机电一体化课程教学探究3篇

机电一体化课程教学篇1

摘要：针对当前《机电一体化系统设计》教学过程中存在的一些问题进行分析，结合机电一体化专业方向的培养目标及学生的实际情况，通过提高学生基础及专业水平、优化教学内容、改革教学方法方式、优化考核方式等方面对课程进行教学改革，激发了学生学习的主动性和创造性，学生的综合素质得到明显提升。

关键词：机电一体化系统设计；课程改革；教学方法；考核

《机电一体化系统设计》是机械本科专业机电一体化方向的一门核心专业课程，本课程覆盖的知识面广，综合性、工程实践应用性极强，学好该课程可以全面掌握机电一体化方向的理论及应用实践能力，对培养机电一体化方向应用型人才意义及其重大。国家近期的《2017年工业转型升级资金项目指南的通知》指明了包括机器人智能工厂、物联网、智能家电等和机电一体化系统设计领域紧密联系的中国制造2025重点支持方向，新技术的发展需要新的人才支撑，但由于《机电一体化系统设计》课程内容很难被学生掌握及应用，所以课程教学改革已迫在眉睫。因此，综合中国制造2025新形势下机电一体化方向的培养目标及学生的实际情况，对该课程教学过程中所遇到的难点进行改革求新，不断提高教学水平。

1课程教学面临的问题

（1）学生基础及专业水平较差，课程内容多，难度大。近年来，扩招导致学生基础及专业水平较差，部分学生弄不清机械结构图、电气接线图原理，对控制基础及控制线路更是摸不清头脑，如静态/动态分析、单片机控制、PID控制、PLC控制等。然而，学习《机电一体化系统设计》课程需要学生全面掌握《机械制图》、《机械设计》、《机电传动控制》、《液压与气动》、《单片机》、《微机原理》、《PLC控制》、《工程测试技术》、《机械工程控制基础》等专业课程的内容。由于需要掌握的知识点太多，造成该门课程理论性强，尤其是控制部分理论分析环节较多，加大了课程难度。长此以往，学生对该课程产生了惧怕心理。（2）教学方式、方法落后。目前，随着多媒体教学方法的开展，该课程的教学效果有了明显地提高，但上课缺乏互动环节，教学方式不能因内容而异。《机电一体化系统设计》课程是一门系统专业课程，怎么提高学生的接受能力，从而快速理解吸收知识点，是一个重要的课题。因内容而异的采用上课提问、讨论、辩论及PBL（基于问题的学习）等互动环节可以提高学生的学习兴趣，引导学生快速进入课程学习状态，并在互动环节中学会机电一体化系统的分析、设计能力与技巧；通过经验总结分析设计中出现的问题，迅速提升学生的综合设计能力。然而，由于这些教学方式在课堂上开展仍有一定难度。（3）考核形式单一。目前，《机电一体化系统设计》课程的考核方式仍然采用传统的卷面考试加平时表现（如作业、课堂问题等）的方法评判学生对知识点的掌握理解程度。然而，这种考核方法会使学生错误的认为：考试目的是及格，而不是学到多少知识。学生靠考前突击死记复习题，考后又全忘掉。因此，这种考核形式本身存在很大的问题，不能体现学生的实际理论、实践应用及创新能力。

2课程教学改革措施

（1）提高学生基础及专业水平，优化教学内容。针对部分学生机械专业基础课及专业课不能很好掌握的困难，通过老师根据课程内容有针对性布置课前预习题、课后复习题的方式，并把预习题及复习题完成程度作为考核计入总成绩，督促学生利用课后时间理解吸收本课程的知识点，并不断提高学生的基础及专业水平。此外，针对本课程内容多、难度大等问题，在本专业培养目标指导下，对该课程的内容进行针对性的分解，优化了教学内容：删减控制基础、测试基础、单片机原理等部分讲解内容，把这些内容放到课后要求学生复习巩固；增加系统总体设计、动态特性、机电有机结合分析与设计等部分内容的讲授比重；并从系统性大角度给学生展示设计过程，让学生的基础及专业水平得到提高。

