《机电一体化技术与系统》课程教学改革研究

《机电一体化技术与系统》课程教学改革研究

作者：郑剑 张澧生 张华

来源：《职业·中旬》2011年第11期

目前，高职机电类专业大多开设了《机电一体化技术与系统》课程或相似课程。该课程覆盖知识面广，综合性、实践性和通用性都很强，传统的“教”与“学”都有较大难度。如何组织教学，激发学生的学习兴趣，帮助学生切实理解、掌握基本的机电一体化应用技术，是该课程教学中亟需解决的问题。笔者结合多年的教学实践和应用体会，对该课程的教学内容和教学方法进行了有益的探索与改革，设计并实践了“项目驱动”的教学模式，取得一定的成效。 一、课程特点分析 1.综合性强

学习该课程，需要具备机械、强电、弱电等方面基础知识。机电一体化技术主要包含六项关键技术：精密机械技术、传感器与检测技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、系统总体技术。因此，该课程与前修课程联系密切，是前修课程的集成与应用，内容多，综合性强。 2.实践性强

该课程的教学目标是使学生能够对典型机电一体化系统进行正确的运行、维护、维修，能够从硬件、软件两方面进行初步的机电一体化系统设计。因此，实践环节的合理规划，对课程的教学具有重要意义。 3.通用性强

从广义上讲，各行业企业的生产设备都可视为机电一体化系统。学生通过该课程的学习与训练，还应该能够将“典型机电一体化系统”所要求具备的能力，举一反三，触类旁通，迁移到其他机电一体化系统中去。这就要求该课程的教学自始至终注重通用性。 二、“项目驱动”教学模式

《机电一体化技术与系统》课程一般安排在学生在校学习的最后一个学期。这个时候，学生已经学完《机械设计与制造基础》《电工电子技术》《传感器应用技术》《电机检修与控制技术》《单片机应用技术》等专业基础课程。针对课程特点，笔者采用了“项目驱动”的教学模式，精心组织教学内容。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

典型机电一体化系统有很多，如数控机床、工业机器人、三坐标测量机、全自动洗衣机等。结合具体实际情况，笔者设计并采用“CA6140普通机床数控化改造”大型综合项目，并将此项目分为以下几个子项目：CA6140进给机械传动系统的改造、XY工作台驱动系统的设计、XY工作台控制系统的设计、光编与光栅的安装与调试、闭环进给系统的机电联调。这些子项目都是为掌握综合项目而设立的，基本上涉及“机电一体化技术”的六大关键技术。以这些子项目为主线，可以把该课程中需掌握的知识点、技能点串起来。例如，子项目“XY工作台控制系统的设计”涉及的内容，包括基于数控装置的硬件连接与软件设置、基于PLC控制系统的硬件连接与梯形图编程、基于单片机控制系统的硬件连接与C语言编程、执行单元的功率驱动接口选型等。掌握该子项目，不仅可综合掌握PLC与单片机的相关基础知识点，还可巩固、加强这些基础知识的具体应用。

因此，采用项目驱动式教学，可将机电一体化技术融入到典型的、具体的机电一体化设备或生产线中，使学生能够从应用的层次上，通过技术改造这种可操作化教学方式，全面而深入地理解机电一体化技术，从而为后续教学环节和以后的实际工作打下基础。 三、教学方法实施

在教学方法的具体实施中，需要注意以下几个方面： 1.由浅到深，循序渐近

首先，安排“进给机械传动系统的改造”子项目。该子项目包括传统进给机械传动系统的特点，滚珠丝杠螺母副传动的结构、原理、选型与计算，联轴器的种类与选用，导轨的类型与选用，改造后系统的调试与分析等。该子项目只涉及到“滚珠丝杠螺母副”这一个新知识点。其他内容在《机械设计与制造基础》都学过，学生学习起来比较容易接受。然后，安排“XY工作台驱动系统的设计”子项目。该子项目包括步进驱动、直流驱动、交流驱动三个模块。“电机的具体知识与技能”在前修课程中已涉及，在巩固复习的基础上，笔者着重讲解、训练驱动系统的性能调试、故障诊断等方面。这样，课程安排每节添加新的学习领域，实现了从易到难，循序渐近的教学过程。

