時間：2023-08-10 09:23:02
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關鍵詞：機電一體化；技校教育；教學改革
機械工業(yè)舉足輕重，隨著社會的發(fā)展和科學技術(shù)的進步，機電一體化技術(shù)的應用與發(fā)展對我國經(jīng)濟建設所起到的促進作用越來越明顯。現(xiàn)代化設備逐漸發(fā)展成為集光、電、機、氣、聲、像、磁、熱等技術(shù)于一體的智能化系統(tǒng)，機電一體化產(chǎn)品幾乎貫穿到國民經(jīng)濟的所有行業(yè)。當前，機電一體化產(chǎn)品已經(jīng)進入發(fā)展成熟期，高速率、高精確度的智能系統(tǒng)越來越成為機械制造業(yè)的主流。隨著我國后經(jīng)濟危機時代產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與升級大潮的來臨，企業(yè)產(chǎn)品、設備正在經(jīng)歷一個更新?lián)Q代的頻繁時期，因此對高技能的機電一體化人才和高技術(shù)含量的機電產(chǎn)品需求越來越大。
技校機電一體化技術(shù)專業(yè)是為生產(chǎn)第一線的高級技能型崗位培養(yǎng)人才，但是目前我國技術(shù)院校培養(yǎng)的機電一體化專業(yè)的學生與社會、市場的需要還有不小的距離，因此，機電一體化技術(shù)教學改革勢在必行。
一、當前技校機電一體化教育存在的問題
（一）課程設置不合理
當前技工院校課程設置不合理主要表現(xiàn)在兩個方面：首先，重理論輕實踐。很多學校的課程設置和教學內(nèi)容將重點放在追求知識和理論的體系的完整上，但學生畢業(yè)后大多被分配在生產(chǎn)一線，所從事的工作是操作設備、設定工藝、查找并排除故障，而不是研究、開發(fā)、設計等，在學校學的理論知識很多用不上，而實際工作所必需的實踐能力又不具備。其次，教學內(nèi)容落后。由于機電一體化是多種技術(shù)交叉融合的產(chǎn)物，相關技術(shù)的發(fā)展都在推動著機電一體化的發(fā)展。因此，其發(fā)展是日新月異的，這就必然導致課程設置與教學內(nèi)容與其發(fā)展不相適應。例如，當前很多技工院校的單片機課程的教學內(nèi)容是仍以MCS-51單片機為主，而實際生產(chǎn)中新的單片機層出不窮，種類繁多。
（二）教材建設落后
職業(yè)教育的教材建設仍是當前技校教育的薄弱環(huán)節(jié)并嚴重影響了技校教學質(zhì)量?，F(xiàn)在機電一體化的一些教材過于偏重理論、脫離實際、缺乏實用性、部分教材內(nèi)容陳舊、嚴重落后于現(xiàn)實，各科教材之間存在銜接性差、內(nèi)容重復或內(nèi)容脫節(jié)等現(xiàn)象。這些問題給教學帶來了很多不便，也在一定程度上影響了學生的學習積極性，制約了教學質(zhì)量的保證和提高。
（三）教學、實習設施不夠先進
目前很多學校的教學、實習設備缺乏且嚴重落后。只有少數(shù)條件較好的技工院校配備有為數(shù)不多的數(shù)控車床、銑床、線切割機床、電火花成型機，很多學校的學生一學期只有三四次操作設備的機會，并且這些設備又比較落后，學生難以學到真正有用的技能。
二、教學改革的思路
（一）制訂適應新形勢的教學內(nèi)容
制定符合現(xiàn)代化建設要求的機電一體化專業(yè)教學計劃,遵循國家、省教委的有關文件精神,以綜合素質(zhì)培養(yǎng)為基礎,以能力培養(yǎng)為主線。圍繞培養(yǎng)目標,對知識、能力、素質(zhì)等方面進行合理的綜合安排,力求整體優(yōu)化,培養(yǎng)實用的職業(yè)技術(shù)人才。
(1)關于“機電一體化”內(nèi)涵的認識。機電一體化技術(shù)從學科角度來看,它是集機械技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、電氣技術(shù)、信息技術(shù)的有機統(tǒng)一體,而不是機械技術(shù)、電氣技術(shù)的簡單組合體;從機電一體化技術(shù)的成果或最終體現(xiàn)來看,它則是在計算機控制下由機械本體、電、氣、液壓以及光電器件組成的產(chǎn)品或設備,是一個自動化的工作系統(tǒng)。
(2)培養(yǎng)目標。機電一體化專業(yè)應培養(yǎng)德、智、體、美、勞全面發(fā)展,熱愛祖國,熱愛本職崗位,具有不斷追求新知識、實事求是、獨立思考、勇于創(chuàng)新、踏實苦干的精神,掌握基本文化科學知識和機電一體化專業(yè)必需的基本理論、基本技能,對現(xiàn)代機電一體化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整有較強適應能力的應用型高級技術(shù)人員、技藝型操作維護人員。
（二）先進教學手段的應用
(1)運用多媒體進行直觀教學。課程中的原理圖、梯形圖、程序及電路圖較多,利用Authorware、Powerpiont制作成多媒體課件,集文字、圖片、動畫和聲音于一體,不僅僅大大減少了老師課堂上畫圖的時間,而且學生興趣倍加,容易理解,提高了教學效率,增大了課堂教學的信息量。
(2)聯(lián)系生活,啟發(fā)學生思維。課堂教學重在理論聯(lián)系實際,運用生活中的實例,既有助于學生對理論知識的掌握,又有益于提高學生的興趣和對實際問題的思考能力。如在講解三相異步電機的變頻調(diào)速時,結(jié)合變頻空調(diào)原理和特點,來分析變頻空調(diào)與普通空調(diào)之間的區(qū)別,從而闡述變頻調(diào)速的優(yōu)點,學生增加了生活知識和學習的趣味性。(3)與時俱進,激發(fā)學生的求知欲。教師應該與時俱進,了解課程最新的技術(shù)動態(tài),并把它傳授給學生,只有這樣才能激發(fā)學生的求知欲,真正的把課教好。
（三）改革優(yōu)化實踐環(huán)節(jié)
實踐教學是技術(shù)應用能力形成的重要環(huán)節(jié),也是技校專業(yè)教育教學的重點。為了培養(yǎng)學生專業(yè)技術(shù)能力,改革傳統(tǒng)的實踐教學模式,將實踐教學分為三個階段進行:(1)實驗技能訓練。實驗技能訓練主要包括專業(yè)基礎課和專業(yè)課中的實驗,使學生掌握基本實驗儀器的使用,基本數(shù)據(jù)的測量、采集和基本實驗方法的運用。(2)單項技能訓練。單項技能訓練主要包括金工實習、數(shù)控實訓等,學生進行基本技能(鉗工、機加工、電工)、職業(yè)基本素質(zhì)(數(shù)控車、數(shù)控銑、加工中心的編程和操作)的訓練。通過訓練使學生掌握相應的技能,參加職業(yè)資格考核取得數(shù)控工藝員或數(shù)控車、銑、加工中心操作工等級職業(yè)資格證書。(3)綜合技能訓練。綜合技能訓練主要包括生產(chǎn)實習、頂崗實習等,學在實訓中,采用邊教、邊學、邊做的教學方法,通過典型零件數(shù)控加工案例引導教學設計,針對實際零件數(shù)控加工任務討論工藝解決方案,并在加工現(xiàn)場實施,形成不同零件加工效果的直觀比較和認識,以合作完成實訓教學過程。融“理論、示范、練習、反饋”于一體,將“教、學、做”合而為一。
（四）加強對學生的培養(yǎng)
機電專業(yè)教學中必須堅持從實際出發(fā),確定教學改革思路、培養(yǎng)目標,深入改革課程體系、教學方法和教學內(nèi)容,使專業(yè)人才培養(yǎng)與未來社會發(fā)展需要相適應。在對學生的培養(yǎng)方面要做到:1.培養(yǎng)學生的綜合應用能力、實際動手能力、工程設計和創(chuàng)新能力,學生能根據(jù)一般的設計要求和動作流程完成整個控制系統(tǒng)的設計。2.提高教學質(zhì)量,培養(yǎng)了學生的學習興趣。3.在實驗和設計中增強了他們的團隊合作精神。從一個目的、兩個原則的教改思想出發(fā),抓好課程理論、實踐、考核的每一個教學環(huán)節(jié),不僅充分發(fā)揮了學生的開拓創(chuàng)新精神,而且充分調(diào)動教師教學和教改的積極性,在教與學兩個積極性的推動下,教學質(zhì)量得以大幅度提高,使高校為社會主義現(xiàn)代化建設培養(yǎng)出更多優(yōu)秀的人才。
