高职“机电一体化系统设计”课程教学体系改革初探

苏江

摘 要 “机电一体化系统设计”是一门实践性和综合性都很强的课程，但在目前课程教学中存在内容陈旧、实用性不强、教学方法单一等问题，为了改善教学效果，提高该课程的教学质量，增强学生实践应用能力，提出了教学目标、教学内容、教学方法、实践环节和考核方式等方面的一系列教学改革措施。

关键词 机电一化系统设计 高职 教学体系 改革措施

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2016.05.055

Abstract "The Design of Mechatronics System" is a practical and comprehensive curriculum， but there are disadvantages like outdated content， insufficient practicality monotonous teaching methods in the present teaching.In order to improve the the effect and quality of teaching，and to strengthen the students' practical ability， a series of reform measures on the teaching goal， teaching content， teaching methods， teaching practice and exam method are proposed.

Key words The design of mechatronic system； teaching system； higher vocational education； reform measures

高等职业教育近几年来在中国得到了飞速发展，高等职业教育的培养目标是具备某一特定职业或职业群所需综合职业能力的，为生产和管理第一线服务的应用型、技术型人才。而传统的课程教学体系已远远不能适应技术技能型人才培养的目标，改革课程的教学体系，加强学生动手和应用能力培养是实现高等职业教育办学特色的根本途径。

高等职业教育机电类毕业生主要面向现代制造业等高新技术企业从事机电一体化产品、现代制造设备、IT产品、生物医药产品等智能化生产线的设计、安装调试、运行维护、生产管理和经营销售等技术工作。“机电一体化系统设计”是高职机电类专业的一门重要的专业核心课程，对培养学生机电产品设计、控制及调试能力具有重要作用。这门课程涉及了PLC、单片机、传感与检测、机电传动控制等多门课程的知识，综合性、系统性和应用性强，仅仅通过课堂教学是远远无法达到这门课程的教学目标的。本文结合“机电一体化系统设计”课程教学中存在的问题，为高等职业教育教学体系的改革做一些有益的探讨。

1 存在的问题

（1）内容多。对机械类专业本科生而言，“机电一体化系统设计”的教学内容包括机电一体化相关概念、机械系统、机电接口技术、气动执行机构、伺服系统、微机控制与编程、检测传感装置、典型机电一体化系统实例等诸多内容。许多学生反映知识点多而繁杂，难以记住。

（2）难度高。“机电一体化系统设计”的教学内容中的步进电机和交流伺服电机的控制，涉及复杂的参数设置和接线，接口技术中涉及不同I/O模块的校准、转换与编程，这些知识抽象，理解起来比较困难，很多同学在学习时都是一脸茫然，叫苦不迭。

（3）不会用。“机电一体化系统设计”课程中涉及许多机电一体化元器件，上课时老师很卖力地讲，学生凝神地听，但是实际中使用这些元器件时，往往不会选择型号，选择了型号又不知道如何接线。

（4）教学方法单一。这是高职“机电一体化系统设计”课程的主要问题。受传统教育观念的影响，课堂形成了“讲台上老师滔滔不绝，讲台下学生昏昏欲睡”的状况，结果是“老师怒其不争，学生却哀其不幸”。这种教学局面形成造成了学生根本无法真正理解机电一体化课程的基础知识，很多学生学了一学期却还不知道如如何控制机电一体化设备，这样的教学无法达到课程的教学目标。

（5）教材内容不适应高职教育的新要求。目前可以将学校中使用的“机电一体化系统设计”教材归为两类，一类是常规类，另一类是项目驱动类。常规类教材按照机电一体化的概念、机械系统、伺服系统、接口技术、控制系统等内容划分各个独立章节。这类教材具有完整的体系、模块化的结构、层次分明的内容，但其重理论轻实践，实理脱节，对职业院校学生的工程应用能力培养不足。如果任课教师按照教材的顺序进行教学，学生就难以搞清楚如何设计并控制某一种机电一体化产品，不利于培养学生的机电设计能力和编程控制思维。项目驱动式类教材能从职业岗位需求出发，以项目和任务引出知识点。该类教材编写形式直观生动，增强了可操作性和可读性。但是，该类教材的系统在面向职业岗位的系统性方面稍显不足。当学生很努力地学会了书本知识，信心满满地去设计一个新项目时，却仍然感觉无从下手。

2 改革措施

2.1 教学目标

教学的目标不仅要使学生必须掌握典型机电一体化元器件与典型机电一体化设备的基本原理，形成机电一体化技术的思维理念，更重要的是根据实际情况会合理选用机电一体化元器件型号，能够根据元器件说明书接线，将若干元器件组合成机电一体化系统完成一定的控制功能。

2.2 教学内容

机电一体化技术是发展非常迅速的一种技术，市场上新技术、新产品不断出现，但现有的“机电一体化系统设计”教材内容比较陈旧，与实际生产脱节；偏重理论讲解，应用实例少，实用性差；实物插图少，内容抽象；机电一体化实例不够典型，不能与前面章节形成有效融合。

