机电一体化课程教学研究3篇

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机电一体化课程教学篇1

摘要：产教融合、校企合作是新形势下国家对于高校工科人才培养的要求，研究提出以“立足区域经济发展需求、服务地方经济发展”为理念，以“提高学生专业技能、增强学生就业竞争力”为目标，以“推进校企合作，加强实践、实训和实验环节，改进传统教学方法”为手段，探讨适合高校机电一体化系统设计课程改革的新模式。

关键词：机电一体化；校企合作；教学改革

机电一体化系统设计是由多种技术学科相互交叉、渗透而形成的一门综合性课程，所涉及的技术领域较为广泛，对培养学生机电产品设计能力、创新能力和动手能力具有重要作用[1,2]。传统教学多以课堂理论教学为主，实践环节偏少，由于本课程涉及知识点多、各章节连贯性差、知识跳跃性大、内容抽象难理解，大部分学生对本课程不感兴趣，导致本课程教学效果并不理想。经问卷调查和学生反馈发现，学生对机电一体化系统设计课程学习过程中存在的主要问题大致如下：

(1)学生对本课程兴趣较低，不能将生活中出现的机电一体系统和本课程联系起来，因此感觉本课程知识点枯燥乏味。

(2)本课程对学生的知识面要求较广，由于学生对已学课程遗忘，因此学习过程中感到本课程较难。

(3)本课程密切联系实践，但学生在本课程学习过程中反映出理论联系实际、动手能力较差。

(4)本课程所涉及的技术领域较为广泛，传统的考核方式无法体现学生对课程的学习情况，流于形式。

(5)本课程各章节内容相对独立，有些内容学生在相关的课程中已学习，如单片机、传感器等，主讲教师在教学过程中往往不加注意，使本课程变成“炒剩饭”，影响学生的学习兴趣和教学效果。

(6)本课程教学过程中多以课堂理论教学为主，知识点很零散，学生难以掌握，如此的培养造成学生知识“全而不专”，无法在当前严峻的就业人群中脱颖而出。传统机电一体化系统设计课程组成如图1所示。鉴于此，改变传统的教学内容、教学方式和考核方式，提高学生对机电一体化系统设计课程的兴趣和学习积极性，培养学生的动手能力、创新意识和实践能力，使工科学生能够真正实现学以致用的任务迫在眉睫。

1国内外机电一体化系统设计课程改革现状

为了提高学生的学习积极性，改善教学效果，国内外许多高校都对该课程的教学方式进行了各种探索和研究。麻省理工学院Trumper等学者，介绍了麻省理工学院机电一体化系统设计课程设置和相关实验室设施的发展，认为该课程以实验室实验为中心，因此在麻省理工学院实验室引进利用模块图形来编程的DSP板，使学生能够专注于每个实验，学生的成绩主要是通过专业教师答辩和实验室报告相结合给出[3-7]。国内如北京理工大学郝娟等学者，认为应该从教学内容和教学方式两个方面进行教学改革，其中，在教学内容上强调以系统设计方法为主线，以理论联系实际为导向，在教学方式中重视培养学生的学习兴趣和基础知识，对授课的内容不是“一刀切”，而是避轻就重[8-10]。

2以项目为主导和以提高学生专业技能为目标的教改措施

秉承高校服务地方的宗旨，在国家倡导“产教融合、校企合作”的大背景下，本文提出以“立足区域经济发展需求、服务地方经济发展”为理念，以“提高学生专业技能、增强学生就业竞争力”为目标，以“推进校企合作，加强实践、实训和实验环节，改进传统教学方法”为手段，培养具有较强动手能力、创新意识和实践能力，拥有过硬的专业技能，能够解决工业生产中实际问题的工科人才，适合高校机电一体化系统设计课程教学改革的新措施，具体包括以下内容。

