基于研究性学习的“机电一体化系统设计”课程教学改革

俞庆，何亚峰，刘春节，黄志荣，毛建秋

（常州工学院机械与车辆工程学院，江苏常州213002）

基于研究性学习的“机电一体化系统设计”课程教学改革

俞庆，何亚峰，刘春节，黄志荣，毛建秋

（常州工学院机械与车辆工程学院，江苏常州213002）

本文以“机电一体化系统设计”课程为对象，提出通过改变教学理念和教学模式进行课程改革，提出基于问题、项目和探究的研究性学习新思路，从而提高学生对课程的驾驭能力和综合应用能力，激发学生创新性活动的潜能，为培养复合型人才奠定良好的基础和条件。

研究性学习；教学改革；复合型人才

现代科学技术的迅猛发展，尤其是微电子技术、信息技术、传感与检测技术和机械技术的相互渗透，使传统的机械工业产生了深刻的变革。一些被广泛应用的传统机械传动系统，逐渐被机械电子机构所取代，传感器和微电子控制系统已成为机电产品的重要组成部分。为了适应社会发展的需求，各高校相继开设了“机电一体化系统设计”课程，由于该课程涉及多个领域，它是多学科交叉的叠加，传统的灌输教学模式已经适应不了课程本身的发展，因而急需要探索新的教学方法和模式。近年来研究性学习为改变这一现状提供了一种新的思路，学者对研究性学习也进行了大量研究和探索，取得了许多教学成果，如邵山在探讨研究性学习与传统学习关系基础上，提出了“问题”引导学生开展研究性学习［1］。王爱芬对国内外研究性学习发展做了概述，提出了研究性学习作为课改的方向［2］。林健提出了面向卓越工程师的研究性学习，取得的成果值得借鉴［3］。刘松磊结合自己实际教学经验，提出研究性学习的建议［4］。研究性学习由于突出以学生为主体，注重学生的探索知识的精神，尤其适合“机电一体化系统设计”课程的教学改革，本文通过对“机电一体化系统设计”课程的教学理念和教学方式进行改革，提出基于研究性学习进行课堂教学，旨在尽最大可能发挥学生的积极性，激发学生参与课程的热情，挖掘学生自由探索精神，提升学生解决问题的综合能力，延伸学生创造性活动，培养符合社会需求的复合型人才。

1　“机电一体化系统设计”课程改革的意义

“机电一体化系统设计”课程考虑到工程实践的重要性，以系统论、信息论、控制论为理论基础，通过理论教学和课程设计两部分内容，使学生掌握机电一体化系统的设计方法，熟悉目前机电一体化系统的工作原理，强调培养学生综合运用知识的能力和工程训练。既抓住基础知识，又能跟踪“机电一体化技术”的发展，注重学生专业能力、基本素质和方法技术的培养，使学生能以先进制造技术、现代设计方法来掌握“机电一体化系统设计”设计流程和设计方法。多年来开设该课程的学校在教学上也做了很多研究，但由于传统教学模式无法从根本上发生变革，再加上学生数量的急剧增加，使课程的教学和外延发展受到了极大限制，学生没有真正从传统的束缚中走出来，致使该课程形式多于实质，因而开展研究性学习改革对于该课程的教学具有巨大的推动作用。

2　“机电一体化系统设计”课程改革的思路

“机电一体化系统设计”课程涉及机械、控制、传感、信息等各方面的知识，真正让学生领会其中的内涵并不容易，不发挥学生的内在潜能，依靠灌输教学学生是难以掌握其设计设计要点，是难以提高设计能力和水平，更不用说有创造性的活动了，因而对该课程改革是非常必要的。图1为“机电一体化系统设计”课程改革思路，首先从教学理念上进行改革，提出让学生真正参与课堂，学生是课堂的主宰者，教师只是引导和指明方向，让学生在知识的课堂中自由探索，激发学生学习的兴趣和积极性。其次是改革现有的教学模式，提出开放学习、发现学习、探究学习、导向学习、项目学习和小组学习的形式多样教学模式，旨在处处有课堂，课堂多样化延伸等方式，打造学生自主学习习惯，培养学生发现问题和解决问题的能力。最后通过大量的项目实践实现和完成创造性活动，培养有用的、适合社会需求的复合型人才。

