張衛(wèi)亮 劉明君

寶雞文理學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 陜西寶雞 721016

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)是由多種技術(shù)學(xué)科相互交叉、滲透而形成的一門綜合性課程，所涉及的技術(shù)領(lǐng)域較為廣泛，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力具有重要作用[1,2]。傳統(tǒng)教學(xué)多以課堂理論教學(xué)為主，實(shí)踐環(huán)節(jié)偏少，由于本課程涉及知識(shí)點(diǎn)多、各章節(jié)連貫性差、知識(shí)跳躍性大、內(nèi)容抽象難理解，大部分學(xué)生對(duì)本課程不感興趣，導(dǎo)致本課程教學(xué)效果并不理想。

經(jīng)問卷調(diào)查和學(xué)生反饋發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程學(xué)習(xí)過程中存在的主要問題大致如下：(1)學(xué)生對(duì)本課程興趣較低，不能將生活中出現(xiàn)的機(jī)電一體系統(tǒng)和本課程聯(lián)系起來，因此感覺本課程知識(shí)點(diǎn)枯燥乏味。(2)本課程對(duì)學(xué)生的知識(shí)面要求較廣，由于學(xué)生對(duì)已學(xué)課程遺忘，因此學(xué)習(xí)過程中感到本課程較難。(3)本課程密切聯(lián)系實(shí)踐，但學(xué)生在本課程學(xué)習(xí)過程中反映出理論聯(lián)系實(shí)際、動(dòng)手能力較差。(4)本課程所涉及的技術(shù)領(lǐng)域較為廣泛，傳統(tǒng)的考核方式無法體現(xiàn)學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)情況，流于形式。(5)本課程各章節(jié)內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，有些內(nèi)容學(xué)生在相關(guān)的課程中已學(xué)習(xí)，如單片機(jī)、傳感器等，主講教師在教學(xué)過程中往往不加注意，使本課程變成“炒剩飯”，影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效果。(6)本課程教學(xué)過程中多以課堂理論教學(xué)為主，知識(shí)點(diǎn)很零散，學(xué)生難以掌握，如此的培養(yǎng)造成學(xué)生知識(shí)“全而不專”，無法在當(dāng)前嚴(yán)峻的就業(yè)人群中脫穎而出。傳統(tǒng)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程組成如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程組成

鑒于此，改變傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核方式，提高學(xué)生對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的興趣和學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力，使工科學(xué)生能夠真正實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用的任務(wù)迫在眉睫。

1 國(guó)內(nèi)外機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程改革現(xiàn)狀

為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，改善教學(xué)效果，國(guó)內(nèi)外許多高校都對(duì)該課程的教學(xué)方式進(jìn)行了各種探索和研究。麻省理工學(xué)院Trumper等學(xué)者，介紹了麻省理工學(xué)院機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)置和相關(guān)實(shí)驗(yàn)室設(shè)施的發(fā)展，認(rèn)為該課程以實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)為中心，因此在麻省理工學(xué)院實(shí)驗(yàn)室引進(jìn)利用模塊圖形來編程的DSP板，使學(xué)生能夠?qū)Ｗ⒂诿總€(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的成績(jī)主要是通過專業(yè)教師答辯和實(shí)驗(yàn)室報(bào)告相結(jié)合給出[3-7]。國(guó)內(nèi)如北京理工大學(xué)郝娟等學(xué)者，認(rèn)為應(yīng)該從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式兩個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)改革，其中，在教學(xué)內(nèi)容上強(qiáng)調(diào)以系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法為主線，以理論聯(lián)系實(shí)際為導(dǎo)向，在教學(xué)方式中重視培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)授課的內(nèi)容不是“一刀切”，而是避輕就重[8-10]。

2 以項(xiàng)目為主導(dǎo)和以提高學(xué)生專業(yè)技能為目標(biāo)的教改措施

秉承高校服務(wù)地方的宗旨，在國(guó)家倡導(dǎo)“產(chǎn)教融合、校企合作”的大背景下，本文提出以“立足區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求、服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展”為理念，以“提高學(xué)生專業(yè)技能、增強(qiáng)學(xué)生就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力”為目標(biāo)，以“推進(jìn)校企合作，加強(qiáng)實(shí)踐、實(shí)訓(xùn)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，改進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)方法”為手段，培養(yǎng)具有較強(qiáng)動(dòng)手能力、創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力，擁有過硬的專業(yè)技能，能夠解決工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)際問題的工科人才，適合高校機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革的新措施，具體包括以下內(nèi)容。