2.1教学方式

针对机电一体化系统设计教学中存在的问题，本文提出教学方式改进措施如下：(1)针对课程章节内容跳跃性大的特点，主讲教师在理论课堂上，应该以典型机电一体系统实例为指引，将不同章节有跨越性的内容很好地结合起来，通过实例升华到本课程的相关知识和原理，增加学生对本课程的兴趣，做到深入浅出。(2)主讲教师在课后布置任务，让学生复习下节课要用的以前学过的知识点，这样通过本课程的学习，可以让学生系统复习与本课程相关的旧知识，温故而知新，将大学所学的不同课程的知识串起来，做到学以致用。

2.2教学内容

国家每年举办各种大学生科技创新活动，大多高校都有相应的政策支持，在教学中充分利用这一条件，带领学生搭建各种机械模块，如机器人、智能家电、智能车等，完成其电机、传感器的选择、安装，完成其控制电路板的设计、制作、调试和软件编程的调试，培养学生的动手能力和创新意识，使学生学以致用，同时开发的机电产品也可作为课堂教具或实验装置，丰富实践教学内容。

2.3教学环节

教学环节加入大量实验内容，增强学生的动手能力，通过实验也可以提高学生对课程的兴趣和成就感，通过学生在不同实验中的表现和兴趣，采取教师指导、自由组团的方式，将学生分为机械结构设计组、测试系统设计组、机器人创意组、数控加工组等，不同小组之间合作实施项目，设计机电一体化产品。

2.4考核环节

对机电类专业实践性较强的核心课程(如单片机、PLC、测试技术等)，采取更加科学和全面的考核办法，即采用项目主导制，让学生利用所学知识设计工程实物，如测试系统设计、步进电机控制、焊接电路等，真正让学生学以致用，将专业课知识应用到实际生产中。学生以PowerPoint形式在项目完成后进行答辩。学生成绩由学生在项目实施过程中的表现(占50%)，学生最终答辩过程中的表现(占30%)，学生撰写项目心得(占20%)的方式考核(如图2所示)。

3机电一体化系统设计课程教改实施思路

机电一体化系统设计课程教改实施的主要思路如图3所示，在传统的机电一体化系统设计课程大纲和培养计划的基础上，充分利用学院现有实验设备和资源，增加单片机硬件系统实验、传感器与测试技术实验、工业自动化实训实验、3D打印实验等与课程相关的实验环节，考虑到机械专业学生对电方面内容较为薄弱，因此实验内容侧重于电方面，通过课程教学过程中的实验，增强学生对课程的兴趣、提高学生的动手能力和实践能力。如图4所示，根据学生在实验过程中的兴趣，采取自由组合的方式，将学生分为“机械结构设计组、单片机硬件电路组、控制系统和机电融合设计组、测试系统设计组、机器人创意组”等若干团队，区别团队方向差异，带学生去相关企业参观，由企业教师指导企业专业方面的知识，之后在企业和校内教师的指导下，将项目任务下达学生团队，并由学生做出项目实施的方案，项目方案通过答辩后，由学生实施项目研究和设计，中期项目团队以PowerPoint形式定期向指导教师汇报项目实施情况。考虑到机电一体化系统较为复杂，因此团队之间采用“并行”的方式，对于复杂系统，可以将系统分解给多个团队，团队之间在项目实施过程中定期沟通、协商，完成各自负责的部分，之后再将不同团队的设计内容整合为机电一体化系统。项目如此进行的目的，主要是为了让学生掌握机电一体系统知识的同时，具有自己擅长的方向，最大限度地保证学生就业过程中具有与众不同的亮点，能够脱颖而出。由于项目团队成员在完成项目的整个过程中，掌握了相关专业方面扎实的知识，因此，可以推荐优秀项目团队成员到相关企业工作，优秀项目团队成员上班后，可以通过QQ群、邮件、微信群等网络方式继续参与学校团队，指导学弟、学妹的项目研究，并为项目提供创意和最新的行业发展、就业招聘信息。此外，优秀项目团队成员可以根据企业需求，对学院人才培养计划和人才培养模式进行反馈，学院论证后根据企业需求改进学校的人才培养模式。整个人才培养过程中搭建了“企业-高校-学生”三位一体人才培养模式，高校人才培养过程中将“满足企业对人才的需求”作为高校人才培养的目标，培养过程注重提高工科学生的专业技能、动手能力、团队合作能力和创新能力，确保学生拥有一技之长，可以找到满意的工作。而且企业和毕业学生可以对高校的人才培养进行反馈，这些良性循环的措施确保培养的人才水平越来越高。

