李 衛(wèi), 張軍昌, 黃玉祥, 侯俊才, 石復(fù)習(xí), 陳 軍

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 機(jī)械與電子工程學(xué)院, 陜西 楊凌 712100)

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“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)改革

李 衛(wèi), 張軍昌, 黃玉祥, 侯俊才, 石復(fù)習(xí), 陳 軍

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 機(jī)械與電子工程學(xué)院, 陜西 楊凌 712100)

“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)是機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)一個(gè)重要的實(shí)踐性環(huán)節(jié),為了提高課程設(shè)計(jì)效果和質(zhì)量,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力和綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力,教學(xué)過(guò)程中重點(diǎn)對(duì)課程設(shè)計(jì)流程、指導(dǎo)方式、過(guò)程控制、考核方式進(jìn)行了改革,通過(guò)幾年的實(shí)踐,提高了學(xué)生的設(shè)計(jì)熱情,提升了學(xué)生設(shè)計(jì)的主動(dòng)性,增強(qiáng)了學(xué)生的溝通協(xié)作能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力,同時(shí)鍛煉了學(xué)生的實(shí)踐能力和動(dòng)手能力,課程設(shè)計(jì)效果逐年提高。

機(jī)電一體化； 課程設(shè)計(jì)； 教學(xué)改革

“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)是機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)課程體系中一個(gè)重要的實(shí)踐性環(huán)節(jié)[1-5],通過(guò)課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練,鍛煉學(xué)生的應(yīng)用能力，特別是創(chuàng)新能力和動(dòng)手實(shí)踐能力[6-8],使學(xué)生對(duì)機(jī)、電、液一體化設(shè)計(jì)過(guò)程有一個(gè)全面系統(tǒng)的認(rèn)識(shí),將整個(gè)大學(xué)課程內(nèi)容有機(jī)融合起來(lái),提高學(xué)生自動(dòng)化設(shè)計(jì)能力[9-13],為將來(lái)工作和繼續(xù)深造打下基礎(chǔ)。

1 課程設(shè)計(jì)的目的和設(shè)計(jì)流程

本課程設(shè)計(jì)主要以我校機(jī)電學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械實(shí)驗(yàn)室的各種農(nóng)業(yè)機(jī)械、工程訓(xùn)練中心的模塊化生產(chǎn)線和機(jī)器人為課程設(shè)計(jì)的研究對(duì)象,通過(guò)對(duì)研究對(duì)象的機(jī)械構(gòu)造、電氣控制原理的分析,對(duì)研究對(duì)象提出改進(jìn)設(shè)計(jì)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中使學(xué)生初步掌握機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,并訓(xùn)練學(xué)生如何查閱資料及圖表、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以及創(chuàng)新設(shè)計(jì),提高學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)機(jī)電一體化產(chǎn)品的技術(shù)與能力,學(xué)會(huì)綜合應(yīng)用已學(xué)到的知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

本次課程設(shè)計(jì)的流程如圖1所示,首先集中進(jìn)行設(shè)計(jì)動(dòng)員大會(huì),給學(xué)生講解具體的設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)目標(biāo)、考核方式及注意事項(xiàng)等問(wèn)題,然后下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)。由學(xué)生自由組合成設(shè)計(jì)小組并進(jìn)行選題。學(xué)生選題后對(duì)具體的裝備進(jìn)行了解,由指導(dǎo)教師現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)和答疑,再由學(xué)生查閱相關(guān)資料,由小組成員共同提出不同的設(shè)計(jì)方案,并提交指導(dǎo)教師審核討論,確定方案后進(jìn)入具體的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。為了提高課程設(shè)計(jì)質(zhì)量,中間進(jìn)行小組的中期考核,課程設(shè)計(jì)最后一天進(jìn)行答辯總結(jié)。答辯通過(guò)的小組修改完善后上交說(shuō)明書及圖紙等紙質(zhì)材料,并提交相關(guān)電子材料和實(shí)物存檔。

