◆李立成 徐漫琳 柯昌輔

作者：李立成，重慶大學(xué)城市科技學(xué)院助教，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械電子；徐漫琳、柯昌輔，重慶大學(xué)城市科技學(xué)院（402167）。

機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)作為機(jī)械電子專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)過的機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)和自動控制等方面的知識，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立多學(xué)科的知識的有機(jī)綜合。隨著現(xiàn)代社會的高速發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)在大型機(jī)械和微機(jī)上有著很重要的應(yīng)用。因此，目前如何在大學(xué)教育實(shí)踐中落實(shí)創(chuàng)新能力培養(yǎng)是一個(gè)亟待解決的問題[1]。特別需要指出的是，如何在傳統(tǒng)機(jī)械工程教學(xué)中進(jìn)行創(chuàng)新能力培養(yǎng)，既是新問題，又是大難題。

1 設(shè)計(jì)實(shí)踐課的基本目標(biāo)

機(jī)電一體化設(shè)計(jì)實(shí)踐課程是基于機(jī)電一體化技術(shù)，整合機(jī)械精密傳動、計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)、傳感器檢測技術(shù)、自動控制技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)以及系統(tǒng)總體技術(shù)等，“以機(jī)為主，以電為用”。本課程設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐進(jìn)行之后，安排在本科第三學(xué)年下學(xué)期，從機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐的能力提升到機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試等課程實(shí)踐活動，配備課程實(shí)踐器材供學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐操作，激勵(lì)學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)能力、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)能力，綜合運(yùn)用多學(xué)科知識解決實(shí)際問題。

理論設(shè)計(jì)能力與實(shí)踐能力 在機(jī)電一體化設(shè)計(jì)實(shí)踐過程中，學(xué)生的能力客觀上存在差距，因此，課程設(shè)計(jì)的理論設(shè)計(jì)要求與實(shí)踐操作要求要存在難度梯度，在課程實(shí)踐中注重學(xué)生新思想和新理論的提出[2]，并善于發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，碰到難題，善于發(fā)揮團(tuán)隊(duì)的智慧和團(tuán)隊(duì)力量，以彌補(bǔ)個(gè)人的能力不足。課程實(shí)踐使學(xué)生把所學(xué)過的機(jī)械、電氣、自動控制等理論知識綜合應(yīng)用到設(shè)計(jì)實(shí)踐中。

創(chuàng)新能力培養(yǎng) 在實(shí)踐中推動學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生可以擁有自己的想法，對機(jī)械部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，鼓勵(lì)學(xué)生使用當(dāng)前新技術(shù)、新方法，做到“不唯書，而唯實(shí)”。要降低成本，提高設(shè)計(jì)精度和穩(wěn)定性。在課程實(shí)踐中不固定方案，比如系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，學(xué)生可以選擇曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、齒輪齒條等，進(jìn)行創(chuàng)新性探究。課程設(shè)計(jì)中只提供實(shí)踐的指導(dǎo)性目標(biāo)和必要工具及器材，只針對設(shè)計(jì)路線進(jìn)行必要的提示，不對方案進(jìn)行統(tǒng)一講解，由學(xué)生自己查閱資料，自己獨(dú)立設(shè)計(jì)，遇到問題由指導(dǎo)教師進(jìn)行分析和講解，對其方案和想法的可行性做出判斷，方向不對時(shí)應(yīng)及時(shí)引導(dǎo)正確的方向，既能保證學(xué)生創(chuàng)新性想法的實(shí)現(xiàn)，又能有效防止學(xué)生走錯(cuò)方向。

2 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及選題原則

根據(jù)機(jī)電一體化人才培養(yǎng)方案和本專業(yè)的課程設(shè)置，研究改革課程設(shè)計(jì)大綱基本要求。根據(jù)應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)要求，課題的方向主要分為兩大方向進(jìn)行選擇：一類題目主要針對應(yīng)用能力培養(yǎng)，把本專業(yè)的知識進(jìn)行有機(jī)的綜合，提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力；另一類題目主要針對創(chuàng)新能力培養(yǎng)，結(jié)合創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽相關(guān)題目，把本專業(yè)的知識進(jìn)行創(chuàng)新性應(yīng)用，提高學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。