（2）改革教学方式、方法，努力提高教学效果。在新工科背景下，以理论与实践工程应用教学为根本点，根据该课程内容的特点，大力开展因内容而异的多媒体、课堂分析讨论、案列教学、现场工程教学等多种方法结合的教学活动，通过老师的学习竞赛把这些方法引入课堂。并大力推荐使用新型PBL教学方式，老师以每章的主要知识点为核心，通过提出几个大问题串联起来，对学生不设置过程要求，只进行适当引导，由学生自由发挥。在课后由学生自己分组，细化问题，并各自完成自己的任务，然后分组集中讨论分析。老师对各组的计算分析过程及结论集中讲解，并分析总结问题，最终完成问题的解决方法。实践表明PBL教学方式极大地提高了学生的学习热情，增强了学习效果。

（3）改革考核方式。教学的目的就是让学生掌握课程的主要知识点，达到该课程的培养目标，而考核是评估学生掌握课程知识点程度的重要手段和方法。根据目前考核方式的不足及课程特点，改革其考核方式，采取以实践动手能力及创新思维能力培养为核心，结合理论分析及应用的考核办法。《机电一体化系统设计》课程考核方式采用理论成绩、创新能力成绩、实践应用成绩及平时评价成绩相结合的方式综合评价，这四者的比例为3：3：3：1。

3结语

经过对两届学生的教学改革实践，发现通过提高学生基础及专业水平、优化教学内容、改革教学方法方式、优化考核方式等方面对《机电一体化系统设计》课程进行教学改革，激发了学生学习的主动性和创造性，学生的综合素质得到明显提升。

作者:苏再军 黄艳香 单位:邵阳学院机械与能源工程学院 经济与管理学院

机电一体化课程教学篇2

机电一体化课程设计作为机械电子专业的实践教学环节，要求学生综合运用所学过的机械、电子、计算机和自动控制等方面的知识，实现独立多学科的知识的有机综合。随着现代社会的高速发展，机电一体化技术在大型机械和微机上有着很重要的应用。因此，目前如何在大学教育实践中落实创新能力培养是一个亟待解决的问题[1]。特别需要指出的是，如何在传统机械工程教学中进行创新能力培养，既是新问题，又是大难题。

1设计实践课的基本目标

机电一体化设计实践课程是基于机电一体化技术，整合机械精密传动、计算机信息处理技术、传感器检测技术、自动控制技术、伺服驱动技术以及系统总体技术等，“以机为主，以电为用”。本课程设计在机械设计实践进行之后，安排在本科第三学年下学期，从机械设计实践的能力提升到机电系统设计、制作、调试等课程实践活动，配备课程实践器材供学生进行实践操作，激励学习的积极性，提高学生的机械设计能力、机械优化设计能力，综合运用多学科知识解决实际问题。理论设计能力与实践能力在机电一体化设计实践过程中，学生的能力客观上存在差距，因此，课程设计的理论设计要求与实践操作要求要存在难度梯度，在课程实践中注重学生新思想和新理论的提出[2]，并善于发现问题、提出问题，碰到难题，善于发挥团队的智慧和团队力量，以弥补个人的能力不足。课程实践使学生把所学过的机械、电气、自动控制等理论知识综合应用到设计实践中。创新能力培养在实践中推动学生创新能力的培养，机械设计专业学生可以拥有自己的想法，对机械部分进行优化设计，鼓励学生使用当前新技术、新方法，做到“不唯书，而唯实”。要降低成本，提高设计精度和稳定性。在课程实践中不固定方案，比如系统中的转向机构，学生可以选择曲柄摇杆机构、齿轮齿条等，进行创新性探究。课程设计中只提供实践的指导性目标和必要工具及器材，只针对设计路线进行必要的提示，不对方案进行统一讲解，由学生自己查阅资料，自己独立设计，遇到问题由指导教师进行分析和讲解，对其方案和想法的可行性做出判断，方向不对时应及时引导正确的方向，既能保证学生创新性想法的实现，又能有效防止学生走错方向。