圖1 課程設(shè)計(jì)流程圖

2 指導(dǎo)方式與考核環(huán)節(jié)的改革

2.1 選題原則

學(xué)生可獨(dú)立或組成課題組(不超過(guò)3人),從機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)選題單中任選一個(gè)題目,完成該題目的設(shè)計(jì)要求。鼓勵(lì)學(xué)生和課題組自行擬定題目進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)和深入研究,鼓勵(lì)學(xué)生自己選取感興趣的研究?jī)?nèi)容，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)自己選擇的題目制作出實(shí)物,學(xué)院可給予一定的資金支持。或根據(jù)自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目報(bào)指導(dǎo)小組教師審核批準(zhǔn)后完成機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)任務(wù)。小組成員相互協(xié)作完成所規(guī)定的研究?jī)?nèi)容,每個(gè)小組要標(biāo)明小組成員在設(shè)計(jì)中的具體任務(wù),最終答辯時(shí)要標(biāo)明總體工作中的貢獻(xiàn)和工作比例,或者每個(gè)人負(fù)責(zé)的內(nèi)容。

2.2 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)及過(guò)程控制管理

學(xué)生在選題后進(jìn)入方案確定環(huán)節(jié),該環(huán)節(jié)采用“學(xué)生為主,教師為輔”的原則,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主性。學(xué)生首先在實(shí)驗(yàn)室中找到與自己所選題目相關(guān)的設(shè)備或機(jī)具,對(duì)其基本結(jié)構(gòu)、工作原理與傳動(dòng)控制方式進(jìn)行深入分析與研究,測(cè)繪相關(guān)參數(shù)、繪制機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖、查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料及對(duì)資料進(jìn)行分析總結(jié)。

小組成員根據(jù)所選題目的任務(wù)要求,對(duì)運(yùn)動(dòng)形式、驅(qū)動(dòng)方案、傳動(dòng)方案、控制方案等進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，確定多種預(yù)備方案。遇到問(wèn)題需要小組成員共同討論解決,指導(dǎo)教師只以啟發(fā)式的方式輔助指導(dǎo),既增強(qiáng)了互動(dòng)性,又調(diào)動(dòng)了學(xué)生積極性。學(xué)生在資料搜集和制訂方案過(guò)程中,培養(yǎng)了獨(dú)立思考與解決實(shí)際問(wèn)題的能力,設(shè)計(jì)的方案表現(xiàn)出較強(qiáng)的創(chuàng)新性,綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決工程問(wèn)題的能力得到提升。

學(xué)生確定方案后,進(jìn)入方案討論環(huán)節(jié),以小組為單位與指導(dǎo)教師分別進(jìn)行討論交流,該環(huán)節(jié)考查學(xué)生在設(shè)計(jì)中總體設(shè)計(jì)方案的可行性。如果方案問(wèn)題較多或者不可行,指導(dǎo)教師會(huì)與學(xué)生共同討論,引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生提出可行的改進(jìn)方案,并由學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)方案自主改進(jìn)和完善后,再與指導(dǎo)教師討論交流,直至方案可行后進(jìn)入具體設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。指導(dǎo)教師根據(jù)小組設(shè)計(jì)方案的質(zhì)量給小組成員分別打分。

為了提高課程設(shè)計(jì)的質(zhì)量,應(yīng)對(duì)課程設(shè)計(jì)全程進(jìn)行監(jiān)控。中期檢查就是一項(xiàng)有效的督導(dǎo)措施。該環(huán)節(jié)著重檢查學(xué)生的設(shè)計(jì)進(jìn)度及設(shè)計(jì)過(guò)程中所遇到的突出問(wèn)題。采取ppt匯報(bào)的形式,首先每組的組長(zhǎng)匯報(bào)課程設(shè)計(jì)的總體情況及進(jìn)展,小組成員分別匯報(bào)各自的工作,然后進(jìn)行討論和提問(wèn),小組成員回答老師和同學(xué)的問(wèn)題,再由指導(dǎo)教師針對(duì)存在的問(wèn)題提出合理化建議,最后由指導(dǎo)教師根據(jù)小組成員的工作及表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)分。

