“机电一体化系统设计”实践环节教学改革

李 卫, 张军昌, 黄玉祥, 侯俊才, 石复习, 陈 军

(西北农林科技大学 机械与电子工程学院, 陕西 杨凌 712100)



“机电一体化系统设计”实践环节教学改革

李 卫, 张军昌, 黄玉祥, 侯俊才, 石复习, 陈 军

(西北农林科技大学 机械与电子工程学院, 陕西 杨凌 712100)

“机电一体化系统设计”课程设计是机械制造及其自动化专业一个重要的实践性环节,为了提高课程设计效果和质量,培养学生创新设计能力和综合运用所学知识解决实际问题的能力,教学过程中重点对课程设计流程、指导方式、过程控制、考核方式进行了改革,通过几年的实践,提高了学生的设计热情,提升了学生设计的主动性,增强了学生的沟通协作能力和创新设计能力,同时锻炼了学生的实践能力和动手能力,课程设计效果逐年提高。

机电一体化； 课程设计； 教学改革

“机电一体化系统设计”课程设计是机械制造及其自动化专业课程体系中一个重要的实践性环节[1-5],通过课程设计的训练,锻炼学生的应用能力，特别是创新能力和动手实践能力[6-8],使学生对机、电、液一体化设计过程有一个全面系统的认识,将整个大学课程内容有机融合起来,提高学生自动化设计能力[9-13],为将来工作和继续深造打下基础。

1 课程设计的目的和设计流程

本课程设计主要以我校机电学院农业机械实验室的各种农业机械、工程训练中心的模块化生产线和机器人为课程设计的研究对象,通过对研究对象的机械构造、电气控制原理的分析,对研究对象提出改进设计。在整个设计过程中使学生初步掌握机械系统、电气系统和运动控制系统的设计方法,并训练学生如何查阅资料及图表、进行数据处理以及创新设计,提高学生独立设计机电一体化产品的技术与能力,学会综合应用已学到的知识解决实际问题的能力。

本次课程设计的流程如图1所示,首先集中进行设计动员大会,给学生讲解具体的设计流程、设计任务、设计目标、考核方式及注意事项等问题,然后下达设计任务。由学生自由组合成设计小组并进行选题。学生选题后对具体的装备进行了解,由指导教师现场指导和答疑,再由学生查阅相关资料,由小组成员共同提出不同的设计方案,并提交指导教师审核讨论,确定方案后进入具体的设计环节。为了提高课程设计质量,中间进行小组的中期考核,课程设计最后一天进行答辩总结。答辩通过的小组修改完善后上交说明书及图纸等纸质材料,并提交相关电子材料和实物存档。

图1 课程设计流程图

2 指导方式与考核环节的改革

2.1 选题原则

学生可独立或组成课题组(不超过3人),从机电一体化课程设计选题单中任选一个题目,完成该题目的设计要求。鼓励学生和课题组自行拟定题目进行创新设计和深入研究,鼓励学生自己选取感兴趣的研究内容，鼓励学生对自己选择的题目制作出实物,学院可给予一定的资金支持。或根据自己的毕业设计题目报指导小组教师审核批准后完成机电一体化课程设计任务。小组成员相互协作完成所规定的研究内容,每个小组要标明小组成员在设计中的具体任务,最终答辩时要标明总体工作中的贡献和工作比例,或者每个人负责的内容。

2.2 设计环节及过程控制管理

学生在选题后进入方案确定环节,该环节采用“学生为主,教师为辅”的原则,充分调动学生的自主性。学生首先在实验室中找到与自己所选题目相关的设备或机具,对其基本结构、工作原理与传动控制方式进行深入分析与研究,测绘相关参数、绘制机构简图、查阅相关文献资料及对资料进行分析总结。

小组成员根据所选题目的任务要求,对运动形式、驱动方案、传动方案、控制方案等进行初步设计，确定多种预备方案。遇到问题需要小组成员共同讨论解决,指导教师只以启发式的方式辅助指导,既增强了互动性,又调动了学生积极性。学生在资料搜集和制订方案过程中,培养了独立思考与解决实际问题的能力,设计的方案表现出较强的创新性,综合运用所学知识解决工程问题的能力得到提升。

