机电综合课程设计教学模式的研究与实践

摘 要 本文论述了机电综合课程设计的重要性，提出了以工程实践能力培养为目标的机电综合课程设计教学模式，制定了机电综合课程设计的选题原则，完善了组织实施方案，提高了机电综合课程设计教学质量。

关键词 机电综合课程设计 教学模式 工程实践

目前，机电一体化技术在诸多行业中获得了广泛的应用，机电一体化产品也达到了一个崭新的水平，社会对机电复合型技术人才的需求量越来越大。因此，培养高素质的机电工程类专业人才，是广大工科院校面临的重要任务。

为了培养出既有知识又有实践能力的高等技术人才，工科院校在教学中不断增加实践环节的课程和学时。课程设计是工科专业大学生在校学习过程中一个非常重要的环节，也是学生工程设计思想和实践能力培养的主要途径。作为机械工程及自动化专业机电方向学生在毕业设计之前的最后一次大型综合的机电综合课程设计显得尤为重要。学生在这个时期已经完成大学期间所有专业理论课程的学习，对机械知识和电气化技术有了相当程度的掌握。机电专业课程设计就是给学生搭建起一个实际操练和能力培养的平台，把知识向能力方面进一步转化，并能综合培养学生对机电系统设计和实施的能力，进一步培养学生的工程意识，为学生进行毕业设计和未来从事专业工作打下坚实的实践基础。

近年来，作者结合“突出工程实践能力培养的机电专业课程设计教学改革”教研项目一直对课程设计的教学模式进行研究和探索，从教学模式的构建、教学内容的确定、教学的组织实施等方面开展了深入的探索和实践，取得了一定的成果。

1 提出以工程实践能力培养为目标的机电综合课程设计教学模式

传统的课程设计为课程性课程设计，一般只隶属于某门课程。各门课程中安排的各种课程设计之间衔接性比较差，内部逻辑关系不够紧密，学生难以从中学到完整的知识。学时的利用率也受到一定的影响，而且普遍采用“参照指导书，查阅手册，进行模仿设计”的模式，不利于调动学生的积极性。课程设计时间普遍较短，学生在设计中是“姗姗而来、匆匆而去”，还没正式开始，一晃又结束了。 学生进行这样的课程设计往往容易流于形式，应付交差。为克服传统课程设计的不足，机电综合课程设计被安排在大学学习的第七学期放假前这个时段进行，即在机电专业方向所有理论课程学习之后、毕业设计开始之前，利用三周集中时间进行大型的机电综合课程设计。

机电综合课程设计是不隶属任何一门课程的课程设计，采用了一种“以系统化专业知识为主线，以开放的教学实验室为基地，以开放式管理为前提，以实际动手为基础，以激发学生兴趣、主动求知为动力，以培养工程应用能力为目的”的全新型综合课程设计模式。 具体思路是：将电子技术、自动控制理论、液压与气压传动、机电一体化系统设计、机械设计基础等课程联系起来，以机电控制实验室和机械制造实验室为实验基地，以工程实际为背景开设多个选题，将方案设计、功能设计、评价设计、系统调试融为一体，要求学生针对某一选题，在教师提供的设计平台上进行自主设计，独立实践。为此设计了图1所示的机电综合课程设计的过程和方法。

这一教学模式始终强调理论学习与工程实践相结合，注重培养学生的自学能力和动手能力，引导学生解决相关工程实际问题。

2 制定机电综合课程设计的选题原则，丰富了题目的数量和类型

研究机电综合课程设计的选题是整个课题得以顺利实施的保证，选题不恰当不仅达不到课程设计的要求，而且挫伤学生的学习积极性及学习热情。在选题时遵循以下原则：

（1）课程设计的内容应属课程范围，应能满足课程设计的教学目的与要求，能使学生得到较全面的综合训练。

（2）课程设计的题目和内容要与实际相联系，结合最新技术知识，满足专业教学计划要求，有正确完整的技术参考资料。

（3）课程设计题目的难度和工作量应适合学生的知识和能力状况，使学生既能获得充分的实践锻炼，又能在规定的时间内经过努力完成任务。

机电综合课程设计选题既要结合前修课程，以巩固教学内容，又要有较强的实践性和新颖性。因此主要通过借鉴教师的科研课题、典型的机电一体化产品，同时结合汽车行业特点和本校实验室的设备情况，设置成熟的、有特色的、适合教学的题目作为课程设计内容。以下是课程设计的部分选题：

①机床工作台传动机构和控制系统设计；②液压滑台的PLC控制；③X—Y数控工作台机电系统设计；④数控车床自动回转刀架机电系统设计；⑤卧式车床数控化改造设计；⑥上料机械手机电与气动控制系统设计；⑦机床主轴部分机构和电气控制系统设计。

