機電一體化技術課程淺析3篇
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摘要：為了適應社會對先進制造業技能人才的需求，提高人才培養質量，我院積極探索機電一體化技術課程的教學改革，對專業核心課和專業拓展課試用一體化教學，教學過程中采用“整-分-合”的模式進行，經過三年的實踐表明此方法教學效果良好，學生的專業水平得到進一步提高。
關鍵詞：機電一體化；一體化教學；項目
現在培養適應新時代的先進制造業專業人才成為社會的迫切需求，珠三角地區作為中國的制造業聚集重地，培養一流的專業技術人才顯得尤為重要。機電一體化技術在培養先進制造業人才中扮演著非常重要的角色，目前培養的人才質量離社會的要求還有一定差距，如何培養適應社會需求的，學生踏出校門之前就能掌握本專業技能的人才是教育者應該深思的課題，對教學進行改革勢在必行。
一、突破傳統教學，推行一體化教學模式
教學決定學生的培養質量，對本專業進行教學改革重點要突破傳統教學，推行一體化教學，一體化教學的核心是設置好課程，規劃好學生三年所要學的知識與技能，以學生典型職業工作任務為主線，促進學生的全面發展。為此我院組織了校內外骨干教師和行業企業專家對機電一體化技術專業人才培養方案反復的修改和優化，根據今后就業的業領域和職業崗位群而對課程進行設計和優化，讓學生的實踐與市場緊密相連。機電一體化技術專業課程體系如圖1，一體化教學的課程主要在專業核心模塊和專業拓展模塊中進行，核心模塊包括三個綜合項目，進行教學時教師根據這些項目的要求把它分解成若干個任務，學生完成任務的方法可以采用多種形式，如小組合作完成、教師指導完成、成績優秀學生協助完成等推行一體化教學。
二、實施一體化教學，突顯教、學、做一體化三維一體
一體化教學是以項目為主線、教學中教師的教、學生的學和做三維一體，在一體化教學過程中，學習過程成為每位同學參與的創造性實踐教學，以實踐教學和培養學生實際操作能力為主，注重的不只是最終結果，更注重完成項目的全過程。學生是整個一體化教學活動的主體，教師對一體化教學起主導作用，師生共同完成知識的學習和技能的培養。一體化教學中實施的是項目整體化，知識零散化。教師對項目的教學有明確的目標和清晰的思路，項目里涉及到的知識點要求學生要有發現的能力，必要時教師進行指引，學生在完成各個具體的任務中獲得知識和技能。教與學的過程中強調支持學生進行探究學習的環境，這種環境可以是學校機電一體化技術專業實訓設備，也可以是虛擬技術支撐的學習環境，例如借助組態軟件完成設備的操作、編程的仿真，還可以是虛擬仿真與實訓設備綜合體。機電一體化技術專業課程的一體化教學以“整--分--合”的模式進行展開如圖2，具體過程如下三個步驟。第一階段為整體部分，利用幾天的時間對本項目的教學目標、教學內容進行講解，列舉出需要學的知識及需要的參考資料，本項目將要拆解成幾個具體的任務，這些具體的任務綜合起就是本項目的內容，也即掌握這些任務是為了整體項目服務的。例如機電一體化技術專業的專業核心模塊中的《機電設備自動化》，目的就是要掌握機電設備的自動化知識，學完后學生應該能安裝調試自動化機電設備，包括的知識點有氣壓技術、檢測技術、各種傳動技術、變頻器、伺服電機驅動控制電機應用、觸摸屏和PLC（三菱）編程技術、機電設備故障排除技術。第二階段為分解部分，對項目拆解成具體的任務，每次上課以完成一個具體的任務為目標。在任務實施的過程中，可能會碰到很多不懂的知識，這時教師就補充所需要的知識點，或者教師指導學生自己完成知識點的學習，要求學生在規定的時間內完成某個任務，任務開展的過程同時進行考核，每個任務考核成績記錄下來作為核算總成績的依據，所有的這些都在一體化課室完成。