普通型課程設(shè)計(jì)題目

1）向?qū)W生征集。在課程中學(xué)生擁有與課程設(shè)計(jì)相關(guān)的好想法，可以展開討論，要求對其方案進(jìn)行分析，符合課程設(shè)計(jì)要求的，教師根據(jù)其內(nèi)容下達(dá)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)。實(shí)踐證明，對自己提供方向的題目，學(xué)生的積極性會很強(qiáng)。

2）選擇典型機(jī)電一體化產(chǎn)品讓學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合學(xué)生的實(shí)力進(jìn)行選取，同時(shí)與本專業(yè)的專業(yè)方向盡可能的相關(guān)，開發(fā)學(xué)生的潛能。比如數(shù)控方向的學(xué)生，可以選擇數(shù)控車床工作臺二維運(yùn)動伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)控銑床工作臺三維運(yùn)動伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，為未來職業(yè)發(fā)展打下好的基礎(chǔ)。

3）學(xué)習(xí)借鑒其他學(xué)校機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的內(nèi)容，在現(xiàn)有設(shè)計(jì)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，根據(jù)本校本專業(yè)課程設(shè)置的特點(diǎn)，對設(shè)計(jì)的內(nèi)容做以適當(dāng)增減，以適合本專業(yè)的學(xué)生。

創(chuàng)新型課程設(shè)計(jì)題目 可以借鑒全國機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的課題[3]，其中每屆成功參與全國總決賽的作品都收錄在決賽作品選集中，由高等教育出版社出版。這里面有比較好的案例，同時(shí)作品中也存在可以改進(jìn)的地方，有興趣的學(xué)生可以從中選擇與機(jī)電一體化相關(guān)的課題，提升自己的能力。在條件允許的情況下，可以做出產(chǎn)品的模型，提高學(xué)生的機(jī)電一體化能力，同時(shí)也可以為學(xué)生參加今后的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽做準(zhǔn)備，做到“以學(xué)促賽，以賽促學(xué)”。

在專業(yè)教學(xué)中，學(xué)生經(jīng)常會困惑本專業(yè)畢業(yè)后到底有什么前途？能做什么？機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)教學(xué)貼近實(shí)際，能把多門專業(yè)課有機(jī)地結(jié)合起來，把枯燥的課本知識靈活地運(yùn)用，極大地鼓舞了學(xué)生的興趣，激發(fā)學(xué)生對實(shí)際問題的思考，對工程實(shí)踐產(chǎn)生濃厚的興趣。堅(jiān)持理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)并重，可大幅提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)為選拔優(yōu)秀學(xué)生參加機(jī)械類學(xué)科競賽提供條件。

3 課程設(shè)計(jì)的實(shí)施方式

課程設(shè)計(jì)實(shí)施方案：設(shè)計(jì)報(bào)告書是對整個(gè)設(shè)計(jì)過程的總結(jié)和提升，也是進(jìn)行工程交流的重要文獻(xiàn)資料，通過指導(dǎo)學(xué)生撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告書，培養(yǎng)學(xué)生撰寫工程技術(shù)文檔的能力。對設(shè)計(jì)說明書的撰寫，提出如下要求：

1）嚴(yán)禁課程設(shè)計(jì)報(bào)告抄襲，基本工作獨(dú)立完成；

2）根據(jù)任務(wù)書能提出合理的設(shè)計(jì)方案和機(jī)構(gòu)的工作原理；

3）設(shè)計(jì)要符合國家標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)會使用設(shè)計(jì)手冊、專業(yè)術(shù)語、專業(yè)名詞規(guī)范；

4）設(shè)計(jì)圖圖紙規(guī)范，符合設(shè)計(jì)說明書的要求，不照抄手冊和案例，設(shè)計(jì)參數(shù)與圖紙相一致；

5）學(xué)會使用專業(yè)相關(guān)軟件，對設(shè)計(jì)的機(jī)械機(jī)構(gòu)和控制部分進(jìn)行分析和仿真，是驗(yàn)證設(shè)計(jì)正確的有效手段之一；

