陳 超，王 佳

（江蘇科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003）

《機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計》（有的學(xué)校課程名稱為《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》）是機(jī)械電子工程專業(yè)比較重要的一門專業(yè)課，該課程內(nèi)容涵蓋機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù)和系統(tǒng)總體設(shè)計等多學(xué)科相互交叉滲透的綜合課程。該課程綜合性很強(qiáng)，基本上囊括了機(jī)械電子專業(yè)的所有課程（如圖一所示）。圖一以典型機(jī)電一體化產(chǎn)品控制模型的流程圖，所包含的各個環(huán)節(jié)均可以用以外所學(xué)課程內(nèi)容來包括。因此該課程對學(xué)生的學(xué)習(xí)難度比較大，相對來說對授課教師的要求也會比較高。

圖1 機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計課程內(nèi)容的組成

一般來說機(jī)電類畢業(yè)生主要面向先進(jìn)裝備制造行業(yè)、機(jī)電產(chǎn)品生產(chǎn)或經(jīng)營企業(yè)，畢業(yè)之后從事與機(jī)電一體化產(chǎn)品相關(guān)的設(shè)計制造、科研開發(fā)以及運(yùn)行管理等方面的工作。因此要求畢業(yè)生具備機(jī)電一體化的基本理論知識，同時針對機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品具備一定的創(chuàng)新設(shè)計、分析以及動手能力。因此這門課程所涉及的知識范圍比較廣、知識點(diǎn)多、綜合性和實(shí)用性強(qiáng)，同時在目前的機(jī)電類培養(yǎng)方案中不可能給予這樣一門專業(yè)方向課太多的學(xué)時，因此在有限的授課學(xué)時內(nèi)，如何提高課程教學(xué)效果，更好的培養(yǎng)學(xué)生在課程學(xué)習(xí)的創(chuàng)新思維以及較好的動手實(shí)踐能力是授課老師面臨的一個重大挑戰(zhàn)。本文根據(jù)《機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計》課程特點(diǎn)以及目前學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中間所存在的問題，提出了改革教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式以及相關(guān)實(shí)踐環(huán)節(jié)的全新機(jī)電一體化產(chǎn)品課程教學(xué)新模式。

1.課堂教學(xué)內(nèi)容改革

《機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計》課程學(xué)時一般為 32～40學(xué)時（不同學(xué)校安排也許存在一定差異），該課程涵蓋其他課程教學(xué)內(nèi)容較廣，學(xué)科知識較雜，因此要教好這門課程存在較大的講授難度，對教師的教學(xué)方法和教學(xué)水平提出了較高的要求。本文根據(jù)該課程的特點(diǎn)以及講授該課程多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，典型機(jī)電一體化的產(chǎn)品開發(fā)流程如圖2所示，在教學(xué)內(nèi)容上，針對典型機(jī)電一體化產(chǎn)品的開發(fā)過程，提煉出機(jī)電一體化產(chǎn)品中的共性特點(diǎn)，以某型號的典型機(jī)電一體化產(chǎn)品作為經(jīng)典設(shè)計案例來進(jìn)行講解。比如以某型號的數(shù)控機(jī)床為例，先在課堂上組織學(xué)生們進(jìn)行研討，共同提出該機(jī)床的設(shè)計總體目標(biāo)，由設(shè)計目標(biāo)和設(shè)計功能出發(fā)來構(gòu)建針對該型機(jī)床的功能分解組建功能樹，根據(jù)功能分解的結(jié)果來構(gòu)建該型號機(jī)床的形態(tài)學(xué)矩陣，并由形態(tài)學(xué)矩陣來遴選出該產(chǎn)品的原理方案設(shè)計，由原理方案設(shè)計然后組織同學(xué)進(jìn)行分組的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，而具體的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計內(nèi)容可以作為課外作業(yè)或者討論課內(nèi)容組織學(xué)生在任課老師的指導(dǎo)下來完成，其中通過對該型機(jī)床的機(jī)械部分的設(shè)計和選型、控制系統(tǒng)的設(shè)計和選型、驅(qū)動部分的設(shè)計和選型以及傳感器部分的設(shè)計和選型用近乎實(shí)戰(zhàn)的要求來完成課程各個部分內(nèi)容上的講解和分析，教學(xué)內(nèi)容的這種改革能夠激起學(xué)生較大的參與熱情，同時也有具體任務(wù)的安排能夠讓大部分同學(xué)獲得較大的參與度加入團(tuán)隊(duì)協(xié)作。該課程的教學(xué)方法可以總結(jié)為“以典型產(chǎn)品為主線、由點(diǎn)及面的教學(xué)方法”，通過這幾年的教學(xué)方法改革和實(shí)踐，在該課程的教學(xué)上以及教學(xué)內(nèi)容的安排上深受學(xué)生好評，同時也取得了相當(dāng)不錯的教學(xué)效果。

