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摘 要:根据机电一体化专业实践性强、与工程密切相关的特点，从加强学生应用技术能力培养的角度出发，面向机电一体化应用型专业，构建了一个以应用实践为主的教学体系。通过理论教学、实验实践教学和创新应用平台建立，多方面将教学内容进行有机整合，使学生能够得到全面的机电一体化方面的知识。
关键词:机电一体化教学体系实践教学创新应用平台
中图分类号:G632 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2011)06(a)-0166-02
机电一体化是随着生产和技术的发展，在以机械、电子技术为主的多门技术学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科。它包含机电一体化技术和机电一体化产品（系统）两方面的内容。机电一体化技术是建立在机械技术、微电子技术、计算机与信息技术、传感器与检测技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术等高新技术群体基础之上的一种高新技术，是包括技术基础、技术原理在内的、使机电一体化产品或系统得以实现、使用和发展的技术。机电一体化产品是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，利用电子技术和微电子技术替代了机械式的信息处理机构和控制机构，并增加了产品的控制功能。
机电一体化技术是微电子技术、计算机技术、信息技术与机械技术相结合而产生的新的思想方法和技术手段，它不是简单的叠加，而是在信息论、控制论和系统论基础上建立起来的应用技术。例如机器中的精密定位，在机械技术中只能通过提高齿轮和丝杆螺母等传动机构的加工和安装精度来实现，其实际定位精度则利用传感器进行检测。定位精度的提高，受到机械传动机构精度的限制。采用机电一体化技术，就可利用传感器对定位过程和定位误差进行动态检测，把这个信息反馈到具有信息处理功能的控制器，再利用控制手段对定位误差进行“修正”或“补偿”，从而达到提高定位精度的目的。机电一体化产品既不同于传统的机械产品，也不同于普通的电子产品，它是机械与微电子器件，特别是与微处理器或微机相结合而开发出来的新一代机电一体化产品。随着科学技术的发展，机电一体化的概念已从数据机床、机器人扩大到柔性制造系统（FMS）、计算机辅助设计／制造系统（CAD／CAM）及计算机集成制造系统（CIMS）。
进入21世纪后，国内外制造业对机电一体化人才的需求日渐增长。如何构建机电一体化课程体系，将理论教学和实践教学进行有机的结合，有效地培养满足市场需要的高层次人才，是高等工科院校机械学科教学必须考虑的重要课题之一。一个真正合格的机电一体化人才必须具有机械技术、控制技术和计算机技术方面的专业理论知识，和构建机电一体化控制系统的实践经验；能够将机械知识和计算机技术、控制技术、信息技术等知识有机地融合在一起，全面、综合地去设计机电一体化产品，去考虑机电一体化问题。然而，由于机电一体化涉及机类和电类两个领域的知识，可借鉴的人才培养模式及教学经验不多。有的高校的机电一体化专业是在原机械设计、制造专业基础上发展而来的，所培养的学生在知识结构上有些“偏机”;而另一些高校的机电一体化专业是在原来的电子类专业培养模式下增加一些机械类课程所形成，培养的学生在知识结构上自然有些“偏电”。无论是“偏机”还是“偏电”的机电一体化专业，其教学培养计划中，课程的设置往往都是部分原来机类课程和部分电类课程的“生硬”组合，所培养的学生很难成为真正意义上的机电一体化人才。
1 机电一体化应用型教学体系构建
针对机电一体化应用型人才的培养要求，从以下四个方面对课程教学体系进行分析，以构建出一套适应当前的教学要求。
1.1 机电一体化课程理论与实践相融合的课堂教学
创建以现代制造系统为研究对象，构建理论与实践相融合的新型机电一体化课程体系。在应用型、创新型机电一体化人才培养的基础上，拓宽专业应用训练、紧跟新的理论和最新科研成果，紧密围绕机电一体化生产系统（现代制造系统）关键技术，形成从系统理论研究、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和实践教学体系。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，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，不能有机联系和综合应用的弊端。
