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［摘要］文章论述了机电一体化思维与创新之间的关系，提出了提高创新能力的教学方法。创新对于国家的发展与进步起着至关重要的作用。学生对于机电一体化技术的掌握，可以有效地提高他们的创新能力。那种只熟悉自己专业的技术人员已经不能满足现代工业的要求，同时对于创新来说也是一种羁绊。机电一体化的思维方式应该从学生刚开始接触专业知识时开始培养。授课中对不同学科知识的融会贯通的教学方法可以锻炼学生的机电一体化思维，使学生以全新的、现代的思维方式面对当今技术飞速发展的工业领域。
［关键词］创新 机电一体化 联想思维 教学方法
［作者简介］张子义（1959- ），男，北京人，北京联合大学机电学院，副教授、高级工程师，研究方向为机电一体化；季红益（1976- ），男，北京人，北京联合大学机电学院，讲师、助理研究员，研究方向为高等教育管理、经济管理；杨帆（1972- ），女，河北滦县人，北京联合大学机电学院，讲师、助理研究员，研究方向为教育管理。（北京 100020）
［中图分类号］G642 ［文献标识码］A ［文章编号］1004-3985（2012）24-0186-02
创新是国家科技发展的根本，更是国家强盛的基本条件。由于科技的进步和机电一体化技术的飞速进步，创新的内容也从过去单一学科向着各个学科综合的方向发展。由于机电一体化的思维对于创新来说是至关重要的，它不仅可以使系统的功能更加完善，更重要的是可以提高系统的柔性，使系统具有更加广泛的适用性；同时还可以提高系统的附加值。在这样的前提下，对于设计人员的要求显然比过去高了许多。如何使学生能够在进入工作岗位后尽快地适应这种技术的发展，是每个教育工作者的职责。
对于工科院校来说，培养学生的创造性思维是学校的重要职责。就目前科技发展来看，机电一体化的思维是创造性思维的基础。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》中已经明确将培养应用型、复合型、技能型人才作为今后若干年高等教育的重点。学生机电一体化思维的培养正是这一思想的具体实施。同时，《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2010-2020年）》中也将智能感知技术、智能服务机器人、材料设计与制备的新原理与新方法作为今后国家技术发展的重点。在此例举的技术重点都是机电一体化的范畴。
一、机电一体化思维与创新的关系
创新需要有“横向类比、跨域转化、触类旁通”的能力，而这些都需要有跨域的知识作为基础。机电一体化技术的发展正是要求我们具有跨域的知识。就工业技术来说，那种长期以来所固有的只专注于本专业、精于本专业的人才对于当今的社会当然是非常需要的，但是就创新过程来说，要比那种知识广博的人来说要相对困难。可以说，机电一体化技术为人们的创新提供了更加广阔的天地。因此学校应该特别注意培养学生的机电一体化思维。学校培养学生的机电一体化思维，可以在课程建设、教材建设和教学方法几个方面着手。在上述的几个方面中，教师的教学方法是最为直接、投资最少但效果确是最好的。
二、融会贯通的教学方法，培养学生的机电一体化思维
现代技术门类繁多，各自有着不同的应用领域。随着机电一体化技术的发展，各个学科之间的渗透、融合变得十分普遍。正确地认识和理解技术之间的一致性和特殊性是机电一体化思维的基础。教师的教学方法，对于学生的思维方式以及处理问题的方式都有着十分重要的作用。在教学中注意机械、电子、液压等方面的知识融会贯通，可以使学生更加全面、系统地体会工业技术的各个方面，以及它们之间的联系，对于在校生今后的工作将会有极大的帮助。同时也有利于帮助学生们学习如何更加全面地分析问题，这对于他们世界观的培养也有着极大的裨益。
融会贯通的教学方法主要体现在：课堂教学、设计环节和课外科技活动环节。三个不同的环节，各自有着不同的教学特点。教师应该充分利用三个不同的教学环节各自不同的特点，以不同的方式不断地向学生灌输机电一体化的思维方式。
（一）在理论教学环节中培养学生的机电一体化思维
