陳英俊 黃崇林

廣東石油化工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 廣東茂名 525000

面向卓越工程師培養(yǎng)的機(jī)電一體化設(shè)計基礎(chǔ)課程建設(shè)與教學(xué)改革

陳英俊 黃崇林

廣東石油化工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 廣東茂名 525000

根據(jù)應(yīng)用型本科卓越工程師培養(yǎng)計劃的基本要求，結(jié)合學(xué)校所在的辦學(xué)環(huán)境和企業(yè)需要，考察課程的教學(xué)現(xiàn)狀，提出了機(jī)電一體化設(shè)計基礎(chǔ)課程建設(shè)當(dāng)前存在的問題和課程建設(shè)、教學(xué)改革的方法，通過教學(xué)內(nèi)容更新，教學(xué)方法、教學(xué)手段改革，考核方式改革，確立了以實踐能力、創(chuàng)新培養(yǎng)為主線的課程建設(shè)，提高了學(xué)生分析問題和解決問題的能力，使其具備卓越工程師所必備的素質(zhì)。

卓越工程師；機(jī)電一體化；課程建設(shè)；教學(xué)改革

機(jī)電一體化設(shè)計基礎(chǔ)是工科院校為機(jī)械類專業(yè)高年級學(xué)生開設(shè)的一門專業(yè)課，專業(yè)技術(shù)綜合性強(qiáng)，學(xué)生必須綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識和專業(yè)基礎(chǔ)知識，以機(jī)電一體化系統(tǒng)為研究對象，從“系統(tǒng)”的角度出發(fā)，掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)各個組成部分的原理和關(guān)系，其主要教學(xué)目的在于使學(xué)生獲得機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的基本理論，能夠合理設(shè)計及選用機(jī)電一體化系統(tǒng)各個零部件，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決實際問題的能力，提高綜合工程素質(zhì)，滿足社會對機(jī)電一體化工程師的需要[1]。

1 針對卓越工程師培養(yǎng)計劃提出機(jī)電一體化設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)的基本要求

我校是一所以工科為主，石油化工特色鮮明、優(yōu)勢突出，以應(yīng)用型高級專業(yè)人才為培養(yǎng)目標(biāo)的本科教學(xué)院校。學(xué)校自2008年開展大工程觀教育理念討論以來，積極探索應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新與實踐，部分專業(yè)2009年加入了CDIO工程教育模式試點專業(yè)，2011年又被教育部批準(zhǔn)為第二批卓越工程師教育培養(yǎng)計劃高校。我校機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械制造及其自動化專業(yè)開設(shè)有機(jī)電一體化設(shè)計基礎(chǔ)課程，根據(jù)卓越工程師培養(yǎng)計劃的目的要求，結(jié)合卓越工程師培養(yǎng)計劃通用標(biāo)準(zhǔn)、卓越工程師培養(yǎng)計劃機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和“卓越工程師”培養(yǎng)計劃學(xué)校培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，針對課程提出了相應(yīng)的教學(xué)基本要求。主要是掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)各個元部件的工作原理、特點、選用原則與選用方法，能綜合運(yùn)用多學(xué)科知識進(jìn)行機(jī)電一體化產(chǎn)品的分析、設(shè)計和開發(fā)，增強(qiáng)學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新能力，使其有一定的工程背景知識和較寬廣的專業(yè)視野，適應(yīng)社會和企業(yè)對機(jī)電一體化工程師的綜合素質(zhì)要求。

2 課程現(xiàn)狀及問題的提出

機(jī)電一體化是在傳統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上由多種技術(shù)學(xué)科相互交叉、滲透形成的一門綜合性邊緣技術(shù)學(xué)科，所涉及的技術(shù)領(lǐng)域非常廣泛。該課程是一門理論性和實踐性均較強(qiáng)的課程，既強(qiáng)調(diào)知識的綜合性、實用性，又強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新能力、綜合分析和解決生產(chǎn)實踐問題的能力，這也是卓越工程師培養(yǎng)計劃所要求的，但現(xiàn)在的教學(xué)并沒有達(dá)到這一目的，存在的主要問題包括：

(1)受傳統(tǒng)教育觀念和教學(xué)實驗條件的限制，該課程主要教學(xué)內(nèi)容偏重于理論知識的講授，主要講授機(jī)電一體化技術(shù)的基本概念，又因為機(jī)電一體化是一門交叉學(xué)科，課程內(nèi)容與相關(guān)前期課程有較大的重復(fù)或重疊(如圖1所示)，會讓學(xué)生有“炒冷飯”的感覺，學(xué)習(xí)興趣不高。在課時較少的情況下，如何不斷進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容更新，保證取得較好的教學(xué)效果是一個必須考慮的重要問題。

圖1 機(jī)電一體化設(shè)計基礎(chǔ)的先修課程與交叉課程

表1 原機(jī)電一體化設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容、要求及學(xué)時分配

