面向卓越工程师培养的机电一体化设计基础课程建设与教学改革

陈英俊 黄崇林

广东石油化工学院机电工程学院 广东茂名 525000

面向卓越工程师培养的机电一体化设计基础课程建设与教学改革

陈英俊 黄崇林

广东石油化工学院机电工程学院 广东茂名 525000

根据应用型本科卓越工程师培养计划的基本要求，结合学校所在的办学环境和企业需要，考察课程的教学现状，提出了机电一体化设计基础课程建设当前存在的问题和课程建设、教学改革的方法，通过教学内容更新，教学方法、教学手段改革，考核方式改革，确立了以实践能力、创新培养为主线的课程建设，提高了学生分析问题和解决问题的能力，使其具备卓越工程师所必备的素质。

卓越工程师；机电一体化；课程建设；教学改革

机电一体化设计基础是工科院校为机械类专业高年级学生开设的一门专业课，专业技术综合性强，学生必须综合运用所学的基础理论知识和专业基础知识，以机电一体化系统为研究对象，从“系统”的角度出发，掌握机电一体化系统各个组成部分的原理和关系，其主要教学目的在于使学生获得机电一体化系统设计的基本理论，能够合理设计及选用机电一体化系统各个零部件，培养学生综合分析和解决实际问题的能力，提高综合工程素质，满足社会对机电一体化工程师的需要[1]。

1 针对卓越工程师培养计划提出机电一体化设计基础教学的基本要求

我校是一所以工科为主，石油化工特色鲜明、优势突出，以应用型高级专业人才为培养目标的本科教学院校。学校自2008年开展大工程观教育理念讨论以来，积极探索应用型人才培养模式的创新与实践，部分专业2009年加入了CDIO工程教育模式试点专业，2011年又被教育部批准为第二批卓越工程师教育培养计划高校。我校机电工程学院机械制造及其自动化专业开设有机电一体化设计基础课程，根据卓越工程师培养计划的目的要求，结合卓越工程师培养计划通用标准、卓越工程师培养计划机械行业标准和“卓越工程师”培养计划学校培养标准，针对课程提出了相应的教学基本要求。主要是掌握机电一体化系统各个元部件的工作原理、特点、选用原则与选用方法，能综合运用多学科知识进行机电一体化产品的分析、设计和开发，增强学生的实践能力、创新能力，使其有一定的工程背景知识和较宽广的专业视野，适应社会和企业对机电一体化工程师的综合素质要求。

2 课程现状及问题的提出

机电一体化是在传统技术的基础上由多种技术学科相互交叉、渗透形成的一门综合性边缘技术学科，所涉及的技术领域非常广泛。该课程是一门理论性和实践性均较强的课程，既强调知识的综合性、实用性，又强调创新能力、综合分析和解决生产实践问题的能力，这也是卓越工程师培养计划所要求的，但现在的教学并没有达到这一目的，存在的主要问题包括：

(1)受传统教育观念和教学实验条件的限制，该课程主要教学内容偏重于理论知识的讲授，主要讲授机电一体化技术的基本概念，又因为机电一体化是一门交叉学科，课程内容与相关前期课程有较大的重复或重叠(如图1所示)，会让学生有“炒冷饭”的感觉，学习兴趣不高。在课时较少的情况下，如何不断进行教学内容更新，保证取得较好的教学效果是一个必须考虑的重要问题。

图1 机电一体化设计基础的先修课程与交叉课程

表1 原机电一体化设计基础教学内容、要求及学时分配

(2)现有课程内容体系是建立在知识的系统性和完整性之上，在知识点的选择和安排上没有脱离传统的教学理念，新概念、新技术方面知识点增加缓慢，所用教材的知识内容体系创新性不够，没有体现卓越工程师培养计划中所要求的能力主线，与生产实际要求的课程内容或知识点的编排存在一定差距。课程教学内容见表1[2]。

(3)现有课程实验教学内容中以验证性实验和演示性实验内容居多，缺少学生自主的研究性学习内容和训练环节，单个实验项目所涉及的知识点比较单一，实验中学生对知识点的掌握只限于几个相对孤立的知识点，缺乏对各知识点之间的相互贯通，无法通过实验悟出系统各组成部分的性能与系统实际综合性能和应用之间的内在联系，更无法将所学习的知识点与分析、解决生产实际问题相联系，限制了学生的创新思维和动手能力的培养[3]。

3 课程建设与教学改革

以卓越工程师培养为目标，切实加强课程建设中的能力培养，突出与生产实践的紧密融合。主要建设思路与改革思路如下：

3.1 教学内容更新

表2 修改后的机电一体化设计基础教学内容、要求及学时

我院与茂名石化公司、广州石化公司、湛江东兴石化公司、广西柳工机械股份有限公司等大型企业建立了紧密的产学研合作关系，课程组成员对这些单位进行了广泛调研，收集意见和建议，了解其对本课程教学内容的需要，并查阅了国内外同类院校本课程的相关教学资料，组织课程组全体成员参加课程建设研讨会，形成了新的教学内容体系(见表2)。