图1　“机电一体化系统设计”课程改革的思路

3　“机电一体化系统设计”课程研究性学习内容

研究性学习注重学生自主学习、自由探究的过程，学生在"做中学"，教师串讲和精讲，学生"边干边学"，师生互动，实现学生为主体，教师为辅的研究性学习模式。

3.1基于问题的研究性学习

“机电一体化系统设计”课程涉及内容多，学生在学习中会有很多问题，例如，在一个机电一体化系统中，传动系统就是机械原理及机械设计中常见的机构，如齿轮机构、丝杠螺母传动机构等，动力系统主要为电力拖动课程中的步进电机、交流伺服电机和直流伺服电机，测试技术中的各种传感器、信号调理电路作为机电一体化系统中的传感与检测装置，伺服控制系统与自动控制理论、模拟数字电路、微机原理等课程的内容密切相关，用PLC可以实现系统的顺序控制，为了进行系统的动态特性分析，系统数学模型的建立又是以数学和自动控制理论等课程的内容为理论基础。因而学生会提出很多问题，带着这些问题学生通过查阅网络或书籍寻找答案，在听老师对问题的讲解，这样才能把问题化解掉，学生才能学到更多的知识。

3.2基于项目的研究性学习

机电一体化系统设计产品涉及到生活中各个方面，只有从机电产品设计项目中才能够真正掌握其内涵和核心，多年来在教学过程中先后进行了电动轮椅车创新设计、主被动康复训练机创新设计、笔记本电脑升降台创新设计、高精密蓝宝石研磨机系统设计、自动输送物料系统设计、波轮式洗衣机系统设计、基于物联网的康复机器人系统设计等设计项目，这些项目都突出了机械和电气的有机结合，学生从开始方案设计、零部件设计计算和仿真、控制编程和实物制作等方面都亲自参与、亲自动手，整个过程使学生从不知到有知，从有知到熟练，从项目中锻炼了学生的设计能力，也提高了学生创新创业能力，挖掘了学生的潜能。

3.3基于探究的研究性学习

随着信息化技术的快速发展，越来越多的人已经意识到只有无限地探究知识才能跟上时代发展的步伐，高校的学生正处于探究知识的黄金阶段，正确地引导他们是教师的责任，引导学生到达知识的洞口，鼓励他们踏进去才能学到真正的知识。“机电一体化系统设计”这门课程里面是现代社会机电产品的缩影，涉及机械、控制、信息和传感的有机柔合，比如数控机床横纵向进给系统设计、数控机床X-Y向工作台设计、数控自动回转刀架系统设计、工业机械手系统设计、自动切管机系统设计、智能燃气表系统设计等，这些设计内容来源于生活、源于实际生产，一方面贴近学生的生活，提高学生的学习兴趣，另一方面学生能从设计中学习和探索设计步骤、方法和需要解决的问题，从而锻炼学生的设计能力，让学生一点点融会贯通，逐步地提高学生的机电产品设计能力。还有像变频调速、电动机正反转控制、自动回转刀架PLC控制、复杂零部件数控加工编程与运行调试等，都值得学生去探究、去发现。

4　“机电一体化系统设计”课程研究性学习思考与建议

“机电一体化系统设计”课程综合性强，知识面广，传统的教学会使学生觉得只是内容的重复，会觉得索然寡味，只有从研究性角度出发，尽可能调动和发挥学生对知识的驾驭能力，才能让学生真正学到知识，才能都真正培养复合型人才，为此提出几点思考和建议：

（1）“机电一体化系统设计”课程课堂教学模式应开展学生主体，人人参与，小组讨论，适当引领；

（2）“机电一体化系统设计”课程知识是不断更新的过程，教学理念和教学方法也需要不断改革；

（3）“机电一体化系统设计”课程教学模式应尽可能多元化，不可千篇一律，需要根据学生的特点和实际状况，来改变教学模式，这样才能取得好的效果；

（4）“机电一体化系统设计”课程研究性学习思路值得推广和深入研究

［1］邵山.对研究性学习教学实践的思考与改进［J］.考试周刊，2008，（40）：174-176.

［2］王爱芬.国外及我国开展研究性学习的综述［J］.教育理论与实践，2005，（4）：48-51

［3］林健.面向卓越工程师培养的研究性学习［J］.高等工程教育研究，2011，（6）：5-15

［4］刘松磊.浅谈如何让研究性学习更有效［J］.中国校外教育，2014，（12）：7.

Teaching Reform of Mechatronics System Design based on Research Study

YU Qing，HE Ya-feng，LIU Chun-jie，HUANG Zhi-rong，MAO Jian-qiu
（Department of Mechanics and Vehicle，Changzhou Institute of Technology，Changzhou Jiangsu 213002，China）

As the object of mechatronics system design，curriculum reform is put forward by changing the teaching idea and teaching model，learning new ideas of research study is put forward through problems，projects and explore，so as to improve the ability to control the students on the course and comprehensive application ability，and to stimulate the potential of students'innovative activities，thus provide a good foundation and condition for cultivate compound talents.

research study；teaching reform；cultivating talent

G642

A

1672-545X（2016）08-0257-03

2016-05-23

本论文为常州工学院研究型课程建设项目（项目编号：A3-4401-14-086）

俞庆（1965-），男，江苏常州人，本科，副教授，研究方向为现代加工技术。