(2)現(xiàn)有課程內(nèi)容體系是建立在知識的系統(tǒng)性和完整性之上，在知識點的選擇和安排上沒有脫離傳統(tǒng)的教學(xué)理念，新概念、新技術(shù)方面知識點增加緩慢，所用教材的知識內(nèi)容體系創(chuàng)新性不夠，沒有體現(xiàn)卓越工程師培養(yǎng)計劃中所要求的能力主線，與生產(chǎn)實際要求的課程內(nèi)容或知識點的編排存在一定差距。課程教學(xué)內(nèi)容見表1[2]。

(3)現(xiàn)有課程實驗教學(xué)內(nèi)容中以驗證性實驗和演示性實驗內(nèi)容居多，缺少學(xué)生自主的研究性學(xué)習(xí)內(nèi)容和訓(xùn)練環(huán)節(jié)，單個實驗項目所涉及的知識點比較單一，實驗中學(xué)生對知識點的掌握只限于幾個相對孤立的知識點，缺乏對各知識點之間的相互貫通，無法通過實驗悟出系統(tǒng)各組成部分的性能與系統(tǒng)實際綜合性能和應(yīng)用之間的內(nèi)在聯(lián)系，更無法將所學(xué)習(xí)的知識點與分析、解決生產(chǎn)實際問題相聯(lián)系，限制了學(xué)生的創(chuàng)新思維和動手能力的培養(yǎng)[3]。

3 課程建設(shè)與教學(xué)改革

以卓越工程師培養(yǎng)為目標(biāo)，切實加強(qiáng)課程建設(shè)中的能力培養(yǎng)，突出與生產(chǎn)實踐的緊密融合。主要建設(shè)思路與改革思路如下：

3.1 教學(xué)內(nèi)容更新

表2 修改后的機(jī)電一體化設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容、要求及學(xué)時

我院與茂名石化公司、廣州石化公司、湛江東興石化公司、廣西柳工機(jī)械股份有限公司等大型企業(yè)建立了緊密的產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系，課程組成員對這些單位進(jìn)行了廣泛調(diào)研，收集意見和建議，了解其對本課程教學(xué)內(nèi)容的需要，并查閱了國內(nèi)外同類院校本課程的相關(guān)教學(xué)資料，組織課程組全體成員參加課程建設(shè)研討會，形成了新的教學(xué)內(nèi)容體系(見表2)。

新的教學(xué)內(nèi)容體系削減了與先修課程相重復(fù)的理論知識，增加了與工程應(yīng)用密切相關(guān)的知識點，增加了實踐環(huán)節(jié)課時，有利于加強(qiáng)培養(yǎng)企業(yè)對學(xué)生所要求的創(chuàng)新能力和實踐能力。如在介紹第1章機(jī)電一體化系統(tǒng)概述及發(fā)展趨勢的時候，引入了國內(nèi)教材上一般沒有提及的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的概念。微機(jī)電系統(tǒng)是在機(jī)電一體化系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，采用現(xiàn)代半導(dǎo)體微細(xì)加工技術(shù)制造出來的微小型機(jī)電一體化系統(tǒng)，其尺寸在幾厘米乃至更小。這個知識點引起了學(xué)生的廣泛興趣，開拓了學(xué)生的專業(yè)視野。這對于學(xué)生把握專業(yè)學(xué)習(xí)方向以及今后職業(yè)生涯的發(fā)展方向都有良好的參考意義。

新的教學(xué)內(nèi)容將第5章的內(nèi)容改為重點講解新型傳感器、新型執(zhí)行元件的性能特點和選擇，補(bǔ)充介紹了圖像傳感器和電容電阻觸摸屏的知識，并與第1章介紹的微機(jī)電系統(tǒng)以及它們在手機(jī)上的應(yīng)用等聯(lián)系起來，構(gòu)成一個完整的知識系統(tǒng)。學(xué)生了解到當(dāng)前身邊廣泛使用的傳感器相關(guān)知識，理論聯(lián)系實際，使學(xué)生的創(chuàng)新思維能力與動手能力得到鍛煉，對學(xué)生以后走上工作崗位、成為一名卓越工程師是有益的。

3.2 教學(xué)方法和教學(xué)手段改革

機(jī)電一體化設(shè)計基礎(chǔ)課程涉及的學(xué)科知識廣、概念多、跨度大、難理解，為了在規(guī)定的教學(xué)時數(shù)內(nèi)提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，必須對教學(xué)方法和教學(xué)手段進(jìn)行改革。

(1)教學(xué)過程注意理論聯(lián)系實際，活躍課堂氣氛，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。濃厚的學(xué)習(xí)興趣是掌握科學(xué)文化知識的重要條件。例如講述圖像傳感器的時候，聯(lián)系日常接觸到的電腦攝像頭、手機(jī)攝像頭和數(shù)碼相機(jī)，通過相互交流加深學(xué)生對知識點的理解，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。