在课程融合的基础上，加强课堂教学方法的改革。新的课程教学体系应摒弃传统的“满堂灌”教学模式，重点应放在培养学生分析问题、解决问题的能力上。积极推行“启发式”教学模式，以问题为引导激发学生的积极思维，可以加强学生对基本知识和理论的理解与掌握，通过问题的提出引起思考，让学生带着问题有针对性地学习，引导学生做出正确的回答和判断。
在采用启发式教学的同时，采用讨论课的方式进行互动式教学，讨论课的主题不能局限于某一门课程内容，采用扩散式思维由教师提出一个综合性的机电一体化相关的主题。将同学分为多个小组，以组为单位对主题提出一个解决方案，并对解决方案中可能遇到的问题进行分析研究，由教师对各小组的设计方案进行总结和点评。这种方式可以很好地调动学生的学习积极性，有利于提高学生解决问题的能力。这种教学方式对教师提出了更高的业务要求，也可以采用教学研究的方式，组织多个教师同时参与讨论，形成多个教师同时和学生进行互动交流，使学生了解更全面的知识。
1.2 理论教学内容调整
现有的机电一体化技术基础系列课程（如单片机原理、伺服系统、测试技术等）、机电一体化专业系列课程（如数控技术、机电传动与控制、机电一体化系统设计等）均自成体系，相互之间不能有机联系，不少课程之间内容相互重复，并出现知识上的空白。对有关机电一体化专业系列课程进行合并调整，从专业特点出发将密切相关的主要课程进行合并形成课程模块，可以分为以下几个课程模块。
(1)机械技术应用课程模块。
机械CAD/CAM、机械设计原理与方法、机械装备技术、现代设计方法、流体传动与控制、机械制造技术。
(2)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。
(3)控制技术应用课程模块。
控制工程基础、计算机应用技术、单片机及ARM技术应用、数控技术及其应用。
(4)机电技术综合应用课程模块。
机电一体化系统设计、机电传动及控制技术、机电设备计算机控制技术。
确定各课程模块的功能定位，规划课程的结构体系，强调各模块的教学方向，各模块教学课程按先后顺序安排在不同学期，使机电一体化教学内容贯穿在整个大学学习阶段。
1.3 加强实验、实践教学
研究适应于新课程体系的机电一体化实验和实践训练课程，并制定相应的实验、实践课程大纲。该类实验、实践课程主要以实验、实践为主，在老师的引导下，进行机电一体化方面的实验和科技制作，通过学生撰写科技论文，专题讨论、专题报告和学术论坛等方式进行点评，从而培养学生的专业应用和动手能力。
从专业课程设计入手，针对机电专业的特点，鼓励教师积极与企业合作，结合企业中的机电控制方面的实际问题，设计多种类型的课程设计课题。学生可自主选择研究课题、或者进行创意设计，学校负责创建实践条件，教师负责指导，营造出工程环境增强学生的感性认识和学习兴趣，有效培养学生的观察、判断、分析的解决问题的能力。通过完成设计制作、或提交大作业的形式完成课程设计，教师根据设计内容、设计过程、设计结果和设计质量综合给予评分。
开设综合性机电一体化开放式实验，学生可以自己动手、自行设计各种实验方案。建立开放式的实验室，学生可以在课余时间利用实验室的机电一体化实验平台，完成制订的实验内容，提高学生的创新能力和工程实践能力。
1.4 建立机电一体化实践创新应用平台
结合国家组织的大学生“挑战杯”竞赛，机器人竞赛、数控大赛等活动，以及各种科技竞赛活动，充分发挥机电一体化专业学生的专业优势，构建机电一体化创新平台，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。
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特长，选择指导教师在一个学期内独立或合作完成一项科技制作并演示成功，科技制作的内容涉及到机电系统及其交叉学科的所有领域，如光机电一体化、软硬件控制、图象识别与信息融合等。
2 结语
通过对机电一体化专业应用型教学体系的构建，解决了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。根据应用型机电一体化技术的知识结构特点及其在培养学生知识能力结构中的任务和作用，重新确定各课程的功能定位，规划机电一体化课程的结构体系，将机械技术和电子技术、计算机技术、控制技术进行有机的整合，加强教学内容的有机联系，让学生能够得到全面的机电一体化方面的知识。
参考文献
[1] 何亚峰,等.机电一体化系统设计课程建设体系的构建与探讨[J].装备制造技术,2009,11.
[2] 连香姣.机电一体化系统设计与综合实验的改革与实践[J].机电工程技术,2006,9.
