机电控制类课程群建设的研究与探讨

张焕梅

[摘 要]机械电子工程专业主要研究机电系统的设计、制造过程，重点是将微电子技术、控制、电子工业及计算机科学等相关领域的技术应用于机电系统的开发过程中。课题组基于机电控制类课程复合性及实践性较强的学科特点，结合我校专业特色，对机电控制类课程群中所涵盖课程的教学内容进行整合与优化，对教学组织形式及实践教学等进行研究与探讨，建立完善的课程群建设框架，对基于一般本科院校的机械电子工程专业机电控制课程体系改革进行了有益的探索。

[关键词]机电控制；课程建设；教学改革

[中图分类号] G642.3 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）08-0073-03

机械电子工程专业是工程科学的一个跨学科专业，也称为机电一体化，是机械制造、电子工程及计算机科学等多学科交叉融合后形成的。机械电子工程专业主要研究机电系统的设计、制造过程，重点是将微电子技术、控制、电子工业及计算机科学等相关领域的技术应用于机电系统的开发过程中。虽然各高校机械电子工程专业的专业设置、具体方向及培养重点不尽相同，但基本都把能从事机电系统的研究、设计等工作的高级复合型工程技术人才作为其培养目标。[1]在实际工程应用中，机电系统早已广泛应用于我们的日常生活中，现代工业生产为了提高生产效率及产品质量，大规模采用了自动化生产制造技术，即机电系统一体化控制技术。机电控制系统作为自动化生产制造技术的核心，已经成为现代工业不可或缺的有机组成部分。近年来，我国出现了种类繁多的计算机控制的机电生产设备，因此，社会对机械电子工程专业人才的需求量与日俱增，尤其是对能解决生产一线诸多复杂问题的应用型人才的需求更为迫切。所以，具有完整的机电控制技术知识结构，并能恰当地应用机械对象或系统，对于现代机械电子工程技术人才来说十分重要。本文较为系统的从机电控制类课程群的相关建设方面进行了探讨。

一、当前机械电子工程专业教育存在的问题[2][3]

当前机械电子工程专业教育存在的主要问题是无法真正体现机电融合。机械电子工程专业发展之初，仅仅只是机械工程的一个专业方向或重点课程，目前在大部分高校均属于新建专业，在专业建设过程中，往往是在机械或电气的基础上形成的，因此，虽经过几十年的发展，仍然存在不少问题，如在课程设置上，偏重机械或电气的现象比比皆是。

机械电子工程专业建设目标是为社会培养具有综合创新能力的学生，以满足社会发展需要。培养具有综合创新的能力就必然要在课程体系中体现出综合性、应用性的专业特点。对比现在的培养体系，目前存在的主要问题有以下几点：

首先，机械电子工程专业是多学科交叉融合的产物，在课程设置上也应如此。而受历史影响，有的院校偏重于电类方面，有的院校则偏重于机械方面，在课程设置上一般采用二者相叠加的方式，这种课程体系的安排使学生负担比较重，教学内容难以突出重点，尤其是跨系部课程设置容易出现前行或后继课程知识无法衔接的问题。

其次，以课程为中心的设置方式，使得每一门课程都追求自身完整以试图形成一个相对完整的知识体系，从而导致课程间缺乏配合，使课程之间存在大量的知识重复，使课程理论性较强但知识结构的融合度不高，既影响课时的合理安排，又不利于加强学生的实践创新性训练。

另外，以设备为中心的实践基地建设，由于人事制度的相对落后，一般只强调购买设备，而忽视了实验教师的配备与培训，且学生对上实践课的积极性并不高，造成实验报告抄袭等现象较为严重，所有这些都严重影响了学生专业技能和工程实践能力的训练效果。

二、机电控制类课程群教学现状及存在问题

课程建设历来是高校教学改革的重要方面。因此，正确认识、理解并建设课程群，对于高校建设具有相当重要的意义。对于课程群的概念，许多学者从课程群的课程规模、建设目标等方面提出了诸多不同的见解，其核心思想认为课程群是把具有服务于相同应用目的的不同课程组合在一起，形成一个“集合”，从而系统地进行讲授和学习，这些课程彼此的教学内容并不重复，各相关知识点之间存在一定的关系，其实验实践环节是循序渐进的。[4]