当今的高校学生在校期间需要接受大量的专业知识，这对于学生来说无异于“知识爆炸”。如果我们的教学仍然是将各项技术割裂地传授给学生，那么结果只能是：（1）加大学生的学习压力；（2）加大教师的授课工作量；（3）严重影响教学效果。过大的学习压力与过大的教师工作量对于学生的学习会带来负面的影响，这对于任何一个一线教师来说都是不言而喻的。更关键的是，学生学习了大量的知识，但是由于互相之间没有联系，相互割裂，这样的知识结构对于学生今后工作的帮助是有限的。
作为教师来说，要培养学生的创新能力，首先就应该通过自己的教学活动使学生能够将学到的知识进行关联，使学生看到并明白各学科之间的相互关联。要让学生“看到”并“明白”，最好的办法就是给学生举出关联的实例。通过实例的介绍、讲解，学生可以比较容易理解，同时对于他们的思维也会起到引导的作用。
比如说，课程中讲到常常遇到的诸如单向工作、放大以及能量的存储等问题时，教师可以将在机械、电子及液压方面各自的解决方法给学生加以介绍。如机械中的棘轮机构、电子学中的二极管、液压中的单向阀等用来解决单向工作问题；杠杆机构、齿轮机构解决机械中的行程或力放大问题，三极管可以对电流进行放大，而液压中的先导阀用小流量控制大流量；弹簧、电容和蓄能器解决能量储蓄问题，等等。通过这样的例子，学生们可以看到各学科的共性以及它们之间具有的内在联系。教师的作用在于指导学生发现这种联系，找出同一个问题的不同解决方法。而这种解决方法可能是单一的技术领域，也可能是几个领域技术的综合。从培养学生的机电一体化思维上来说，重点突出各领域技术的综合，是应该强调的。
在解决实际问题时，方法不止一种。采用什么样的方法，主要取决于：安全性、可靠性、施工方便性、成本以及寿命，等等。下面的例子是教学中所使用的。举例来说，系统需要稳定的液压压力供给，对此我们可以考虑采用如下的方案：（1）采用蓄能器；（2）采用伺服阀；（3）利用压力变换后的电信号进行闭环控制，用来调节泵的供油量或者液压阀的开度实现压力控制。以上的这个例子中，方法1为单纯的液压技术，而方法3则为机电一体化技术。实际上，当确定采用机电一体化技术后，要达成上述目的，我们还可找出更多的方法，比如采用传感器与变频电机结合进行压力控制，等等。 需要指出的是，在实际的工况中选用何种方案，要考虑相应的速度、控制的精度、成本的高低等因素。而在上述例子中，为了保证良好的系统性能，在采用伺服阀进行系统压力控制时，我们也往往会加入蓄能器。
（二）在设计环节中培养学生的机电一体化思维
设计环节（包括课程设计和毕业设计，更主要的是毕业设计）对于工科院校来说是非常重要的教学环节，通过这一教学环节，学生的理论知识可以得到综合的应用，从而实现从理论到应用的转换。这一教学环节是在教师的指导下进行的，因而教师可以充分利用这一环节，培养和锻炼学生的机电一体化思维，达到提高学生创新能力的目的。
在此环节，教师应该注意以下几个问题：
引导学生对于问题及要求做充分的讨论。（1）针对问题与要求提出几种不同的设计方案，方案的提出应该注重机电一体化的方法。（2）方案论证阶段，教师应该按照机电一体化的思路，指导学生对各个方案进行细致的分析。对于技术实现的可能性、难易性以及可靠性等因素作全面的分析。重点在于引导学生分析机电一体化给产品或系统带来的优越之处，比如说系统附加值、系统的适用性等。这一步的目的是培养学生全面分析问题的能力。（3）为了培养学生的职业能力，方案论证阶段需要密切联系工厂及科研机构的实际情况以及设备、装置的实际使用情况，比如加工方法、使用场合、批量大小、使用的频繁程度等。
（三）合理安排课题，让学生充分参与到课外科技活动中
学生的课外科技活动对于锻炼学生的创新能力起到了非常重要的作用。教师在课外科技活动的选题上应该注意到学生的特点。现阶段的学生普遍存在着知识学习比较死板、动手能力比较差、自理能力比较弱的问题。因此教师在课外科技活动的选题上应该是重点提高学生的动手能力，开阔学生的视野，让学生在科技活动的过程中真切看到各学科知识的融合。由此，机电一体化系统与设备方面的选题应该是优先考虑的。
课外科技活动给学生搭建了一个充分展示自我、锻炼自我的平台。由于没有某一门课程要求的束缚，学生可以充分展开思想。此时，教师的引导显得尤为重要。依据课题的要求，教师要重点引导学生将课上的知识进行整合、综合，从而找出符合课题要求的解决方案。在此过程中学生的创新能力会得到有力的提高。需要注意的是，在这样的过程中教师的角色应该是引导，而非像课堂教学那样做过多的讲解。应该给学生更多的天地，让他们施展。学生对于知识的学习有一个从认识到理解再到应用的过程。我们的目的是尽量缩短这一过程的时间，使他们能够在入职的初期便能上手工作。