三、結(jié)語
為提高機電一體化的教學教學質(zhì)量，廣大相關教育工作者必須緊跟行業(yè)發(fā)展的步伐，既保證學生的基本素養(yǎng)和知識結(jié)構(gòu)，又要突出技工教育的特點，在教學過程中積極推進教學改革，不斷調(diào)動學生的學習積極性，加強對學生動手能力和綜合能力的培養(yǎng)，加強社會實踐能力，不斷為社會提供適合時代需要的高技術(shù)機電一體化人才。（泰安市高級技工學校；山東；泰安；271000）
參考文獻：
關鍵詞:中國制造2025；機電一體化；現(xiàn)狀；展望；863計劃
1當前機電一體化產(chǎn)品概念設計國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀
我國機電一體化的研究主要伴隨著“863項目計劃”而開展，我國的智能機器人等項目也在該計劃的支持下取得突飛猛進的發(fā)展，目前我國的工業(yè)化整體處于“工業(yè)3.0”左右的階段。（1）數(shù)控技術(shù)方面：截止2016年，我國數(shù)控技術(shù)經(jīng)歷58年，目前國產(chǎn)數(shù)控機床可供品種達2000左右多種，船舶制造、航空航天等行業(yè)的發(fā)展拉動高端數(shù)控機床的發(fā)展，進而推動機電一體化進程。（2）工業(yè)機器人方面:目前，國內(nèi)機器人銷量以百分之四十五以上速度增長，并且我國計劃有系統(tǒng)地攻關，在原有的良好基礎上更上一層，后期能立于世界先進行列之中。（3）激光術(shù)方面：近年來，激光技術(shù)發(fā)展很快，我國自1985年以來，更以每年25%以上速度增長，最近又擴大了緊湊型的高功率激光器的應用的范圍，例如，用于激光制造、汽車發(fā)動機的發(fā)展或用于空間探索的推進器系統(tǒng)改造。（4）互聯(lián)網(wǎng)應用方面：推行互聯(lián)網(wǎng)思維下的智能制造，蘇州紐威閥門有限公司和三一集團有限公司分別運用CAX系統(tǒng)和SPC工具進行智能制造，提高了效率，建立了一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務的生產(chǎn)模式。通過這幾方面可以看出機電一體化產(chǎn)品概念設計有著很大發(fā)展，但是離德國、美國等歐美國家還有一定的差距。
1.2國外研究現(xiàn)狀
機電一體化的相關研究在國外最早在上個世紀60年代開始，在九十年代后期機電一體化進入深入發(fā)展階段，并出現(xiàn)了“機電液”和“機電光”等一些新的分支，現(xiàn)階段以德國和美國為代表的發(fā)達國家工業(yè)化發(fā)展已經(jīng)達到了“工業(yè)4.0”，并在國際上處于領先地位。
2未來建立機電一體化的產(chǎn)品概念設計理論與方法的意義
未來建立機電一體化產(chǎn)品概念設計理論與方法意義深遠，在新的技術(shù)不斷沖擊下，機電一體化會不斷提高，能提高我國的機械工業(yè)化水平，也是社會生產(chǎn)力的必然要求，能在追求特定價值功能的基礎上，實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化，能很好地代表當今機械工業(yè)主要趨勢。
3未來機電一體化的發(fā)展展望
未來，隨著微電子技術(shù)和機械電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，機電一體化必將注入更多新的內(nèi)容，各個學科將繼續(xù)相互交叉、相互支持和互相發(fā)展，并且機電一體將朝著更加智能化、微型化、系統(tǒng)化和環(huán)?；较虬l(fā)展，總理在政府工作報告中指出，實施“中國制造2025”計劃，堅持創(chuàng)新驅(qū)動，智能轉(zhuǎn)型，強化基礎，綠色發(fā)展，加快從制造大國轉(zhuǎn)向制造強國，并且我國今年推出了“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”和“互聯(lián)網(wǎng)+”概念，并且在一些高等院校舉辦“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新比賽，并取得不錯的效果，讓機電一體概念設計理論與方法化不斷升級，加強了工業(yè)化與信息化的緊密結(jié)合，下一階段我們將運用信息—物理融合系統(tǒng)（CPS）,實現(xiàn)大型大型工程系統(tǒng)實時感知、動態(tài)控制和信息服務，更好利用機電一體化解決實際問題，不斷促進中國工業(yè)化發(fā)展。
4結(jié)語
在“中國制造2025”計劃的推動下，機電一體化的研究和相關領域必將出現(xiàn)突飛猛進的發(fā)展，當然，與機電一體化相結(jié)合的技術(shù)（機電液和機電光）很多，相信未來在機電一體化的促使下中國工業(yè)將邁向“工業(yè)4.0”。
作者:于志業(yè) 單位:太原科技大學
參考文獻：
[1]孫彥廣。工業(yè)智能控制技術(shù)與應用[M].北京:科學出版社，2007.
[2]李建勇。機電一體化技術(shù)[M].北京:科學出版社，2004.
關鍵詞：機電專業(yè)課；理實一體；課程改革
“以服務為宗旨，以就業(yè)為導向，以能力為本位”，是中職學校機電專業(yè)人才培養(yǎng)的出發(fā)點也是它的歸宿點。機電專業(yè)課程改革必須遵循機電專業(yè)自身的特點，進一步深化機電技術(shù)應用專業(yè)技能型人才的培養(yǎng)模式的改革，以滿足社會和企業(yè)對高素質(zhì)技能型人才需求。具體而言就是要打破傳統(tǒng)學科課程的教學模式，將理論教學和實踐教學、教學環(huán)境與工作環(huán)境、理論教師與實訓指導教師等有機地融為一體，全面實施“一體化”的模式。
一、理論教學與實踐操作一體化
理論教學與實踐操作一體化，顧名思義，就是將專業(yè)理論教學與實訓操作組合起來，一體教學。這樣做既可以實現(xiàn)理論與實踐的融會貫通，還可以激發(fā)學生自主學習的動力和興趣。 “理實一體化”的教學模式不只是理論教學和實踐教學在某種形式上的簡單組合，而是遵循學生的認知發(fā)展的規(guī)律與技能技巧形成教學規(guī)律，實現(xiàn)專業(yè)理論與實踐二者有機合成。
機電專業(yè)傳統(tǒng)的教學模式雖然也強調(diào)學生的實訓教學，但理論和實踐兩個環(huán)節(jié)在時空上有所脫節(jié)，基本上體現(xiàn)為兩個互為獨立的體系。而一體化教學模式從根本上打破了傳統(tǒng)的理論與實踐教學的時空界限，將專業(yè)理論和實踐教學有機地融為一體。教學時從感性而不是從理性認識入手，強調(diào)直觀教學的力度，促進學生認知力的提高，不失為一種培養(yǎng)技能型實用型人才有效的教學模式，是一種適合當前中職學生實際情況的有效教學模式。
理實一體化模式突破了中職教育傳統(tǒng)的“文化課專業(yè)基礎課專業(yè)課技能訓練”教學程式，理論的學習以“必需、夠用”為原則，以技能實訓為中心，與相關的理論知識組合為教學模塊，理論教學和實習指導由同一位教師擔任，一以貫之，確保理實同步，二者協(xié)調(diào)。以專業(yè)理論指導實踐操作，反過來又以實踐操作加深對專業(yè)理論知識的理解，理實相長，促進專業(yè)知識與技能雙飛躍。
二、教學環(huán)境與工作環(huán)境一體化
“一體化”教學模式不只是理論教學與實踐教學內(nèi)容的一體化，還包含教學環(huán)境與工作環(huán)境一體化。為了更好地體現(xiàn)專業(yè)理論對課程實踐的指導作用，讓專業(yè)理論教學與專業(yè)技能實踐真正融合一體，可以把專業(yè)課相對集中起來，搬到實驗室，搬到實訓中心，搬到企業(yè)的車間里去。采取理論教學與實踐作業(yè)齊頭并進，穿行。教師在講完一個理論知識或原理構(gòu)造之后，就指導學生動手操作；也可以和學生對著實物，一邊講一邊做，使理論學習與實踐訓練有機地融為一體。例如鉗工工藝的教學，可以完全在實訓室內(nèi)進行。教師邊講邊示范，示范結(jié)束，學生便可動手實踐。這樣學生記得牢，做得好。學生遇到問題及時反饋，當堂解決，效果明顯。這樣的專業(yè)實訓室既是理論教學的課堂，又是工作實踐場所。