圖2 典型機(jī)電一體化產(chǎn)品的開發(fā)流程

2.課堂教學(xué)手段改革

課堂的教學(xué)手段上，和傳統(tǒng)的課堂授課方式有較大的區(qū)別，基本采用多媒體講授、課堂討論、分組協(xié)作設(shè)計、課外實(shí)踐等幾個部分，多媒體講授主要針對典型機(jī)電一體化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分?jǐn)?shù)控機(jī)床、機(jī)器人、汽車自動電子系統(tǒng)、家電等產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計過程和設(shè)計方法的講解。課堂討論主要是針對不同類型的機(jī)電一體化產(chǎn)品的功能樹的建立和形態(tài)學(xué)矩陣的構(gòu)建等內(nèi)容上，充分發(fā)揮和調(diào)動學(xué)生的參與熱情，來完成對某類型的機(jī)電一體化產(chǎn)品的原理方案的設(shè)計。分組協(xié)作設(shè)計是在既定機(jī)電一體化產(chǎn)品的原理方案完成的基礎(chǔ)上，按照學(xué)生的設(shè)計興趣和專業(yè)特長進(jìn)行分組結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，在結(jié)構(gòu)方案設(shè)計中，因?yàn)楦鱾€設(shè)計小組的相關(guān)模塊的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計會互相存在有交叉，因此各個設(shè)計小組的設(shè)計結(jié)果和設(shè)計過程要經(jīng)常進(jìn)行交流和探討。課外實(shí)踐環(huán)節(jié)是根據(jù)課程的知識要點(diǎn)和設(shè)計過程提供給學(xué)生的一個實(shí)際動手操作的一個環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)一般以單片機(jī)或者PLC作為控制器的小型機(jī)電一體化產(chǎn)品，比如各種類型的小型機(jī)器人的設(shè)計等等。通過項(xiàng)目實(shí)踐讓學(xué)生更好地對課程知識有一個鞏固和消化的過程。學(xué)生的最終成績考核在這幾個環(huán)節(jié)中由指導(dǎo)老師來進(jìn)行評比和打分，而不僅僅依靠一張?jiān)嚲砗驼n堂表現(xiàn)來評分，更好的考核了學(xué)生的總體素質(zhì)和綜合能力。

3.課外實(shí)踐項(xiàng)目改革

為了更好的課程內(nèi)容教學(xué)，結(jié)合江蘇科技大學(xué)每年一屆的大學(xué)生科技創(chuàng)新計劃項(xiàng)目申報，組織學(xué)生參與和開展各種單片機(jī)和PLC控制的機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計。這些作品都是本科生結(jié)合課程內(nèi)容以項(xiàng)目分組形式分工協(xié)作制作出來的，這些作品在江蘇省大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新大賽中榮獲多次二等獎和三等獎的獎勵。

4.總結(jié)

通過課程內(nèi)容的調(diào)節(jié)和課程授課環(huán)節(jié)的改革，結(jié)合學(xué)生在機(jī)電一體化實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)實(shí)踐鍛煉，學(xué)生能夠?qū)ⅰ稒C(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計》中設(shè)計到的各個相關(guān)課程知識有效結(jié)合起來，使教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量在近幾年都得到了穩(wěn)步的提升。近三年來，機(jī)電專業(yè)的學(xué)生就業(yè)率都保持在100%，學(xué)生就業(yè)后從用人單位反饋的信息也都十分良好。

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