上述每一个课程设计题目均为综合性应用题目，涉及到该专业方向多门课程的知识，包括总体方案的确定、机械系统的结构设计、主要零部件的计算和选型、控制系统的电路原理分析、电子元器件的接线和调试。选题的控制系统包括现今常用的控制方式：数控系统、单片机、PLC、计算机+运动控制卡，传动部分包括了电气传动、液压与气压传动、机械传动。选题强调综合与集成，不限定设计结果，不规定具体的实现过程。通过合理选题能让学生将大学里几年来学习的知识点“串”起来，形成有机的整体。

3 完善组织实施方案，提高课程设计教学质量

（1）合理安排设计进度，加强课程设计的教学管理。由于机电综合课程设计工作量大，为了确保设计工作的顺利进行，制定了详细的工作计划，进度安排：①教师讲课、布置任务、学生选题、学生查阅资料，完成电气原理设计和机械结构设计：2～3天；②检查通过之后进入实验室，认识电器元件原理和使用方法。进一步修改完善设计内容，继续机械结构的设计和CAD图的绘制：5～6天；③搭建、连接硬件系统并进行系统的初步调试：3～4天；④撰写课程设计说明书：2～3天；⑤整理资料和答辩：1天。

课程设计期间，采取集中管理与开放式管理相结合的模式，前期布置任务，中期实验调试，后期答辩进行集中讲解和辅导，其他环节进行开放式管理。课程设计中会安排3～4次检查，主要检查学生设计方案、机械图纸的绘制、电气系统原理图的绘制、电器元件的选择、程序的编写和调试等内容。

（2）改革课程设计学生成绩评定方式，增加答辩成绩。总成绩由平时表现（10%）、课程设计说明书和图纸（50%）、答辩成绩（40%）三部分组成。成绩分为优、良、中、及格和不及格。增加答辩成绩的目的就是避免少数同学的抄袭现象。答辩成绩包括设计过程中阶段答辩成绩和最终答辩成绩两个部分。其中平时成绩包括前期计算检查、机械图、装配图、电气图检查、实际接线或程序调试检查、平时考勤等几部分。

（3）编写机电综合课程设计指导书。由于本身专业发展时间较晚，除了合肥工业大学主编的《机电一体化系统设计课程设计指导书》外，很难找到适合本课程设计使用的教材，但该书也是根据本校实际情况编写，没有那样的硬件条件，要实现起来非常困难。许多学校采用自编教材，而我校连自编的课程设计指导书也没有。因此，结合本校的课程设计内容和现有实验条件，重新编写与教改相适应的课程设计指导电子书。

（4）建立了课程设计与综合实验周交互进行的实践环节实施模式。以前综合试验周和课程设计由于归属不同的教学单位，各自为阵，使课程设计和实验周的衔接性较差，不能很好达到教学目标。课程设计没有后续实践支撑，往往搞成纸上谈兵。近年来，实验教学设备和环境有了较大的改善，完全可以利用实验室平台，通过课程设计加强对学生工程实践能力的培养。因此，机械工程教研室与机械基础实验室联手，根据课程设计的需要，在机电控制实验室和机械制造实验室形成开放实验区域，学生根据题目需要集中进行调试。这样，一方面实现了资源的共享，学科交叉，避免学校重复投资造成的设备浪费；另一方面整合了教学内容，有效增加学生动手实践的机会，提高了教学效果。

（5）加强现代设计手段和网络资源的运用。采用先进的现代化设计手段，可大大提高工作效率。绘制机械结构时，可以采用AutoCAD 软件直接绘制装配图，部分学生还可使用三维软件直接进行结构设计。电气原理图的设计有的直接用CAD绘制，有的采用PROTEL软件。但由于课程设计时间有限，每个学生的具体情况又不同，所以对计算机辅助设计能力不作强求，指导教师可根据学生情况灵活掌握。

设计时鼓励学生充分利用网络资源，浏览一些在机电一体化领域有较高知名度的网站，及时了解国内外机电一体化领域的最新动态，并可学到很多实用的工程设计方法，快速获取课程设计所需信息。课程设计所用到的主要机械部件和电气零部件产品，相应企业都有网站介绍，需要的技术数据一般在互联网上都能查到，因此，学生可顺利完成元器件的选型。

4 结束语

在2007、2008级学生的教学中，我校对机电综合课程设计改革进行了实施，吸引了学生积极参与，受到学生的好评。机电综合课程设计教学改革具有以下特点：

（1）建立了课程设计与综合实验周交互进行的实践环节实施模式，使学生通过综合性和创新性实验（如硬件连接、软件编程等），来验证课程设计的方案，并对不合理处进行调整和修改。有利于学生加深对理论的体会、理解，有利于学生了解实际工程的特点，做到理论与实践相结合。

（2）建立开放式课程设计平台。课程设计选题允许一定的开放性，以更好地发挥学生的主观能动性，培养学生的创造性；课程设计完成方式开放，给学生以更多自学、研究的机会；教学实验室开放，满足学生课程设计实践环节需要。

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