机电一体化专业人才培养模式及教学改革.doc

机电一体化专业人才培养模式及教学改革杨彦东（燕山大学机械工程学院 河北 秦皇岛 066004）摘 要：分析了机电一体化专业的特点及其知识结构,从加强学生工程实践能力、以及机械工程教学改革两方面论述了机电一体化人才培养应注意的一些问题,并提出了人才培养体系的教学改革设想。关键词：机电一体化 人才培养 教学改革 课程建设0 前言机电一体化是机械、电子、计算机、自动控制及信息处理技术、系统工程、检测传感技术、伺服传动技术等有机结合的一门复合技术,它代表着机械工程技术革命的前沿方向。作为高等教育的一个学科，它力图以其强大的应用潜力培养出一大批高技术人才。然而它所要求的人才及人才知识结构、技术素养等明显不同于传统的机械工程以及电子工程人员，其培养模式及课程群优化设置与建设是一个尚未解决且急待研究的问题。近年来，现代光学技术与机电一体化技术相交叉，进一步形成光机电一体化技术。国内外技术及其产业的发展非常迅速。国外著名光机电一体化企业面向全球市场,投入大量资金和人力，通过自行开发或联合开发、兼并或收购等形式，大力发展光机电一体化产业, 逐步形成产品研究、开发、经营的联合体。针对(光)机电一体化技术及产业发展的特点和要求，研究本科教育人才培养的模式、课程知识体系的结构、工程训练方式等,以培养出合格的机电工程专业人才，更好的满足市场需求。1机械电子工程的特点及其知识结构要求机械电子工程是机械、电子和计算机工程等多学科交叉与融合的产物，如图1所示。它又不断通过学科交叉、技术融合和创新，使其本身得到持续地发展。机械电子工程是多技术融合与集成而面向应用的学科。一类应用是种类繁多的采用机械电子技术的物理产品，包括机械类产品和大量非机械类产品，可以把它们分为加工机、信息机和动力机；一类应用是采用机械电子技术的各种制造过程，如柔性制造系统、计算机集成制造系统等。两种应用都是独立的系统，强调不同技术的集成与融合，从而追求系统达到优质、高效、低耗、清洁和柔性；机械电子产品的规模小，而制造过程则是一个大系统；机械电子产品本身主要是技术的集成，而制造过程还要将技术和管理结合起来，从而形成制造技术、信息技术、管理科学等相关科学技术交融的先进制造技术。机械电子工程的主要特征表现为：快速更新、技术交叉和多层次发展。微电子技术、计算机技术以及信息技术的快速发展必然推动机械电子系统的进一步更新和换代。学科交叉、技术融合以及技术创新是机械电子工程迅速发展的关键。机械电子系统的内容和结构呈现从低级到高级的多层次性，如智能机械电子系统可以从初级、中级、高级到接近人类智慧。不同级别的系统可以根据实际需要同时并存，并不是在出现更高级的系统后，较低级的系统就必然淘汰。机械电子系统设计最具挑战的问题之一是系统结构的设计，即硬件(驱动器、传感器、仪表、电源、集成电路芯片、控制器以及数字信号处理芯片等)和软件(完成传感和控制的环境及算法、信息流及数据采集、仿真、虚拟样机等)的选择，如图2所示。机械电子系统可以分为： (1) 常规机械电子系统；(2) 微机械电子系统(MEMS) ； (3) 纳米机械电子系统(NEMS) 。常规机械电子系统和微机械电子系统的基本原理是相同的，而纳米机械电子系统正在使用不同的概念和理论进行研究。设计人员利用经典力学和电磁学理论研究常规机械电子系统和微机械电子系统，而量子论和纳米电子力学被用作研究纳米机械电子系统。图1 机电一体化的涵义机械电子工程专业不同于其它以自然科学为基础的专业，它更多的是深入研究工程设计问题，重点是将控制、微电子以及计算机等相关领域的技术应用于机械系统和制造过程。因此，机械电子工程是对包括机器设计、物体运动控制、能量转换、热力学、热交换、流体力学以及机械控制等方面的广泛领域进行研究。对机械结构设计更多的是考虑机械系统设计以及整个系统的相互作用，从控制的角度，研究和了解系统的各部件是如何在控制之下作为一个有效和有机的完整系统协同一致工作的；从能量转换的角度，分析和决定零部件的最佳组合方案，以及怎样协调和控制系统设计以确保系统设计的全过程按系统的设计方案运转。