小组进行１０分钟的上台演讲、报告，５分钟的讨论互动答辩。每组答辩完成后，教师利用２分钟左右的时间总结学生讨论、发言情况，提出改进意见。[６]讨论互动课通过教师创设情境，激发学生思维，强化对知识点的理解学习，促进学生参与合作，有效调动了学生在课堂上的积极性和主动性，变单纯传授知识为培养学生的学习方法和能力。
２.实践教学方面
实践教学主要包括实验教学和课程设计。（1）实验教学：由于实验室新购置了多台实训装置，因此，开出的实验项目从之前单一的验证性、演示性实验，扩展跃升到集难度递增的单项实验和综合性实验于一体的系统全面的实验体系。同时，实验环节所需要的理论知识、技术应用规范和应用技巧与理论课所讲授内容高度契合，极大增强了学生实验时的自信心、积极性和主动性，学生敢于并愿意动手操作，实验效果突出，学生动手能力显著提高。（2）课程设计：在设计选题上摒弃了之前单一的命题方式，改为可从教师给定的多组题目中任选或学生自由选择的方式。其中，教师给定的题目主要为讨论互动课上项目任务的综合和深化。由于已进行过较为充分的论证，因此，对这部分设计题目详细设计部分要求完成度较高，最好可通过实物验证。
（三）课程考核
与教学模式改革相匹配，对课程考核方式进行了调整，更加强调应用能力的测试，加大实验环节考核比重，增加讨论互动课考核。其中，对于实验环节的考核，除了考察实训时的常规表现（如出勤率、操作规范情况、实验完成情况、实验报告情况）外，在最后一次实训课上以现场发放任务卡的形式，要求各组学生利用现场实训装置，在限定时间内，完成某一小项目的设计、接线、编程和调试工作，最终根据完成情况现场打分，该分值为实验环节最终考核成绩的主要组成部分。
三、总结
教学改革实践表明，以项目驱动为主线的理论实践一体化的教学新模式，实现了理论教学与实践教学的深度结合，将教学内容与工程实践紧密联系，提高了学生对相关技术的工程综合应用能力，以‘用’促‘学’，学以致用；体验型的讨论互动教学方式，让学生主动参与教学过程，发挥其主体作用，增强了学生的团队协作能力、沟通能力，提升了学生的综合素质。
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