課程設(shè)計(jì)的最后一天進(jìn)行小組答辯,采取ppt匯報(bào)的形式,有實(shí)物的進(jìn)行實(shí)物現(xiàn)場(chǎng)演示,指導(dǎo)教師根據(jù)匯報(bào)情況和完成情況現(xiàn)場(chǎng)打分。通過(guò)答辯的小組,根據(jù)指導(dǎo)教師提出的問(wèn)題和修改建議，完善方案后上交紙質(zhì)資料、電子版資料及實(shí)物存檔。未通過(guò)答辯的小組,根據(jù)指導(dǎo)教師的整改意見(jiàn)修改后,進(jìn)行二次答辯。

2.3 考核方式

課程設(shè)計(jì)最終成績(jī)由自評(píng)成績(jī)(20分)、考勤成績(jī)(10分)、方案討論成績(jī)(20分)、中期考核成績(jī)(20分)及最終答辯成績(jī)(30分)5部分組成,具體評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。通過(guò)對(duì)每個(gè)小組成員每個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的詳細(xì)考核和評(píng)分,既有力監(jiān)督了每位成員的設(shè)計(jì)過(guò)程和設(shè)計(jì)能力,又對(duì)每位學(xué)生最終成績(jī)的評(píng)定提供了相對(duì)合理的評(píng)定規(guī)則。

表1 考核環(huán)節(jié)及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

3 課程設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的問(wèn)題及改進(jìn)措施

3.1 存在的問(wèn)題

在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中也存在一些問(wèn)題。首先是課程設(shè)計(jì)的時(shí)間安排。因?yàn)檎n程設(shè)計(jì)被安排在大四第一學(xué)期的后半學(xué)期,由于課設(shè)時(shí)間與考研時(shí)間重疊,考研學(xué)生的出勤情況和時(shí)間投入較差,影響到本次課程設(shè)計(jì)的教學(xué)效果；找工作的學(xué)生也不能保證充足的設(shè)計(jì)時(shí)間；一些制作實(shí)物或模型的小組由于網(wǎng)購(gòu)材料和制作時(shí)間較長(zhǎng),個(gè)別小組會(huì)存在完不成的情況。其次是個(gè)別學(xué)生存在濫竽充數(shù),不參與小組的實(shí)際設(shè)計(jì)工作。個(gè)別學(xué)習(xí)較差或懶散的學(xué)生,跟在學(xué)習(xí)較好的學(xué)生后面,經(jīng)常出現(xiàn)小組3個(gè)學(xué)生中 ,實(shí)際只有1個(gè)學(xué)生具體設(shè)計(jì),其他學(xué)生只是掛名。再次,因?yàn)樵O(shè)計(jì)過(guò)程中考研、找工作的人比較多,經(jīng)常存在問(wèn)題不能及時(shí)反饋、聯(lián)系不暢等問(wèn)題。

3.2 改進(jìn)措施

鑒于教師與學(xué)生在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)過(guò)程中的各種問(wèn)題,采取了如下一些改進(jìn)措施。

首先,將機(jī)電一體化系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的時(shí)間安排進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,將課程設(shè)計(jì)的時(shí)間提前到開學(xué)初進(jìn)行,課程設(shè)計(jì)過(guò)程及時(shí)間采取彈性制,具體安排上給學(xué)生充足的自由,但5個(gè)考核環(huán)節(jié)不變。例如選題在開學(xué)初進(jìn)行,每組的設(shè)計(jì)時(shí)間最少3周；設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)由學(xué)生自主控制,在完成相應(yīng)環(huán)節(jié)后找指導(dǎo)教師討論交流,指導(dǎo)教師根據(jù)各個(gè)小組每周的完成情況進(jìn)行分類指導(dǎo),分別進(jìn)行方案設(shè)計(jì)討論及中期考核和終期答辯。這樣在較長(zhǎng)的時(shí)間跨度內(nèi),可以給考研和找工作的學(xué)生充足的自由,制作實(shí)物的也有充足的時(shí)間進(jìn)行調(diào)試改進(jìn),確保設(shè)計(jì)質(zhì)量。

