工程教育专业认证新形式下的机电一体化课程改革探索

冯栋彦　赵立宏　唐永辉　胡良斌　申龙章

摘要：以培养合格的机电一体化人才为目标，针对企业需求与课程教学内容存在的差异，对课程理论和实践教学内容进行深入的探索，提出改革措施，形成适应课程本身特点并符合工程教育专业认证对复杂工程背景问题要求的教学内容，提高学生的实践能力及创新能力。

关键词：机电一体化技术 教学改革 专业认证

一、引言

随着现代化制造业的快速发展，机电一体化技术已成为促进我国工业发展和更新的重要动力和组成部分。《机电一体化技术》课程是我校机械设计制造及其自动化专业的一门专业必修课，培养目标是通过该课程的学习，使学生能够了解机电一体化的基本知识和共性关键技术，掌握机电一体化的重要实质及机电一体化设计的理论和方法，从而能够灵活地综合运用这些技术解决机电一体化产品的分析、设计与开发的实际问题。

随着我国经济结构的调整和劳动力的短缺，企业和工厂对机电一体化专业人才的知识结构提出了新的要求，传统的教育观念和人才培养模式侧重于理论知识的讲授，实践环节偏少，又由于课程内容知识点多、综合性强，学生个体对以往基础知识掌握程度不一致，造成学生遇到自己薄弱环节时学习的积极性不高，导致学生只是简单了解一些课本上的理论知识，不能系统地掌握机电一体化产品设计的基本技能，进而无法满足现代化制造业对能够处理实际复杂工程问题人才的需求。因此，对机电一体化技术课程教学的改革势在必行。

二、机电一体化教学内容存在的问题

不同于高职院校以培养学生某一具体技能为目标，高校机电一体化课程是培养学生解决机电一体化产品的分析、设计与开发等实际问题的能力。为达成这一培养目标，需要学生对机电一体化技术的各方面知识有一定的了解，通常的做法是把教学重点放在构建知识体系的完整方面，以机电一体化系统的基本组成要素——机械本体、检测传感、伺服驱动、动力系统、信息处理和执行机构为主要讲述内容，分别针对以上要素进行逐一讲解。这种方法能够较好的使学生掌握每一个组成部分的理论知识，但是这种方法也人为地把机电一体化的系统性分裂开来，不能很好的体现机电一体化的有机整体性，导致学生毕业后从事一线生产设计时缺乏系统的观念和解决实际复杂问题的能力。

其次，教学内容滞后。机电一体化是多种技术交叉融合的产物，相关技术的发展都在推动着机电一体化的发展，许多新的科学技术没能在教学内容中体现，这就导致课程内容设置落后于當前机电一体化技术的发展。比如目前随着光学技术的发展，光机电一体化的产品和设备发展应用非常迅速；注重于微小化的微机电系统技术（MEMS）、纳米机电技术（NEMS）以及与生物产业息息相关的生物机电工程等。

另外，教学、实践设备落后。与高职院校培养设备操作、故障检修等实用性较强的一线技工不同，高等院校培养学生具有机电一体化产品的设计、分析和应用的能力。正因如此，高校教学设备应是具有完整系统功能的机电一体化产品，但由于经费投入不足，学生人数众多的原因，实践教学设备人均拥有量较少、设备相对落后，开设的验证性实验居多。

三、机电一体化教学内容改革的探索

1.理论教学内容改革

针对企业对机电一体化人才的需求，重新设计教学内容，组织教学计划。高校机电一体化课程要突出知识与实践的结合，课程设置要从基础和应用的有机链接上抓起，按照工程教育专业认证的标准，通过与企业相关专家共同论证，进行课程内容设置，以满足现代化制造业对人才的需求。教学内容应该与培养目标相适应，在选择教材时应考虑与先修课程教材之间的配合性，对机电一体化技术知识联系紧密的课程进行跨学科的系统化处理，保证不是以往所学知识的简单重复，而是在以往理论知识的基础上着重综合能力的培养。在理论内容讲述过程中，改变以往以机电一体化五个组成部分为主要内容，分别进行讲解的方法，代之以典型的机电一体化产品为实例，从产品的系统性人手，分解出主要组成部分及相关要素之间的有机联结，这种总而分的实例教学方法，更容易使学生了解机电一体化产品的系统性工程思想，掌握总体设计的基本方法和技能。

2.实践教学内容的探索

以往机电一体化课程实践环节主要针对数控车、铣床，线切割机床，电火花成型机床等大型设备，开设认知和验证性实验，但由于设备庞大，内部结构复杂，又不可能开设拆装实验，以至于对整体结构没有直观的认识，因此不能使学生清晰地了解机电一体化产品内部结构之间的关系。随着制造业现代化的快速发展，机电一体化产品在机械、电子、医疗、信息、军事、航空航天等各种领域都有了大量广泛的应用，所以实践教学内容的设置不局限于数控机床等设备。我校机械工程学院在现有数控机床，激光加工快速成型机等设备的基础上，购置了多套教学机器人、3D打印机、步进电机控制实验台等设备，并编写适合教学要求的实验教材，对每一项实验都有详细的实验内容、实验目的、实验步骤等指导说明，在此基础上还指导学生开展创新性实验，建立了涵盖光学、机械、电子、检测、控制和驱动等机电一体化关键技术的实验体系。为加强学生动手能力的培养，通过分组完成小家电智能化的改造、防盗报警系统设计、光电式计数系统设计等具有产业背景的实际课题，使学生通过原理方案的设计、结构设计、执行器设计、检测传感、控制系统的设计及相互之间的接口设计等实践过程，加深对机电一体化系统的整体认识，加强设计中的系统意识，培养学生综合运用所学知识解决工程实际问题的能力。

四、小结

机电一体化教学改革任重道远，随着科学技术的发展，机电一体化教学内容需要不断进行更新。如何将工作任务和内容转化为学习领域的课程内容，实现学习与工作的无缝衔接，激发学生的学习兴趣，培养理论基础扎实又具有动手解决实际复杂工程问题的能力，是机电一体化教学内容改革的重点。