机电一体化课程体系研究

1、机电一体化课程体系研究摘要 :从系统的观点出发 ,从宽度、深度、跨度三维并行建设的 机电一体化的课程体系 ;基于课程体系对相关课程的教学内容进行了 整合集成研究 ,建立了国际化互动教学模式和大学生科技实践教学创 新平台 ,为应用型、创新型机电一体化人才培养打下了良好的基础。关键词 :三维并行机电一体化 课程体系 整合集成 动态专题在人类社会已经进入到知识经济社会的今天 ,机电一体化以其特 有的技术带动性、融合性和广泛实用性 ,迅速渗透于机械制造行业 ,使 之具备高新技术的现代机电一体化制造业 ,成为新世纪经济发展的重 要支柱之一。在此背景下 ,为提高自主创新能力以及在国际上的竞争 能力 ,高等

2、院校机械设计制造及其自动化专业必须适应市场需求,积极主动地与市场经济接轨 ,培养现代制造业研究、开发、生产、管理、 服务第一线需要的应用型和创新型的机电一体化工程技术人才。 为此 , 构建应用型、创新型人才培养的机电一体化课程体系势在必行。1 基于应用型、创新型人才培养的三维动态机电一体化课程体系 的研究1 . 1 机电一体化的共性关键技术机电一体化是在以机械、电子 技术等为主的多门技术学科相互渗透、 相互结合的过程中逐渐形成和 发展起来的新兴边缘技术学科。 它包含机电一体化技术和机电一体化 系统两方面的内容。 机电一体化技术是指包括技术基础、 技术原理在 内的使机电一体化产品得以实现、 使用

3、和发展的技术。 它是建立在机 械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、传感 与检测技术、电力电子技术、伺服驱动技术、系统总体技术等共性关 键技术群体之上的高级综合技术。 机电一体化系统有机电一体化产品 和机电一体化生产系统。机电一体化产品是指采用机电一体化技术 , 在机械产品基础上创造出来的新一代机电产品或设备 ;机电一体化生 产系统是运用机电一体化技术把各种机电一体化设备按目标产品的 要求组成的一个高生产率、高柔性、高质量、高可靠性、低能耗的生 产系统。因此为适应于应用型、 创新型的机械设计制造及其自动化专 业人才的培养目标 ,必须基于机电一体化共性关键技术构建机电一体 化课

4、程体系。1 . 2 三维构筑新型的机电一体化课程体系基于应用型、创新型 机电一体化人才培养 ,创建以先进制造系统为对象 ,从宽度、深度、跨 度三维并行建设的新型机电一体化课程体系 ,其三维立体构架如图 1 所示。该课程体系的特点是：拓宽专业基础、整合知识内涵、把握科 技前沿、更新教学模式。该课程体系是建立在全新的课程设置理念、 动态更新的系列教材、 国际化动态互动教学模式以及交叉学科科技实 践创新平台基础之上的空间发展构架 ,具体的三维辐射研究成果如下。(1) 宽度方向 ,围绕机械设计制造及其自动化的课程体系建设。为了适应新时期宽口径、厚基础、强能力、高素质创新人才培养 的要求 ,动态引进新理

5、论和最新科研成果 ,紧密围绕制造业机械设计制 造及其自动化的机电一体化产品 (系统 )或机电一体化生产系统 (先进 制造系统 )关键技术 , 整合集成机电一体化有关共性关键技术 ,形成在 宽度方向从技术基础和技术原理到系统设计、系统制造、系统控制 , 以及系统仿真、 故障诊断到可靠性质量管理的全寿命周期新型机电一 体化课程体系 ,如图 2 所示。新型机电一体化课程体系为平台模块式体系结构。 将课程模块化 使相互耦合的课程整合集成 ,以解决原有各门课程自成体系 ,对象单一 与知识零碎割裂 ,不能有机联系和综合应用的弊端。(2) 深度方向 ,凝结国内外最新科技成果的课程体系建设。根据厚基础、宽口径

6、的高素质人才培养目标 ,对机械设计制造及 其自动化专业课程通用基础部分加以整合和凝练。 具体举措是整合知 识集耦合强的相关课程 ,拓展专业基础领域 ,凝练基础理论内容。在机 电一体化专业方向课程平台中 ,每个模块的专题是在新课程体系中设 置的动态互动课程 ,该类课程主要聘请国内外知名教授、学者及具有 科研实力的教师开设。 通过与国内外知名大学及教授共同建设国际化 机电一体化专业方向模块 ,以及本专业具有博士学位的教授或副教授 授课将国内外最新成果动态互动地引入课堂教学 ,形成即加强基础又 引领学科前沿的国际化互动教学模块 ,从而大大地提升了机电一体化 专业课程知识领域的深度和难度。(3) 跨度