根据目前教材中存在的问题，笔者结合多年教学经验，认为“机电一体化系统设计”教材编写应遵循以下要求：理论要本着“够用”和“实用”的原则，依托本地区目前及今后机电领域发展情况，在全面调研的基础上合理选择机电类企业的典型产品所用到的知识和技术作为教材内容。特别是考虑到近十几年非标准自动化设备产业的飞速发展，教材各章节中应包含以下内容：机械技术章节中应包含滚珠丝杆与直线导轨；微机控制章节应包含PLC的常用控制功能及变频器控制；接口技术章节应包含PLC的各种控制模块，尤其是I/O转换模块与温度模块，还应该包含触摸屏技术；检测与传感装置章节中应包含各种接近开关、色标传感器、光电编码器和光纤传感器；伺服系统章节应包含PLC如何控制步进电机和交流伺服电机；气动技术中应包含带磁环的直线气缸与旋转气缸选型与控制；机电一体化产品实例可以选择数控机床、工业自动化生产流水线、电梯、工业机械手等几种典型产品。

教材内容的选择除了要考虑与生产密切结合的实用性外，还应具有理论联系实践可操作性。教材中应增加所讲元器件的实物图片和生产该元器件的知名企业信息，并增加该元器件的典型说明书一份，这样既使学生对该元器件有了全方位认识，又能够学会实际使用时应该如何选择型号。这部分内容可与企业工程师联合共同完成。

2.3 教学方法

“机电一体化系统设计”课程具有知识点繁多、内容不易理解、应用性强等特点。因此，采用形式多样的教学方法，有助于激发学生的学习兴趣，提升课堂教学质量。在授课过程中，每个章节的内容用典型自动化设备引入，先观看视频，再提出问题，通过学习最后解决问题。讲基本元器件的原理时，课前充分发挥学生自主学习能力，让学生广泛查找搜集相关资料，课堂上由学生进行讲解，老师提出一些问题，大家一起讨论。老师做详细讲解时应配合元器件实物，增强学生感性认识。讲基本元器件在实际生产中如何选择时，可以通过企业产品实例，提出使用条件，结合元器件型号和使用场合，选择出适合该产品实例的元器件型号。拿出该课程部分课时，聘请企业的一线工程师结合经验来讲，使学生能够获得来自生产一线的信息，更加深刻地理解所学内容的重要性与实用性。

此外，建立课程的学习网站，将课程的相关内容与资料放入网络中，实现开放性教学，引导学生自主学习和拓宽知识广度，以解决授课学时不足的问题。

2.4 实践环节

实践教学内容应密切与理论结合，每完成一章的内容，应及时安排实验。机电一体化综合实训台可以帮助学生学会使用元器件，完成一定的控制功能，但是由于实训台各部分结构已模块化，这样不利于学生掌握元器件接线方法。为此，综合实践环节的任务安排不应该局限于在综合实训台上完成，而应配备足够的散件，提出控制要求，让学生自己选择器件，完成接线与参数设置，并根据要求编程实现控制功能。对于能力较强的同学，可以安排到自动化企业去完成综合实践，配合企业的实际产品完成某部分控制功能，在实践中积累经验。

2.5 构建机电教学企业

“教学企业”是它集生产功能和教学实训功能于一体，并按市场机制运营，兼顾经济效益、社会效益和教学效益的校企合作实体。它是职业院校谋求自身发展、实现与市场接轨、大力提高育人质量、有针对性地为企业培养一线实用型技术人才的重要举措。我院教学企业的具体的做法是由学院提供场地，与某自动化企业合作，将企业生产设备、技术人员等资源引入学校实训基地与学校设备，按企业化要求组织生产和科研，结合企业自动化生产线订单并结合课程需要开展理论和实践教学。企业的工程技术人员参与“机电一体化系统设计”课程培养方案的制订，教学标准的制定、教学组织的实施、教材内容的编写、一起学生成绩的考核等工作，而且企业技术人员作为兼职教师在“教学企业”中承担的教学工作量不少于30%。在“教学企业”中，通过规范化的运作，将教学实训活动融合在企业的生产过程之中，实现经济利益和教学效益的双赢。由于课程依托教学企业，能够以自动化生产线的设计、制造、调试、检测等真实任务作为教学载体，学生直接参与企业生产经营过程，实现“教、学、做”的一体化，有效提高学生的专业技能和综合素质。

2.6 考核方式

教学方案的改革要求考核方式也要多样化。针对基本概念、理论和计算仍采取闭卷考核。但是试卷内容应更加综合化与实用化。笔者在实践教学中，已将传统试卷的填空、选择、判断、问答、分析等题型综合在一起，安排7～8个大题，所有大题都根据实际产品来编写，每个题目里包含选择、填空、连线、问答等题目，这样的考试内容既能够避免学生为应付考试死记硬背，培养和锻炼学生的综合分析能力，在一定程度上也考查了学生解决实际问题的能力。

3 总结

在“机电一体化系统设计”教学中，贯彻教学内容实用化、教学形式多样化、实践环节综合化、考核方式能力化的“四化”原则，充分激发学生兴趣， 提高学习热情，为培养出具有一定基础理论同时又能解决实际工程问题的高职人才奠定基础，为高等职业教育技术技能型人才的培养探索出一条适合自己的道路。

参考文献

[1] 徐惠敏.高职《机电一体化系统设计》校本教材的开发[J].职业教育研究，2011.10：169-170.

[2] 张健民.机电一体化系统设计[M].北京：北京理工大学出版社，2008.

[3] 赖兴余，詹春毅，许海华.基于校企双主体的“教学企业”构建[J].职教论坛，2013（27）：22-25.