[3] 闫华,等.机电一体化系统设计课程教学改革的实践[J].中国科技信息,2008(15).
[4] 殷红,等.重构测控专业机械测控技术课程体系的研究[J].信息技术,2010,1.
关键词:机电一体化教学体系实践教学创新应用平台
中图分类号:G632 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2011)06(a)-0166-02
机电一体化是随着生产和技术的发展，在以机械、电子技术为主的多门技术学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科。它包含机电一体化技术和机电一体化产品（系统）两方面的内容。机电一体化技术是建立在机械技术、微电子技术、计算机与信息技术、传感器与检测技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术等高新技术群体基础之上的一种高新技术，是包括技术基础、技术原理在内的、使机电一体化产品或系统得以实现、使用和发展的技术。机电一体化产品是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，利用电子技术和微电子技术替代了机械式的信息处理机构和控制机构，并增加了产品的控制功能。
机电一体化技术是微电子技术、计算机技术、信息技术与机械技术相结合而产生的新的思想方法和技术手段，它不是简单的叠加，而是在信息论、控制论和系统论基础上建立起来的应用技术。例如机器中的精密定位，在机械技术中只能通过提高齿轮和丝杆螺母等传动机构的加工和安装精度来实现，其实际定位精度则利用传感器进行检测。定位精度的提高，受到机械传动机构精度的限制。采用机电一体化技术，就可利用传感器对定位过程和定位误差进行动态检测，把这个信息反馈到具有信息处理功能的控制器，再利用控制手段对定位误差进行“修正”或“补偿”，从而达到提高定位精度的目的。机电一体化产品既不同于传统的机械产品，也不同于普通的电子产品，它是机械与微电子器件，特别是与微处理器或微机相结合而开发出来的新一代机电一体化产品。随着科学技术的发展，机电一体化的概念已从数据机床、机器人扩大到柔性制造系统（FMS）、计算机辅助设计／制造系统（CAD／CAM）及计算机集成制造系统（CIMS）。
进入21世纪后，国内外制造业对机电一体化人才的需求日渐增长。如何构建机电一体化课程体系，将理论教学和实践教学进行有机的结合，有效地培养满足市场需要的高层次人才，是高等工科院校机械学科教学必须考虑的重要课题之一。一个真正合格的机电一体化人才必须具有机械技术、控制技术和计算机技术方面的专业理论知识，和构建机电一体化控制系统的实践经验；能够将机械知识和计算机技术、控制技术、信息技术等知识有机地融合在一起，全面、综合地去设计机电一体化产品，去考虑机电一体化问题。然而，由于机电一体化涉及机类和电类两个领域的知识，可借鉴的人才培养模式及教学经验不多。有的高校的机电一体化专业是在原机械设计、制造专业基础上发展而来的，所培养的学生在知识结构上有些“偏机”;而另一些高校的机电一体化专业是在原来的电子类专业培养模式下增加一些机械类课程所形成，培养的学生在知识结构上自然有些“偏电”。无论是“偏机”还是“偏电”的机电一体化专业，其教学培养计划中，课程的设置往往都是部分原来机类课程和部分电类课程的“生硬”组合，所培养的学生很难成为真正意义上的机电一体化人才。
1 机电一体化应用型教学体系构建
针对机电一体化应用型人才的培养要求，从以下四个方面对课程教学体系进行分析，以构建出一套适应当前的教学要求。
1.1 机电一体化课程理论与实践相融合的课堂教学
创建以现代制造系统为研究对象，构建理论与实践相融合的新型机电一体化课程体系。在应用型、创新型机电一体化人才培养的基础上，拓宽专业应用训练、紧跟新的理论和最新科研成果，紧密围绕机电一体化生产系统（现代制造系统）关键技术，形成从系统理论研究、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和实践教学体系。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，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，不能有机联系和综合应用的弊端。
在课程融合的基础上，加强课堂教学方法的改革。新的课程教学体系应摒弃传统的“满堂灌”教学模式，重点应放在培养学生分析问题、解决问题的能力上。积极推行“启发式”教学模式，以问题为引导激发学生的积极思维，可以加强学生对基本知识和理论的理解与掌握，通过问题的提出引起思考，让学生带着问题有针对性地学习，引导学生做出正确的回答和判断。