例如，任務“產品的自動化傳輸”就需要學生掌握PLC、傳感器、伺服電機、傳動技術、通訊協議、以及它們之間的聯接知識，以實際的任務用PLC編程解決自動化傳輸問題，只有每個學生都能自己安裝并設計相關程序完成產品的自動化傳輸，就算掌握了這個任務。又如任務“機電設備氣壓的調試”就需要學生掌握電磁閥、空壓機、氣動三聯件、氣動回路等的知識，既要能夠查找機電一體化控制電路圖故障并進行調試，同時還要掌握氣壓的安裝與調試，這樣才算達到目的。在重視這些具體任務教學的同時，也要講清楚它們與整個項目的關系，理清楚部分與整體的關系。第三階段是綜合部分，教師幫助整理所學過的各個任務涉及到的知識和技能，對這些知識和技能進行系統歸納，然后設定一個綜合的考核內容，對某部分機電設備的安裝與調試（根據系統裝配圖、驅動系統裝配圖進行安裝），學生能夠對相關設備進行檢測安裝，掌握了相關操作，這樣就合格了，不同的學生考核的內容不完全相同，要求學生對整個項目全面掌握，一體化教學采用的過程考核，要求學生全方位地進行學習，避免了期末臨時抱佛腳。同時也把職業資格證（如電工證）融入到綜合教學階段中去，可以很好地實現了課證融合。
三、以技能競賽為爪手，促進一體化教學
每年舉辦的全國職業院校的技能大賽中的“自動化產生線安裝與調試”項目，它是機械與電類結合最好的例子，突顯了機電一體化，重點考查選手的自動線系統的設計、安裝、接線、編程、調試、運行和維護的工程實踐能力。在推行一體化教學中，以研究國家技能比賽為爪手，重點從“機械安裝及其裝配工藝、電路連接及氣動連接工藝、單機測試、人機界面部分、聯機測試部分、電路設計部分”六個任務進行理論與實踐的一體化教學，對每個任務的理論吃透，訓練好學生的操作技能。比如，“單機測試”部分是這個整個比賽中最核心的內容，要求學生掌握PLC編程設計與調試，驅動器參數含義，學生能夠對各工作站編程以及單機調試，能夠對變頻器、步進電機、伺服電機參數設置調試運行。由于比賽是以小組的形式進行，在平時學習的時候就注重團隊的精神培養，做到任務分工明確、各施其職、齊心協力。通過這種技能競賽的形式，很好地促進了一體化的教學，既學到知識和技能，也為參加技能競賽做好準備。
四、以一體化教學為突破口，著力提升學生培養的質量
以課程一體化教學為突破口，從單一的走向綜合性課程，以項目為載體實現了各知識點之間的完美結合，它能夠在學校為學生學習微縮的工業生產活動，讓生產實踐與教學中的理論知識相結合，實現了學以致用的目的，實現課程與崗位的無縫對接，提升了學生的專業技術能力，也讓學生前提接觸到現代制造業的生產過程，進一步開拓了學生的眼界。以此相匹配的是教師的專業能力與教學水平要進一步提升，教師要對整個項目精通，對一個項目涉及到多門課的知識要熟練并融會貫通，能夠熟練地培養學生的專業技能，同時老師的知識也要及時更新，要了解本專業的最前沿的知識，要了解目前此行業最缺的是怎樣類型的人才，這樣才能更好地服務機電一體化技術教學。通過近幾年對本專業的一體化教學探索與實踐，對學生的每個任務學習效果檢測，對學生學習中存在的問題及時了解并做出相應的改進措施，對每個項目的教學效果做到了全程監控，學生的積極性大大提高，學生的專業素養和專業技術得到了明顯的提高，這種教學模式效果良好。
作者:萬三國 單位:江門市技師學院
機電一體化技術課程篇2
機電一體化技術與系統課程是南京理工大學泰州科技學院機械電子專業的專業主干課，是一門綜合性、應用性很強，具有系統工程應用意義的課程。[1]課程涉及專業內容多，知識廣泛，理論性和實踐性較強。為幫助學生實現從理論學習到實踐應用的過渡，提高學生對所學知識的綜合運用能力以及工程實踐能力，更好地培養應用型、創新型人才，我校機械電子專業教學團隊對該課程不斷進行教學改革，更新教學內容，積極探索理論與實踐相結合的教學方法。
一、教學中存在的問題
（一）理論教學方面存在的問題