6）課程設(shè)計(jì)配備了一些實(shí)際的零部件可供學(xué)生設(shè)計(jì)使用，以及基 本的控制電路，學(xué)生要具備一定的實(shí)踐操作能力，掌握器件的選擇與焊接，會進(jìn)行程序的編寫，掌握系統(tǒng)故障的檢測與維修能力。

課程設(shè)計(jì)采用分組式進(jìn)行，每個(gè)小組3～5人，視工作量而定。課題難度較大可以分五人，原則上一般三人為一組。每個(gè)小組在規(guī)定的時(shí)間完成基本要求，每個(gè)學(xué)生都要參與該組課程設(shè)計(jì)答辯，通過問題了解學(xué)生在課程設(shè)計(jì)中所做的主要工作，檢查有無抄襲情況、有無坐享其成的學(xué)生，結(jié)合設(shè)計(jì)報(bào)告書的撰寫質(zhì)量和實(shí)際所做的產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行綜合評定。

4 實(shí)施效果

通過在重慶大學(xué)機(jī)械電子工程專業(yè)的實(shí)踐，在機(jī)械電子工程專業(yè)中開設(shè)機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)，已基本摸索出培養(yǎng)機(jī)電復(fù)合型技術(shù)人才的規(guī)律。

普通型題目實(shí)現(xiàn)機(jī)電融合、知識整合 理論教學(xué)與工程實(shí)踐并重。由于在教學(xué)中缺乏機(jī)電知識綜合運(yùn)用能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練，學(xué)生在學(xué)習(xí)了機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造和電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)等基礎(chǔ)課程后，不能很好地將機(jī)、電的知識融會貫通，大多數(shù)學(xué)生也只是了解基本的機(jī)電設(shè)備的基本功能，在系統(tǒng)運(yùn)用中存在問題，在機(jī)電一體化系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)方面存在不少困難。通過開設(shè)機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，通過理論設(shè)計(jì)與實(shí)際操作，比如數(shù)控工作臺進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從電機(jī)、聯(lián)軸器、絲杠、導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)到型號的選擇、控制單片機(jī)的設(shè)計(jì)與仿真，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)控工作臺進(jìn)給系統(tǒng)的裝配與調(diào)試。機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)對學(xué)生的理論知識與實(shí)踐緊密地連接起來，提高了學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。

創(chuàng)新型題目為學(xué)生參加機(jī)械創(chuàng)新競賽做了鋪墊 通過課程設(shè)計(jì)，為機(jī)械學(xué)科學(xué)生參加如全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽做了鋪墊。在第六屆全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽（重慶賽區(qū)）中，學(xué)生榮獲重慶賽區(qū)一等獎(jiǎng)一項(xiàng)、二等獎(jiǎng)一項(xiàng)。其中，“幻顯黑板”作品獲得國家專利。該作品包括了框架的設(shè)計(jì)、傳動系統(tǒng)布置，控制系統(tǒng)采用單片機(jī)控制，執(zhí)行元件有步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、電磁離合器、電磁制動器、光電編碼器等器件。本次參賽作品充分運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)，機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)改革效果顯著。

5 結(jié)語

機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)改革突破傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)方式[3]，里面加入了創(chuàng)新專題，可以借鑒機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的題目，既能滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求，又能兼顧創(chuàng)新能力的提高，實(shí)現(xiàn)因材施教。實(shí)踐證明，所采用的機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)改革效果顯著?！?/p>

[1]趙志超,范文利,金薇.機(jī)電一體化綜合實(shí)驗(yàn)周的探索與實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)報(bào),2004,26(1):75-77．

[2]潘海鴻,陳琳,黃炳瓊,等.機(jī)電一體化方向課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào):哲學(xué)社會科學(xué)版,2008,30(l):24-25.

[3]李琦,王基,劉永葆．《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].高等教育研究學(xué)報(bào),2010(1):100-101.