机电一体化技术课程浅析3篇

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机电一体化技术课程篇1

摘要：为了适应社会对先进制造业技能人才的需求，提高人才培养质量，我院积极探索机电一体化技术课程的教学改革，对专业核心课和专业拓展课试用一体化教学，教学过程中采用“整-分-合”的模式进行，经过三年的实践表明此方法教学效果良好，学生的专业水平得到进一步提高。

关键词：机电一体化；一体化教学；项目

现在培养适应新时代的先进制造业专业人才成为社会的迫切需求，珠三角地区作为中国的制造业聚集重地，培养一流的专业技术人才显得尤为重要。机电一体化技术在培养先进制造业人才中扮演着非常重要的角色，目前培养的人才质量离社会的要求还有一定差距，如何培养适应社会需求的，学生踏出校门之前就能掌握本专业技能的人才是教育者应该深思的课题，对教学进行改革势在必行。

一、突破传统教学，推行一体化教学模式

教学决定学生的培养质量，对本专业进行教学改革重点要突破传统教学，推行一体化教学，一体化教学的核心是设置好课程，规划好学生三年所要学的知识与技能，以学生典型职业工作任务为主线，促进学生的全面发展。为此我院组织了校内外骨干教师和行业企业专家对机电一体化技术专业人才培养方案反复的修改和优化，根据今后就业的业领域和职业岗位群而对课程进行设计和优化，让学生的实践与市场紧密相连。机电一体化技术专业课程体系如图1，一体化教学的课程主要在专业核心模块和专业拓展模块中进行，核心模块包括三个综合项目，进行教学时教师根据这些项目的要求把它分解成若干个任务，学生完成任务的方法可以采用多种形式，如小组合作完成、教师指导完成、成绩优秀学生协助完成等推行一体化教学。

二、实施一体化教学，突显教、学、做一体化三维一体

一体化教学是以项目为主线、教学中教师的教、学生的学和做三维一体，在一体化教学过程中，学习过程成为每位同学参与的创造性实践教学，以实践教学和培养学生实际操作能力为主，注重的不只是最终结果，更注重完成项目的全过程。学生是整个一体化教学活动的主体，教师对一体化教学起主导作用，师生共同完成知识的学习和技能的培养。一体化教学中实施的是项目整体化，知识零散化。教师对项目的教学有明确的目标和清晰的思路，项目里涉及到的知识点要求学生要有发现的能力，必要时教师进行指引，学生在完成各个具体的任务中获得知识和技能。教与学的过程中强调支持学生进行探究学习的环境，这种环境可以是学校机电一体化技术专业实训设备，也可以是虚拟技术支撑的学习环境，例如借助组态软件完成设备的操作、编程的仿真，还可以是虚拟仿真与实训设备综合体。机电一体化技术专业课程的一体化教学以“整--分--合”的模式进行展开如图2，具体过程如下三个步骤。第一阶段为整体部分，利用几天的时间对本项目的教学目标、教学内容进行讲解，列举出需要学的知识及需要的参考资料，本项目将要拆解成几个具体的任务，这些具体的任务综合起就是本项目的内容，也即掌握这些任务是为了整体项目服务的。例如机电一体化技术专业的专业核心模块中的《机电设备自动化》，目的就是要掌握机电设备的自动化知识，学完后学生应该能安装调试自动化机电设备，包括的知识点有气压技术、检测技术、各种传动技术、变频器、伺服电机驱动控制电机应用、触摸屏和PLC（三菱）编程技术、机电设备故障排除技术。第二阶段为分解部分，对项目拆解成具体的任务，每次上课以完成一个具体的任务为目标。在任务实施的过程中，可能会碰到很多不懂的知识，这时教师就补充所需要的知识点，或者教师指导学生自己完成知识点的学习，要求学生在规定的时间内完成某个任务，任务开展的过程同时进行考核，每个任务考核成绩记录下来作为核算总成绩的依据，所有的这些都在一体化课室完成。例如，任务“产品的自动化传输”就需要学生掌握PLC、传感器、伺服电机、传动技术、通讯协议、以及它们之间的联接知识，以实际的任务用PLC编程解决自动化传输问题，只有每个学生都能自己安装并设计相关程序完成产品的自动化传输，就算掌握了这个任务。又如任务“机电设备气压的调试”就需要学生掌握电磁阀、空压机、气动三联件、气动回路等的知识，既要能够查找机电一体化控制电路图故障并进行调试，同时还要掌握气压的安装与调试，这样才算达到目的。在重视这些具体任务教学的同时，也要讲清楚它们与整个项目的关系，理清楚部分与整体的关系。第三阶段是综合部分，教师帮助整理所学过的各个任务涉及到的知识和技能，对这些知识和技能进行系统归纳，然后设定一个综合的考核内容，对某部分机电设备的安装与调试（根据系统装配图、驱动系统装配图进行安装），学生能够对相关设备进行检测安装，掌握了相关操作，这样就合格了，不同的学生考核的内容不完全相同，要求学生对整个项目全面掌握，一体化教学采用的过程考核，要求学生全方位地进行学习，避免了期末临时抱佛脚。同时也把职业资格证（如电工证）融入到综合教学阶段中去，可以很好地实现了课证融合。