教學環(huán)境與工作環(huán)境一體化的具體實踐，有如下特點。①把實訓中心包裝為教學工廠，建立理實一體化教學專業(yè)教室，融教室、實訓、實驗、考工、技術(shù)服務與生產(chǎn)為一體，使專業(yè)教室具有多媒體教學、實物展示、演練實訓、實驗、考工強化訓練和考工等多種功能，營造出真實(仿真)的企業(yè)氛圍和環(huán)境。②把學校的實訓室包裝成企業(yè)的“車間”，按照企業(yè)生產(chǎn)要求張貼安全生產(chǎn)標語、規(guī)范操作流程、安全操作規(guī)程。③把學生包裝成企業(yè)的“工人”，統(tǒng)一穿上實訓服（廠服)、帶上工具包、憑胸卡進“車間”上崗，同時加強對“員工”組織紀律性教育，嚴明時間觀念，不得遲到早退，嚴格按照安全操作規(guī)程和操作流程上崗生產(chǎn)。
三、理論教師與實訓指導教師一體化
中職學校傳統(tǒng)教學模式將專業(yè)課的教學分為理論教學與實踐教學兩大塊。理論部分由理論教師在課堂內(nèi)完成，實踐部分由實訓指導教師在實訓中心（車間）進行。理論教學由學校教務處安排，實訓教學由學校實訓處管理。兩大部分自成體系，互不相干。這樣安排的結(jié)果容易造成理論與實踐的脫節(jié)，對教學質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響。理論學習時不能顧及實際的應用，實訓時不能與理論結(jié)合起來相互印證。以專業(yè)課《彩色電視機原理與維修》為例，該課程分為《彩色電視機原理》與《彩色電視機維修實習》兩部分，分別由兩位教師擔任，有的甚至分別在兩個學期開設。這樣不但學生難以學以致用，兩位教師的教學也互不聯(lián)系，增加了難度，不能有效提高學生技能。
因此，“一體化”還應包含教師在知識、技能與教學能力上的一體化。機電專業(yè)教師必須是“雙師型教師”，能將專業(yè)課程的專業(yè)技術(shù)理論教學與實訓課教學一肩挑起來。既是理論教學能手，更是技能實訓指導的高手。一門專業(yè)課，僅由一位教師來承擔全部教學任務（理論教學與實踐指導）。在教學過程中，可以先講理論知識，再進行實踐操作；也可以邊講理論邊操作，甚至可以先操作，當學生遇到問題時再從理論上加以闡述解決。這樣做，能做到理論與實踐的無縫結(jié)合——用專業(yè)理論指導實踐，用實踐操作去驗證理論。例如前面論及的《彩色電視機原理與維修》，就可以把原理與維修放到一起來教。在講清掃描電路的原理后，就講一些掃描電路的常見故障，并設置一些故障讓學生動手排除。在排除的過程中遇到問題，又用理論去解釋，去解決。這樣理論與實踐相輔相成，相得益彰。
理論教師與實訓指導教師一體化的最關鍵問題是師資。中職學校要努力改變當前師資結(jié)構(gòu)單一化，教師實踐經(jīng)驗不足，教學質(zhì)量不高的現(xiàn)狀，就必須大力培養(yǎng)“雙師型”教師。通過下企業(yè)實踐、頂崗進修等措施彌補專業(yè)科任教師實踐經(jīng)驗的不足，并獲得相關行業(yè)的職業(yè)資格。只有通過不斷培訓和進修，不斷汲取行業(yè)的新工藝、新技術(shù)、新理念，專業(yè)教師才能使自己的專業(yè)知識與技能始終保持著新鮮狀態(tài)，使理論和實踐始終保持最佳結(jié)合狀態(tài)。理實雙佳的教師才能在教學中，顯得如魚得水，游刃有余。例如，在講解《機械制圖》的圓錐時，教師可以把自己在車床上制作圓錐的過程拍成視頻，在教室里播放，讓學生看到在車床上制作圓錐的全過程。這樣避免了理論教學的“紙上談兵”，讓學生對機械制作有一個感性的認識。然后通過課堂教學的講解與分析，促使學生的認識從“感性”向“理性”轉(zhuǎn)變。
對機電專業(yè)課程改革的探討，除了以上三個方面的一體化之外，還可以從“教學”與“科研”一體化、傳統(tǒng)與現(xiàn)代教學方式的一體化、專業(yè)文化與企業(yè)文化的一體化以及“教法”與“學法”的一體化等方面去探索、去研究。囿于文章的篇幅，在此不能一一展開論述。綜上所述 ，“一體化”教學的核心在于現(xiàn)場教學，強調(diào)的是工作本位，能力本位。若將理論教學與實驗、實訓、實習融為一體，把教學環(huán)境與工作環(huán)境融為一體，理論教師與實訓指導教師融為一體，讓學生對自己的學習內(nèi)容與學習方式有更大的自主選擇權(quán)，就可以有效地提高機電專業(yè)課的教學效果，最大限度地提高中職生在就業(yè)中的競爭力、
參考文獻：
[1]包旺華.理實一體化教學在機械專業(yè)課教學中的運用[J].中國教育技術(shù)裝備,2012(17).
關鍵詞：數(shù)字電子技術(shù)基礎，理論實踐一體化，項目導引
作者簡介：郭玉華（1977-），女，河南南陽人，信息工程大學理學院電子信息工程系電子工程教研室副主任，講師；龐學民（1963-），男，河南長垣人，信息工程大學理學院，副教授。（河南鄭州450001）
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）14-0069-02
主席強調(diào)指出，全面實施“素質(zhì)教育”，應成為教育工作的主題。當前，我國高等教育進入內(nèi)涵發(fā)展、提高質(zhì)量的新階段，確立了全面發(fā)展、人人成才、多元選擇、終身學習、系統(tǒng)培養(yǎng)的新教育理念，更加注重學思結(jié)合、知行統(tǒng)一、因材施教，更加注重各類人才的社會責任感、創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)。[1-4]
“數(shù)字電子技術(shù)基礎”是一門強調(diào)理論聯(lián)系實踐的課程，重在培養(yǎng)學生的工程意識和科學思維能力。為此各高校都根據(jù)自身情況進行了形式多樣的教學改革，在教材內(nèi)容、教學手段、教學方法、教學模式、考核方式上進行了創(chuàng)新實踐，[5]在教學模式上引入了多元化、信息化、啟發(fā)式、立體式、項目驅(qū)動式的方法和手段，[6-10]全面推動了該課程的建設和發(fā)展。
“數(shù)字電子技術(shù)基礎”是信息工程大學（以下簡稱“我?！保┑囊婚T重要的專業(yè)基礎必修課程，具有開課面廣、專業(yè)平臺種類多、涉及學科面大等特點，要求教師不僅具有扎實的基礎知識，還要有廣泛而深入的專業(yè)知識。根據(jù)我校新的培養(yǎng)理念和不斷深化改革的客觀形式，教學組對該課程進行了“基于項目導引的理論與實踐一體化”的教學改革實踐，并將改革試點的成果進行了全面推廣。“基于項目導引的理論與實踐一體化”教學模式重在調(diào)動學生主動跟進、超前思維的本能，培養(yǎng)學生建立工程思維和創(chuàng)新意識，提高學生工程實踐和科技創(chuàng)新能力。
一、基本情況和主要特色
“數(shù)字電子技術(shù)基礎”課程“基于項目導引的理論與實踐一體化”教學的基本組織模式是：在小班授課的基礎上，采取“課堂理論教學+階段研討+習題課+基礎實驗+創(chuàng)新實踐”相結(jié)合的組織模式，小班規(guī)模一般為40人以下。以電類專業(yè)為例，各環(huán)節(jié)學時安排如下：總計劃學時80，其中理論講授48學時，階段研討6學時，基礎實驗教學16學時，創(chuàng)新型實踐教學10學時，習題課放在課下輔導答疑時間。該教學改革方案主要有以下幾個特色：
1.模塊化教學
模塊化教學就是貫徹精講原則，按照教學內(nèi)容知識點的相關性，將課程劃分為幾個系統(tǒng)模塊，將多個章節(jié)揉合在一起，突出講解教學內(nèi)容的重點難點。在課程學時日益壓縮的情況下，模塊化教學可以提高課堂效率，讓學生學到盡量多的內(nèi)容，并且對知識點之間關聯(lián)性理解得更加清楚。
2.教學研討