2.1 教學(xué)方式

針對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)中存在的問題，本文提出教學(xué)方式改進(jìn)措施如下：(1)針對(duì)課程章節(jié)內(nèi)容跳躍性大的特點(diǎn)，主講教師在理論課堂上，應(yīng)該以典型機(jī)電一體系統(tǒng)實(shí)例為指引，將不同章節(jié)有跨越性的內(nèi)容很好地結(jié)合起來，通過實(shí)例升華到本課程的相關(guān)知識(shí)和原理，增加學(xué)生對(duì)本課程的興趣，做到深入淺出。(2)主講教師在課后布置任務(wù)，讓學(xué)生復(fù)習(xí)下節(jié)課要用的以前學(xué)過的知識(shí)點(diǎn)，這樣通過本課程的學(xué)習(xí)，可以讓學(xué)生系統(tǒng)復(fù)習(xí)與本課程相關(guān)的舊知識(shí)，溫故而知新，將大學(xué)所學(xué)的不同課程的知識(shí)串起來，做到學(xué)以致用。

2.2 教學(xué)內(nèi)容

國(guó)家每年舉辦各種大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)，大多高校都有相應(yīng)的政策支持，在教學(xué)中充分利用這一條件，帶領(lǐng)學(xué)生搭建各種機(jī)械模塊，如機(jī)器人、智能家電、智能車等，完成其電機(jī)、傳感器的選擇、安裝，完成其控制電路板的設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試和軟件編程的調(diào)試，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)，使學(xué)生學(xué)以致用，同時(shí)開發(fā)的機(jī)電產(chǎn)品也可作為課堂教具或?qū)嶒?yàn)裝置，豐富實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。

2.3 教學(xué)環(huán)節(jié)

教學(xué)環(huán)節(jié)加入大量實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，通過實(shí)驗(yàn)也可以提高學(xué)生對(duì)課程的興趣和成就感，通過學(xué)生在不同實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)和興趣，采取教師指導(dǎo)、自由組團(tuán)的方式，將學(xué)生分為機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)組、測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)組、機(jī)器人創(chuàng)意組、數(shù)控加工組等，不同小組之間合作實(shí)施項(xiàng)目，設(shè)計(jì)機(jī)電一體化產(chǎn)品。

2.4 考核環(huán)節(jié)

對(duì)機(jī)電類專業(yè)實(shí)踐性較強(qiáng)的核心課程(如單片機(jī)、PLC、測(cè)試技術(shù)等)，采取更加科學(xué)和全面的考核辦法，即采用項(xiàng)目主導(dǎo)制，讓學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)工程實(shí)物，如測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)、步進(jìn)電機(jī)控制、焊接電路等，真正讓學(xué)生學(xué)以致用，將專業(yè)課知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中。學(xué)生以PowerPoint形式在項(xiàng)目完成后進(jìn)行答辯。學(xué)生成績(jī)由學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過程中的表現(xiàn)(占50%)，學(xué)生最終答辯過程中的表現(xiàn)(占30%)，學(xué)生撰寫項(xiàng)目心得(占20%)的方式考核(如圖2所示)。

圖2 考核方式流程圖

3 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程教改實(shí)施思路

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程教改實(shí)施的主要思路如圖3所示，在傳統(tǒng)的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程大綱和培養(yǎng)計(jì)劃的基礎(chǔ)上，充分利用學(xué)院現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備和資源，增加單片機(jī)硬件系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、傳感器與測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)、工業(yè)自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)、3D打印實(shí)驗(yàn)等與課程相關(guān)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，考慮到機(jī)械專業(yè)學(xué)生對(duì)電方面內(nèi)容較為薄弱，因此實(shí)驗(yàn)內(nèi)容側(cè)重于電方面，通過課程教學(xué)過程中的實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程的興趣、提高學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)踐能力。

圖3 教改實(shí)施的主要思路

如圖4所示，根據(jù)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的興趣，采取自由組合的方式，將學(xué)生分為“機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)組、單片機(jī)硬件電路組、控制系統(tǒng)和機(jī)電融合設(shè)計(jì)組、測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)組、機(jī)器人創(chuàng)意組”等若干團(tuán)隊(duì)，區(qū)別團(tuán)隊(duì)方向差異，帶學(xué)生去相關(guān)企業(yè)參觀，由企業(yè)教師指導(dǎo)企業(yè)專業(yè)方面的知識(shí)，之后在企業(yè)和校內(nèi)教師的指導(dǎo)下，將項(xiàng)目任務(wù)下達(dá)學(xué)生團(tuán)隊(duì)，并由學(xué)生做出項(xiàng)目實(shí)施的方案，項(xiàng)目方案通過答辯后，由學(xué)生實(shí)施項(xiàng)目研究和設(shè)計(jì)，中期項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)以PowerPoint形式定期向指導(dǎo)教師匯報(bào)項(xiàng)目實(shí)施情況?？紤]到機(jī)電一體化系統(tǒng)較為復(fù)雜，因此團(tuán)隊(duì)之間采用“并行”的方式，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)，可以將系統(tǒng)分解給多個(gè)團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)之間在項(xiàng)目實(shí)施過程中定期溝通、協(xié)商，完成各自負(fù)責(zé)的部分，之后再將不同團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)內(nèi)容整合為機(jī)電一體化系統(tǒng)。項(xiàng)目如此進(jìn)行的目的，主要是為了讓學(xué)生掌握機(jī)電一體系統(tǒng)知識(shí)的同時(shí)，具有自己擅長(zhǎng)的方向，最大限度地保證學(xué)生就業(yè)過程中具有與眾不同的亮點(diǎn)，能夠脫穎而出。

