俞慶，何亞峰，劉春節(jié)，黃志榮，毛建秋

（常州工學院機械與車輛工程學院，江蘇常州213002）

基于研究性學習的“機電一體化系統(tǒng)設計”課程教學改革

俞慶，何亞峰，劉春節(jié)，黃志榮，毛建秋

（常州工學院機械與車輛工程學院，江蘇常州213002）

本文以“機電一體化系統(tǒng)設計”課程為對象，提出通過改變教學理念和教學模式進行課程改革，提出基于問題、項目和探究的研究性學習新思路，從而提高學生對課程的駕馭能力和綜合應用能力，激發(fā)學生創(chuàng)新性活動的潛能，為培養(yǎng)復合型人才奠定良好的基礎和條件。

研究性學習；教學改革；復合型人才

現(xiàn)代科學技術的迅猛發(fā)展，尤其是微電子技術、信息技術、傳感與檢測技術和機械技術的相互滲透，使傳統(tǒng)的機械工業(yè)產(chǎn)生了深刻的變革。一些被廣泛應用的傳統(tǒng)機械傳動系統(tǒng)，逐漸被機械電子機構所取代，傳感器和微電子控制系統(tǒng)已成為機電產(chǎn)品的重要組成部分。為了適應社會發(fā)展的需求，各高校相繼開設了“機電一體化系統(tǒng)設計”課程，由于該課程涉及多個領域，它是多學科交叉的疊加，傳統(tǒng)的灌輸教學模式已經(jīng)適應不了課程本身的發(fā)展，因而急需要探索新的教學方法和模式。近年來研究性學習為改變這一現(xiàn)狀提供了一種新的思路，學者對研究性學習也進行了大量研究和探索，取得了許多教學成果，如邵山在探討研究性學習與傳統(tǒng)學習關系基礎上，提出了“問題”引導學生開展研究性學習［1］。王愛芬對國內(nèi)外研究性學習發(fā)展做了概述，提出了研究性學習作為課改的方向［2］。林健提出了面向卓越工程師的研究性學習，取得的成果值得借鑒［3］。劉松磊結合自己實際教學經(jīng)驗，提出研究性學習的建議［4］。研究性學習由于突出以學生為主體，注重學生的探索知識的精神，尤其適合“機電一體化系統(tǒng)設計”課程的教學改革，本文通過對“機電一體化系統(tǒng)設計”課程的教學理念和教學方式進行改革，提出基于研究性學習進行課堂教學，旨在盡最大可能發(fā)揮學生的積極性，激發(fā)學生參與課程的熱情，挖掘學生自由探索精神，提升學生解決問題的綜合能力，延伸學生創(chuàng)造性活動，培養(yǎng)符合社會需求的復合型人才。

1　“機電一體化系統(tǒng)設計”課程改革的意義

“機電一體化系統(tǒng)設計”課程考慮到工程實踐的重要性，以系統(tǒng)論、信息論、控制論為理論基礎，通過理論教學和課程設計兩部分內(nèi)容，使學生掌握機電一體化系統(tǒng)的設計方法，熟悉目前機電一體化系統(tǒng)的工作原理，強調(diào)培養(yǎng)學生綜合運用知識的能力和工程訓練。既抓住基礎知識，又能跟蹤“機電一體化技術”的發(fā)展，注重學生專業(yè)能力、基本素質和方法技術的培養(yǎng)，使學生能以先進制造技術、現(xiàn)代設計方法來掌握“機電一體化系統(tǒng)設計”設計流程和設計方法。多年來開設該課程的學校在教學上也做了很多研究，但由于傳統(tǒng)教學模式無法從根本上發(fā)生變革，再加上學生數(shù)量的急劇增加，使課程的教學和外延發(fā)展受到了極大限制，學生沒有真正從傳統(tǒng)的束縛中走出來，致使該課程形式多于實質，因而開展研究性學習改革對于該課程的教學具有巨大的推動作用。

2　“機電一體化系統(tǒng)設計”課程改革的思路

“機電一體化系統(tǒng)設計”課程涉及機械、控制、傳感、信息等各方面的知識，真正讓學生領會其中的內(nèi)涵并不容易，不發(fā)揮學生的內(nèi)在潛能，依靠灌輸教學學生是難以掌握其設計設計要點，是難以提高設計能力和水平，更不用說有創(chuàng)造性的活動了，因而對該課程改革是非常必要的。圖1為“機電一體化系統(tǒng)設計”課程改革思路，首先從教學理念上進行改革，提出讓學生真正參與課堂，學生是課堂的主宰者，教師只是引導和指明方向，讓學生在知識的課堂中自由探索，激發(fā)學生學習的興趣和積極性。其次是改革現(xiàn)有的教學模式，提出開放學習、發(fā)現(xiàn)學習、探究學習、導向學習、項目學習和小組學習的形式多樣教學模式，旨在處處有課堂，課堂多樣化延伸等方式，打造學生自主學習習慣，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。最后通過大量的項目實踐實現(xiàn)和完成創(chuàng)造性活動，培養(yǎng)有用的、適合社會需求的復合型人才。