運用啟發(fā)式和討論式教學模式，在原來習題課的基礎上，增加自主學習和階段性研討環(huán)節(jié)。自主學習和階段性研討可有效地增強學生的學習主動性，激發(fā)學生的學習興趣。
3.EDA虛擬實驗環(huán)境
要求學生熟練掌握計算機仿真虛擬實驗環(huán)境，利用課下時間熟悉常用器件和儀器的使用規(guī)則，掌握常規(guī)電路的設計和調(diào)試方法。在節(jié)約實驗室資源的情況下，可以培養(yǎng)學生綜合運用知識、科學觀察、分析和解決實際問題的能力。
4.創(chuàng)新型實踐
創(chuàng)新型實踐屬于較為復雜的綜合性實驗，基于工程項目引導，多數(shù)內(nèi)容是最新的電子技術(shù)實際應用的簡化模型。該實踐活動安排在理論教學結(jié)束后集中兩周的時間，由教師提出功能和指標要求，學生自己設計、仿真、搭建、測試、調(diào)試完成。這種實踐活動可以培養(yǎng)學生獨立設計和實現(xiàn)電路系統(tǒng)的能力。
5.項目驅(qū)動和導引
在整個教學過程中都貫穿工程導引的思想。理論授課時運用項目驅(qū)動式教學模式，在引入每一單元模塊知識前給學生布置一個設計任務，在教學過程中圍繞如何實現(xiàn)該設計任務進行相關知識點的介紹；在研討課上布置一些工程實踐項目讓學生設計并討論，教師對其指導；創(chuàng)新型實踐活動更是讓學生直接接觸工程實踐的一次切身經(jīng)歷。
6.理論與實踐一體化
理論教學與實驗教學統(tǒng)一安排學時，理論課學時和實驗課學時不強制區(qū)分。教學內(nèi)容每一模塊結(jié)束后即進行實驗，讓學生能夠及時地“學一學、練一練”，有效提高學生的實踐能力，也加深了學生對理論知識的理解。
改變理論任課教師不參與實驗教學的現(xiàn)狀，理論課教師組織并輔導學生實驗，實驗課程由理論課教師與電子實驗中心的教師共同承擔，由此解決了長期以來教學和實踐易脫節(jié)的問題，同時也提高了教師的綜合能力。
二、改革實施方案要點
1.理論教學的改革措施
（1）模塊化的教學方法。由于改革方案中將課堂講授學時由原來的60減少為48學時，節(jié)省的12學時分別調(diào)整到學生研討和創(chuàng)新實踐中，因此課堂講授采用模塊化的教學方法，將教學內(nèi)容整合為4個單元模塊。第一單元是邏輯代數(shù)基礎和組合邏輯電路，包含教材中第一、二、四章，共14學時；第二單元是時序邏輯電路，包含教材中第五和六章，共14學時；第三單元是門電路和基本數(shù)字電路，包含教材中第三、十、十一章，共14學時；第四單元是半導體存儲器和大規(guī)模集成電路，包含教材中的第七、八章節(jié)，共6學時。利用模塊化教學可以提高課堂效率，讓學生在較少的時間內(nèi)學到盡量多的內(nèi)容，并且對知識點之間的關聯(lián)性理解得更加清楚。
（2）增加階段性研討。在課程教學組織中，增加自主學習和階段性研討環(huán)節(jié)。為了使理論授課與教學研討有效結(jié)合，教師分別在第一、第二、第三單元結(jié)束后組織討論，每次研討2個小時。教師需要在教學研討中把握好研討的內(nèi)容和方式。一是需要根據(jù)課程標準的基本要求及學生在學習和作業(yè)中存在的疑難問題，精心選擇討論題并設計教學過程；二是需要安排一些適當?shù)闹R點讓學生自學并在討論課上檢查自學效果，比如組合電路中的加法器和數(shù)值比較器、時序電路設計中自啟動修正問題等；三是需要布置一些工程實踐項目讓學生設計并在討論課上對其指導，比如自適應單行道交通燈控制器、超市自動計費器、復雜密鑰的密碼鎖電路等。
托爾斯泰指出：“成功的教學所需要的不是強制，而是激發(fā)興趣。”通過自主學習和階段性研討，在教師和學生之間形成了積極互動的局面，增強了學生的學習主動性，激發(fā)了學生的學習興趣。
（3）引入工程應用實例。運用項目驅(qū)動式教學模式，在引入每一單元知識前給學生布置一個項目，在教學過程中圍繞如何實現(xiàn)該項目進行相關知識點的介紹。比如在介紹組合邏輯電路前引入病房呼叫系統(tǒng)、在講解觸發(fā)器前引入搶答器電路，在講時序電路的計數(shù)器前引入數(shù)字時鐘系統(tǒng)、講解D/A轉(zhuǎn)換器前引入任意波形發(fā)生器電路等。在每個單元結(jié)束后，給學生舉案例分析，通過該單元知識點的學習，可以獲得怎樣的能力，可以設計出怎樣的電路，這些電路在具體的工程實例中是如何應用的。在教學過程中引入工程應用實例，一方面使學生對基本概念和分析方法有更深入透徹地理解，另一方面使他們解決問題的工程實踐能力有所提高。
2.實踐教學的改革措施
為了培養(yǎng)學生的工程應用實踐能力，將實踐教學分成三個層次：基礎實驗、仿真型實驗和創(chuàng)新型實踐。多層次的實踐教學模式可以使那些有興趣、有能力的學生被篩選出來，為學?？萍紕?chuàng)新基地挑選人才。
（1）基礎實驗?；A實驗以單元電路訓練和基本操作為主，學生在教師具體的指導下完成實驗，主要是鞏固、加深所學數(shù)字電路的基本理論，學習儀器設備的使用，提高學生的基本實驗技能和操作水平?；A實驗包含設計型與驗證型兩種，共安排16學時，主要由實驗中心的教師承擔。
（2）仿真實驗。仿真實驗是基于Multisim10.0計算機虛擬仿真實驗平臺，讓學生在課下進行電路設計的一種實驗手段。內(nèi)容包括兩個方面：一方面是基礎實驗中需要通過仿真預習的內(nèi)容；另一方面是為了對理論知識加深理解而進行的拓展的簡單綜合性實驗。教師利用輔導答疑時間給予原理和方法指導，要求學生自己獨立設計并且完成仿真結(jié)果，最后上交文檔和設計報告。
教學改革方案中所選擇的仿真實驗內(nèi)容主要包括：數(shù)碼鎖電路、占空比可調(diào)的振蕩器、模擬聲響發(fā)生器、汽車防盜報警電路、多通道順序選擇電路、時鐘變換電路、智力競賽搶答器、數(shù)字鐘晶振時基電路、數(shù)控放大器、可編程任意波形發(fā)生器等。
仿真實驗的目的是使學生有效掌握利用計算機軟件設計電路的能力，提高學生工程設計和獨立工作能力，也使得學生從理論知識到實際電路之間有一個過渡認識，對學生進一步實現(xiàn)硬件電路和系統(tǒng)調(diào)試打下基礎。
（3）創(chuàng)新型實踐。創(chuàng)新型實踐屬于較為復雜的綜合性實驗，基于工程項目引導，多數(shù)內(nèi)容是最新的電子技術(shù)實際應用的簡化模型。實驗內(nèi)容涉及多門課程的知識，還有書本上沒有學到的內(nèi)容，要求學生自學實驗指導書，自己查閱資料和手冊并獨立完成。
教學改革方案中所選擇的創(chuàng)新型實驗內(nèi)容主要包括：汽車尾燈控制電路、病房呼叫系統(tǒng)、多路數(shù)顯報警器、多功能智力競賽搶答器、數(shù)字時鐘、數(shù)字頻率計、出租汽車里程計價表、數(shù)字電子秤、數(shù)字溫度計、紅外線轉(zhuǎn)速表。創(chuàng)新實踐的時間集中在理論課程結(jié)束后的兩周，共安排10學時，主要由理論課教師承擔，要求學生兩人一組，自由選題，在完成仿真的基礎上交實物作品。
創(chuàng)新型實踐的目的是使學生從深度和廣度上擴充知識，熟悉工業(yè)前沿的電工電子新設備、新技術(shù)，開拓知識面，進行系統(tǒng)和工程方面的訓練，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和技術(shù)創(chuàng)新能力。
3.課程考核方式的改革
課程考核分為理論考核、平時成績、創(chuàng)新實踐成績?nèi)糠帧?/p>
理論考核：試點班課程考核仍采取教考分離方式，與非試點班同卷、同時進行考試，考試得分按70%計入總成績。平時成績：包括平時作業(yè)、研討課和仿真實驗三部分。平時作業(yè)的書寫態(tài)度和正確率占總成績10%，研討課準備的充分性、發(fā)言的積極性和結(jié)論的科學性占總成績5%，仿真實驗設計的合理性占總成績5%。創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)成績按10%計入總成績，根據(jù)學生題目選擇難易程度、設計方案、焊接、調(diào)試及參數(shù)測試和實踐總結(jié)等方面計分。
三、思考和體會