2课程设计内容及选题原则

根据机电一体化人才培养方案和本专业的课程设置，研究改革课程设计大纲基本要求。根据应用型和创新型人才培养要求，课题的方向主要分为两大方向进行选择：一类题目主要针对应用能力培养，把本专业的知识进行有机的综合，提高学生的综合实践能力；另一类题目主要针对创新能力培养，结合创新设计大赛相关题目，把本专业的知识进行创新性应用，提高学生的创新设计能力。普通型课程设计题目1）向学生征集。在课程中学生拥有与课程设计相关的好想法，可以展开讨论，要求对其方案进行分析，符合课程设计要求的，教师根据其内容下达课程设计的任务。实践证明，对自己提供方向的题目，学生的积极性会很强。2）选择典型机电一体化产品让学生进行设计，结合学生的实力进行选取，同时与本专业的专业方向尽可能的相关，开发学生的潜能。比如数控方向的学生，可以选择数控车床工作台二维运动伺服进给系统设计、数控铣床工作台三维运动伺服进给系统设计等，为未来职业发展打下好的基础。3）学习借鉴其他学校机电一体化设计的内容，在现有设计内容的基础上，根据本校本专业课程设置的特点，对设计的内容做以适当增减，以适合本专业的学生。创新型课程设计题目可以借鉴全国机械创新设计大赛的课题[3]，其中每届成功参与全国总决赛的作品都收录在决赛作品选集中，由高等教育出版社出版。这里面有比较好的案例，同时作品中也存在可以改进的地方，有兴趣的学生可以从中选择与机电一体化相关的课题，提升自己的能力。在条件允许的情况下，可以做出产品的模型，提高学生的机电一体化能力，同时也可以为学生参加今后的机械创新设计大赛做准备，做到“以学促赛，以赛促学”。在专业教学中，学生经常会困惑本专业毕业后到底有什么前途？能做什么？机电一体化课程设计教学贴近实际，能把多门专业课有机地结合起来，把枯燥的课本知识灵活地运用，极大地鼓舞了学生的兴趣，激发学生对实际问题的思考，对工程实践产生浓厚的兴趣。坚持理论教学与实践教学并重，可大幅提高教学效率和教学质量，同时为选拔优秀学生参加机械类学科竞赛提供条件。

3课程设计的实施方式

课程设计实施方案：设计报告书是对整个设计过程的总结和提升，也是进行工程交流的重要文献资料，通过指导学生撰写课程设计报告书，培养学生撰写工程技术文档的能力。对设计说明书的撰写，提出如下要求：1）严禁课程设计报告抄袭，基本工作独立完成；2）根据任务书能提出合理的设计方案和机构的工作原理；3）设计要符合国家标准，学会使用设计手册、专业术语、专业名词规范；4）设计图图纸规范，符合设计说明书的要求，不照抄手册和案例，设计参数与图纸相一致；5）学会使用专业相关软件，对设计的机械机构和控制部分进行分析和仿真，是验证设计正确的有效手段之一；6）课程设计配备了一些实际的零部件可供学生设计使用，以及基本的控制电路，学生要具备一定的实践操作能力，掌握器件的选择与焊接，会进行程序的编写，掌握系统故障的检测与维修能力。课程设计采用分组式进行，每个小组3～5人，视工作量而定。课题难度较大可以分五人，原则上一般三人为一组。每个小组在规定的时间完成基本要求，每个学生都要参与该组课程设计答辩，通过问题了解学生在课程设计中所做的主要工作，检查有无抄袭情况、有无坐享其成的学生，结合设计报告书的撰写质量和实际所做的产品质量进行综合评定。