教材和教學內容與先修課程重復率高，各知識點分散。[2]機電一體化技術與系統是許多高校相關專業為高年級本科生開設的一門課程，旨在讓高年級學生厘清前三年的各專業課之間的關系，能夠以系統的觀點和方法去分析和設計機電一體化系統。由于是原專業基礎知識的鞏固和加深，因此，教材和教學內容包括了之前學過的多門課程，教材大而全，教學內容多而廣；此外，該課程現有教材內容一般按照機電一體化大系統的各組成子系統組織設計，即每一子系統對應一章內容，不同章節知識點之間缺少有機聯系。雖然知識點可以獨立教授，但容易孤立，學生無法深刻理解機電一體化產品的系統性和技術的綜合應用性。
（二）實踐教學方面存在的問題
機械電子專業由于為我校后增專業，機電一體化技術與系統課程開設時間相應也不長，加之機電設備的復雜性、高造價、臺套數不足、使用維護成本高等原因，在實驗教學環節開設的多為演示性、驗證性實驗，學生動手操作調試的機會少。[3]在課程設計環節，則通常紙上談兵，模仿設計，學生學習積極性主動性不高，更談不上創新設計。上述原因使得理論教學與實踐教學脫節，在教學中出現“理論教學教懂難、實驗教學動手難”的問題。針對傳統教學體系中存在的問題，結合我校現場工程師的培養目標，機械電子教學團隊探索構建了以學生為主體，以項目驅動為主線，通過項目任務引導理論教學和理論教學指導項目實踐的互推互動的教學新模式。在剖析某幾個典型機電一體化系統（項目）的結構組成、工作原理、設計過程中，串聯講解知識點并在實驗環節進行知識點在項目中的具體應用實現，進而將項目實施和理論講授有機融合，實現一體化教學。教學改革探索的實踐表明，在機電一體化技術與系統這門課程的教學上，采用此方法是可行且有效的。
二、以項目驅動為主線的教學新模式應用
以項目驅動為主線，是指以項目為載體、教師為主導、學生為主體，將某一門課程的核心概念和原理，通過一個或多個項目的形式來體現[4]，將課程中分離的知識點轉換為在具體項目中應用的相關聯的技術支持點，將學生認為枯燥乏味的理論知識轉變為生動的、具體的技術實現，有利于學生更加系統地認識和掌握所學習的知識。
（一）項目選擇
教學新模式應用中，項目設計或選取尤為重要，其成功與否直接影響教學效果。首先，項目應具有代表性，以體現機電一體化關鍵技術的典型應用；其次，項目應具有可操作性，即項目的難易程度應適中；最好配套有足夠數量的、具體可操作的裝備供學生實踐操作；再者[5]，項目應具有可拓展性，以培養學生綜合應用和創新能力。基于上述考慮，并在我校實驗室二期建設經費大力投入的支撐下，分別以PLC和51單片機兩大控制核心為基點，提出了“物料自動分揀”、“自動立體倉庫”、“桁架機器人”和“自動尋跡小車”四大項目。以“物料自動分揀”項目為例，此項目涉及的知識模塊包括：西門子S7－200PLC控制，異步電動機的變頻調速，辨識物料顏色、材質的傳感檢測，觸摸屏監控，自動定位控制，光電編碼器及氣動元件應用等多項技術，均為機電一體化共性重要技術。與此相對應，MPS實驗室增配了多臺套可拆裝式物料分揀實驗裝置，學生可通過機械安裝、電氣硬件接線、軟件編程、系統調試等環節進行動手實踐操作，既可進行單項實驗，也可進行綜合性、創新性實驗。
（二）具體實施
1.理論教學方面
概述部分仍沿用教材內容，重點講述機電一體化概念、體系結構、特點及發展趨勢。在課程開始即強化機電一體化產品（系統）“機電有機融合”的特點、“系統化”的設計開發理念和“綜合性”的技術應用。其余內容則采用項目驅動教學法，并分兩大模塊，分階段展開。（1）第一階段：以教師講授為主，選用“物料自動分揀”和“自動立體倉庫”兩大項目，按“任務分析→方案總體設計→硬件選型、設計→軟件設計→系統調試”的項目一般設計開發流程開展。通過兩個項目的介紹，使學生熟悉項目開發的一般流程，總體方案設計的一般要求和原則，掌握系統原理圖的設計要求，學習如何結合功能實現和成本控制進行硬件選型，常見硬件的工作原理和使用方法等。