組織教學組對“數(shù)字電子技術(shù)基礎”課程進行“基于項目導引的理論與實踐一體化”教學改革，使筆者對教學規(guī)律有了更深刻的理解、教學方式有了更全面的改善、對教育工作者的責任和義務有了更深刻的體會。主要總結(jié)為以下三點：
1.對學生要有信心，要敢于放手
在我校進行教學改革必需面臨這樣的實際情況：一方面由于學生沒有就業(yè)壓力而產(chǎn)生學習惰性并且缺乏學習熱情；另一方面，一直以來僵硬的管理模式和課程標準的約束使教師不敢放開手腳。
教師選擇自學內(nèi)容時非常謹慎，擔心影響考試成績。而改革實踐結(jié)果表明學生的自學能力很強，理解問題、解決問題的能力也很強，只要教師給予足夠的信任和引導，學生可以做得很好。雖然由于時間不足沒在考前例行復習串講和做模擬試卷，但是學生比平行班考得更理想，這證明了“素質(zhì)教育”才是最重要的，絕對不能采取“應試教育”。
通過各方面的改革措施，學生的學習熱情調(diào)動了起來，研討課上積極發(fā)言，并且愿意嘗試各種實驗。仿真實驗雖然放手在課下進行，但是通過創(chuàng)新實踐活動反映出，他們在課下獨立完成了實驗，并且較好地具備了創(chuàng)新能力。
2.研討交流，教師可向?qū)W生學習
教師要想很好地掌控研討課的局面，需要有豐富的教學經(jīng)歷、扎實的理論知識、廣泛的實踐經(jīng)驗、實事求是的治學態(tài)度，對自己的教學能力充滿自信，又能夠包容學生不同的學術(shù)見解。
教師需要全面提高注意力應對學生不斷涌現(xiàn)的思維火花，自己習慣用常規(guī)解法，而學生不按常規(guī)思考，而且能提出多種不同的解決方法；自己思維定式，而學生敢于提問，甚至對工程業(yè)界的行規(guī)標準敢于，提出自己的想法。只有通過研討課，教師才能明白學生的思維方式以及與自己的不同處，這樣的課程形式大大提高了趣味性，而且對教師自己也是一個挑戰(zhàn)。
研討可以促進教學，教學雙方的交流使得教師了解了學生的思維，學生得到了教師的引導，相得益彰。
3.要讓學生真正接觸工程實踐
根據(jù)我校的培養(yǎng)目標，只有懂工程技術(shù)、能獨立創(chuàng)新的學生才能夠適應業(yè)務單位的需求；只有讓學生真正接觸工程實踐，真正熟悉硬件設備，才能夠到業(yè)務單位熟練地操作和維護先進的裝備。
而實際的情況是，學生在校期間學習理論知識的時間很多，但是參與實踐的機會較少。軟件的設計僅依賴電腦即可完成，但硬件設計需要構(gòu)建環(huán)境，這需要學校投入大量的人力、物力和財力支持，還需要各部門協(xié)調(diào)管理，參加?？萍紕?chuàng)新活動或電子設計大賽的是較好的解決方式。但是在課程中貫穿工程思維、增加創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)則是教師組織和引導學生跨出實踐的第一步。
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關鍵詞：數(shù)字電子技術(shù)；課程改革；理論教學；實踐教學
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.22.257
0 引言
近年來隨著教學改革的不斷深入，對“數(shù)字電子技術(shù)基礎”課程的教學方法、教學模式的研究各高校都非常重視，有許多好的成果。啟發(fā)式教學模式、多元化教學模式、信息化教學模式、設計立體教學體系、項目驅(qū)動教學模式等；運用多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、仿真技術(shù)等構(gòu)建各種現(xiàn)代化教學平臺也具有實際意義。提高學生的理論知識應用能力及工程實踐能力，是高等工程教育的發(fā)展方向，也是“數(shù)字電子技術(shù)基礎”課程教學改革的難點與重點[1][2][3]。
1 教學改革的方法探索
（1）整合優(yōu)化課程的教學內(nèi)容。針對目前微電子技術(shù)飛速發(fā)展的現(xiàn)狀，我們將集成芯片的實現(xiàn)工藝這些以前略講或自學內(nèi)容引入課堂正式講解，進行優(yōu)劣工藝對比，加深學生對器件選擇的理解；針對EDA技術(shù)在硬件系統(tǒng)設計方面的迅速流行，我們以HDL語言示例和maxplus教學軟件等方式將EDA技術(shù)講解引入課堂演示，加深和引導學生對數(shù)字電路設計的感性認識。（2）精心設計教學內(nèi)容，積極探索教學改革。經(jīng)過多年的摸索和經(jīng)驗積累，目前“精講多練”教學實踐，教學方式已基本形成。取得了很好的教學效果。我們一般采用“講”2/3學時，“練”（包括課堂練習、課堂研討、課后作業(yè)、配套練習等方式）1/3學時的方式，將講練結(jié)合，同時利用課外時間，多角度開設課程講座，拓寬學生的學習視野，開展“啟發(fā)性”、“探究性”教學。通過多種教學方法的運用，使學生由被動的繼承式學習為主動的創(chuàng)造性的學習，教學效果得到明顯提高。在教學過程中，大量應用了電子教案，我們還利用很多EDA軟件以及自己設計的演示程序，通過生動形象的演示加強學生對教學內(nèi)容的理解。通過將講解式、對比式、討論式、啟發(fā)式、習題課等多種教學方法有機融合在一起的多種教學方式。同時，我們將科研成果引入到教學環(huán)節(jié)，加強了學生理論聯(lián)系實際能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。（3）大力加強教學與實驗的結(jié)合，理論與實踐的結(jié)合。在課程教學及實驗教學工作中引入EDA軟硬件進行教學示例演示，積極開展“數(shù)字電子技術(shù)”課程設計的“項目式管理”工作，理論聯(lián)系實際，建立學生的感性認識，激發(fā)和培養(yǎng)學員的學習興趣，引導他們進行實踐階段學習，鼓勵學生實驗創(chuàng)新。本著“強調(diào)基礎、拓寬專業(yè)、突出創(chuàng)新”的原則，充分發(fā)揮開放性實驗室和電子創(chuàng)新基地的實踐作用，對原有以驗證實驗為主的實驗內(nèi)容進行了改革，將驗證性實驗改為以虛擬仿真實驗為主，以原理理解為目的；增加綜合性、設計性實驗，專門開設了“數(shù)字電子技術(shù)課程設計”、和“綜合電路實驗”課程，使學生的實踐創(chuàng)新訓練難度逐漸加大，由專題設計到綜合設計，逐步提高創(chuàng)新水平。（4）多方面綜合評分的考核方式。在課程的考核方式上，采用了多方面綜合評分的方法，淘汰了“一考定乾坤”的考核方式，強調(diào)平時作業(yè)和實驗教學，期終卷面考試成績僅占總成績50%；期中測試占總成績20%；實踐性教學環(huán)節(jié)（實驗、課程設計等）則采取單人單組“現(xiàn)場驗收制”考核方式（考核成績占總成績30%），提高了學生動手能力及分析和解決問題的能力，對實踐中有創(chuàng)新的學生，在考查考核等方面予以獎勵。
2 教學改革取得的教學成果
（1）提出新的教學體系，適應發(fā)展趨勢。組織教師探討“數(shù)字電子技術(shù)基礎”課程的改革，提出了“數(shù)字電子技術(shù)基礎”課程新的體系結(jié)構(gòu)。新的教學體系結(jié)構(gòu)將現(xiàn)代PLD發(fā)展和EDA技術(shù)和經(jīng)典的數(shù)字電子技術(shù)的基礎理論教學有機結(jié)合；將理論教學與實驗教學有機結(jié)合；將課程設計與本科畢業(yè)設計有機結(jié)合，使學生更好地掌握數(shù)字電子技術(shù)理論的本質(zhì)，同時減少了學時。（2）采用先進教育手段，提高學習積極性。廣泛使用先進的教學方法和手段，積極探索現(xiàn)代教育技術(shù)手段在教學中的應用。[4]根據(jù)本課程理論與實際緊密結(jié)合的特點，綜合使用板書和多媒體教學手段，不斷改進和優(yōu)化電子講稿，將理論講解和計算機輔助分析（EDA軟件）有機結(jié)合，相得益彰，大大提高了學生學習的積極性。（3）全面進行教學改革，提高教學效果。從課堂講課、討論、實驗、實習、考核等教學環(huán)節(jié)進行“數(shù)字電子技術(shù)基礎”課程教學改革，全面提高了教學效果。（4）結(jié)合教學內(nèi)容，參加各類競賽。結(jié)合“數(shù)字電子技術(shù)基礎”教學內(nèi)容，組織學生進行課外科技活動，深化了教學內(nèi)容，取得了突出成果。依托上述開放式實驗平臺和學生電子創(chuàng)新實驗室，組織了全國大學生電子設計競賽、湖北省大學生電子設計競賽、挑戰(zhàn)杯電子制作競賽等課外科技活動。