4教学改革成效

采用本文所述方案实施教学改革之后，大大提高了学生的学习热情和主观能动性，授课班级学生先后参加陕西省“互联网+”创新创业大赛、第四届全球创客嘉年华(GlobalInnovatorFesta，GIF)和中国机器人大赛等创新创业比赛，取得一定收获和成绩。此外，采用本文所述方案改革之后，极大增强了学生对机电一体化系统设计课程的学习兴趣。以下抽取我院机械电子工程(简称“机电”)和机械设计制造及自动化(简称“机制”)两个专业共同开设的课程机电一体化系统设计课程进行调查分析，其中，样本1为采用教改方案的2014级机电1班学号前30号的学生，样本2为未采用教改方案的2014级机制3班学号前30号的学生，结果见表1。统计结果显示，本文所述教改方案对提高学生学习兴趣、增加学生实践动手能力和创新能力，均有一定的效果。

5结语

(1)本文对传统课程考核方式的不足进行改革，提出通过让学生团队合作，设计产品和撰写课程学习体会的方式，对课程进行考核，这种考核方式，提高了学生实践动手能力和创新能力，增加学生对专业知识的兴趣。

(2)本文采用反馈式闭环结构，让优秀毕业团队成员参与整个项目环节，可以对学院培养计划和教学大纲等进行反馈，参与整个培养环节，有助于课程改革模式提升。

(3)根据学生兴趣，让学生形成专业方向团队，参与项目解决实际问题，因此经过本项目后，改变了目前大学生知识“全而不专”导致就业难的现状，提高了学生专业技能和工程能力，增加了学生的就业机会。

(4)本文所述培养过程中，要求学生到校企合作的企业实际考察，真正实现了“企业-高校-学生”三位一体的培养模式。

作者:张卫亮 刘明君 单位:宝鸡文理学院 机械工程学院

机电一体化课程教学篇2

《机电一体化系统设计》是机械本科专业机电一体化方向的一门核心专业课程，本课程覆盖的知识面广，综合性、工程实践应用性极强，学好该课程可以全面掌握机电一体化方向的理论及应用实践能力，对培养机电一体化方向应用型人才意义及其重大。国家近期发布的《2017年工业转型升级资金项目指南的通知》指明了包括机器人智能工厂、物联网、智能家电等和机电一体化系统设计领域紧密联系的中国制造2025重点支持方向，新技术的发展需要新的人才支撑，但由于《机电一体化系统设计》课程内容很难被学生掌握及应用，所以课程教学改革已迫在眉睫。因此，综合中国制造2025新形势下机电一体化方向的培养目标及学生的实际情况，对该课程教学过程中所遇到的难点进行改革求新，不断提高教学水平。

1课程教学面临的问题

（1）学生基础及专业水平较差，课程内容多，难度大。近年来，扩招导致学生基础及专业水平较差，部分学生弄不清机械结构图、电气接线图原理，对控制基础及控制线路更是摸不清头脑，如静态/动态分析、单片机控制、PID控制、PLC控制等。然而，学习《机电一体化系统设计》课程需要学生全面掌握《机械制图》、《机械设计》、《机电传动控制》、《液压与气动》、《单片机》、《微机原理》、《PLC控制》、《工程测试技术》、《机械工程控制基础》等专业课程的内容。由于需要掌握的知识点太多，造成该门课程理论性强，尤其是控制部分理论分析环节较多，加大了课程难度。长此以往，学生对该课程产生了惧怕心理。