我系机械电子工程专业所涵盖的机电控制课程群包括：机械控制工程基础、单片机原理与应用、PLC控制技术、机电传动与控制、数控接口技术、机电一体化系统设计及机械系统计算机控制等，课程内容涉及电类知识、计算机应用、控制及机电接口技术等方面。

近几年在培养计划的执行过程中，主要存在以下问题：

（一）课程体系不完整，部分课程内容设置重复

课程群下各相关子课程，一般由不同的教师甚至不同学科专业背景的教师讲授，这样，虽然教师在各自的学科有较深的造诣，但因教师之间缺乏必要的交流和沟通，又不方便集中备课，造成各讲各的，各自为政，使相关课程之间缺乏连贯性和整体性，造成部分课程内容重复或衔接不紧密，这样，既增加了学生负担，又使得教学效果不佳。[5]而机电控制系统则是一项复杂的系统工作，是将理论分析和工程实践相结合的综合过程，涉及控制原理及设备、检测技术、工艺设备等知识，包括建立被控对象的数学模型、确定控制系统性能指标、根据性能指标选择执行机构并确定相应的控制器及其外围芯片等工作，最后还需完成系统硬件设计和软件设计。所以，如果不能将课程群下各子课程甚至是各课程群之间有机地组织起来，培养目标就很难实现。

（二）实践环节效果不理想，實践教学水平亟待提高

各相关课程实验项目的设置以验证理论课程为主，并没有突出培养目标，不能体现前行课程及后继课程的衔接关系与知识结构，对学生知识应用引导不足，对学生创新能力训练欠考虑，造成学生不能把所学知识融会贯通。同时很多实践环节仅服务于某一门理论课，并不是根据生产实际设计的实践项目。因此，虽然当前的实践环节也能起到一些实践训练效果，但实践环节的设置并没有服务于“培养机电类复合型人才”的培养目标。endprint

（三）理论和实践环节脱钩

传统的实验课具有一定的局限性，很多实验课依附于理论课设置，只是为了验证理论的正确性而设置，学生做实验仅仅是照搬照抄理论范例，并没有实际掌握设计创作的过程，很难培养学生的综合创新能力。同时很多实践环节因陋就简，把一些需要上机器做的训练改成图纸练兵，把一些需要实际加工成产品的实验改成了模拟仿真。这样做虽然取得了一定的实践效果，但很难达到培养方案提出的训练效果，使学生不能从机械结构、电机驱动、电气及机械传动和软硬件接口等方面接受到综合训练，从而很难提升学生的工程设计能力及创新能力。

三、机电控制群课程改革措施

针对我系实际存在的问题，课题组在充分调研、讨论的基础上，重新修订了教学大纲和教学计划，并做了以下改进：

（一）调整课程设置，对课程内容整合优化

机电控制类课程群的首要问题是如何构建一个科学、高效的课程教学体系。因此应面向工程应用，依据适用性原则构建课程内容体系，不盲目追求内容的先进性，确保学生能高效的掌握机电工程所必需的知识并应用于机械电子工程实际。基于这一思考，课程组在进行了广泛调研的基础上，结合我系实际情况，根据机电控制群相关课程内容之间的联系，针对课程先行、后续及侧重点等方面，对课程体系及课程内容进行了整合及优化。如在机械控制工程基础和机械系统计算机控制课程授课过程中，弱化理论演绎，对公式的应用实行“拿来主义”，简化公式推导，突出对学生分析问题、解决问题和综合运用课程知识的能力培养。例如，关于数学基础知识的衔接问题这样处理：先开设的机械控制工程基础主要介绍拉氏变换，而Z变换则在随后开设的机械系统计算机控制中来介绍。再如存储器扩展在数控接口技术和单片机原理与应用中均有涉及，经讨论决定前者重点介绍全地址译码，强调译码电路设计及译码器的应用等内容；而后者从单片机应用角度出发，以线选法为主要介绍内容，强调线选法工作原理。