三、以技能竞赛为爪手，促进一体化教学

每年举办的全国职业院校的技能大赛中的“自动化产生线安装与调试”项目，它是机械与电类结合最好的例子，突显了机电一体化，重点考查选手的自动线系统的设计、安装、接线、编程、调试、运行和维护的工程实践能力。在推行一体化教学中，以研究国家技能比赛为爪手，重点从“机械安装及其装配工艺、电路连接及气动连接工艺、单机测试、人机界面部分、联机测试部分、电路设计部分”六个任务进行理论与实践的一体化教学，对每个任务的理论吃透，训练好学生的操作技能。比如，“单机测试”部分是这个整个比赛中最核心的内容，要求学生掌握PLC编程设计与调试，驱动器参数含义，学生能够对各工作站编程以及单机调试，能够对变频器、步进电机、伺服电机参数设置调试运行。由于比赛是以小组的形式进行，在平时学习的时候就注重团队的精神培养，做到任务分工明确、各施其职、齐心协力。通过这种技能竞赛的形式，很好地促进了一体化的教学，既学到知识和技能，也为参加技能竞赛做好准备。

四、以一体化教学为突破口，着力提升学生培养的质量

以课程一体化教学为突破口，从单一的走向综合性课程，以项目为载体实现了各知识点之间的完美结合，它能够在学校为学生学习微缩的工业生产活动，让生产实践与教学中的理论知识相结合，实现了学以致用的目的，实现课程与岗位的无缝对接，提升了学生的专业技术能力，也让学生前提接触到现代制造业的生产过程，进一步开拓了学生的眼界。以此相匹配的是教师的专业能力与教学水平要进一步提升，教师要对整个项目精通，对一个项目涉及到多门课的知识要熟练并融会贯通，能够熟练地培养学生的专业技能，同时老师的知识也要及时更新，要了解本专业的最前沿的知识，要了解目前此行业最缺的是怎样类型的人才，这样才能更好地服务机电一体化技术教学。通过近几年对本专业的一体化教学探索与实践，对学生的每个任务学习效果检测，对学生学习中存在的问题及时了解并做出相应的改进措施，对每个项目的教学效果做到了全程监控，学生的积极性大大提高，学生的专业素养和专业技术得到了明显的提高，这种教学模式效果良好。

作者:万三国 单位:江门市技师学院

机电一体化技术课程篇2

机电一体化技术与系统课程是南京理工大学泰州科技学院机械电子专业的专业主干课，是一门综合性、应用性很强，具有系统工程应用意义的课程。[1]课程涉及专业内容多，知识广泛，理论性和实践性较强。为帮助学生实现从理论学习到实践应用的过渡，提高学生对所学知识的综合运用能力以及工程实践能力，更好地培养应用型、创新型人才，我校机械电子专业教学团队对该课程不断进行教学改革，更新教学内容，积极探索理论与实践相结合的教学方法。

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。

作者:孙松丽 王荣林 瞿志俊单位:南京理工大学 泰州科技学院

机电一体化技术课程篇3

机电一体化技术课程是农业机械化及其自动化方向重要的专业课程，主要讲授机电一体化系统的构成、机电系统检测技术、机电系统驱动技术与执行装置、机电系统控制技术等内容。课程具有知识面广、难度大、综合性高、实践性强的特点，学生经常感觉内容抽象、枯燥乏味，因而如何提高学生的学习积极性，改善教学效果成为任课教师急需探索的重要课题。针对机电一体化技术课程的特点，我们深入开展了教学改革，重点采用基于工程案例的教学方法应用于教学实践中，有效地改善了教学效果。

一、教学内容优化

优化教学体系和内容，把握重点知识，补充前沿知识。“机电一体化技术”课程教学内容相当繁杂，针对本课程知识面广、难度大的特点，首先必须精心选择教学内容，注意与相关课程的知识点划分与衔接，同时突出本课程的知识重点。比如对于讲授电机驱动系统部分，注意与电工技术课程在知识点上的衔接，避免重复和缺漏，对于电工学中已经讲过的伺服电机不再做基本结构及控制原理的介绍，但对于之前没有介绍过的步进电机则从基础知识入手，再通过对伺服电机、步进电机的广泛应用实例的介绍，重点突出控制电机在机电一体化系统中的作用。对于机电系统中的计算机系统部分，由于已经开设了微机原理及接口技术课程，在教学中精简单片机相关基础知识的介绍，着重讲解目前应用比较广泛的PLC的原理和应用，并结合具体工程案例使学生能够充分理解掌握。另外，还可要求学生查找资料，针对机电一体化系统在工业企业、航空航天等领域的运用撰写科技小论文，补充学科前沿知识。