7、方向 ,促进学科交叉的科技实践创新的课程体系建设。机电一体化系统或产品的关键技术突出表现为多学科交叉、 多系 统集成与综合 ,需要进行信息综合与容错控制 ,同时具备高可靠性等特 点。因此，有必要建设一个多学科交叉的集成科技实践平台,使学生在该平台上有机融合所学知识进行科技实践创新 ,从而巩固和加强学 生对专业知识的掌握 ,培养创新思维 ,提高学生培养素质。通过配备名师指导学生从事与机电一体化技术相关的科研课题 的项目设计、研究等工作 ,取得的成果参加国家组织的大学生挑战杯 竞赛 ,江苏省高校组织的机器人竞赛、数控大赛等活动 ,以及学校各种 科技竞赛活动 ,设计多学科交叉科技实践创新平台 ,使学

8、生可以灵活、 自主选择实践环节题目和时间 ,提供科技实践条件和完善科技实践的 校院创新基金和奖励制度 ,使学生在科技实践中不断突破自我 ,培养其 发明、创新思维 ,提高其综合应用能力 ,从中找到科技创新的乐趣。从以上三个方向并行构建的机电一体化课程教学体系 ,是以宽度方向为主体 , 深度和跨度为加深课程体系的内涵建设渗透于宽度之 中。1 . 3 基于机电一体化课程体系的课程集成整合研究按照前述构 建的三维动态机电一体化课程体系 ,注重课程体系与课程群的整体性 和一体化建设 ,加强不同课程间的互补 和整合集成 ,并使课程体系模 块化 ,解决原有各门课程自成体系、对象单一与知识零碎割裂 ,不能有

9、机联系和综合应用的弊端。从机电一体化综合应用能力和素质培养的总体要求 , 根据机电一 体化技术的知识结构及其在培养学生知识能力结构中的任务和作用 确定各课程的功能定位 ,规划课程的结构体系 ,整合集成课程的教学内 容 ,并加强教学内容的有机联系 ,避免空白和重复。1.3.1 机电一体化课程群的模块化 (1) 机电一体化技术基础课程 群。技术基础课程模块：工程图学、工程材料与热加工技术、工程力 学、 电工电子技术、 C 语言及程序设计、微机原理、机械CAD/CAM 、流体传动与控制、机械制造技术。(2)机电一体化技术应用课程群。 机械技术应用课程模块：机械设计原理与方法、机械装备技 术、现代设计

10、方法。 控制技术应用课程模块：控制工程基础、计算机应用技术、 网络技术基础。 检测技术应用课程模块：检测技术基础、常用传感器及检测 电路、机械设备检测与故障诊断技术。 机电技术综合应用课程模块：机械产品计算机辅助工程、数 控技术、机电传动及控制技术。(3)机电一体化专业课程群。 机电一体化设计及专题模块：包括机电一体化系统设计、虚 拟样机设计、专题动态课。 机电一体化制造及专题模块：包括机械制造自动化技术、数 控机床及维护、先进制造技术、专题动态课。 机电一体化控制及专题模块：包括机电一体化技术、机电设 备计算机控制技术、专题动态课。1.3.2 课程内容的整合集成 (1)将机械制图、计算机绘图

11、 (二维图 )、 计算机三维造型等课程内容整合集成为工程图学。(2)将机械原理、机构创新、机械设计、公差配合与技术测量等 课程内容整合集成为机械设计原理与方法。(3)将机械工程材料、材料成型基础课程内容整合集成为工程材 料与热加工技术。(4) 将数控原理与系统、数控编程与加工、数控机床及其故障诊 断等课程内容整合集成为数控技术。(5) 将机械系统设计、检测系统设计、控制系统设计、伺服系统 设计、电液控制系统设计以及机电一体化生产系统设计整合集成为机 电一体化系统设计。(6) 将机械控制工程基础、计算机数字控制基础整合集成为控制 工程基础。(7) 将机械优化设计基础、有限元方法、机械可靠性设计等

12、整合 集成为机械现代设计方法。2 机电一体化课程体系实施成果或创新机电一体化课程体系的 实施包括队伍建设、教学教改、多媒体建设、试题库、实践环节、考 核、教材建设以及过程管理等等 ,牵涉的范围很广。现仅就本课程体 系实施中取得的主要成果或创新加以介绍。2 . 1 围绕课程体系建设机电一体化精品课程校级机电一体化系 统设计精品课程就是基于本课程教学体系而建设 ,目前已经建立了机 电一体化系统设计课程的精品课程独立网页 ,主要包括教学大纲、电 子课件、师资队伍、在线作业和辅导答疑、试题库 ,以及实践教学等 内容。2 . 2 基于课程体系课程整合集成教学内容 , 编写与之适应的教 材按照机电一体化课