（2）教学方式、方法落后。目前，随着多媒体教学方法的开展，该课程的教学效果有了明显地提高，但上课缺乏互动环节，教学方式不能因内容而异。《机电一体化系统设计》课程是一门系统专业课程，怎么提高学生的接受能力，从而快速理解吸收知识点，是一个重要的课题。因内容而异的采用上课提问、讨论、辩论及PBL（基于问题的学习）等互动环节可以提高学生的学习兴趣，引导学生快速进入课程学习状态，并在互动环节中学会机电一体化系统的分析、设计能力与技巧；通过经验总结分析设计中出现的问题，迅速提升学生的综合设计能力。然而，由于这些教学方式在课堂上开展仍有一定难度。

（3）考核形式单一。目前，《机电一体化系统设计》课程的考核方式仍然采用传统的卷面考试加平时表现（如作业、课堂问题等）的方法评判学生对知识点的掌握理解程度。然而，这种考核方法会使学生错误的认为：考试目的是及格，而不是学到多少知识。学生靠考前突击死记复习题，考后又全忘掉。因此，这种考核形式本身存在很大的问题，不能体现学生的实际理论、实践应用及创新能力。

2课程教学改革措施

（1）提高学生基础及专业水平，优化教学内容。针对部分学生机械专业基础课及专业课不能很好掌握的困难，通过老师根据课程内容有针对性布置课前预习题、课后复习题的方式，并把预习题及复习题完成程度作为考核计入总成绩，督促学生利用课后时间理解吸收本课程的知识点，并不断提高学生的基础及专业水平。此外，针对本课程内容多、难度大等问题，在本专业培养目标指导下，对该课程的内容进行针对性的分解，优化了教学内容：删减控制基础、测试基础、单片机原理等部分讲解内容，把这些内容放到课后要求学生复习巩固；增加系统总体设计、动态特性、机电有机结合分析与设计等部分内容的讲授比重；并从系统性大角度给学生展示设计过程，让学生的基础及专业水平得到提高。

（2）改革教学方式、方法，努力提高教学效果。在新工科背景下，以理论与实践工程应用教学为根本点，根据该课程内容的特点，大力开展因内容而异的多媒体、课堂分析讨论、案列教学、现场工程教学等多种方法结合的教学活动，通过老师的学习竞赛把这些方法引入课堂。并大力推荐使用新型PBL教学方式，老师以每章的主要知识点为核心，通过提出几个大问题串联起来，对学生不设置过程要求，只进行适当引导，由学生自由发挥。在课后由学生自己分组，细化问题，并各自完成自己的任务，然后分组集中讨论分析。老师对各组的计算分析过程及结论集中讲解，并分析总结问题，最终完成问题的解决方法。实践表明PBL教学方式极大地提高了学生的学习热情，增强了学习效果。

（3）改革考核方式。教学的目的就是让学生掌握课程的主要知识点，达到该课程的培养目标，而考核是评估学生掌握课程知识点程度的重要手段和方法。根据目前考核方式的不足及课程特点，改革其考核方式，采取以实践动手能力及创新思维能力培养为核心，结合理论分析及应用的考核办法。《机电一体化系统设计》课程考核方式采用理论成绩、创新能力成绩、实践应用成绩及平时评价成绩相结合的方式综合评价，这四者的比例为3：3：3：1。

3结语

经过对两届学生的教学改革实践，发现通过提高学生基础及专业水平、优化教学内容、改革教学方法方式、优化考核方式等方面对《机电一体化系统设计》课程进行教学改革，激发了学生学习的主动性和创造性，学生的综合素质得到明显提升。