三、培养学生机电一体化思维就是培养其创新能力
现代技术门类繁多，各自有着不同的应用领域。随着机电一体化技术的发展，各个学科之间的渗透、融合变得十分普遍。正确认识和理解技术之间的一致性和特殊性是机电一体化思维的基础。
科技的发展，使机、电、液、计算机、软件等已经在机电设备中融合到了一起，构成的新设备、新系统被称为机电一体化系统。在这样的年代里，要想创新，对于机电一体化技术的了解与掌握就大为必要。机电一体化时代的创新要求有联想的思维方式，而联想必须有广泛的知识基础。没有知识基础，联想就不可能是高质量的，从而会破坏一种重要的创新方式。作为一名创新者，广博的知识是其创新的基础。而广博的知识不能是相互割裂的，知识之间的联系与关系应该为创新者所掌握。掌握这种关系越多，创新的过程将会越短。
四、结束语
随着机电一体化技术的不断发展，技术之间的融合与交叉在不断地深入，对于一个好的设计师的要求会不断提高。这种提高主要体现在他对新技术的掌握程度以及协调各个学科的能力。没有良好的机电一体化思维的培养，这种协调能力是不可能的。如何能够使学生在有限的在校时间内学习更多的知识、技能对于职业教育来说是一项重要的任务。通过增加学时可以实现这样的目的，但是学生学到的是割裂的知识。能够在有限的时间内让学生学到知识技能，同时又了解到各个学科之间的关联，使这些知识能够在机电一体化系统中得以充分发挥作用，这才是工科教育的当务之急。当然，技术的发展对于教师尤其是专业课教师的水平也提出了更高的要求。教师首先要做到一专多能，掌握更多的知识，才能充分理解各个技术领域之间的联系，才能更好地与学生分享其体会，才能使学生用更广的眼光看待本专业的知识，同时为创新打下坚实的基础。
［参考文献］
［1］刘承平.浅谈学生创造能力的培养［J］.世纪桥，2007（10）.
［2］韩慧瑛.创新思维能力的培养［J］.学苑教育，2011（4）.
［3］刘佳，张管媛.联想思维在科技创新中的作用机理［J］.工会博览，2011（17）.
［4］中共中央，国务院.国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）［Z］.2010-07-29.
［5］国务院.国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）（国发［2005］第044号）［Z］.2006-02-09.
［关键词］创新 机电一体化 联想思维 教学方法
［作者简介］张子义（1959- ），男，北京人，北京联合大学机电学院，副教授、高级工程师，研究方向为机电一体化；季红益（1976- ），男，北京人，北京联合大学机电学院，讲师、助理研究员，研究方向为高等教育管理、经济管理；杨帆（1972- ），女，河北滦县人，北京联合大学机电学院，讲师、助理研究员，研究方向为教育管理。（北京 100020）
［中图分类号］G642 ［文献标识码］A ［文章编号］1004-3985（2012）24-0186-02
创新是国家科技发展的根本，更是国家强盛的基本条件。由于科技的进步和机电一体化技术的飞速进步，创新的内容也从过去单一学科向着各个学科综合的方向发展。由于机电一体化的思维对于创新来说是至关重要的，它不仅可以使系统的功能更加完善，更重要的是可以提高系统的柔性，使系统具有更加广泛的适用性；同时还可以提高系统的附加值。在这样的前提下，对于设计人员的要求显然比过去高了许多。如何使学生能够在进入工作岗位后尽快地适应这种技术的发展，是每个教育工作者的职责。
对于工科院校来说，培养学生的创造性思维是学校的重要职责。就目前科技发展来看，机电一体化的思维是创造性思维的基础。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》中已经明确将培养应用型、复合型、技能型人才作为今后若干年高等教育的重点。学生机电一体化思维的培养正是这一思想的具体实施。同时，《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2010-2020年）》中也将智能感知技术、智能服务机器人、材料设计与制备的新原理与新方法作为今后国家技术发展的重点。在此例举的技术重点都是机电一体化的范畴。