2.“系统—学习领域—系统”的教学过程

教学中先给出综合项目的总体框图、子项目的硬件装置和软件实现过程，使学生对整个机电一体化系统有所了解。然后，分别介绍子项目中的各个学习领域，主要从硬件组成、功率接口、工作程序等几方面展开。最后，分析子项目完整的软硬件调试、维修、设计，使学生从整体的、系统的角度理解机电一体化技术。 2.注重相关基础知识的取舍

合理取舍前修基础课程的教学内容，将前修课程中一些知识点比较复杂或动作技能比较集中的学习领域，放在该课程中重点讲解。例如，“闭环系统的稳定性、动态性、准确性分析”是

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

自动控制技术的学习领域，一直是高职教学的难点。笔者将其安排在《机电一体化技术与系统》课程中，结合改造后数控机床调试工作，介绍这一学习领域，使学生不仅可以在具体学习情境中建立清晰、正确的概念，还可以掌握基本的调试技能。 3.“以点带面”教学思路

例如，子项目“光编与光栅的安装与调试”主要涉及数控系统的位置检测装置：光电编码盘、光栅尺。通过这两种典型传感器在典型机电一体化系统中的安装与调试，可以“以点带面”地将传感器的信号采样／保持、干扰抑制与数字滤波、与工控机的接口等共性问题进行分析。在项目学习与训练中，学生对传感器与自动检测技术有了更深入的理解。 四、教学过程实施

1.以课堂教学为主，老师引导，学生参与

高职课堂一般有理论课堂、实验课堂、理实一体化课堂、实训课堂等几种。每一堂课往往与具体的学习情境联系在一起，有明确的项目或任务。教师尽量应用各种教学方法，将学习任务分析透彻。在教学过程中，老师作为引导者，从总体到细节都注重启发学生。每堂课，老师讲解后提出问题，留下时间让学生讨论，并要求学生能给出分析过程，尽量使学生在老师讲解完每堂课后，消化当堂课所学的知识点、技能点。 2.加强实践环节教学

机电类高职院校的实习工厂大都有普通车床、经济型数控机床，实验实训室大都有数控机床综合实验台、数控机床仿真软件。笔者认为，应充分利用现有的教学资源，加强实践环节教学，主要形式有工厂现场参观、工厂现场操作、验证性实验、仿真性实验、设计性实验等，以实验教学为主。通过实验，学生看到了各种结果，但这只是完成实验的一部分。实验教学更应注重结果的分析，使学生“知其然，知其所以然”。 ３.注重过程考核

考核方式对学生的学习有一定影响。注重过程考核，可采取分阶段考核、多种考核手段相结合的综合方式。笔者认为，具体可以这样安排：

总成绩＝阶段总成绩×50％＋实践环节成绩×20％＋期末理论成绩×30％

其中，阶段总成绩是阶段综合分数加权平均后的值。学生每学完一个子项目（包括实验）后，教师根据学生的掌握程度，打出阶段综合分数，加权平均系数按子项目的难易程度，得出成绩。这样，更能考核学生的实际水平。教师应及时将阶段综合分数告知学生，让学生认真对待每个学习任务，这对学生的主动性有一定的激励作用。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

高职人才培养质量的提高和办学特色的打造，落实到微观层面上，课程教学质量的提高是关键。《机电一体化技术与系统》是高职机电类专业的核心课程，也是一门特色课程。探索该课程的教学改革，是专业建设的必然要求。笔者在实践中做了以上尝试，教学质量有了明显提高，说明重构教学内容、改进教学模式、加强学生应用能力培养是高职教育改革发展的必然要求。

基金项目：湖南机电职业技术学院教育科研项目（KY11B17）。 （作者单位：湖南机电职业技术学院）