在采用启发式教学的同时，采用讨论课的方式进行互动式教学，讨论课的主题不能局限于某一门课程内容，采用扩散式思维由教师提出一个综合性的机电一体化相关的主题。将同学分为多个小组，以组为单位对主题提出一个解决方案，并对解决方案中可能遇到的问题进行分析研究，由教师对各小组的设计方案进行总结和点评。这种方式可以很好地调动学生的学习积极性，有利于提高学生解决问题的能力。这种教学方式对教师提出了更高的业务要求，也可以采用教学研究的方式，组织多个教师同时参与讨论，形成多个教师同时和学生进行互动交流，使学生了解更全面的知识。
1.2 理论教学内容调整
现有的机电一体化技术基础系列课程（如单片机原理、伺服系统、测试技术等）、机电一体化专业系列课程（如数控技术、机电传动与控制、机电一体化系统设计等）均自成体系，相互之间不能有机联系，不少课程之间内容相互重复，并出现知识上的空白。对有关机电一体化专业系列课程进行合并调整，从专业特点出发将密切相关的主要课程进行合并形成课程模块，可以分为以下几个课程模块。
(1)机械技术应用课程模块。
机械CAD/CAM、机械设计原理与方法、机械装备技术、现代设计方法、流体传动与控制、机械制造技术。
(2)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。
(3)控制技术应用课程模块。
控制工程基础、计算机应用技术、单片机及ARM技术应用、数控技术及其应用。
(4)机电技术综合应用课程模块。
机电一体化系统设计、机电传动及控制技术、机电设备计算机控制技术。
确定各课程模块的功能定位，规划课程的结构体系，强调各模块的教学方向，各模块教学课程按先后顺序安排在不同学期，使机电一体化教学内容贯穿在整个大学学习阶段。
1.3 加强实验、实践教学
研究适应于新课程体系的机电一体化实验和实践训练课程，并制定相应的实验、实践课程大纲。该类实验、实践课程主要以实验、实践为主，在老师的引导下，进行机电一体化方面的实验和科技制作，通过学生撰写科技论文，专题讨论、专题报告和学术论坛等方式进行点评，从而培养学生的专业应用和动手能力。
从专业课程设计入手，针对机电专业的特点，鼓励教师积极与企业合作，结合企业中的机电控制方面的实际问题，设计多种类型的课程设计课题。学生可自主选择研究课题、或者进行创意设计，学校负责创建实践条件，教师负责指导，营造出工程环境增强学生的感性认识和学习兴趣，有效培养学生的观察、判断、分析的解决问题的能力。通过完成设计制作、或提交大作业的形式完成课程设计，教师根据设计内容、设计过程、设计结果和设计质量综合给予评分。
开设综合性机电一体化开放式实验，学生可以自己动手、自行设计各种实验方案。建立开放式的实验室，学生可以在课余时间利用实验室的机电一体化实验平台，完成制订的实验内容，提高学生的创新能力和工程实践能力。
1.4 建立机电一体化实践创新应用平台
结合国家组织的大学生“挑战杯”竞赛，机器人竞赛、数控大赛等活动，以及各种科技竞赛活动，充分发挥机电一体化专业学生的专业优势，构建机电一体化创新平台，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。
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特长，选择指导教师在一个学期内独立或合作完成一项科技制作并演示成功，科技制作的内容涉及到机电系统及其交叉学科的所有领域，如光机电一体化、软硬件控制、图象识别与信息融合等。
2 结语
通过对机电一体化专业应用型教学体系的构建，解决了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。根据应用型机电一体化技术的知识结构特点及其在培养学生知识能力结构中的任务和作用，重新确定各课程的功能定位，规划机电一体化课程的结构体系，将机械技术和电子技术、计算机技术、控制技术进行有机的整合，加强教学内容的有机联系，让学生能够得到全面的机电一体化方面的知识。
参考文献
[1] 何亚峰,等.机电一体化系统设计课程建设体系的构建与探讨[J].装备制造技术,2009,11.
[2] 连香姣.机电一体化系统设计与综合实验的改革与实践[J].机电工程技术,2006,9.
[3] 闫华,等.机电一体化系统设计课程教学改革的实践[J].中国科技信息,2008(15).
[4] 殷红,等.重构测控专业机械测控技术课程体系的研究[J].信息技术,2010,1.