4实施效果

通过在重庆大学机械电子工程专业的实践，在机械电子工程专业中开设机电一体化课程设计，已基本摸索出培养机电复合型技术人才的规律。普通型题目实现机电融合、知识整合理论教学与工程实践并重。由于在教学中缺乏机电知识综合运用能力的培养和训练，学生在学习了机械设计、机械制造和电子技术、计算机技术和传感器技术等基础课程后，不能很好地将机、电的知识融会贯通，大多数学生也只是了解基本的机电设备的基本功能，在系统运用中存在问题，在机电一体化系统的综合设计方面存在不少困难。通过开设机电一体化课程设计实践教学环节，通过理论设计与实际操作，比如数控工作台进给系统的设计，从电机、联轴器、丝杠、导轨的设计到型号的选择、控制单片机的设计与仿真，最终实现数控工作台进给系统的装配与调试。机电一体化课程设计对学生的理论知识与实践紧密地连接起来，提高了学生的综合应用能力。创新型题目为学生参加机械创新竞赛做了铺垫通过课程设计，为机械学科学生参加如全国大学生机械创新设计大赛做了铺垫。在第六届全国大学生机械创新设计大赛（重庆赛区）中，学生荣获重庆赛区一等奖一项、二等奖一项。其中，“幻显黑板”作品获得国家专利。该作品包括了框架的设计、传动系统布置，控制系统采用单片机控制，执行元件有步进电机、直流电机、电磁离合器、电磁制动器、光电编码器等器件。本次参赛作品充分运用机电一体化技术，机电一体化课程设计改革效果显著。

5结语

机电一体化课程设计改革突破传统的课程设计方式[3]，里面加入了创新专题，可以借鉴机械创新设计大赛的题目，既能满足应用型人才培养的需求，又能兼顾创新能力的提高，实现因材施教。实践证明，所采用的机电一体化课程设计改革效果显著。

作者:李立成 徐漫琳 柯昌辅

机电一体化课程教学篇3

机电一体化成为“机械设计制造及自动化”大专业的一个专业方向，简称为机电专业。机电一体化课程设计是机电专业的学生学完了计算机控制技术、机械制造装备设计等课程后所进行的一次重要的教学环节。①

1机电一体化课程设计前期教学工作

机电一体化课程设计是我院成立机电工程学院以来的第一次设计，设计能力上都有一定的进步和提高。教师也获得了一定的指导经验和水平。但仍然存在着一些不足。（1）设计题目、内容不规范，要求不统一。由于每届或每班的指导教师不同，设计题目、内容、要求、难易程度偏离太大。如有数控机床改造设计、伺服系统控制设计、交通灯控制设计等，要求、工作量也不相同。有的设计任务偏难，有的设计任务又太简单。（2）设计资料缺乏。由于机电一体化是一门新兴的技术和专业，这方面的知识内容都在相关的杂志刊物登载，书籍相对少一些。要进行课程设计，收集这方面的资料较困难。没有现成的资料汇编及设计手册，学生要花费较多的时间找资料，往往是教师帮助寻找资料。而且没有像机械零件设计那样的系统完整的课程设计指导书。在设计中盲目性较大。②（3）师资不足。最早几年机电专业方向只有一个班或两个班，指导教师有2~4人即可。一般由主讲或熟悉机电一体化控制系统课程的教师指导。近几年随着学生的扩招，机电专业扩展到4~5个班，指导教师需要8~10人，明显不够，因此有必要进行培养。

2机电一体化课程设计改进措施

（1）编写合适的机电一体化课程设计指导书，配齐设计资料。到目前为止未见过公开出版的机电一体化课程设计指导书，所以有必要编写合适的机电一体化课程设计指导书，并收集较全的资料进行汇编，与指导书汇编成册。（2）规范设计题目，统一要求。规范设计题目不是整个设计都用同一个题目，而是在一个范围内选择题目，教师根据所选的题目按统一的要求下达任务书。设计题目一般以简易数控机床设计、数控机床改造设计、机器人及控制设计较为合适。在市场上可见的机电产品多得很，不是所有的机电产品都适合做题目，因其难易程度是不同的。机电专业的课程设置是以机床设计、机器人设计控制为典型产品的，在机电一体化课程设计中要反映课程设置的内容。机电专业方向课程有机电一体化系统设计、计算机控制技术、机械制造装备设计、机器人导论等课程。这些课程的内容在电的方面主要介绍了以计算机为核心的控制系统；机械方面介绍了机械运动、机械传动、机械结构及相关的标准部件，如滚动导轨、滚珠丝杠等。在选题及设计中要反映上述的内容。因此规范化的题目主要为数控车床（或铣床、钻床等）设计、车床（或铣床、钻床等）数控化改造设计、或是工业机器人及控制设计。这些都具有一定的机械部分内容，如数控机床进给轴传动部件，机器人的腰身、手臂运动部件及滚珠丝杠、导轨的应用等。电的方面包含数控系统电路设计，计算机控制系统设计及对机械部分的控制；从而实现了机电结合。对规范化的题目、要求及上述设计内容都已编入指导书中。③（3）指导教师的培养。首先被培训的教师可以跟班听课，熟悉掌握相关的课程内容，然后在机电一体化课程设计进行中跟班辅导，以培养出合格的指导教师。（4）加强督察。当指导教师接到指导课程设计任务后，首先拿到机电一体化课程设计指导书，根据要求写出课程设计任务书；并由教研室主任或院教学指导委员会审查，合格才可向学生下达任务。指导中，教师要填写指导日志，随时记录指导中的难点、及出现的问题和解决方法，并进行小结，以便下一次指导时提高设计水平。