（二）改革实验内容，增设课程间综合性实践环节，注重实践能力的培养

在实验教学方面，应转变实验设计思想和改变设计方法、考核要求。首先，应改革实验内容，增加综合性、设计性实验的比例。[6]这样的实验项目具有教学实验与工程背景相结合的特点，对培养学生工程意识、训练工程能力有很好的效果。其次，在具体教学组织过程中，应充分重视实践环节，尤其是体现课程间知识联系及应用的一些综合性实践环节，让学生带着问题来学习，从而激发学生的兴趣。如学生学习完单片机原理与应用、PLC控制技术后，会进行机械系统计算机控制和机电一体化系统设计课程的学习，课程之间的连贯性比较强，学习中可引导学生提出问题：如何设计一个性能优良的控制系统？可选用什么样的控制器对机电系统进行控制？如何进行硬件电路的设计及软件程序的编制？如何选择电机及相应的驱动芯片？对于同一个典型机电系统，可以有几种实现方案？从控制器、驱动装置直到执行机构的选择，可以有几种组合？学生通过不同方案的实施，可相互交流，分析比较。这样，对于同一个典型机电系统，从简单到复杂有无限多的实验实践空间，在采用分层次教学的情况下，在学生掌握基本教学要求的基础上，给学有余力的学生提供了更多的选择空间。在内容讲授上，从易到难，从简单到复杂，从单一到综合，使学生充分掌握并自我运用知识，达到自己检查知识掌握应用的效果。通过这样的学习，各门课程在学生的头脑中能够融会贯通，从而取得事半功倍的效果。同时，学生通过不断提出问题、解决问题，一方面在学习的过程中提高了理论学习的积极性与主动性，另一方面对将来所从事的行业及工作环境等也有了一定的认识。[7]最后，对实践环节的考核方面，应重过程而轻结果，成功的经验虽值得提倡，但失败的教训对学生的成长影响则更为深远。总之，应通过理论—实践一体化的学习过程，提高学生实践能力。

（三）开放实验室，适度加大校外实践

机电控制课程群的鲜明特点在于：理论学习和实际解决问题之间差别比较大，大部分学生往往即使理论学习效果很好，但在跟工程实际结合解决问题时也会出现无从下手的局面。究其原因，跟实验学时少、学生对实验内容设置及对实验设备的熟悉程度等有一定关系，因此，实验室的开放式管理势在必行。此外，“上生产线下工厂”的教学模式是最能体现学校人才培养与行业企业人才和技术创新需求相对接的。因此，在修订2016年教学大纲时，我系邀请企业相关人员参与讨论，把复合型、应用型人才作为培养目标，重点培养学生如何应用相关知识、如何解决实际问题等能力。另外，我们也加强了深度校企合作方式，如聘请有丰富实践经验的企业技术人员指导学生在企业做毕业设计；通过课程置换等方法使部分实践环节全部在企业中完成；把合作企业作为依托构建校内外实验、实习基地等。总之，要将企业引入实践环节的教学中来，以提高学生的实践效果。

四、结语

基于“学校培养目标及人才”的教育理念，结合现代机械电子工程技术发展对人才的知识结构（机电）、能力结构（科学研究—工程实践）、综合素质（学习能力、应用能力）等方面的要求，课题组构建了“机电控制类课程群体系”，提出建设课程群的关键是整合课程体系，设置课程间综合性实践环节。同时在传授传统知识的同时，更注重机与电的有机结合，注重相关课程的衔接问题，注重培养学生在机电产品及系统方面的创新意识与应用能力。

为了提高机电控制类课程群教学效果，提出了课程群理论与实践教学的一些改革措施，利用课程内容上的关联性相互支撑和强化，使课程群结构整体优化。该方法紧跟机电控制课程的最新进展，体现了我系机械电子工程专业特色，努力使我系机械电子工程专业学生符合应用型复合型人才的培养目标。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 邱自学，姚兴田，王君泽.机械电子工程专业人才培养模式及其课程群建设[J].机电工程，2005（12）：60-63.

[2] 胡天翔.机械电子工程专业教学研究与人才培养模式探索[J].科技创新导报，2013（30）：102-103，105.

[3] 唐宏宾，吴康雄，李旭宇，贺湘宇.一般本科院校机械类专业机电控制课程体系改革实践[J].时代教育，2013（11）：6.

[4] 张景森，杜振川，周俊杰，等.高校课程群建设理论与实践中的几个问题[J].现代教育科學，2015（5）：64-69.

[5] 胡伟蓉，杨娅君，傅晓炜.高校机电一体化课程群实验教学改革的研究与探讨[J].中国现代教育装备，2007（12）：74-75.

[6] 陆凤仪，徐格宁. 机械设计制造及自动化特色专业课程群建设的探索与实践[J].高教论坛，2013（1）：18-20.

[7] 赵海霞，宇海英.机械类应用型人才培养的课程体系与教学改革[J].科技资讯，2015（7）：171-172.

[责任编辑：钟 岚]endprint