机械电子工程专业定位在“机械工程”的大领域，突出光、机、电有机结合和融合，主要对机械控制、测量、状态监控等方面开展研究和设计。因此，其主要的关键技术包括： (1) 检测传感技术， (2) 信息处理技术， ( 3) 自动控制技术，(4) 伺服传动技术， (5) 精密机械技术， (6) 系统总体技术。综合以上，不难看出，机电一体化专业，不仅要求学生具备相当的理论知识，更重要的是要具备较强的动手能力，这样，才能够为我们培养工程师这一目标，打下坚实的基础。加强学生工程实践能力的培养(1)要大力加强学生动手能力和创新力的培养。现在用人单位录用毕业生一个重要的标准，就是学生的实践能力。我们要加强学生能力的培养。不但要培养她们的学习能力、思维能力、分析及综合能力，教会他们要把知识的传授与能力培养相结合，更要让他们知道只有能力提高了，学习和应用知识的本领才会提高。因此在讲授中也应通过给学生设计一些较有创新的题目，让学生自己动手，以进一步培养学生独立从事科研开发的能力，使他们由被动学习变为为主动。图2机械电子系统分类及应用的基本理论(2) 营造良好的校园氛围，培养大学生独立获得知识和信息、并对其进行选择、综合、应用和创新的能力。形成学生充分挖掘自己潜力、发展个性和支持学生脱颖而出的成才环境。要打破传统的按单一课程独立设计实验的做法，从学生全面能力训练需要出发，整体优化实验项目。要开放实验室，增加学生动手操作的时间，并鼓励学生作探索性的实验，鼓励学生自己设计实验项目，成为自己学习、自己实践的主体，如在实验室由老师指导下可制作电子钟、电子动物等一些作品，使实验室真正成为学生发挥自己聪明才智的场所。开展包括机械设计竞赛在内的各种竞赛，引导和组织学生参加各种科学研究活动，展现学生的创新能力。要压缩教学计划，加大选修课比例，为学生个性发展留出空间。(3) 要加强校内外实习基地的建设。开展课外科技和第二课堂活动，这一方面可以补偿由于课堂实验不足，实验技能较差的那部分学生也可通过实践得到感官认识，掌握课堂中没有掌握的内容； 同时，可给实验技能较强并对此类技术有兴趣的学生做一些小发明创造机会。3更新教育观念，深化机械工程教学改革（1）学校机械电子工程专业人才培养的目标，主要是从事机械电子产品及将机械电子技术应用于制造过程的研究和应用开发人员。专业的长远建设是培养复合型人才，这就要求我们必须转变教育观念。树立创新教育、开放教育和个性教育的观念，是构建机械工程人才培养体系的前提，更改教学内容是构建机械工程创新人才培养体系的基础。当代机械工程任何一项新发展和新成就都是各个相关学科的综合引用以及众多先进技术交叉渗透的结果。所以要打破原有课程体系相对分散的学科体系结构，扩大专业面向，围绕设计主线对相关课程进行重组与整体优化，按理论课、工程实践与实验课、设计训练课三大块，构建了工科机械基础系列课程体系，理论课精选并改造传统的工程基础课程，充实现代科技发展的新内容。注重创新能力的培养，抓好教育内容、教学方法和教学手段三个方面的改革。要注意机械与电子、计算机、信息和能源等技术的互相渗透与融合。高新技术的快速发展，使得机械人员必须学习、掌握电子、计算机，防真、光电等应用技术，促进机电一体化的快速发展。因此要从学科整体的高度来合理构建教学内容并从这一前提出发进行课程体系和内容的整合与重构。在精选、融合上下工夫，注重知识的基础性、有效性和可迁移性，切忌新知识机械地罗列和迭加，要搞好整体优化，突出融合与应用，强调新内容在机电一体化中的应用。(2) 大学教育要把充分发挥学生的主导精神放在第一位，要让学生清楚大学教育只是“基础教育”阶段，即让学生获得继续发展所需的基础和条件以及可持续发展的能力。注重以学生为中心，强调个性发展，因材施教，应摆脱以教师、课堂和书本为中心的教学模式。倡导教学过程的“开放性”，打破教学单一性局面，把教学过程转变为学生学习、应用、发展知识的过程，让学生在学习中提高获取知识的能力。可将一门课中的某些内容采取让学生通过自学、课堂讨论和辅导、论文/ 设计或实验、社会实践等方式教学，这样能让学生学得更活，更好。