3 結(jié)束語
“數(shù)字電子技術(shù)基礎”課程具有自身的體系和特點，既具有很強的理論性、系統(tǒng)性和完整性，又具有很強的工程性、實踐性，我們在教學進程中將理論教學與實踐教學平臺相結(jié)合，根據(jù)教學內(nèi)容與特色，引入EDA軟硬件進行教學示例演示以及“項目式管理”工作過程等“啟發(fā)性”、“探究性”教學，激發(fā)學生的學習熱情。實踐證明這種教學改革能提高學生的理論知識應用能力及工程實踐能力，改善教學效果。
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[關鍵詞]機電一體化 概念設計 理論研究
中圖分類號：T9 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）10-0047-01
機電一體化技術(shù)是以其產(chǎn)品為載體而體現(xiàn)出來，是機電一體化技術(shù)發(fā)展至今的技術(shù)水平體現(xiàn)。機電一體化產(chǎn)品設計人員，要使產(chǎn)品設計符合機電一體化技術(shù)要求，并富于時代感，就要對于產(chǎn)品設計技術(shù)以掌握，并具備多種技術(shù)融合的技術(shù)能力。面對機電一體化產(chǎn)品的技術(shù)先進性和復雜性，就要將符合當代機電一體化技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)品設計理論建立起來。
一、機電一體化產(chǎn)品概念設計理論構(gòu)建的意義
在機電一體化產(chǎn)品設計中，概念設計對于產(chǎn)品質(zhì)量起到至關重要的作用。作為產(chǎn)品設計中的重要階段，對于產(chǎn)品質(zhì)量的決定程度可以達到70%以上。要獲得性能優(yōu)異的機電一體化產(chǎn)品，就要將機電一體化產(chǎn)品概念確定下來，制定出相應的設計方案和設計技術(shù)方法。概念設計理論首先是基于概念設計思想而建立起來的，在其基礎上還先后出現(xiàn)了多種階段性設計理論，如TRIZ設計、公理化設計QFD設計理論等等，對于機電一體化技術(shù)發(fā)展進程中所獲得的創(chuàng)新設計成果發(fā)揮了重要的推動作用。
在機械工程研究領域中，這些理論被運用于其中，進行組合設計而形成了技術(shù)綜合性較強的設計產(chǎn)品，由此而促進了機電一體化系統(tǒng)的多種學科交叉。系統(tǒng)的繼承性決定了其設計的復雜性，多門科學技術(shù)的融合，使得原有的單一化設計理論不再適應目前的科技發(fā)展需求。那么，在機電一體化產(chǎn)品概念設計理論研究中，就要從機電一體化系統(tǒng)自身的性能出發(fā)，結(jié)合設計目標而建立起完整的概念設計理論，以對創(chuàng)新設計的機電一體化產(chǎn)品以指導。與此同時，還要在機電一體化產(chǎn)品設計概念理論建立起來之后，結(jié)合相關學科，以使理論研究逐漸擴展。
二、機電一體化產(chǎn)品概念設計理論研究現(xiàn)狀
按照現(xiàn)代機構(gòu)角度對機電一體化系統(tǒng)進行分類，可以劃分為三個子系統(tǒng)，即廣義執(zhí)行機構(gòu)、信息處理及控制系統(tǒng)和傳感檢測系統(tǒng)。將三個子系統(tǒng)相銜接，建立起框架體系，不僅有效實現(xiàn)機電一體化運動功能，而且還促進了產(chǎn)品創(chuàng)新設計。在機電一體化產(chǎn)品設計系統(tǒng)中，廣義執(zhí)行機構(gòu)子系統(tǒng)是核心部分，其概念設計理論研究關乎到機構(gòu)運動的總功能。特別是在基本工藝動作設計過程中，要基于廣義執(zhí)行機構(gòu)的概念設計理論對基本的工藝動作進行構(gòu)思，以使其具有動作的獨立執(zhí)行能力。當執(zhí)行動作的創(chuàng)新技術(shù)確定下來之后，就可以結(jié)合機構(gòu)系統(tǒng)建立框架模型，以使系統(tǒng)設計更具有可操作性，而且采用這種方式更能夠結(jié)合計算機輔助進行產(chǎn)概念設計。
對于機電一體化產(chǎn)品的框架模型而言，仿真問題是最為重要的。作為設計結(jié)構(gòu)復雜的動態(tài)系統(tǒng)，機電一體化產(chǎn)品實現(xiàn)動態(tài)性能的同時，更要注重系統(tǒng)仿真性嫩的驗證。那么，在機電一體化產(chǎn)品概念設計階段，就要確立功能實現(xiàn)的約束條件，將各種相關的仿真軟件技術(shù)納入到框架模型當中，運用各種通用建模技術(shù)，使用仿真軟件將諸如原理圖、鍵合圖、信號流圖以及方框圖等等參數(shù)化。運用Simulink仿真軟件將系統(tǒng)仿真平臺建立起來，以為機電一體化產(chǎn)品概念設計的實現(xiàn)奠定基礎。
三、機電一體化產(chǎn)品概念設計理論的發(fā)展展望
對于機電一體化產(chǎn)品設計人員而言，產(chǎn)品概念設計理論具有重要的指導作用。國外研究機電一體化產(chǎn)品概念設計理論所獲得的成果，是建立在研究電子控制理論的基礎上的。國內(nèi)的研究學者則著重于機電一體化產(chǎn)品的運動結(jié)構(gòu)研究。機電一體化系統(tǒng)是基于多種學科而建立起來的，這就需要產(chǎn)品設計者對于產(chǎn)品從多種學科角度進行研究，并趨向于產(chǎn)品概念理論的使用操作性。雖然國內(nèi)外對于機電一體化產(chǎn)品設計理論的研究方向有所不同，但研究目標是相同的，且對于新技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)具有重要的指導意義。
關于機電一體化產(chǎn)品概念設計理論，從研究趨勢上來看，還要面臨諸多問題有待解決。比如，在進行機電一體化產(chǎn)品概念設計理論時，還要將推理方法建立起來；對于機電一體化產(chǎn)品的運動機構(gòu)進行分類，為了對驅(qū)動元件以及傳動機構(gòu)等等進行選擇，還要將驅(qū)動元件庫以及機構(gòu)執(zhí)行庫建立起來；對于傳感器的選擇，有賴于測物理量的參數(shù)定量化，以確定傳感器類型。此外，還要將信息處理、控制方法庫建立起來，以提高系統(tǒng)軟件和硬件的可控性。機電一體化產(chǎn)品在不同的設計階段，都會產(chǎn)生不同的概念設計理論，將產(chǎn)品概念設計評價體系建立起來，以利于產(chǎn)品不同階段設計有效銜接。
總結(jié)
綜上所述，對于機電一體化產(chǎn)品設計人員而言，概念理論設計所發(fā)揮的指導作用是不容忽視的。中國目前對于機電一體化產(chǎn)品設計的研究主要是基于運動功能為主產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計。作為多種學科集合的機電一體化技術(shù)，其復雜性決定了機電一體化產(chǎn)品概念設計理論的重要性。
參考文獻
經(jīng)過了一年的學習，我們，特指我，對我所學的專業(yè)即機械工程及自動化還是認識不是很夠，可能老師考慮到我們這些學生的潛在問題，就給我們安排了一個專業(yè)認識的實習周。我們要通過這幾天的實習對機械工程有一個直觀上的認識（通過之前的理論課專業(yè)概論課，我們已經(jīng)對機械工程有了一個大體的認識）。在進入工廠之前，老師給我們上了兩節(jié)基礎知識課，讓我們了解什么是機械工程及自動化，機械工程及自動化應該學些什么。