作者:苏再军 黄艳香 单位:邵阳学院机械与能源工程学院 经济与管理学院

机电一体化课程教学篇3

1背景及教学现状

1.1背景

2018年9月10日，习近平总书记在全国教育大会上强调：“要在增强综合素质上下功夫，教育引导学生培养综合能力，培养创新思维。”这种综合能力包括学生的实践能力、创新思维、解决复杂工程问题的能力、学习能力及人文素养。在教育部推出的新工科建设中，在工程教育专业认证及安徽省专业评估的指标体系中，都强调对学生综合素质的培养。机电一体化系统设计是机械电子工程专业的专业核心课程，该课程涉及机械、电子、计算机、自动控制及信息处理、系统工程、检测传感器技术、伺服传动技术等多学科领域，是一门多学科交叉融合的课程[1]。该课程要求学生能够综合应用机械、电子、自动控制与信息处理等多学科知识，完成对系统的分析、设计、优化等一系列过程，具有很强的理论性、综合性和实践性[2-3]。该课程对于培养学生系统设计能力、工程应用能力、创新能力及熟悉行业规范等非技术要素能力具有至关重要的作用。该课程的教学质量将直接影响机械电子工程专业学生综合能力的培养。

1.2教学现状

目前，该课程的教学不能适应社会需求，其存在的主要问题有两个：一是讲授内容重理论、轻实践。授课过程主要是以“填鸭式”的知识点讲授为主，授课方式单一。而且，由于机电一体化系统设计是一门综合性很强的课程，该课程中所涉及的知识点都已在相关的专业课程中讲授，如果还采用原有的教学模式，学生就有一种“热剩饭”的感觉，学习兴趣不高，学习的积极性不够[4]。二是课程考核还是以理论考试为主、实验考核为辅，考核成绩不能够全面反映学生对该课程的掌握情况。课程评价与课程大纲的修订、教学的实施没有形成闭环系统。从培养机电人才的角度来看，对标专业认证和专业评估的标准，该课程的教学内容、教学模式及考核方式都与实际相脱节，学生的专业技能、动手能力、解决机电类复杂工程问题的能力、创新思维等都不能满足用人单位的需求。因此，如何在工程教育专业认证和安徽省专业评估的引导下，基于OBE的教育理念，以社会需求为导向、以工程应用为背景，深化机电一体化系统设计课程教学改革，提高机电一体化系统设计教学质量，培养适应社会需求的高素质机电人才，是一个亟待解决的问题。笔者根据多年的教学经验，针对该课程的教学进行了一些改革，并取得了一定的成果。

2教学改革

2.1教学模式的改革

2.1.1项目驱动

由于机电一体化系统设计课程所涉及的知识涵盖面很广，其综合性和实践性很强。如果采用常规的教学方法，重理论、轻实践，就达不到课程大纲所要求的培养学生解决复杂机电工程问题能力的教学目标。为了更好地完成课程大纲教学目标，培养学生具备熟悉行业规范等非技术要素的能力、解决复杂机电工程问题的能力，培养学生的创新意识及团队协作精神，笔者基于“一制七化”的原则，采用项目驱动的方式进行教学。所谓的“一制”就是课程教学教师负责制，“七化”就是教学时间前置化、教学过程项目化、教学方式多样化、设计过程规范化、设计结果实物化、设计成果多样化、考核方式全面化。该项目的具体实施过程分为授课前、授课中、授课后三个阶段。这三个阶段具体实施思路和实施过程见图1所示。利用现有的实践教学场所，采用项目驱动的方式进行教学，提高学生的参与度。在项目驱动的教学过程中，强调实际工程应用性，强调边教学、边操作、边实践。授课过程中以贯穿工程实例为线索，目标明确，把教、学、做紧密结合，为教学方式的探索提供了基础保障。

2.1.2教学方式的改革

该课程采用项目驱动的方式进行教学，在该课程讲授之前就提出了该课程项目设计的要求，以项目驱动为抓手，采用以理论讲授为辅，以PPT汇报、讨论、答疑及辅导为主等多种方式相互交叉、相互配合的教学方式。通过这种项目驱动的教学模式的实施，引导学生自学，培养学生的思维能力；引导学生了解行业规范及相关的法律法规，培养学生的非技术要素能力；引导学生设计项目，培养学生解决复杂工程问题的能力和团队协作的能力。根据课程进度，要求学生分阶段提交调研报告、设计方案、实物及项目报告。这些阶段性成果为结果实物化及成果多样化提供了有力的保障，为学生的全面考核提供了评价依据。以项目驱动为抓手，采用多种教学方式相互融合、交叉的“工学交替”和“工学结合”的教学模式，充分调动了学生的学习积极性，让学生的学习兴趣高起来；提高了学生的参与度，让枯燥的课堂教学活起来；提供了学生参与项目的机会，让学生自主学习的动力强起来。这为学生的全过程考核奠定扎实的基础。

