基于典型装置的机械专业电类课程教学方法实践*

李军 范剑

台州学院机械工程学院 浙江台州 318000

1 电气技术对现代机械工程的重要意义

随着计算机技术、信息技术、自动控制技术在机械行业中的广泛应用，现代机械产品从结构、性能到应用水平都已发生革命性变化，结构上已出现机械、电子、计算机并存的局面[1]。同时随着人力成本的不断上升以及体力劳力者的短缺，要求用自动化、信息化技术提升改造传统的生产制造设备，以提高劳动生产率，减轻劳动强度。这些自动化设备的改造及维护需要大量的机械专业人员参与，作为现代机械专业技术人员，若没有相应的电气控制技术知识，就像当代人不懂电脑，难免有些缺陷。近年来，许多著名高校机械专业人才培养计划中，电气控制类课程比例不断上升，加之这些高校学生基础好，自学能力强，学生的电气类专业知识掌握得比较扎实，能较好地将电气技术应用到机械工程中去。

2 目前机械专业电类课程存在的问题

但在大多数地方高校，往往存在这样的情况：相比机类课程，电类课程设置较晚且很不全面。在机类课程体系中加入的几门课程，如电工电子技术、微机原理等，很难形成自己的体系，机械专业学生难以学到系统的电类课程知识[1]。与重点高校相比，地方高校学生的学习基础及自学能力存在一定的差距，许多学生反映电类课程比机类课程难学。如微机原理这门课，许多非电类专业学生普遍感觉概念抽象、难理解记忆、内容前后交错、上手较慢，再加上学时数紧、授课时间短，更增加了教师教学和学生学习的难度[2]。大多数学生很难将学得的有限电类知识灵活运用到机械设计与制造中去，以满足现代机械对电气技术的需求。许多地方高校机械专业的师生认为，电类课程“不学不行，学了没用”。

笔者认为上述问题的存在，一方面是因为机械专业教学中没有处理好“机”与“电”的关系，“机”强而 “电”弱；另一方面是学生缺少相应的电类课程工程体验。俗话说“百闻不如一见”，对于专业基础薄弱，缺少实践经验的学生，教师理论讲得再好，其效果可能还不如让学生自己到现场去体验，让学生亲自动手去实践。

3 基于典型装置的现场教学法实践

基于上述认知规律，在机械专业电类课程教学中开展“基于典型装置的现场教学”实践与探索。具体做法是选择当地企业的典型机电产品或生产装置，进行解剖分析，寻找与电类课程相关联的知识点，将所学的大部分电类课程知识串联起来。将这些装置作为项目案例进行现场讲解教学，课外时间让学生利用这些装置进行课程设计或开放性实验，让学生进行模仿设计和二次开发创新设计。

3.1 典型装置的选择原则

该教学方法的第一步，是选择适用于教学的典型装置。所选典型装置一般要求满足：

1）装置来自当地企业生产一线，以实现教学与地方经济的有效关联，体现地方性，让学生了解当前企业的技术现状，激发学习兴趣与热情，同时也鼓励任课教师关注地方产业发展，树立服务地方的理念；

2）装置是机电一体化产品，体现机械专业特色，强调机电融合，实现“以机为平台，电为机服务”的理念，尽可能多地涵盖电类课程知识；

3）所选装置应具有透明性与开放性，装置中相关电控单元尽可能透明开放，而不是黑匣子，相关单元有对外开放的接口，以利于检测以及二次开发；

4）所选装置要安全可靠，保证师生的教学实践安全，尽量选择小型化的装置或装置模型，方便教学。

经调研，制造自动化装置是机电企业中使用最广泛的典型装置，由于各企业产品不同，其自动化装置千差万别。尽管如此，但其基本单元基本类同，主要涉及自动送料单元、加工单元、装配单元、分拣单元、输送单元、人机界面单元、通讯单元等。这些单元涉及的知识，既与涉及主要“机”类课程，如机械原理、机械设计、机械制造、机械工程材料、公差与配合、液压与气动等；也涉及主要“电”类课程，如电工电子技术、传感与检测技术、微机原理与接口技术、单片机原理、电气控制与PLC、机电控制等。这些装置根据教学的需要，既可以分单元教学，也可相互连接，前后串联组成一个系统开展教学。工厂的实际装置往往体积较大，为了便于教学，最好采用缩小的模型，这些模型可以由师生自己制作，也可以根据需要向厂家定制，以满足教学与实践的要求。