由于微電子高新技術(shù)的迅速發(fā)展，使工業(yè)自動化的程度大幅度提高。新的機電設備和產(chǎn)品將機械、電子、計算機和自動控制技術(shù)有機地結(jié)合在一起，形成了所謂的機電一體化技術(shù)，大幅度地提高產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和可靠性;提高制造技術(shù)水平，實現(xiàn)生產(chǎn)方式向柔性方向發(fā)展;增強企業(yè)的應變能力;節(jié)約能源和材料消耗，降低成本，提高勞動生產(chǎn)率。機電一體化已是當今世界及未來機械工業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展的主要趨向，也是我國機械工業(yè)發(fā)展的必由之路。然而，我國現(xiàn)有的機械專業(yè)人員的知識結(jié)構(gòu)與當今機械工業(yè)的發(fā)展極不相稱。學機械專業(yè)的，對電子、自動控制技術(shù)懂得較少;學電子專業(yè)的，對機械專業(yè)知識掌握的也不多，不能將機械與電子進行有機的結(jié)合。此外，由于近二十年科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，多數(shù)機械專業(yè)人員知識老化，對新知識、新技術(shù)了解甚少，難以從事機電一體化產(chǎn)品的設計與開發(fā)。因此，除現(xiàn)有機械專業(yè)人員需知識更新，解決機電一體化人才短缺的部分問題外，急需大批量培養(yǎng)這類人才,老師還說，目前工程機械的發(fā)展已經(jīng)達到了頂峰，設備可以完成人們所想到的任何工件，大型設備的專業(yè)化也在逐步加強，國內(nèi)外的工程機械設備的差距也在逐漸減小，工程機械有小型化、家用化的趨勢
所謂機電一體化，就是機械與電工合二為一。日本企業(yè)界在1970年左右最早提出“機電一體化技術(shù)”這一概念，當時他們?nèi)∶麨椤癕echatronics”，即結(jié)合應用機械技術(shù)和電子技術(shù)于一體。隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應用，機電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展，成為一門綜合計算機與信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、伺服傳動技術(shù)和機械技術(shù)等交叉的系統(tǒng)技術(shù)，目前正向光機電一體化技術(shù)（Opto-mechatronics）（Opto-mechatronics）（Opto-mechatronics）方向發(fā)展，應用范圍愈來愈廣?，F(xiàn)在的機電一體化技術(shù)，是機械和微電子技術(shù)緊密集合的一門技術(shù)，他的發(fā)展使冷冰冰的機器有了人性化，智能化。我們需要學的基礎科目有：英語、計算機、高等數(shù)學、線性代數(shù)、大學物理、物理實驗、工程力學、機械原理、畫法幾何及機械制圖課程等。
上完了這兩節(jié)的基礎課以后，在一男一女兩位老師的帶領下，我們機械工程及自動化的三個班分別參觀了北京建筑工程機械廠與北京現(xiàn)代汽車廠兩個地方。
周三那天早上下起了瓢潑大雨，可到了北京現(xiàn)代以后，天就放晴了。在向?qū)У膸ьI下，我們觀看了有關宣傳片，聽了關于展車的相關介紹，又參觀了總裝車間。給我留下深刻印象的就是總裝車間。一千多米長的生產(chǎn)線，經(jīng)過工人師傅準確而迅速的操作后，在OKLINE最后出來的就是成品車。
Abstract: By introducing virtual prototype technology into practice of mechatronics CDIO teaching, the paper investigates its idea, structure, and evaluating method, which is meaningful for modern engineering teaching methodology of mechatronics course.
關鍵詞： 機電一體化；虛擬樣機；CDIO
Key words: mechatronics；virtual prototype；CDIO
中圖分類號：G42文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2011）02-0216-02
0引言
2001年，由美國麻省理工學院、瑞典查爾姆斯技術(shù)學院、瑞典林克平大學、瑞典皇家技術(shù)學院等4所大學合作開發(fā)了一個新的工程教育模式，稱為CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate）模式。CDIO大綱以構(gòu)思、設計、實現(xiàn)、運作為主線，綜合地考慮了專業(yè)基礎知識、個人和職業(yè)的技能及團隊協(xié)作與溝通的人際技能，及在整個企業(yè)、社會環(huán)境下進行CDIO的過程。近年來，東北石油大學機電工程系將CDIO模式引入到實踐與工程應用性較強的“機電一體化”課程建設中，以提高課程教學質(zhì)量和教學效果，本文就其實踐教學過程中的一些認識作以探討。
1現(xiàn)狀分析
“機電一體化”是機械設計制造及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)課程，它在培養(yǎng)學生的機電系統(tǒng)設計能力和創(chuàng)新能力所需的知識、能力和素質(zhì)結(jié)構(gòu)中，占有十分重要的地位。課程的任務是使學生以系統(tǒng)的角度理解和掌握機電一體化技術(shù)，包括機械、檢測、控制、計算機軟硬件等方面的基本理論、基本知識和基本技能，學會典型機電一體化系統(tǒng)的分析和綜合方法，具備進行現(xiàn)代機電系統(tǒng)設計的初步能力。隨著機械和電子工業(yè)發(fā)展到新的階段，現(xiàn)代機械必然是由計算機控制的系統(tǒng)，理論性與實踐性聯(lián)系密切、工程實用性強是該課程最大的特點。近年來的教學實踐表明：原有的課程結(jié)構(gòu)、教學內(nèi)容、教學方法、教學手段、教學實踐等，已不能適應“寬口徑、重實踐、應用型”的現(xiàn)代工程教育發(fā)展潮流。究其原因，主要有以下幾個方面。
1.1 課程內(nèi)容繁雜。機電一體化技術(shù)是機械技術(shù)、檢測傳感技術(shù)、自動控制技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、信息處理技術(shù)、系統(tǒng)總體技術(shù)等多種技術(shù)的融合。以系統(tǒng)的角度理解和掌握機電一體化系統(tǒng)的工作原理及其應用是教學的中心內(nèi)容，這對教師和學生都提出了非常高的要求。但是針對具體系統(tǒng)進行分析和研究時，常會出現(xiàn)“一葉障目”，以偏概全之感，并無總體把握的能力和認識。
1.2 概念抽象，理論繁瑣，并且插圖多、公式多、敘述內(nèi)容多，教師不易抓住教學重點，學生學起來也常感到力不從心，對某些理論問題似是而非、模糊不清、嚴重時會導致學不下去。
1.3 教材存在局限性。目前現(xiàn)有的教材雖然版本繁多，但各有局限，在多達幾十種版本的有關教材中，內(nèi)容的編排大致相似，框架相同。在選材上為了照顧到內(nèi)容的完整性，主次不分明，重點不突出，尤其是典型機電一體化系統(tǒng)章節(jié)，往往虎頭蛇尾，沒有受到足夠的重視，不能起到綜合和系統(tǒng)總結(jié)的作用。
1.4 理論與實踐環(huán)節(jié)脫節(jié)情況嚴重，實驗內(nèi)容少且針對性不強，學生不能感受到實踐的趣味性、知識性和實驗成功后的成就感，更不要說培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。
針對上述這些情況，如何幫助學生以系統(tǒng)的觀點深入理解知識、掌握知識，如何培養(yǎng)與增強學生動手操作能力，如何讓學生學以致用，始終保持較高的學習興趣和創(chuàng)新意識，是課程教學的難點所在。