一、机电一体化思维与创新的关系
创新需要有“横向类比、跨域转化、触类旁通”的能力，而这些都需要有跨域的知识作为基础。机电一体化技术的发展正是要求我们具有跨域的知识。就工业技术来说，那种长期以来所固有的只专注于本专业、精于本专业的人才对于当今的社会当然是非常需要的，但是就创新过程来说，要比那种知识广博的人来说要相对困难。可以说，机电一体化技术为人们的创新提供了更加广阔的天地。因此学校应该特别注意培养学生的机电一体化思维。学校培养学生的机电一体化思维，可以在课程建设、教材建设和教学方法几个方面着手。在上述的几个方面中，教师的教学方法是最为直接、投资最少但效果确是最好的。
二、融会贯通的教学方法，培养学生的机电一体化思维
现代技术门类繁多，各自有着不同的应用领域。随着机电一体化技术的发展，各个学科之间的渗透、融合变得十分普遍。正确地认识和理解技术之间的一致性和特殊性是机电一体化思维的基础。教师的教学方法，对于学生的思维方式以及处理问题的方式都有着十分重要的作用。在教学中注意机械、电子、液压等方面的知识融会贯通，可以使学生更加全面、系统地体会工业技术的各个方面，以及它们之间的联系，对于在校生今后的工作将会有极大的帮助。同时也有利于帮助学生们学习如何更加全面地分析问题，这对于他们世界观的培养也有着极大的裨益。
融会贯通的教学方法主要体现在：课堂教学、设计环节和课外科技活动环节。三个不同的环节，各自有着不同的教学特点。教师应该充分利用三个不同的教学环节各自不同的特点，以不同的方式不断地向学生灌输机电一体化的思维方式。
（一）在理论教学环节中培养学生的机电一体化思维
当今的高校学生在校期间需要接受大量的专业知识，这对于学生来说无异于“知识爆炸”。如果我们的教学仍然是将各项技术割裂地传授给学生，那么结果只能是：（1）加大学生的学习压力；（2）加大教师的授课工作量；（3）严重影响教学效果。过大的学习压力与过大的教师工作量对于学生的学习会带来负面的影响，这对于任何一个一线教师来说都是不言而喻的。更关键的是，学生学习了大量的知识，但是由于互相之间没有联系，相互割裂，这样的知识结构对于学生今后工作的帮助是有限的。
作为教师来说，要培养学生的创新能力，首先就应该通过自己的教学活动使学生能够将学到的知识进行关联，使学生看到并明白各学科之间的相互关联。要让学生“看到”并“明白”，最好的办法就是给学生举出关联的实例。通过实例的介绍、讲解，学生可以比较容易理解，同时对于他们的思维也会起到引导的作用。
比如说，课程中讲到常常遇到的诸如单向工作、放大以及能量的存储等问题时，教师可以将在机械、电子及液压方面各自的解决方法给学生加以介绍。如机械中的棘轮机构、电子学中的二极管、液压中的单向阀等用来解决单向工作问题；杠杆机构、齿轮机构解决机械中的行程或力放大问题，三极管可以对电流进行放大，而液压中的先导阀用小流量控制大流量；弹簧、电容和蓄能器解决能量储蓄问题，等等。通过这样的例子，学生们可以看到各学科的共性以及它们之间具有的内在联系。教师的作用在于指导学生发现这种联系，找出同一个问题的不同解决方法。而这种解决方法可能是单一的技术领域，也可能是几个领域技术的综合。从培养学生的机电一体化思维上来说，重点突出各领域技术的综合，是应该强调的。
在解决实际问题时，方法不止一种。采用什么样的方法，主要取决于：安全性、可靠性、施工方便性、成本以及寿命，等等。下面的例子是教学中所使用的。举例来说，系统需要稳定的液压压力供给，对此我们可以考虑采用如下的方案：（1）采用蓄能器；（2）采用伺服阀；（3）利用压力变换后的电信号进行闭环控制，用来调节泵的供油量或者液压阀的开度实现压力控制。以上的这个例子中，方法1为单纯的液压技术，而方法3则为机电一体化技术。实际上，当确定采用机电一体化技术后，要达成上述目的，我们还可找出更多的方法，比如采用传感器与变频电机结合进行压力控制，等等。 需要指出的是，在实际的工况中选用何种方案，要考虑相应的速度、控制的精度、成本的高低等因素。而在上述例子中，为了保证良好的系统性能，在采用伺服阀进行系统压力控制时，我们也往往会加入蓄能器。
（二）在设计环节中培养学生的机电一体化思维
设计环节（包括课程设计和毕业设计，更主要的是毕业设计）对于工科院校来说是非常重要的教学环节，通过这一教学环节，学生的理论知识可以得到综合的应用，从而实现从理论到应用的转换。这一教学环节是在教师的指导下进行的，因而教师可以充分利用这一环节，培养和锻炼学生的机电一体化思维，达到提高学生创新能力的目的。
