国内外机电一体化教育的对比分析

蔡芸

摘 要：为了借鉴国外机电一体化教育研究成果，做好机电一体化教学改革工作，对比分析了我国以及美国、俄罗斯、韩国、土耳其等国的机电一体化教育研究文献，从培养目标、课程内容、教学方法、教学资源的角度，总结了国内外教育的特点，得出了在教育对象扩展、课程内容设置、专业外语教学、网络教学资源开发和共享、教师培养等方面，国内教研还存在不足的结论，并提出了针对性改革的工作内容。对培养适应我国经济发展特点的机电一体化的高层次人才有一定的参考意义。

关键词：机械电子工程；机电一体化；教学改革；教育

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2017）20-0020-03

Abstract： In order to draw lessons from research results of foreign mechatronics education and do well in mechatronics teaching reform， this paper analyzes the mechatronics education research literature in China and the United States， Russia， Korea， Turkey and so on. With a view to training objectives， curriculum content， teaching methods and teaching resources， the characteristics of domestic and foreign education are summarized， and the result shows that there are some defects in domestic teaching research， such as the expansion of educational objects， the selection of curriculum content， the teaching of professional foreign language， the development and sharing of network teaching resources， teacher training and so on. The contents of the corresponding reform are put forward. It has certain reference significance of training high-level talents who adapt to the characteristics of China's economic development.

Keywords： mechatronics engineering； mechatronics； teaching reform； education

機电一体化是集机械制造技术、电工电子技术、微电子技术、传感器与检测技术、信号变换与接口技术、信息通讯等多门技术发展与融合的成果。目前，国内机电一体化教研文献多是涉及专业课程体系、教学模式、实践教学改革的，鲜有文献对国内外机电一体化教学进行对比分析，找出我国机电一体化相关教学研究的不足之处。为此，作者查阅了国内外机电一体化教育的相关文献，从培养目标、课程内容、教学方法、教学资源、考核方式等几方面，进行了对比分析。

一、培养目标及对象

机电一体化教育培养出的学生必须掌握机电专业的基本理论知识，具有一定的分析能力以及解决问题的动手能力，能综合运用机电一体化知识解决工程实际问题。我国机电一体化教育主要分为高等职业教育、本科教育、研究生教育三个层次，各层次教育的培养目标侧重点不同，高等职业教育旨在培养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[1]。随着我国科技发展和人才市场需求的学科复合型人才培养等多元化发展[2][3]。研究生教育除了强调研究生的创新能力培养，更强调教学与科研的结合，以及对学科发展动态和前沿的了解[4]。

国外人才培养目标与我国类似，但教育对象更广泛，不仅仅局限于工科学生，还包括高中生、预科学生，甚至是接触传感器和执行元件相关实践的新人和妇女等社会群体[14-22]。

二、课程内容

（一）理論教学内容

机电一体化课程作为多学科交叉的产物，其内容会与机械设计、传感器检测技术、机电系统控制基础等课程内容交叉，我国大多院校都按照构成机电一体化系统或产品的机械、电气、控制等几大模块顺序讲解，或者按照“系统设计介绍-系统组成模块-典型系统举例与评价”进行讲解[6]。为了适应科技和企业发展需求，增强理论的实用性，激发学生学习兴趣，部分院校进行了如下改革：

1. 削减与先修课程相重复的教学内容，增加新型元器件内容[1][2]；

2. 教师负责课内介绍相关前沿技术及发展，学生被要求在课外阅读专业期刊，以增长其学习兴趣和学术眼界[5]；

3. 弥补学生在知识体系中的漏洞和弱点，如系统建模和可靠性[7]。

机电一体化课程内容的设置和地方经济的发展有一定的联系，美国理论教学的内容主要包括：机电一体化系统概念、机械系统建模、执行元件、机械装置、微机控制、信号处理、数据采集、传感器、控制原理[14-21]。欧美国家更侧重微处理器及控制的教学，此外，在土耳其、约旦、台湾、韩国，更重视与自动化相关的内容[18-21]。

（二）实践教学环节

为了使学生初步掌握科学研究的基本过程和基本方法，培养学生独立分析、解决问题的能力和创新能力。加大实验室建设经费投入力度，增加综合性、创新性实验[8]，进行开放式实验教学，鼓励学生参加科研项目，成为国内各校课程改革的首选手段。此外，我国部分院校还注意因材施教，在课程设计和毕业设计中，改进选题方式和题目内容，分类培养机电一体化应用型和创新型人才[9]。

国外院校在实践教学中常采用项目教学法，例如某校利用智能小车项目，培养学生建设团队、使用虚拟仪器、仿真建模工具和算法控制的实时编程技术。但是，项目教学法掌握的知识较零散，为此，该校通过模块化系统教学进行了弥补，教学内容包括机电一体化系统的建模与仿真模块（含电液系统、机电系统、电热力系统）、机电一体化系统的传感器和执行元件模块（含基本原理、数据采集、通讯、LabVIEW软件应用）[14]。