新的教学内容体系削减了与先修课程相重复的理论知识，增加了与工程应用密切相关的知识点，增加了实践环节课时，有利于加强培养企业对学生所要求的创新能力和实践能力。如在介绍第1章机电一体化系统概述及发展趋势的时候，引入了国内教材上一般没有提及的微机电系统(MEMS)的概念。微机电系统是在机电一体化系统基础上发展起来的，采用现代半导体微细加工技术制造出来的微小型机电一体化系统，其尺寸在几厘米乃至更小。这个知识点引起了学生的广泛兴趣，开拓了学生的专业视野。这对于学生把握专业学习方向以及今后职业生涯的发展方向都有良好的参考意义。

新的教学内容将第5章的内容改为重点讲解新型传感器、新型执行元件的性能特点和选择，补充介绍了图像传感器和电容电阻触摸屏的知识，并与第1章介绍的微机电系统以及它们在手机上的应用等联系起来，构成一个完整的知识系统。学生了解到当前身边广泛使用的传感器相关知识，理论联系实际，使学生的创新思维能力与动手能力得到锻炼，对学生以后走上工作岗位、成为一名卓越工程师是有益的。

3.2 教学方法和教学手段改革

机电一体化设计基础课程涉及的学科知识广、概念多、跨度大、难理解，为了在规定的教学时数内提高教学质量和教学效果，必须对教学方法和教学手段进行改革。

(1)教学过程注意理论联系实际，活跃课堂气氛，培养学习兴趣。浓厚的学习兴趣是掌握科学文化知识的重要条件。例如讲述图像传感器的时候，联系日常接触到的电脑摄像头、手机摄像头和数码相机，通过相互交流加深学生对知识点的理解，激发学生学习的主动性和积极性。

(2)教学过程应以学生为中心，因材施教。作为未来卓越工程师的培养改革，至少要把相当部分的活动从“以教师为中心”转化成“以学生为中心”。以实践教学为例，应该倡导以学生为中心的“主动实践”，学生实践中的一些环节未必需要教师过多的帮助。如果教师把学生实践的目的、对象、方法、程序等都设计好了，就限制了学生的主动性和创造性思维，这样培养出来的是工匠，不是工程师，更不是卓越工程师[4]。

(3)采取创新型小团队的教学方式，以培养学生独立思考能力、想象能力以及自学能力为目的，并同时锻炼学生发现问题、解决问题以及团队协作的能力。把一个班分成由几个人或者十个人组成的创新型小团队，这样让每个学生成为这个团队的一分子，其将为团队目标实现担负一定的责任。学生在课前需预习本堂课所涉及的内容，上课时，教师首先对理论知识及检测技术进行概括性陈述及要点、重点的解释，之后进入小团队讨论阶段。学生将对讨论过程提出的问题进行阐述总结，叙述其解决过程。

3.3 考核方式改革

本课程考核采取形成性考核方式进行：课程考核成绩=理论考试成绩(50%)+实操训练与考试(20%)+在创新型小团队中的表现(20%)+课堂考勤和平时作业(10%)。实操训练与考试是在现有的模块化生产培训系统和机电一体化教学实验设备上进行设备操作、编程、调试等，主要考查学生的动手操作能力。

该考核方法能够客观真实地评价出学生对该门课程的学习情况和知识掌握情况，全面地反映学生应用该课程知识解决实际问题的能力，克服了单纯理论考试反映学生成绩的片面性，避免了出现高分低能的情况，让更多的学生发挥出个人的潜能，鼓励有能力的学生参加机电产品创新设计大赛和机器人大赛等各种活动[5]。

通过机电一体化设计基础课程教学内容创新，教学方式和课程考核方式改革，有效地活跃了课堂的教学气氛，调动了学生的学习积极性和主动性，开拓了学生专业视野，学生综合分析和解决实际问题的能力得到了进一步加强，收到了良好的教学效果，为把学生培养成为一名卓越工程师创造了良好条件和基础。

[1] 张建民.机电一体化系统设计(第3版)[M].北京:高等教育出版社,2007.

[2] 祁志生,朱春梅,李启光.机电一体化系统技术课程教学的若干探讨[J].中国电力教育,2008,6(116):110-111.

[3] 高为国,董丽君,吴安如.基于卓越工程师培养的机械工程材料课程建设[J].湖南工程学院学报,2010,20(3):75-77.

[4] 李培根.工程师教育培养该何以卓越[J].中国高等教育,2011,6:13-14.

[5] 董爱梅.机电一体化系统设计课程考核改革的探索与实践[J].考试周刊,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

陈英俊，硕士，讲师。