在此环节，教师应该注意以下几个问题：
引导学生对于问题及要求做充分的讨论。（1）针对问题与要求提出几种不同的设计方案，方案的提出应该注重机电一体化的方法。（2）方案论证阶段，教师应该按照机电一体化的思路，指导学生对各个方案进行细致的分析。对于技术实现的可能性、难易性以及可靠性等因素作全面的分析。重点在于引导学生分析机电一体化给产品或系统带来的优越之处，比如说系统附加值、系统的适用性等。这一步的目的是培养学生全面分析问题的能力。（3）为了培养学生的职业能力，方案论证阶段需要密切联系工厂及科研机构的实际情况以及设备、装置的实际使用情况，比如加工方法、使用场合、批量大小、使用的频繁程度等。
（三）合理安排课题，让学生充分参与到课外科技活动中
学生的课外科技活动对于锻炼学生的创新能力起到了非常重要的作用。教师在课外科技活动的选题上应该注意到学生的特点。现阶段的学生普遍存在着知识学习比较死板、动手能力比较差、自理能力比较弱的问题。因此教师在课外科技活动的选题上应该是重点提高学生的动手能力，开阔学生的视野，让学生在科技活动的过程中真切看到各学科知识的融合。由此，机电一体化系统与设备方面的选题应该是优先考虑的。
课外科技活动给学生搭建了一个充分展示自我、锻炼自我的平台。由于没有某一门课程要求的束缚，学生可以充分展开思想。此时，教师的引导显得尤为重要。依据课题的要求，教师要重点引导学生将课上的知识进行整合、综合，从而找出符合课题要求的解决方案。在此过程中学生的创新能力会得到有力的提高。需要注意的是，在这样的过程中教师的角色应该是引导，而非像课堂教学那样做过多的讲解。应该给学生更多的天地，让他们施展。学生对于知识的学习有一个从认识到理解再到应用的过程。我们的目的是尽量缩短这一过程的时间，使他们能够在入职的初期便能上手工作。
三、培养学生机电一体化思维就是培养其创新能力
现代技术门类繁多，各自有着不同的应用领域。随着机电一体化技术的发展，各个学科之间的渗透、融合变得十分普遍。正确认识和理解技术之间的一致性和特殊性是机电一体化思维的基础。
科技的发展，使机、电、液、计算机、软件等已经在机电设备中融合到了一起，构成的新设备、新系统被称为机电一体化系统。在这样的年代里，要想创新，对于机电一体化技术的了解与掌握就大为必要。机电一体化时代的创新要求有联想的思维方式，而联想必须有广泛的知识基础。没有知识基础，联想就不可能是高质量的，从而会破坏一种重要的创新方式。作为一名创新者，广博的知识是其创新的基础。而广博的知识不能是相互割裂的，知识之间的联系与关系应该为创新者所掌握。掌握这种关系越多，创新的过程将会越短。
四、结束语
随着机电一体化技术的不断发展，技术之间的融合与交叉在不断地深入，对于一个好的设计师的要求会不断提高。这种提高主要体现在他对新技术的掌握程度以及协调各个学科的能力。没有良好的机电一体化思维的培养，这种协调能力是不可能的。如何能够使学生在有限的在校时间内学习更多的知识、技能对于职业教育来说是一项重要的任务。通过增加学时可以实现这样的目的，但是学生学到的是割裂的知识。能够在有限的时间内让学生学到知识技能，同时又了解到各个学科之间的关联，使这些知识能够在机电一体化系统中得以充分发挥作用，这才是工科教育的当务之急。当然，技术的发展对于教师尤其是专业课教师的水平也提出了更高的要求。教师首先要做到一专多能，掌握更多的知识，才能充分理解各个技术领域之间的联系，才能更好地与学生分享其体会，才能使学生用更广的眼光看待本专业的知识，同时为创新打下坚实的基础。
［参考文献］
［1］刘承平.浅谈学生创造能力的培养［J］.世纪桥，2007（10）.
［2］韩慧瑛.创新思维能力的培养［J］.学苑教育，2011（4）.
［3］刘佳，张管媛.联想思维在科技创新中的作用机理［J］.工会博览，2011（17）.
［4］中共中央，国务院.国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）［Z］.2010-07-29.
［5］国务院.国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）（国发［2005］第044号）［Z］.2006-02-09.