在此基礎上，使學生掌握變頻調速、檢測系統設計、伺服驅動與控制、步進電機與控制、軟件編程技巧與仿真調試等有關綜合應用的理論知識。（2）第二階段：采用討論互動課的模式進行，教師主要起引導和指導作用，選用“桁架機器人”和“自動尋跡小車”兩大項目。教師按每一項目確定3種任務方向共制訂6套項目設計任務書，包括設計題目、功能需求、技術要求及重難點。學生結合自身的興趣愛好，每3－5名同學自由組合為一組，從6套任務書中任選一套，每套設定限選額度（上限為4組）。選題在討論互動課正式開始前兩周即確定完畢。在兩周準備時間內，各小組需要完成的工作內容是：任務分析→組員分工→資料查閱→組內討論→方案擬訂→方案形成書面報告并制作PPT。在討論互動課上，按相同任務書抽簽選取1－2個小組進行10分鐘的上臺演講、報告，5分鐘的討論互動答辯。每組答辯完成后，教師利用2分鐘左右的時間總結學生討論、發言情況，提出改進意見。[6]討論互動課通過教師創設情境，激發學生思維，強化對知識點的理解學習，促進學生參與合作，有效調動了學生在課堂上的積極性和主動性，變單純傳授知識為培養學生的學習方法和能力。
2.實踐教學方面
實踐教學主要包括實驗教學和課程設計。（1）實驗教學：由于實驗室新購置了多臺實訓裝置，因此，開出的實驗項目從之前單一的驗證性、演示性實驗，擴展躍升到集難度遞增的單項實驗和綜合性實驗于一體的系統全面的實驗體系。同時，實驗環節所需要的理論知識、技術應用規范和應用技巧與理論課所講授內容高度契合，極大增強了學生實驗時的自信心、積極性和主動性，學生敢于并愿意動手操作，實驗效果突出，學生動手能力顯著提高。（2）課程設計：在設計選題上摒棄了之前單一的命題方式，改為可從教師給定的多組題目中任選或學生自由選擇的方式。其中，教師給定的題目主要為討論互動課上項目任務的綜合和深化。由于已進行過較為充分的論證，因此，對這部分設計題目詳細設計部分要求完成度較高，最好可通過實物驗證。
（三）課程考核
與教學模式改革相匹配，對課程考核方式進行了調整，更加強調應用能力的測試，加大實驗環節考核比重，增加討論互動課考核。其中，對于實驗環節的考核，除了考察實訓時的常規表現（如出勤率、操作規范情況、實驗完成情況、實驗報告情況）外，在最后一次實訓課上以現場發放任務卡的形式，要求各組學生利用現場實訓裝置，在限定時間內，完成某一小項目的設計、接線、編程和調試工作，最終根據完成情況現場打分，該分值為實驗環節最終考核成績的主要組成部分。
三、總結
教學改革實踐表明，以項目驅動為主線的理論實踐一體化的教學新模式，實現了理論教學與實踐教學的深度結合，將教學內容與工程實踐緊密聯系，提高了學生對相關技術的工程綜合應用能力，以‘用’促‘學’，學以致用；體驗型的討論互動教學方式，讓學生主動參與教學過程，發揮其主體作用，增強了學生的團隊協作能力、溝通能力，提升了學生的綜合素質。
作者:孫松麗 王榮林 瞿志俊單位:南京理工大學 泰州科技學院
機電一體化技術課程篇3
機電一體化技術課程是農業機械化及其自動化方向重要的專業課程，主要講授機電一體化系統的構成、機電系統檢測技術、機電系統驅動技術與執行裝置、機電系統控制技術等內容。課程具有知識面廣、難度大、綜合性高、實踐性強的特點，學生經常感覺內容抽象、枯燥乏味，因而如何提高學生的學習積極性，改善教學效果成為任課教師急需探索的重要課題。針對機電一體化技術課程的特點，我們深入開展了教學改革，重點采用基于工程案例的教學方法應用于教學實踐中，有效地改善了教學效果。
一、教學內容優化
