面向機械專業(yè)的機電一體化方向檢測與控制系列課程的整合和優(yōu)化

1、面向機械專業(yè)的機電一體化方向檢測與控制系列課程的整合和優(yōu)化傳統(tǒng)學(xué)科體系的界限隨現(xiàn)代科技發(fā)展變得模糊，呈現(xiàn)相互滲透和交叉的態(tài)勢。在機械工程領(lǐng)域，現(xiàn)代機械結(jié)構(gòu)、檢測與控制技術(shù)往往互為條件并緊密結(jié)合。這種密切的關(guān)系促使工業(yè)生產(chǎn)由機械工程領(lǐng)域邁入以機電一體化為特征的發(fā)展新階段，從而需求大量具備機電一體化基礎(chǔ)理論，強調(diào)機械動手能力與機電控制能力相結(jié)合的新型機械專業(yè)人才。為適應(yīng)這種需求，機械大類下機電一體化方向的教學(xué)探討逐漸被重視，檢測與控制類課程在機械專業(yè)的教學(xué)培養(yǎng)中的地位逐步提高。但傳統(tǒng)思想的影響使傳統(tǒng)課程和檢測與控制系列課程自成體系，內(nèi)容脫節(jié)，造成學(xué)生即使熟識機械結(jié)構(gòu)也無法清楚其控制運作流程。要改變

2、知識結(jié)構(gòu)上“機強電弱”的嚴峻局面，解決知識更新與課時減少的矛盾，迫切要求進行課程內(nèi)容整合，開展教學(xué)改革和實踐分析?；趥鹘y(tǒng)機械專業(yè)教學(xué)模式，如何把握好機電一體化的內(nèi)涵，教學(xué)中避免機械、檢測和控制等技術(shù)的簡單組合、拼湊，如何通過課程整合和優(yōu)化課程內(nèi)容，探討教學(xué)中機電的合理結(jié)合，成為教學(xué)改革中的核心問題。本文從分析現(xiàn)階段的具體問題，突出機電一體化的需求著手，面向機械大類進行“檢測與控制”系列課程的整合和優(yōu)化教學(xué)改革研究。文中主要分析如何優(yōu)化課程的配置和聯(lián)系，有效使用先進的教學(xué)方法和手段，充分利用資源，將機械工程的特點和檢測與控制的課程整合為一個現(xiàn)代機械工程測控系統(tǒng)的教學(xué)體系，使學(xué)生在有限的學(xué)時內(nèi)能

3、夠掌握機電一體化的基本理論及先進技術(shù)，系統(tǒng)、有效地將機、電結(jié)合，從而有效提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率。1 優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)，豐富教學(xué)內(nèi)容，推進課程整合通過企業(yè)走訪、畢業(yè)生座談等方式，明確了社會對機電一體化方向人才的需求：需具備傳統(tǒng)機械專業(yè)扎實的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、力學(xué)分析、切削原理等基礎(chǔ)理論，又要有較好的電力電子、電機傳動、測控技術(shù)等知識。檢測與控制系列課程作為機電一體化方向的主要電類課程，內(nèi)容廣且復(fù)雜，單純地將檢測與控制系列課程捆綁在傳統(tǒng)機械專業(yè)上，是不可能達到較理想的教學(xué)效果的。因此，根據(jù)社會調(diào)研的結(jié)論，在“機為基礎(chǔ)，電為機用，機電合一”思想的指導(dǎo)下，對檢測與控制類課程內(nèi)容進行整合優(yōu)化。在課程教學(xué)中改變以

4、前慣勢，淡化課程中一些純理論的內(nèi)容，如傳感器的結(jié)構(gòu)形式和工作原理的繁復(fù)推導(dǎo)與演算過程，把重點放在常見傳感器的應(yīng)用上。同時適當(dāng)增加一些跨學(xué)科內(nèi)容，如：如何對傳感器輸出信號進行處理；結(jié)合數(shù)控技術(shù)和機械加工工藝需求，以一些實際機電設(shè)備為例，分析機電測量與控制系統(tǒng)的構(gòu)建；在檢測與控制中，常用的分析信號的方法和儀器以及計算機輔助虛擬軟件；等等。通過諸如此類結(jié)合機械工業(yè)中實際應(yīng)用的課內(nèi)整合，合理安排教學(xué)內(nèi)容，增強各部分之間的銜接，使課程內(nèi)容綜合化、一體化，使學(xué)生更快地形成熟練的機電一體化綜合專業(yè)技能現(xiàn)階段各種相關(guān)教材各有特點，但都把測試和控制分成兩個獨立的知識環(huán)節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生不能理解測量系統(tǒng)與被控對象、自控