这样可以使学生学到更多的机械电子工程专业所需要的知识内容，给他们留下一定的空间，每个学生可以按自己的兴趣和特长去钻研相关的课程深度内容，以培养出“千人千面”的不同人才。(3) 传统的实习方式不能代表现在机电一体化行业的基本内容，所以引入数控等加工实习内容是适应机械制造业发展的必然趋势。强化实践环节，打破实习只强调专业对口的单一模式，使之有利于启发学生的创新思维。要结合本专业特点及人才特点，根据市场需求和本学科承担的与实际生产工具相结合的相关科研课题选择建立相应实习工厂。使学生能接触到更多的工程实际，从而能更快地进入工程技术人员的角色。学生在实习期间，也要结合实习车间的生产给学生布置实际生产零件的加工作业，加深对金工实习的理解。为学生创新潜力的发挥提供良好的条件。(4) 要正确处理“机”、“电”关系。为了适应数字化制造时代的要求，学生在学习机械类课程的同时必须加强电的知识、计算机、机电接口技术、自动化技术的学习。要合理安排机和电的关系，采用“以机为主，以电为用，机电结合”的机电一体化培养原则，对原有课程精简、优化、合理渗透创新，建立机电一体化综合实验室。在课程设置方面，注意学科的综合，加强机械技术与计算机技术、控制技术、光电技术、仿真技术的结合，并以这一内容为前提进行课程体系和内容的整合与重构。(5) 加强对毕业设计等综合实践环节的教育质量检查和评估等，把单一的培养模式改变成灵活多样的培养模式。毕业设计占大学学习阶段相当大的比例，学生将来如何发挥自己的作用，是对一个学校的教学质量、效果最客观的检验。要以科研促教学， 拓宽学生的知识面，让学生尽量选用能适应目前市场需求实际生产或科研方面的课题，所以那些与实际生产单位合作的老师有条件应带领学生到相应的工厂、公司或将工厂、公司的技术问题拿到学校结合教师科研课题完成毕业设计，学校要面向工厂开放，进行人才交流，有条件的由实际工程技术人员现场指导完成毕业设计。(6)高等学校办学模式已经多元化，社会需求不再完全通过国家计划反映，用人单位有用人的自主权，用人单位的意向对学校的生存和发展的影响越来越大，这将以生产力为主业的高校必须面对的现实。改革培养模式，适应社会需求的变化。在市场条件下，学校与用人、求学者存在市场供求关系，学校教育功能是为经济建设服务，要发挥市场机制和人才资源优化培植方面的基础作用，要树立人才培养市场观念，最终通过学生顺利毕业、社会满意来实现。因此，高等学校与企业的物质产品存在共性，应高度重视人才质量和“产品”适销对路；其次高等学校中的机械专业作为专业教育，具有明显职业性和专业性，大多数学生的目的是为了增长才干，为了就业和创业，在社会中谋求个人的生存与发展。4. 结论高等院校机电一体化专业的教育担负着为国家培养中高级机械工程技术人才的重任，机电一体化教育必须适应国民经济和社会发展的需要，必须突出特色办学。要面向市场，面向工程，注重对学生人文素质的教育，注重创新能力的培养，调整对学生的实践和动手能力的培养。进行教学内容和课程体系的改革，要加强学校与社会、教学与科研、生产的结合。走产学研合作之路，树立崭新的机电教育观念，建立全新的人才培养模式。参考文献：1陈雪丽. 工程类专业人才培养实施素质教育的思考J .扬州大学学报， 2002 (3) ： 392412王沛民， 孔寒冰. 我国高等工程教育需要整体反思J . 中国高等教育， 2001 (5) ： 28230.3 路祥、王沛名. 工业创新和高等工程教育改革J . 高等工程教育研究，1996 ，No2.4 袁兆山等. 加强研究生创新意识和创新能力的培养J .机械工程学报，2000 ， (2) .5 蓝劲松. 学校学生与人才市场：实证分析J . 清华大学教育研究，1988 ，No.6 钟秉林. 我国院校高等工程教育的改革与发展J . 中国机械工程，2000.7 朱高峰. 面向21 世纪的工程教育改革与发展J . 高等工程教育研究，2000 ，No2.8 毛健. 用现代技术改造传统高等教育J . 中国高等教育，2001 ，No8.9 梁锡昌. 论“机械设计制造及自动化专业”教学新体系J . 中国机械工程