圖1　“機電一體化系統(tǒng)設計”課程改革的思路

3　“機電一體化系統(tǒng)設計”課程研究性學習內(nèi)容

研究性學習注重學生自主學習、自由探究的過程，學生在"做中學"，教師串講和精講，學生"邊干邊學"，師生互動，實現(xiàn)學生為主體，教師為輔的研究性學習模式。

3.1基于問題的研究性學習

“機電一體化系統(tǒng)設計”課程涉及內(nèi)容多，學生在學習中會有很多問題，例如，在一個機電一體化系統(tǒng)中，傳動系統(tǒng)就是機械原理及機械設計中常見的機構，如齒輪機構、絲杠螺母傳動機構等，動力系統(tǒng)主要為電力拖動課程中的步進電機、交流伺服電機和直流伺服電機，測試技術中的各種傳感器、信號調(diào)理電路作為機電一體化系統(tǒng)中的傳感與檢測裝置，伺服控制系統(tǒng)與自動控制理論、模擬數(shù)字電路、微機原理等課程的內(nèi)容密切相關，用PLC可以實現(xiàn)系統(tǒng)的順序控制，為了進行系統(tǒng)的動態(tài)特性分析，系統(tǒng)數(shù)學模型的建立又是以數(shù)學和自動控制理論等課程的內(nèi)容為理論基礎。因而學生會提出很多問題，帶著這些問題學生通過查閱網(wǎng)絡或書籍尋找答案，在聽老師對問題的講解，這樣才能把問題化解掉，學生才能學到更多的知識。

3.2基于項目的研究性學習

機電一體化系統(tǒng)設計產(chǎn)品涉及到生活中各個方面，只有從機電產(chǎn)品設計項目中才能夠真正掌握其內(nèi)涵和核心，多年來在教學過程中先后進行了電動輪椅車創(chuàng)新設計、主被動康復訓練機創(chuàng)新設計、筆記本電腦升降臺創(chuàng)新設計、高精密藍寶石研磨機系統(tǒng)設計、自動輸送物料系統(tǒng)設計、波輪式洗衣機系統(tǒng)設計、基于物聯(lián)網(wǎng)的康復機器人系統(tǒng)設計等設計項目，這些項目都突出了機械和電氣的有機結合，學生從開始方案設計、零部件設計計算和仿真、控制編程和實物制作等方面都親自參與、親自動手，整個過程使學生從不知到有知，從有知到熟練，從項目中鍛煉了學生的設計能力，也提高了學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，挖掘了學生的潛能。

3.3基于探究的研究性學習

隨著信息化技術的快速發(fā)展，越來越多的人已經(jīng)意識到只有無限地探究知識才能跟上時代發(fā)展的步伐，高校的學生正處于探究知識的黃金階段，正確地引導他們是教師的責任，引導學生到達知識的洞口，鼓勵他們踏進去才能學到真正的知識?！皺C電一體化系統(tǒng)設計”這門課程里面是現(xiàn)代社會機電產(chǎn)品的縮影，涉及機械、控制、信息和傳感的有機柔合，比如數(shù)控機床橫縱向進給系統(tǒng)設計、數(shù)控機床X-Y向工作臺設計、數(shù)控自動回轉刀架系統(tǒng)設計、工業(yè)機械手系統(tǒng)設計、自動切管機系統(tǒng)設計、智能燃氣表系統(tǒng)設計等，這些設計內(nèi)容來源于生活、源于實際生產(chǎn)，一方面貼近學生的生活，提高學生的學習興趣，另一方面學生能從設計中學習和探索設計步驟、方法和需要解決的問題，從而鍛煉學生的設計能力，讓學生一點點融會貫通，逐步地提高學生的機電產(chǎn)品設計能力。還有像變頻調(diào)速、電動機正反轉控制、自動回轉刀架PLC控制、復雜零部件數(shù)控加工編程與運行調(diào)試等，都值得學生去探究、去發(fā)現(xiàn)。

4　“機電一體化系統(tǒng)設計”課程研究性學習思考與建議

“機電一體化系統(tǒng)設計”課程綜合性強，知識面廣，傳統(tǒng)的教學會使學生覺得只是內(nèi)容的重復，會覺得索然寡味，只有從研究性角度出發(fā)，盡可能調(diào)動和發(fā)揮學生對知識的駕馭能力，才能讓學生真正學到知識，才能都真正培養(yǎng)復合型人才，為此提出幾點思考和建議：

（1）“機電一體化系統(tǒng)設計”課程課堂教學模式應開展學生主體，人人參與，小組討論，適當引領；

（2）“機電一體化系統(tǒng)設計”課程知識是不斷更新的過程，教學理念和教學方法也需要不斷改革；

（3）“機電一體化系統(tǒng)設計”課程教學模式應盡可能多元化，不可千篇一律，需要根據(jù)學生的特點和實際狀況，來改變教學模式，這樣才能取得好的效果；

（4）“機電一體化系統(tǒng)設計”課程研究性學習思路值得推廣和深入研究

［1］邵山.對研究性學習教學實踐的思考與改進［J］.考試周刊，2008，（40）：174-176.

［2］王愛芬.國外及我國開展研究性學習的綜述［J］.教育理論與實踐，2005，（4）：48-51

［3］林健.面向卓越工程師培養(yǎng)的研究性學習［J］.高等工程教育研究，2011，（6）：5-15

［4］劉松磊.淺談如何讓研究性學習更有效［J］.中國校外教育，2014，（12）：7.

Teaching Reform of Mechatronics System Design based on Research Study

YU Qing，HE Ya-feng，LIU Chun-jie，HUANG Zhi-rong，MAO Jian-qiu
（Department of Mechanics and Vehicle，Changzhou Institute of Technology，Changzhou Jiangsu 213002，China）

As the object of mechatronics system design，curriculum reform is put forward by changing the teaching idea and teaching model，learning new ideas of research study is put forward through problems，projects and explore，so as to improve the ability to control the students on the course and comprehensive application ability，and to stimulate the potential of students'innovative activities，thus provide a good foundation and condition for cultivate compound talents.

research study；teaching reform；cultivating talent

G642

A

1672-545X（2016）08-0257-03

2016-05-23

本論文為常州工學院研究型課程建設項目（項目編號：A3-4401-14-086）

俞慶（1965-），男，江蘇常州人，本科，副教授，研究方向為現(xiàn)代加工技術。