二、教学手段的完善

借助现代多媒体技术提高教学效果，将多媒体教学与传统的板书教学结合起来，既充分利用多媒体技术图文并茂的特点，又充分发挥板书教学条理清晰、重点突出的优点。完善多媒体教学系统，制作集文字、图片、视频、动画等于一体的课程PPT课件，引导学生通过对图形、图像的分析，系统地归纳和提取有用的知识，使学生建立良好的感性认识，有益于知识的理解和消化，同时也极大地丰富了课堂的知识量，使学生的兴奋点始终保持在较高的水平。

三、案例化教学方法

由于多数学生对机电一体化系统没有直接的感性认识，可通过科研联系单位、网络等多种渠道，收集大量的机电一体化系统应用于工业、农业、交通、医疗、军事、航天航空等行业的图片和视频资料，使学生在学习课程之初即了解机电一体化系统的实际应用场合，极大地提高了学生对学习课程知识的主观意愿和学习兴趣。针对教学中的重点和难点，利用一些小型的工程案例来说明知识点，使学生加强对知识的理解和掌握。比如，在讲解动力电机和控制电机的区别时，设计包含交流电动机和步进电机的绕线装置来讲解电动机动力的提供和步进电机对给线轮转动的控制。以布置作业的形式提供可操作的工程项目，使学生对所学知识进行巩固和拓展，将理论知识应用于具体的工程实例，发挥学生的主体作用，提高学生学习的主动性，培养学生的独立工作能力和创新能力。

四、案例化教学设计与实践

本文以PLC控制的自动搬运机械手设计为例阐述案例化教学的实施。这是一个综合性的工程案例，在课程进行过程中分阶段布置给学生。整个设计过程分三个阶段进行。第一阶段，要求学生画出整体的设计方案，包括画出机械系统和驱动系统的布置草图。对学生的设计方案进行指导，提出改进意见并将参考的设计方案展示给学生，机械手结构草图如图1所示。方案采用步进电机驱动，以获得机械手的各种运动。机械手的上下、左右直线运动由步进电机驱动滚珠丝杠，再由滚珠丝杠螺母传动实现。机械手的旋转运动由步进电机驱动直齿轮，再由直齿轮啮合传动实现。手爪的夹紧和放松采用电磁铁控制。第二阶段，要求学生设计自动搬运机械手的检测系统，包括工件的到位检测，机械手沿水平和竖直方向的伸缩到位检测和摇臂的转动到位检测，正确选用传感器类型，并说明传感器布置的位置。第三阶段，给出机械手的操作流程，如图2所示，要求学生根据流程分析控制要求，选取某一型号的PLC，画出PLC外围接线图并用状态转移图编程。当搬运机械手在自动运行状态下，复位后，按下启动按钮，机械手开始进入自动循环运行状态，程序流程图如图3所示，搬运机械按照以上动作过程进行循环。通过该工程案例的设计可以使学生进一步了解机电一体化系统的组成及各部分作用，理解设计流程，进一步掌握传感器、步进电机的驱动与控制以及PLC的选型、外围接线和控制程序的编写等相关知识。五、小结在机电一体化技术课程的教学中，针对课程的特点，对教学内容、教学形式和教学方法进行了改革，重点通过实例化教学方法，培养学生对机电一体化技术相关知识的求知欲，争取最大限度地调动学生的学习积极性，提高了学生分析和解决实际问题的能力与创新能力，达到了良好的教学效果。

［参考文献］

［1］刘延霞，宁玲玲，马广勇．《机电一体化技术》课程教学改革研究［J］．中国校外教育，2013（3）：111．

［2］熊小琴，谢丹，叶大萌，等．关于“机电一体化技术”课程教学改革的思考［J］．中国电力教育，2013（8）：33－34．

［3］闰华，汪木兰，朱思洪．《机电一体化系统设计》课程教学改革的实践［J］．中国科技信息，2008（15）：241－242．

［4］董爱梅．《机电一体化系统设计》课程考核改革的探索与实践［J］．考试，2008（41）：11－12．

［5］何亚峰，金卫东，等．机电一体化系统设计课程建设体系的构建与探讨［J］．装备制造技术，2009（11）：177－178．

［6］袁明新，王琪，洪磊，等．机械控制工程基础中案例化教学的改革及实践［J］．当代教育理论与实践，2012（5）：137－139．

作者:赵丽梅 李焜 单位:贵州大学机械工程学院 贵阳职业技术学院轨道交通分院