(2)教學(xué)過程應(yīng)以學(xué)生為中心，因材施教。作為未來卓越工程師的培養(yǎng)改革，至少要把相當(dāng)部分的活動從“以教師為中心”轉(zhuǎn)化成“以學(xué)生為中心”。以實踐教學(xué)為例，應(yīng)該倡導(dǎo)以學(xué)生為中心的“主動實踐”，學(xué)生實踐中的一些環(huán)節(jié)未必需要教師過多的幫助。如果教師把學(xué)生實踐的目的、對象、方法、程序等都設(shè)計好了，就限制了學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性思維，這樣培養(yǎng)出來的是工匠，不是工程師，更不是卓越工程師[4]。

(3)采取創(chuàng)新型小團(tuán)隊的教學(xué)方式，以培養(yǎng)學(xué)生獨立思考能力、想象能力以及自學(xué)能力為目的，并同時鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題以及團(tuán)隊協(xié)作的能力。把一個班分成由幾個人或者十個人組成的創(chuàng)新型小團(tuán)隊，這樣讓每個學(xué)生成為這個團(tuán)隊的一分子，其將為團(tuán)隊目標(biāo)實現(xiàn)擔(dān)負(fù)一定的責(zé)任。學(xué)生在課前需預(yù)習(xí)本堂課所涉及的內(nèi)容，上課時，教師首先對理論知識及檢測技術(shù)進(jìn)行概括性陳述及要點、重點的解釋，之后進(jìn)入小團(tuán)隊討論階段。學(xué)生將對討論過程提出的問題進(jìn)行闡述總結(jié)，敘述其解決過程。

3.3 考核方式改革

本課程考核采取形成性考核方式進(jìn)行：課程考核成績=理論考試成績(50%)+實操訓(xùn)練與考試(20%)+在創(chuàng)新型小團(tuán)隊中的表現(xiàn)(20%)+課堂考勤和平時作業(yè)(10%)。實操訓(xùn)練與考試是在現(xiàn)有的模塊化生產(chǎn)培訓(xùn)系統(tǒng)和機(jī)電一體化教學(xué)實驗設(shè)備上進(jìn)行設(shè)備操作、編程、調(diào)試等，主要考查學(xué)生的動手操作能力。

該考核方法能夠客觀真實地評價出學(xué)生對該門課程的學(xué)習(xí)情況和知識掌握情況，全面地反映學(xué)生應(yīng)用該課程知識解決實際問題的能力，克服了單純理論考試反映學(xué)生成績的片面性，避免了出現(xiàn)高分低能的情況，讓更多的學(xué)生發(fā)揮出個人的潛能，鼓勵有能力的學(xué)生參加機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計大賽和機(jī)器人大賽等各種活動[5]。

通過機(jī)電一體化設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新，教學(xué)方式和課程考核方式改革，有效地活躍了課堂的教學(xué)氣氛，調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，開拓了學(xué)生專業(yè)視野，學(xué)生綜合分析和解決實際問題的能力得到了進(jìn)一步加強(qiáng)，收到了良好的教學(xué)效果，為把學(xué)生培養(yǎng)成為一名卓越工程師創(chuàng)造了良好條件和基礎(chǔ)。

[1] 張建民.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(第3版)[M].北京:高等教育出版社,2007.

[2] 祁志生,朱春梅,李啟光.機(jī)電一體化系統(tǒng)技術(shù)課程教學(xué)的若干探討[J].中國電力教育,2008,6(116):110-111.

[3] 高為國,董麗君,吳安如.基于卓越工程師培養(yǎng)的機(jī)械工程材料課程建設(shè)[J].湖南工程學(xué)院學(xué)報,2010,20(3):75-77.

[4] 李培根.工程師教育培養(yǎng)該何以卓越[J].中國高等教育,2011,6:13-14.

[5] 董愛梅.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程考核改革的探索與實踐[J].考試周刊,2008,41:11-12.

Course construction and teaching reform of basic mechatronics design orientated towards the cultivation of outstanding engineer training

Chen Yingjun, Huang Chonglin
Guangdong university of petrochemical technology, Maoming, 525000, China

According to the primary requirements of “outstanding engineer” training program to practical undergraduates, based on the demands of society and corporations surrounding university, and with inspecting the current teaching situation, the construction problems, the methods of course construction and teaching reform of basic mechatronics design are proposed in this paper. Through teaching content updating, teaching methods and assessed form reforming, the construction method focusing on the training of practical ability and creative ability is established, and students’ ability of analyzing and solving problem which is the essential quality of outstanding engineer is improved.

outstanding engineer; mechatronics; course construction; teaching reform

2011-11-23

陳英俊，碩士，講師。