学生确定方案后,进入方案讨论环节,以小组为单位与指导教师分别进行讨论交流,该环节考查学生在设计中总体设计方案的可行性。如果方案问题较多或者不可行,指导教师会与学生共同讨论,引导和启发学生提出可行的改进方案,并由学生对设计方案自主改进和完善后,再与指导教师讨论交流,直至方案可行后进入具体设计环节。指导教师根据小组设计方案的质量给小组成员分别打分。

为了提高课程设计的质量,应对课程设计全程进行监控。中期检查就是一项有效的督导措施。该环节着重检查学生的设计进度及设计过程中所遇到的突出问题。采取ppt汇报的形式,首先每组的组长汇报课程设计的总体情况及进展,小组成员分别汇报各自的工作,然后进行讨论和提问,小组成员回答老师和同学的问题,再由指导教师针对存在的问题提出合理化建议,最后由指导教师根据小组成员的工作及表现进行评分。

课程设计的最后一天进行小组答辩,采取ppt汇报的形式,有实物的进行实物现场演示,指导教师根据汇报情况和完成情况现场打分。通过答辩的小组,根据指导教师提出的问题和修改建议，完善方案后上交纸质资料、电子版资料及实物存档。未通过答辩的小组,根据指导教师的整改意见修改后,进行二次答辩。

2.3 考核方式

课程设计最终成绩由自评成绩(20分)、考勤成绩(10分)、方案讨论成绩(20分)、中期考核成绩(20分)及最终答辩成绩(30分)5部分组成,具体评定标准见表1。通过对每个小组成员每个设计环节的详细考核和评分,既有力监督了每位成员的设计过程和设计能力,又对每位学生最终成绩的评定提供了相对合理的评定规则。

表1 考核环节及评分标准

3 课程设计过程中存在的问题及改进措施

3.1 存在的问题

在课程设计过程中也存在一些问题。首先是课程设计的时间安排。因为课程设计被安排在大四第一学期的后半学期,由于课设时间与考研时间重叠,考研学生的出勤情况和时间投入较差,影响到本次课程设计的教学效果；找工作的学生也不能保证充足的设计时间；一些制作实物或模型的小组由于网购材料和制作时间较长,个别小组会存在完不成的情况。其次是个别学生存在滥竽充数,不参与小组的实际设计工作。个别学习较差或懒散的学生,跟在学习较好的学生后面,经常出现小组3个学生中 ,实际只有1个学生具体设计,其他学生只是挂名。再次,因为设计过程中考研、找工作的人比较多,经常存在问题不能及时反馈、联系不畅等问题。

3.2 改进措施

鉴于教师与学生在进行课程设计过程中的各种问题,采取了如下一些改进措施。

首先,将机电一体化系统课程设计的时间安排进行适当调整,将课程设计的时间提前到开学初进行,课程设计过程及时间采取弹性制,具体安排上给学生充足的自由,但5个考核环节不变。例如选题在开学初进行,每组的设计时间最少3周；设计环节由学生自主控制,在完成相应环节后找指导教师讨论交流,指导教师根据各个小组每周的完成情况进行分类指导,分别进行方案设计讨论及中期考核和终期答辩。这样在较长的时间跨度内,可以给考研和找工作的学生充足的自由,制作实物的也有充足的时间进行调试改进,确保设计质量。

其次,针对在小组里面不实际参与的学生,在方案讨论、中期考核、终期答辩等环节严格把关,小组成员分别介绍自己的具体工作和设计过程,指导教师分别针对每个成员提出问题,对于不实际参与的学生,一旦发现立即提出警告,并令其限期改进该环节的设计工作,该环节的得分降一档次,并在接下来的环节成为重点跟踪检查对象。

再次,充分利用网络平台,建立QQ群、微信群,及时发布消息、共享资料,确保每个学生都能联系通畅,减少因为信息闭塞、沟通不及时影响课程设计效果。

4 教学过程实施效果

首先,本课程设计结合我院现有设备,反复进行讨论，选择确定了所有题目。针对我院农机实验室的先进农机装备进行电气化改进设计，具有一定的实践应用价值,同时也结合了农业院校的特色,在教学过程中取得了良好的效果。