13、程体系 ,注重课程体系与课程内容的整体性和一 体化建设 ,加强不同模块间的互补和整合集成 ,并使课程内容模块化 解决原有各技术自成体系、对象单一与知识零碎割裂 ,不能有机联系 和综合应用的弊端。 从机电一体化综合应用能力和素质培养的总体要 求,根据机电一体化技术的知识结构及其在培养学生知识能力结构中 的任务和作用 ,确定各模块及其课程的功能定位 ,规划课程的结构体系 整合集成课程的教学内容 ,并加强各课程之间教学内容的有机联系 ,避 免空白和重复。在此基础上 ,已编写出机电一体化系统设计 、控 制工程基础 、机械制造自动化技术 、先进制造技术 、机械 CAD/CAM 、计算机辅助设计 、机电传

14、动与控制 、数控机床与 维护（校内讲义 ）、数控实习指导书 （校内讲义 ） 、数控技术、测 试技术等新教材 ,其中机电一体化系统设计 和机械 CAD/CAM 被评为国家 十一五规划教材 ;机械 CAD/CAM 被评为江苏省精品 教材 , 机械制造自动化技术立项为精品教材建设项目。这样从根 本上解决了教学内容的变化和教材内容不相符的矛盾。2 . 3 设置动态专题 , 建设国际化互动教学模式在机电一体化专 业方向课程平台中 ,每个模块的专题是在新课程体系中设置的动态专 题课程 ,该类课程主要聘请国内外知名教授、学者及具有科研实力的 教师开设 ,充分发挥国内外资源 ,做到优势互补。该课程的授课教师可

15、提纲引领式地授课 ,学生撰写科技论文 ,采用 专题讨论、专题报告和学术论坛等方式阐述自己的观点和评判其他同 学的见解 ,并自主搭建试验台检验论文结论 ,从而培养学生科学的思维 方法和求真务实的科研作风。（1）聘请国内外专家针对本专业方向进行动态专题讲座 , 将国内外 最新成果动态互动地引入课堂教学 ,形成即加强基础又引领学科前沿的国际化互动教学模式。 利用我校与德国爱斯林根应用科学大学教授 合作研究和合作办学 ,留学生互派等多种形式的交流方式 ,实现本科生 的定期互派 ,对办学思路的改变和教学改革起到了推动和促进作用。 每年在机械类专业大三的学生中选派一些品学兼优本科生赴德国爱 斯林根应用科学

16、大学参加德国政府资助的为期半年英语授课的 IAEP( 国际学术交流 )项目。在这半年中学生通过有关的专业基础课、 专业课以及德国历史和语言的课堂教学、 德国国际着名企业与人文风 光的参观学习拓宽了专业知识 ,加强了学生工程应用能力和国际化的 创新能力的培养 , 同时也极大地促进了在校本科生进一步学习的 积 极性。德方不定期的选派毕业设计阶段的学生或本科来我院或到中国 境内的中德合资企业完成毕业论文并在我校做毕业设计总体情况的 综述报告。(2) 利用与德国爱斯林根应用科学大学的互联网教学课堂开设双 语教学网络课程 ,让授课教师和学生与德国教师和学生直接交流 ,取长 补短相互学习。(3) 设置 科

17、技创新的动态专题 ,由相关教科部具有具有博士学位 的高级职称教师以案例的方式 ,专题介绍毕业设计、科学研究的方法 , 以提高学生的应用创新能力。这样 ,通过国外教授引入一些国际化的授课方式及本专业教授、副教授自己最新科研成果动态融入课堂内容实现科研与教学的完美 结合,共同建设国际化的机电一体化课程教学模式。本专业已经形成 了网络化双语教学、课堂讨论、专题报告、启发互动式相结合的多元 化新教学模式 ,激励学生在课堂中积极思考、课后踊跃参加科研制作、 积极自主地进行试验验证 ,培养了学生科学的思维方法 ,锻炼学生解决 工程实际问题的动手能力 ,达到了很好的效果。促进了新型教学模式 的发展。2 .

18、4 扩充实践教学内涵 , 构建科技实践创新平台为了培养学生 的动手能力、提高学生的综合素质 ,课程体系建立了基于交叉学科知 识的科技实践创新平台 ,主要包括以下几方面。2.4.1 设立创新基金 ,组织学生参加校内外各项科技活动 (1) 设立 科技实践的校院创新基金和奖励制度 ,鼓励学生积极申报创新基金课 题,使学生在教师指导下完成课题 ,并以在公开杂志上发表科技论文、 申报专利 ,或者完成实验研究、产品制作 ( 通过鉴定 ) 等方式结题。(2) 结合国家组织的大学生挑战杯竞赛 ,江苏省高校组织的机器人 竞赛、数控大赛等活动 ,以及学校各种科技竞赛活动 ,设计多学科交叉 科技实践创新平台 ,使学生可以灵活、自主选择实践环节题目和时间 , 通过配备名师指导、提供科技实践条件 ,使学生在科技实践中不断突破自我,培养其发明、 创新思维 ,提高其综合应用能力 ,从中找到科技创 新的乐趣。2.4.2 安排学生参与教师的科研工作教师从事的科学研究项目 往往都是涉及机械、 电子、计算机以及控制等多学科交叉的综合课题 项目。要求学生必须根据选题自己选择指导