其次,針對(duì)在小組里面不實(shí)際參與的學(xué)生,在方案討論、中期考核、終期答辯等環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān),小組成員分別介紹自己的具體工作和設(shè)計(jì)過(guò)程,指導(dǎo)教師分別針對(duì)每個(gè)成員提出問(wèn)題,對(duì)于不實(shí)際參與的學(xué)生,一旦發(fā)現(xiàn)立即提出警告,并令其限期改進(jìn)該環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)工作,該環(huán)節(jié)的得分降一檔次,并在接下來(lái)的環(huán)節(jié)成為重點(diǎn)跟蹤檢查對(duì)象。

再次,充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),建立QQ群、微信群,及時(shí)發(fā)布消息、共享資料,確保每個(gè)學(xué)生都能聯(lián)系通暢,減少因?yàn)樾畔㈤]塞、溝通不及時(shí)影響課程設(shè)計(jì)效果。

4 教學(xué)過(guò)程實(shí)施效果

首先,本課程設(shè)計(jì)結(jié)合我院現(xiàn)有設(shè)備,反復(fù)進(jìn)行討論，選擇確定了所有題目。針對(duì)我院農(nóng)機(jī)實(shí)驗(yàn)室的先進(jìn)農(nóng)機(jī)裝備進(jìn)行電氣化改進(jìn)設(shè)計(jì)，具有一定的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值,同時(shí)也結(jié)合了農(nóng)業(yè)院校的特色,在教學(xué)過(guò)程中取得了良好的效果。

學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中,研究對(duì)象看得見(jiàn)、摸得著,通過(guò)對(duì)機(jī)械的實(shí)際觀察和操作，查閱相關(guān)技術(shù)資料、結(jié)合題目設(shè)計(jì)要求,能夠很快進(jìn)入設(shè)計(jì)角色,也增加了學(xué)生的設(shè)計(jì)熱情,提高了設(shè)計(jì)的主動(dòng)性。其次,實(shí)施小組分工合作設(shè)計(jì)方式,小組成員共同完成具體的設(shè)計(jì)任務(wù),培養(yǎng)了學(xué)生的溝通協(xié)作能力,鍛煉了學(xué)生綜合運(yùn)用前3年學(xué)習(xí)到的知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力和應(yīng)用創(chuàng)新能力。

在整個(gè)課程設(shè)計(jì)過(guò)程中,學(xué)生提出了許多優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案,能夠積極主動(dòng)地進(jìn)行各部分的創(chuàng)新設(shè)計(jì),并制作相應(yīng)實(shí)物或模型,進(jìn)行調(diào)試改進(jìn)。另外,通過(guò)實(shí)施過(guò)程控制管理,嚴(yán)格把關(guān)每個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),嚴(yán)格審核每個(gè)學(xué)生的設(shè)計(jì)工作,充分調(diào)動(dòng)了每個(gè)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。通過(guò)不斷完善每個(gè)環(huán)節(jié)的管理控制和全員全力參與,課程設(shè)計(jì)質(zhì)量逐年提升。

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Teaching reform and practice links of Design of Mechatronic Integration System course

Li Wei, Zhang Junchang, Huang Yuxiang, Hou Juncai, Shi Fuxi, Chen Jun

(College of Mechanical & Electronic Engineering, Northwest A&F University, Yangling 712100, China)

The Design of Mechatronic Integration System is an important part of the practice of mechanical manufacturing and automation professional, in order to improve the effect of the course design, and cultivate students’ creative design ability, the teaching process is focused on the process design, guidance, process control, and examination reform. The students’ enthusiasm for design and the design initiative are increased through the practice. The students’ ability of communication and cooperation ability, innovative design ability, practical ability are improved. The effect of curriculum design is increasing year by year.

mechatronic integration; curriculum design; teaching reform

10.16791/j.cnki.sjg.2016.11.056

2016-05-06 修改日期：2016-07-01

陜西省教育廳規(guī)劃項(xiàng)目“個(gè)性化培養(yǎng)模式下農(nóng)業(yè)機(jī)械類本科人才實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)體系研究”(SGH140539)

李衛(wèi)(1977—),男,山東淄博,博士,講師,主要從事現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究

E-mail：liweizibo@163.com

陳軍(1970—),男,寧夏固原,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事智能化農(nóng)業(yè)裝備研究.

E-mail：chenjun_jdxy@ nwsuaf.edu.cn

G642.0

B

1002-4956(2016)11-0216-03