学生在设计过程中,研究对象看得见、摸得着,通过对机械的实际观察和操作，查阅相关技术资料、结合题目设计要求,能够很快进入设计角色,也增加了学生的设计热情,提高了设计的主动性。其次,实施小组分工合作设计方式,小组成员共同完成具体的设计任务,培养了学生的沟通协作能力,锻炼了学生综合运用前3年学习到的知识解决实际问题的能力和应用创新能力。

在整个课程设计过程中,学生提出了许多优秀的设计方案,能够积极主动地进行各部分的创新设计,并制作相应实物或模型,进行调试改进。另外,通过实施过程控制管理,严格把关每个设计环节,严格审核每个学生的设计工作,充分调动了每个学生的积极性和主动性。通过不断完善每个环节的管理控制和全员全力参与,课程设计质量逐年提升。

References)

[1] 李琦,王基,刘永葆.《机电一体化系统设计》课程教学改革与实践[J].高等教育研究学报,2010,33(1):100-101.

[2] 谭为民.机电一体化课程设计教学实践[J].西南师范大学学报:自然科学版,2011,36(6):193-196.

[3] 韩向可,李菲.《机电一体化系统设计》课程的教学改革[J].中国科技信息,2010(9):262-263.

[4] 庄熙星.机电一体化实验教学探索与实践[J].实验室科学,2009,12(3):37-38.

[5] 罗庚合.机电一体化综合实验实训项目建设[J].实验室研究与探索,2009,28(5):171-174.

[6] 李辉.大学生创新能力培养中的创新实践教育平台建设[J].中国大学教学,2013(9):83-85.

[7] 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].中国大学教学,2008(7):110-111.

[8] 林若森,唐冬,雷黄力.机电一体化教学实验系统设计探析[J].职业与教育,2007(10):112-113.

[9] 邵园园,玄冠涛.机电一体化实验教学改革探索与实践[J].中国现代教育装备,2010(9):84-86.

[10] 赵志超,范文利,金薇.机电一体化综合实验周的探索与实践[J].电气电子教学学报,2004,26(1):75-77.

[11] 闫华,汪木兰,朱思洪.《机电一体化系统设计》课程教学改革的实践[J].中国科技信息,2008(15):241-242.

[12] 张秀珍,马秀娟,王新胜.改革实验教学,突出学生工程实践能力的培养[J].实验技术与管理,2007,24(11):11-13.

[13] 曲文君.机电一体化技术的发展趋势及应用研究[J].机械制造与自动化,2009(4):166-169.

Teaching reform and practice links of Design of Mechatronic Integration System course

Li Wei, Zhang Junchang, Huang Yuxiang, Hou Juncai, Shi Fuxi, Chen Jun

(College of Mechanical & Electronic Engineering, Northwest A&F University, Yangling 712100, China)

The Design of Mechatronic Integration System is an important part of the practice of mechanical manufacturing and automation professional, in order to improve the effect of the course design, and cultivate students’ creative design ability, the teaching process is focused on the process design, guidance, process control, and examination reform. The students’ enthusiasm for design and the design initiative are increased through the practice. The students’ ability of communication and cooperation ability, innovative design ability, practical ability are improved. The effect of curriculum design is increasing year by year.

mechatronic integration; curriculum design; teaching reform

10.16791/j.cnki.sjg.2016.11.056

2016-05-06 修改日期：2016-07-01

陕西省教育厅规划项目“个性化培养模式下农业机械类本科人才实践创新教学体系研究”(SGH140539)

李卫(1977—),男,山东淄博,博士,讲师,主要从事现代农业装备研究

E-mail：liweizibo@163.com

陈军(1970—),男,宁夏固原,教授,博士生导师,主要从事智能化农业装备研究.

E-mail：chenjun_jdxy@ nwsuaf.edu.cn

G642.0

B

1002-4956(2016)11-0216-03