5、系統(tǒng)之間的內(nèi)在聯(lián)系，無法正確分析自控系統(tǒng)中測量信號的獲取，更無法正確進行測量儀器的選擇、配置和使用。止匕外，教材內(nèi)容以理論分析為主，抽象枯燥，很難調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，達不到期望的教學(xué)效果。基于這種情況，通過充分理解教材中基本內(nèi)容及之間的聯(lián)系，教學(xué)中調(diào)整知識結(jié)構(gòu)，大膽合理地對教材內(nèi)容進行專題式整合，著眼應(yīng)用，引入機械加工、數(shù)控技術(shù)等實例來分析，將學(xué)習(xí)內(nèi)容按系統(tǒng)性、層次性的特點重新“建構(gòu)”，使學(xué)生對知識有整體的把握。如在課程講授中，打破教材的局限，把常用的機械量的檢測與控制進行整合，形成溫度檢測控制系統(tǒng)、位移（速度、加速度）檢測控制系統(tǒng)等多個專題，結(jié)合工業(yè)實例，分析信號特征、傳感器選用、信號處理、

6、自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其動態(tài)性能分析等，將教學(xué)內(nèi)容整合為全面系統(tǒng)的機械工業(yè)自動測控技術(shù)體系。通過課程整合，體現(xiàn)了機電合一的目標。但要切實取得相應(yīng)的教學(xué)效果，教學(xué)設(shè)計和教學(xué)處理尤為重要。課堂教授語言精煉，突出重點，精粗得當(dāng)才能化難為易。如檢測技術(shù)中信號的采集處理都基于傳感器，而傳感器的工作原理多種多樣，后續(xù)信號處理也各不相同，講授中突出常用機械量檢測中應(yīng)用到的傳感器及其信號處理系統(tǒng)的分析，淡化檢測的繁難理論而重應(yīng)用，這樣適合機電一體化方向的要求。而對包含大量數(shù)學(xué)推導(dǎo)和電學(xué)、力學(xué)基礎(chǔ)理論的控制部分知識，講授中輔以動畫、錄像等手段，以講清基本原理和分析問題的思路為主線，從專業(yè)需求入手，以應(yīng)用為主，盡可能避開

7、繁復(fù)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，不給學(xué)生造成心理壓力。2 以探究性教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，加強實踐教學(xué)課堂教學(xué)以引導(dǎo)學(xué)生自主思考、動手實踐為目的。教學(xué)中以設(shè)問講授歸納解決問題的方式展開，通過課內(nèi)和課外給學(xué)生提供更多的自主學(xué)習(xí)和實踐探究的機會，強化學(xué)生知識的遷移能力，使學(xué)生具備與未來職業(yè)相適應(yīng)的分析和解決問題的能力。根據(jù)學(xué)生電類知識相對比較單薄的特點，明確在實踐環(huán)節(jié)上需下大力氣。如何利用現(xiàn)有的資源給學(xué)生提供更多的實踐平臺，來實現(xiàn)延伸課堂教學(xué)，擴展學(xué)習(xí)空間，鞏固和加深對理論的理解，是教學(xué)改革中需要重點解決的問題。經(jīng)過這兩年的教學(xué)改革實踐，以驗證為主的實踐教學(xué)模式被打破，為加深學(xué)生對基礎(chǔ)理論的理解而設(shè)置的驗證性

8、實驗仍保留，但加大綜合性實驗和設(shè)計性實驗的比例。其中以典型檢測控制系統(tǒng)為實驗對象的綜合性實驗，通過分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、選擇傳感器、分析檢測系統(tǒng)的動態(tài)參數(shù)和控制系統(tǒng)動態(tài)性能，從而提高學(xué)生運用知識進行分析和綜合的能力。增設(shè)少量綜合性較強的設(shè)計性實驗，可以綜合運用到所學(xué)電子技術(shù)、傳感器與自動檢測技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機等知識來分析、解決實際問題，從而幫助學(xué)生全面提高機電一體化的能力。全面開放實驗室給學(xué)生提供自己動手、自己思考、自主探究的舞臺。學(xué)院的創(chuàng)新實驗室中齊備的電子元件以及單片機開發(fā)板、PCB®版設(shè)備等可以讓學(xué)生在教師指導(dǎo)下將自主設(shè)計的思想性產(chǎn)物，通過動手制作變成出色的成品。這個實驗室現(xiàn)