優化教學體系和內容，把握重點知識，補充前沿知識。“機電一體化技術”課程教學內容相當繁雜，針對本課程知識面廣、難度大的特點，首先必須精心選擇教學內容，注意與相關課程的知識點劃分與銜接，同時突出本課程的知識重點。比如對于講授電機驅動系統部分，注意與電工技術課程在知識點上的銜接，避免重復和缺漏，對于電工學中已經講過的伺服電機不再做基本結構及控制原理的介紹，但對于之前沒有介紹過的步進電機則從基礎知識入手，再通過對伺服電機、步進電機的廣泛應用實例的介紹，重點突出控制電機在機電一體化系統中的作用。對于機電系統中的計算機系統部分，由于已經開設了微機原理及接口技術課程，在教學中精簡單片機相關基礎知識的介紹，著重講解目前應用比較廣泛的PLC的原理和應用，并結合具體工程案例使學生能夠充分理解掌握。另外，還可要求學生查找資料，針對機電一體化系統在工業企業、航空航天等領域的運用撰寫科技小論文，補充學科前沿知識。
二、教學手段的完善
借助現代多媒體技術提高教學效果，將多媒體教學與傳統的板書教學結合起來，既充分利用多媒體技術圖文并茂的特點，又充分發揮板書教學條理清晰、重點突出的優點。完善多媒體教學系統，制作集文字、圖片、視頻、動畫等于一體的課程PPT課件，引導學生通過對圖形、圖像的分析，系統地歸納和提取有用的知識，使學生建立良好的感性認識，有益于知識的理解和消化，同時也極大地豐富了課堂的知識量，使學生的興奮點始終保持在較高的水平。
三、案例化教學方法
由于多數學生對機電一體化系統沒有直接的感性認識，可通過科研聯系單位、網絡等多種渠道，收集大量的機電一體化系統應用于工業、農業、交通、醫療、軍事、航天航空等行業的圖片和視頻資料，使學生在學習課程之初即了解機電一體化系統的實際應用場合，極大地提高了學生對學習課程知識的主觀意愿和學習興趣。針對教學中的重點和難點，利用一些小型的工程案例來說明知識點，使學生加強對知識的理解和掌握。比如，在講解動力電機和控制電機的區別時，設計包含交流電動機和步進電機的繞線裝置來講解電動機動力的提供和步進電機對給線輪轉動的控制。以布置作業的形式提供可操作的工程項目，使學生對所學知識進行鞏固和拓展，將理論知識應用于具體的工程實例，發揮學生的主體作用，提高學生學習的主動性，培養學生的獨立工作能力和創新能力。
四、案例化教學設計與實踐
本文以PLC控制的自動搬運機械手設計為例闡述案例化教學的實施。這是一個綜合性的工程案例，在課程進行過程中分階段布置給學生。整個設計過程分三個階段進行。第一階段，要求學生畫出整體的設計方案，包括畫出機械系統和驅動系統的布置草圖。對學生的設計方案進行指導，提出改進意見并將參考的設計方案展示給學生，機械手結構草圖如圖1所示。方案采用步進電機驅動，以獲得機械手的各種運動。機械手的上下、左右直線運動由步進電機驅動滾珠絲杠，再由滾珠絲杠螺母傳動實現。機械手的旋轉運動由步進電機驅動直齒輪，再由直齒輪嚙合傳動實現。手爪的夾緊和放松采用電磁鐵控制。第二階段，要求學生設計自動搬運機械手的檢測系統，包括工件的到位檢測，機械手沿水平和豎直方向的伸縮到位檢測和搖臂的轉動到位檢測，正確選用傳感器類型，并說明傳感器布置的位置。第三階段，給出機械手的操作流程，如圖2所示，要求學生根據流程分析控制要求，選取某一型號的PLC，畫出PLC外圍接線圖并用狀態轉移圖編程。當搬運機械手在自動運行狀態下，復位后，按下啟動按鈕，機械手開始進入自動循環運行狀態，程序流程圖如圖3所示，搬運機械按照以上動作過程進行循環。通過該工程案例的設計可以使學生進一步了解機電一體化系統的組成及各部分作用，理解設計流程，進一步掌握傳感器、步進電機的驅動與控制以及PLC的選型、外圍接線和控制程序的編寫等相關知識。五、小結在機電一體化技術課程的教學中，針對課程的特點，對教學內容、教學形式和教學方法進行了改革，重點通過實例化教學方法，培養學生對機電一體化技術相關知識的求知欲，爭取最大限度地調動學生的學習積極性，提高了學生分析和解決實際問題的能力與創新能力，達到了良好的教學效果。
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作者:趙麗梅 李焜 單位:貴州大學機械工程學院 貴陽職業技術學院軌道交通分院