（三）专业外语教学

我国高校虽然开设了专业英语课程，但内容并不针对机电一体化单一课程。随着专业技术和经贸交流的发展，英语阅读已成为获取新信息的必要手段。在国内机电一体化教研改革中，无人重视机电一体化专业英语教学。但是，该问题已经引起俄罗斯教育工作者的重视，他们采取了专业外语选修课教学，或最后两年培训必修专业英语的方法[15]。

三、教学方法及教学模式

机电一体化课程是学科交叉的产物，涉及到各学科的理论知识，故而知识点很多，理论性很强。在有限课堂时间内，将如此大量信息交由教师口述讲解，会显得教学内容比较抽象和枯燥。为了提高教学效果和学生的学习兴趣，增强学生的感性认识，令其理解掌握知识，培养其科学思维、工程意识、创新意识，我国在机电一体化教学中，引入了国外先进教学设备（如多媒体[5]、虚拟实验室[10]）和教学方法（如开放式教学方法[7]和项目教学法[11][12]）。

我国课程教学模式通常采用“理论学习+验证性实验+课程设计”的模式，比较重视理论联系实际的教育，结合日常生活、生产实习、科研成果教学，促进学生快速掌握知识，培养学生的工程观念[5]。

国外课程教学多采用“理论模块+项目实践”的方法[16]，也有学校采用“理论学习+实验+项目实践”的方法[17]。国外项目教学常选择智能小车和机器人项目[14-21]，国内的题目还会来自校企聯合项目、科研项目、技能大赛项目[11-12]。 可见，国外教学更加重视学生的动手能力的培养，让学生通过项目掌握相关理论知识。

四、教学资源

（一）教学软件及设备

国内外机电一体化技术专业教学中，常用的教学软件有MATLAB、LabVIEW、 PROTEUS等。常用的教学设备有：创意机器人、柔性制造系统[21]、气动自动化控制系统、数控加工机床或测量仪、虚拟实验室[3-10]。还有学校为进行集成设计和仿真项目教学，研发了机电一体化系统[19]。此外，我国院校还常利用企业资源，通过生产实习、校企联合项目，培养应用型人才[5]。

（二）信息化教学平台

机电一体化教学资源还包括课程网站、多媒体课件[4]和校内实验教学网络系统和共享平台[13]等数字化资源。随着网络技术和机电一体化系统软硬件的发展（如可编程逻辑控制器、可人机交互的传感器和执行元件），国外一些学者开发了面向机电一体化教学的远程可控实验室[23]以及适应职业教育培训的云学习平台[20]（云设施可为教师和学员，构建一个由多个远程实验室组成的虚拟学习环境）。

（三）师资培养

机电一体化系统教学内容与方式的变革提高了对教师的要求，教师在参与科研项目同时，还要学习使用相关实验设备和软件，随时准备回答学生遇到的各种问题，指导学生完成设计型实验或参加创新大赛。这对国内外的教师来说，都是一个对自我的挑战。目前，这类“双师型”教师仍然很缺乏。

五、结束语

通过以上对国内外机电一体化教学的对比分析可知，虽然我国的相关教育取得了部分令人可喜的进步，但是在教育对象扩展、课程内容设置、专业英语教学、网络教学资源开发和共享、教师培养等方面，相比国外某些国家还存在着差距，故而教研改革还需做好以下工作：

1. 扩大培养对象。向土耳其和美国学习，通过高校的网络教育或培训中心，向社会传播机电一体化知识，提高国民素质，利用社会力量，促进我国机电一体化产品的自主创新发展；

2. 改革教学内容。随着网络及其安全技术的发展，机电一体化产品开发已经从面向机电一体化产品组成要素设计转向面向产品的编程，例如智能家居产品，包含了大量的信息技术和计算机技术。这就要求在教学中，均衡配置课本中旧的系统设计知识和新的信息技术知识，合理选择交叉学科的新知识，减少由于知识爆炸而给学生带来的学习负担；

3. 为了便于学生工作后学习外国先进技术，还要逐步开展双语教學，引入世界著名大学英文教材，对学生进行英语教学；

4. 增强教学资源。我国高校网络教育资源通常仅限于校内共享或远程收费教育，校外网无法免费下载或访问，不利于全民机电一体化知识的普及。高校需要循序渐进地开放教学资源，开发云教学平台，共享网络教学资源，进行联合教学；

5. 应加大“双师型”教师培养资金的投入，采用教师培训或校企联合的方式，提升教师“双师”能力，使教学中师资水平能更上一个台阶。