圖4 團(tuán)隊(duì)分組合作模式

由于項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員在完成項(xiàng)目的整個(gè)過程中，掌握了相關(guān)專業(yè)方面扎實(shí)的知識(shí)，因此，可以推薦優(yōu)秀項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員到相關(guān)企業(yè)工作，優(yōu)秀項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員上班后，可以通過QQ群、郵件、微信群等網(wǎng)絡(luò)方式繼續(xù)參與學(xué)校團(tuán)隊(duì)，指導(dǎo)學(xué)弟、學(xué)妹的項(xiàng)目研究，并為項(xiàng)目提供創(chuàng)意和最新的行業(yè)發(fā)展、就業(yè)招聘信息。此外，優(yōu)秀項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員可以根據(jù)企業(yè)需求，對(duì)學(xué)院人才培養(yǎng)計(jì)劃和人才培養(yǎng)模式進(jìn)行反饋，學(xué)院論證后根據(jù)企業(yè)需求改進(jìn)學(xué)校的人才培養(yǎng)模式。

整個(gè)人才培養(yǎng)過程中搭建了“企業(yè)-高校-學(xué)生”三位一體人才培養(yǎng)模式，高校人才培養(yǎng)過程中將“滿足企業(yè)對(duì)人才的需求”作為高校人才培養(yǎng)的目標(biāo)，培養(yǎng)過程注重提高工科學(xué)生的專業(yè)技能、動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和創(chuàng)新能力，確保學(xué)生擁有一技之長(zhǎng)，可以找到滿意的工作。而且企業(yè)和畢業(yè)學(xué)生可以對(duì)高校的人才培養(yǎng)進(jìn)行反饋，這些良性循環(huán)的措施確保培養(yǎng)的人才水平越來越高。

4 教學(xué)改革成效

采用本文所述方案實(shí)施教學(xué)改革之后，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和主觀能動(dòng)性，授課班級(jí)學(xué)生先后參加陜西省“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、第四屆全球創(chuàng)客嘉年華(Global Innovator Festa，GIF)和中國(guó)機(jī)器人大賽等創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽，取得一定收獲和成績(jī)。

此外，采用本文所述方案改革之后，極大增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)興趣。以下抽取我院機(jī)械電子工程(簡(jiǎn)稱“機(jī)電”)和機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化(簡(jiǎn)稱“機(jī)制”)兩個(gè)專業(yè)共同開設(shè)的課程機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程進(jìn)行調(diào)查分析，其中，樣本1為采用教改方案的2014級(jí)機(jī)電1班學(xué)號(hào)前30號(hào)的學(xué)生，樣本2為未采用教改方案的2014級(jí)機(jī)制3班學(xué)號(hào)前30號(hào)的學(xué)生，結(jié)果見表1。

表1 問卷統(tǒng)計(jì)表

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，本文所述教改方案對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、增加學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，均有一定的效果。

5 結(jié)語

(1)本文對(duì)傳統(tǒng)課程考核方式的不足進(jìn)行改革，提出通過讓學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作，設(shè)計(jì)產(chǎn)品和撰寫課程學(xué)習(xí)體會(huì)的方式，對(duì)課程進(jìn)行考核，這種考核方式，提高了學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，增加學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的興趣。

(2)本文采用反饋式閉環(huán)結(jié)構(gòu)，讓優(yōu)秀畢業(yè)團(tuán)隊(duì)成員參與整個(gè)項(xiàng)目環(huán)節(jié)，可以對(duì)學(xué)院培養(yǎng)計(jì)劃和教學(xué)大綱等進(jìn)行反饋，參與整個(gè)培養(yǎng)環(huán)節(jié)，有助于課程改革模式提升。

(3)根據(jù)學(xué)生興趣，讓學(xué)生形成專業(yè)方向團(tuán)隊(duì)，參與項(xiàng)目解決實(shí)際問題，因此經(jīng)過本項(xiàng)目后，改變了目前大學(xué)生知識(shí)“全而不?！睂?dǎo)致就業(yè)難的現(xiàn)狀，提高了學(xué)生專業(yè)技能和工程能力，增加了學(xué)生的就業(yè)機(jī)會(huì)。

(4)本文所述培養(yǎng)過程中，要求學(xué)生到校企合作的企業(yè)實(shí)際考察，真正實(shí)現(xiàn)了“企業(yè)-高校-學(xué)生”三位一體的培養(yǎng)模式。