2基于虛擬樣機技術(shù)的CDIO教學理念
目前全國有近百所高校開展了CDIO項目的實踐和探索工作，汕頭大學、成都信息工程學院等院校已經(jīng)取得了顯著的成績。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，實施CDIO戰(zhàn)略是一項龐大的系統(tǒng)工程，需要很大資金投入和人員投入。根據(jù)自身實際情況，我們確立首先以虛擬樣機技術(shù)為載體，按照CDIO戰(zhàn)略對“機電一體化”課程的教學進行了探索和實踐。
虛擬樣機技術(shù)是近年來普遍應用的一種全新的機械設計方法,它作為一項計算機輔助工程技術(shù)于上個世紀80年代隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)，在90年代特別是進入21世紀以后得到了迅速發(fā)展和廣泛應用。CDIO標準明確指出采用產(chǎn)品和系統(tǒng)生命周期的開發(fā)及使用這一工程教育方法論，它強調(diào)它作為知識和能力培養(yǎng)的載體及環(huán)境，即知識和能力之間的關聯(lián)，而不是具體內(nèi)容。從這一角度出發(fā)，虛擬樣機技術(shù)可以為開展CDIO戰(zhàn)略提供適合的載體及環(huán)境。具體表現(xiàn)在如下幾個方面：
2.1 面向產(chǎn)品全生命周期的設計、仿真、分析是虛擬樣機技術(shù)的核心，這在某種程度上與CDIO戰(zhàn)略產(chǎn)品和系統(tǒng)生命周期的開發(fā)及使用標準不謀而合。
2.2 CDIO強調(diào)“做中學”教學模式，“做”具有廣泛的含義，既可以是在實驗室親自制作模型、樣機，也可以通過數(shù)字化工具在設計和仿真層面全面展開。
2.3 在市場競爭日益激烈的今天,為了達到時間、質(zhì)量、成本、服務、環(huán)境等多方面要求,必須以最短的時間、最好的質(zhì)量和最低的價格推出產(chǎn)品。采用虛擬樣機技術(shù)既可以減少模型樣機的試制,降低投入成本，又可以幫助學生在短時間內(nèi)掌握產(chǎn)品開發(fā)的全部過程。
2.4 虛擬樣機技術(shù)支持并行設計,便于設計團隊之間的溝通和交流，這也正是CDIO戰(zhàn)略重點強調(diào)的一種基本能力。
3機電一體化課程的CDIO架構(gòu)
CDIO強調(diào)學生的工程能力不是單純的理論知識或直觀的技能，而是兩者的有機融合，這對學生的創(chuàng)新能力、學習能力、對新技術(shù)的敏感能力都提出了更高要求。機電一體化技術(shù)的先修課程除了力學、模電數(shù)電等基礎課程外，還包括機械設計、微機與接口技術(shù)、控制工程等專業(yè)基礎課程，同期學習課程有單片機、可編程控制、機電傳動系統(tǒng)等。該課程有著鮮明的技術(shù)基礎和工程背景，因?qū)W時有限，包含的內(nèi)容較多，所以在教學中把握一個基本原則：了解機電一體化技術(shù)的發(fā)展動態(tài)，掌握其核心思想和技術(shù)，運用現(xiàn)代工程設計方法中的虛擬樣機技術(shù)，完成機電一體系統(tǒng)的創(chuàng)新設計與仿真分析?；贑DIO的思想，我們對“機電一體化技術(shù)”課程教學分成三個部分：課堂講授、小組項目、自選實驗。
課堂講授。以教師主講形式進行，以傳授基礎知識。授課時采用模塊化方式對教學內(nèi)容進行了重新編排，側(cè)重于通過實例分析加深對重要知識點的理解。主要內(nèi)容包括：①概論模塊：主要講解機電一體化技術(shù)的內(nèi)涵、體系結(jié)構(gòu)、特點、發(fā)展趨勢、典型系統(tǒng)（本田機器人、大狗、數(shù)控加工中心）分析，學時數(shù)為4學時。②系統(tǒng)部件模塊：主要講解執(zhí)行裝置的工作原理、驅(qū)動方法、對比分析與選用原則；機械傳動部件的種類、特點、對比分析與選用原則；檢測裝置工作原理、特點、對比分析與選用原則，學時數(shù)為6學時。③系統(tǒng)集成模塊：主要講解單片機、PLC、接口電路結(jié)構(gòu)及特點，通過典型實例分析理解系統(tǒng)集成的內(nèi)涵與相關技術(shù)，學時數(shù)為4學時。④系統(tǒng)控制模塊：主要講解機電一體化系統(tǒng)的設計方法與步驟、系統(tǒng)數(shù)學模型、現(xiàn)代控制方法簡介、典型反饋控制和狀態(tài)控制系統(tǒng)分析與設計，學時數(shù)為4學時。⑤虛擬樣機技術(shù)概論模塊：主要講解虛擬樣機的概念、原理、方法。通過典型實例領會基于虛擬樣機技術(shù)的機電一體化系統(tǒng)的設計思想和方法，學時數(shù)為4學時。小組項目以3-5人為單位自發(fā)形成設計小組。該階段需要完成下述內(nèi)容。①項目調(diào)研：查閱資料，擬定項目范疇和設計內(nèi)容。②項目申報：功能、原理、創(chuàng)新性、可行性論證。③項目開展：制定研究計劃，分配設計任務，選擇設計工具和仿真工具，開展項目設計。④項目匯報：提交項目日志、設計報告。在此期間，教師采取跟蹤方式對學生進行輔導，每個階段項目小組都要作公開匯報，并且需要回答指導老師和其它項目小組提出的問題，及時改進，完善設計。小組項目部分不占用教學學時，教師和學生利用課余時間開展該項內(nèi)容。自選實驗階段，項目小組根據(jù)設計需要，可以提出自選實驗項目，用以加強對機電一體化系統(tǒng)典型部件和單元的理解與認識。該部分工作由實驗教師配合完成，學時數(shù)為10學時。
4課程考核與評價
學生的工程能力等素質(zhì)很難通過傳統(tǒng)的教學測試方法進行考核與評價。在CDIO模式下，課程的考核與評價不再是一個孤立的行為。在“機電一體化技術(shù)”課程中，我們根據(jù)課程教學的三個部分―課堂講授、小組項目、自選實驗分別進行測試，然后與學生討論考核與評價體系，綜合學生的意見，再適當修正，盡可能做到靈活多樣。課程教授的理論部分采用傳統(tǒng)的試卷測試形式，小組項目部分根據(jù)學生的自我評價、公開匯報、虛擬樣機完成的質(zhì)量等情況進行綜合評價，自選實驗部分根據(jù)學生完成實驗過程中體現(xiàn)出的創(chuàng)新性、實驗內(nèi)容的連續(xù)性和執(zhí)行完成情況等做出判斷。
按照上述規(guī)劃，近幾年在我校機自專業(yè)進行了CDIO實踐教學活動。學生表現(xiàn)出極高的熱情,圍繞機器人、數(shù)控機床等設計主題共提交了眾多項目報告和虛擬樣機產(chǎn)品，許多項目小組還額外提供了自己開發(fā)的仿真控制程序。在參與同學中展開了問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，多數(shù)同學認為課程項目對于幫助理解機電一體化系統(tǒng)非常有用。在問到課程項目是否有必要繼續(xù)在下一年級開展時,絕大多數(shù)同學認為應該繼續(xù)開展?？傮w來看學生對該項活動抱有足夠的信心，提出了很多具體意見，如提前在低年級開展設計工具類項目，這樣可以在后續(xù)項目中有更多時間完成系統(tǒng)的仿真、分析、實驗驗證等深層次的設計內(nèi)容，提高設計質(zhì)量。
5結(jié)束語
機電一體化技術(shù)課程博大精深，具有內(nèi)容多、原理深奧的特點。根據(jù)國際工程教育CDIO理念進行教學實踐，既能使學生鞏固所學基本知識，抓住主次，又能鍛煉學生的觀察能力、設計能力、分析問題的能力、書面表達能力和交流能力，使學生的積極主動性得到最大程度的發(fā)揮。本文將CDIO模式引入到“機電一體化”的課程建設中，從教學理念、課程架構(gòu)、課程考核與評價等方面展開探討，為“機電一體化”課程的教學提供了新的思路，這些對于提高教學質(zhì)量和效果，培養(yǎng)學生的實踐與創(chuàng)新能力具有積極意義。
參考文獻：
[1]查建中.工程教育改革戰(zhàn)略“CDIO”與產(chǎn)學合作和國際化[J].中國大學教學，2008，5.