9、今保存了近幾年來許多學(xué)生的實踐成果，而這些學(xué)生出色的動手實踐能力和扎實的機電基礎(chǔ)，成為他們就業(yè)的競爭資本。此外，利用學(xué)校大力支持學(xué)生科研的優(yōu)勢，鼓勵和指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計制作參與國家、省級創(chuàng)新大賽和挑戰(zhàn)杯等。這幾年學(xué)生取得的成績，說明部分學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性被充分調(diào)動，實現(xiàn)了真正意義上的理實統(tǒng)一。3 課程教學(xué)資源包的建設(shè)檢測與控制類課程與數(shù)學(xué)聯(lián)系緊密，內(nèi)容多，枯燥且難消化。在教學(xué)改革中，努力尋求信息技術(shù)與課程教學(xué)實踐中的整合點，建設(shè)完善了信息豐富的教學(xué)資源包，藉此作為學(xué)生促進知識學(xué)習(xí)和能力提高的輔助工具。教學(xué)改革中的專題式整合教學(xué)，課堂教授中將會對教材內(nèi)容進行調(diào)整和組合，并涉及很多來源于教材以外的內(nèi)容，沒

10、有就此整理編寫出相應(yīng)教材之前，建設(shè)相應(yīng)的課程教學(xué)資源包對學(xué)生來說無疑是加深鞏固課堂內(nèi)容的一個有意補充。課程教學(xué)資源包的建設(shè)主要包含理論教學(xué)資源包、實驗教學(xué)資源包、仿真實驗平臺以及習(xí)題庫、試題庫、項目課題庫等。理論課的教學(xué)中，多樣的媒體軟件將繁復(fù)抽象的內(nèi)容通過動畫形式直觀地展示給學(xué)生，如檢測類課程中傳感器的純理論不容易理解，通過Flash的小動畫來動態(tài)顯示應(yīng)變片在力作用下的變形情況、加速度傳感器的運動與慣性的應(yīng)用等；實行全過程的動態(tài)課件多媒體教學(xué)。一些必講的公式推導(dǎo)，采用講解結(jié)合PPT逐次推進演示，動態(tài)教學(xué)引起更強的關(guān)注；通過動畫、錄像等各種資源精心設(shè)計探究性教學(xué)結(jié)構(gòu)，進行探究性教學(xué)，并將行業(yè)發(fā)

11、展的最新成果及最新動態(tài)融于課程教學(xué)中，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。在控制部分知識的教授中，利用基于MATLAB吾言建立起來的控制理論仿真實驗和教學(xué)平臺，把控制系統(tǒng)的分析討論以仿真圖變化來驗證，讓學(xué)生接觸到仿真軟件的使用，并且對理論教學(xué)有很好的促進作用。在實驗課教學(xué)中，輔以實驗教學(xué)和學(xué)生創(chuàng)新性實驗錄像等作為教學(xué)活資源。開放實驗室、開放實驗項目，由學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)資源自行設(shè)計實驗，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生研究性學(xué)習(xí)的興趣和能力。已經(jīng)完成了基于MATLAB勺控制理論仿真實驗平臺的構(gòu)建，并在理論和實驗的輔助教學(xué)中收到較好的教學(xué)效果，讓學(xué)生感受了工程設(shè)計仿真軟件功能的強大。通過這個仿真實驗平臺，學(xué)生可以去分析實踐自己的想法，感受實際系統(tǒng)和虛擬系統(tǒng)的統(tǒng)一，從而提高學(xué)習(xí)的興趣和主動性。通過分析整合后的知識體系，以覆蓋課程主要內(nèi)容，涉及基本概念、系統(tǒng)計算、綜合分析問題等諸方面，建立相應(yīng)的習(xí)題庫，方便學(xué)生復(fù)習(xí)?？荚嚿希瑢纠碚摰目己瞬扇￠]卷的方式。但針對課程的應(yīng)用性要求，總評成績中加強實踐操作的記分權(quán)重，鼓勵學(xué)生結(jié)合機械原理及其設(shè)計的相關(guān)知識，從結(jié)合學(xué)生實際知識結(jié)構(gòu)建立的項目課題庫中挑選題目自己動手設(shè)計制作，以期正確引導(dǎo)學(xué)生全面掌握知識，會學(xué)會用，增強對今后工作的適應(yīng)能力。4 結(jié)語過去兩年的面向機電一體化方向的教學(xué)中，積極推進課程結(jié)構(gòu)和知識結(jié)構(gòu)的整合，加強機電有機融合，形成