2.2考核与评价的改革

考核是检验学生学习效果的重要手段。科学的考核方法，是激发学生的学习积极性的催化剂，也是教师检测教材是否选择得当、施教方法是否正确的重要参考依据[5]。通过本课程，学生取得的主要成果有调研报告、设计方案、实物及项目报告。这些多样化的成果，为考核提供了基础保障。在教学过程中，学生参与PPT汇报、讨论等教学环节，为考核的全面化提供了扎实的支撑。因此，本课程的考核及评价摒弃了原有的以理论考试为主、实验为辅的方式，根据项目的调研报告、设计方案、实物、项目报告及学生的参与度对学生进行全过程、多样化的考核，力求考核结果能够真实反映学生的学习成绩，达到该课程培养目标所要求的学生具有的机电类非技术要素、解决复杂机电类工程问题的能力、团队协作的能力及自学能力。比如：根据调研报告考查学生科技文献写作的能力，根据方案论证报告及项目设计考查学生非技术要素、解决复杂机电类工程问题的能力、自学能力及团队协作的能力。基于工程教育专业认证及安徽省专业评估所提倡的OBE理念，课程的教学设计、教学过程及考核评价要形成闭环系统。机电一体化系统设计课程闭环质量监控体系如图2所示。该闭环系统的反馈分为过程反馈和结论反馈。第一，过程反馈。这一反馈环节主要是根据调研报告、方案论证报告等阶段性成果来修正学生的设计方案，根据项目设计进展来修正授课内容、授课方式。比如：根据学生设计中所遇到的共性问题，增加相关知识的讲解、讨论。第二，结论反馈。这一反馈环节主要是根据最终的考核结果来修订课程大纲、教学计划及所实施的项目。通过这种闭环的评价体系，可以不断地修正教学过程中出现的偏差，完善课程体系建设，为培养合格的机电创新人才提供有力的支撑。

3结语

学生在后续的机电专业综合课程设计、毕业设计这些实践环节的表现证明：通过机电一体化系统设计课程改革，学生初步具备本行业的一些非技术要素，解决复杂机电类工程问题的能力、自学意识及自学能力、团队协作能力及科技文献撰写能力都有了很大的提升。但是，该课程教学过程中仍存在一些问题，比如：如何在课程教学过程中加入思政元素、在课程教学的哪些环节加入思政元素，为了使考核结果更合理，调研报告、设计方案、项目说明书及过程考核的权重该如何分配，这些都是值得继续探索的课题。

参考文献

[1]孙鲁青,徐春龙.项目驱动的“机电一体化系统设计”课程改革—以滨州学院为例[J].教育现代化,2019(50):47-78.

[2]曾宇丹,杜柳青,张明德,等.本科院校机电一体化系统设计课程教学改革研究[J].科学导刊,2011(12):36-37.

[3]胡红生,曹坚,周斌斌.应用型地方高校机电一体化系统设计课程群产教协同的课堂教学模式改革[J].实验室研究与探索,2018,37(6):212-217.

[4]杨勇,曹自洋,朱其新,等.“机电一体化系统设计”课程教学中存在的问题与教学改进措施探讨[J].课程教学,2018(36):103-104.

[5]张天飞,龙海燕,丁娇,等.单片机核心课程建设措施探讨[J].物联网技术,2019(3):113-114.

作者:刘齐更 杨洪涛 马天兵 张双双 许吉禅 单位:安徽理工大学 机械工程学院