3机电一体化课程设计指导书主要内容

3.1设计题目确定及要求

3.2总体方案确定

（1）总体方案设计；（2）绘制总体方案图。3.3伺服系统机械传动部件设计

（1）切削力计算；（2）滚动丝杠螺母副的计算与选型；（3）伺服系统传动设计；（4）步进电机当量扭矩计算及选型；（5）机械传动结构设计（绘制一个轴的机械装配图）。

3.4控制系统硬件电路设计

（1）确定控制系统方案及绘制系统框图；（2）单片机的选用；（3）存储器的选用与扩展；（4）译码电路设计；（5）接口电路设计；（6）绘制控制系统硬件电路原理图。

3.5基本的参考图表汇编

4近一届学生机电一体化课程设计进行情况

4.1教师配备

近一届机电专业学生，每届有四个班进行机电一体化课程设计，共配备6名教师；其中有四名为独立指导教师，两名为辅导教师，为培养新的指导教师储备力量。④

4.2指导书的使用及设计过程

设计学生和指导教师每人一份机电一体化课程设计指导书。教师按照要求写出机电一体化课程设计任务书，并经研究所长审查后发给学生。设计题目主要有CA6140普通车床数控化改造设计、C6132普通车床数控化改造设计。在同一个题目的学生中，要求设计进给轴部件时，一部分学生设计X轴进给部件，另一部分学生设计Z轴进给部件。整个过程根据设计任务书的题目、要求和机电一体化课程设计指导书给出的设计步骤、方法，先进行总体方案设计，再进行机械传动部件设计，最后进行CNC硬件电路设计。整个过程经过了机械、电子两方面的训练，实现了机电结合，达到预期效果。

4.3填写指导日志

教师在指导设计的过程中，及时填写指导日志，记录设计中的难点、问题，并进行小结。

5本文总结

本项目对近几年进行的机电一体化课程设计进行了总结，在肯定成绩的基础上找出不足；针对现存的问题进行分析、研究，提出了改正措施和努力方向。本项目完成的《机电一体化课程设计指导书》结合学生知识现状及专业学科方向给出了规范的设计题目，统一的设计要求，机械、电控两方面的设计方法、步骤及相关的图表资料等。设计内容紧密结合课程教学及学科前沿，加强机电结合，理论联系实际，内容新颖、重点突出。近两届机电专业学生进行机电一体化课程设计，提高了设计水平，达到了预期效果。

注释

①张静，聂章龙.浅谈技能大赛对高职院校教育教学改革的促进作用[J].中国电力教育,2011(3):74-75.

②陈炳和.技能大赛对高职人才培养价值研究[J].中国职业技术教育,2008(3):36-37.

③杨建良.技能大赛与专业教学有效融合的实践研究[J].中国职业技术教育,2013(2):19-21.

④梁文波.依托技能大赛平台提高实习教学质量[J].新课程研究,2012(3):148-149.

作者:李天景 贲能军 陈安柱 钱宗仁 单位:盐城工业职业技术学院 汽车工程学院