3.2 典型装置教学法的教学组织

有了典型教学装置，接下来要组织电类课程任课教师进行研究，商讨如何将典型装置有效地融入各门课程的教学中，做好各课程之间的知识衔接，避免课程之间内容重复。根据典型装置的特点，重新编写教案，调整教学方式。确定的主要教学组织方式有：

1）原有课程的知识结构不变，讲到相关知识点时，引入典型装置相关内容作为案例；

2）打乱原有课程体系，以典型装置所涉及的知识为主线安排教学；

3）将前两种方式结合，有些知识按原来顺序组织，有些知识以典型装置为主线讲解；

4）以典型为基础，课后布置学生设计任务，引导学生先模仿再创新设计提高，尽量用自己的设计思路对原有装置进行改进或替换，培养学生自主学习与创新能力。

3.3 典型装置教学法对工程能力培养的作用

上述典型装置现场教学方法，以典型装置作为项目案例进行教学，克服了空洞的理论说教，能有效激发学生的学习兴趣。同时能将所学知识点有机串联起来，使相关知识在学生头脑中形成整体印象。心理学研究表明，连贯知识比片段知识更容易记忆。比如现有电类课程虽有许多实验，调查后却发现多数学生对做过的实验没什么印象。但如果叫他们组装调试一台完整的收音机，多数的学生记忆永生难忘。这些典型装置，均为典型的完整机电产品，能让学生理解机电融合的理念，掌握机电结合的设计方法，这是现代机械工程技术人员必备的素质。更主要的，通过典型装置教学，能培养学生的“工程”意识与工程能力。

工程能力是工程师最重要、最基本的素质之一，如何培养工程能力是目前我国高等院校特别是工科院校急需研究解决的现实问题[3]。造成学生工程能力缺失的原因是多方面的，如高校引进教师只重学历不重工程背景，教学内容重理论轻实践；大多教材编者没有工程经验，编出的教材有理论没实践。而发达国家的工程类专业课以及专业基础课教材中的例子一律是工程实例，并且每个章节后都附有上百个工程实例习题，它强调学习理论是为了解决工程实际问题[4]。来自当地企业生产现场的典型装置，无疑是最好的工程实例，让师生从课本回到工程实际。

4 教学实践初步成果

台州学院机械专业部分电类课程已进行数轮的“基于典型装置的现场教学方法”试点，取得初步成效。

一是机械专业学生学习电类课程的兴趣有了明显提高，选择机电方向专业课程设计、毕业设计的学生比例大幅提高。

二是机械专业机电类课程设计与毕业设计的质量明显提高，成绩优秀率明显高于纯机类课题，并且几乎所有机电类课程设计与毕业设计均制作了实物样机或模型，达到理论与实践统一的效果。

[1]彭晓燕,王虎符,李德化.机械设计制造及自动化专业电类课程新体系的研究[J].机械工业高教研究,2000(1):58-60.

[2]高飞.非电类专业微机原理系列课程教学改革初探[J].江苏科技大学学报:社会科学版,2005(3):103-105.

[3]吴鸣,熊光晶.以工程能力培养为导向的工程教育改革研究[J].理工高教研究,2010(3):54-59.

[4]金泰玉.对机械专业课程体系改革的几点思考[J].延边大学学报:社会科学版,2003(1):72-74.

[5]万丽丽.浅谈我国高等工程教育现状[J].洛阳师范学院学报,2009(5):153-155.

[6]王贵和,吕建国.工科大学生工程意识的内涵与培养途径[J].中国地质教育,2006(4):62-64.