针对工业工程专业的“机电一体化系统设计”课程教学探讨
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摘 要：文章针对工业工程专业的机电一体化系统设计课程学时少、学生几乎是“零基础”等问题，结合机电一体化系统设计课程教学的内容和特点，总结教学过程中发现的困难、不足，通过对教学内容、方法等方面的分析探讨，提出一些针对工业工程专业的课程教学想法与建议，旨在提高教学效果和人才培养质量，为今后机械制造基础课程教学提供思路，并为今后该课程的教学质量监控体系的构建提供前期基础。
关键词：“机电一体化系统设计”;工业工程;课程教学
“机电一体化系统设计”课程是机电类各专业必修的主干基础课程，在各高等工科院校人才培养环节中有着重要的地位[1]。该课程的主要特点是指引学生以系统角度看问题，培养学生的全局性思维观，将机械、电子等系统耦合因素看作一整体，去学习与理解机电一体化产品的通用规律及特点，掌握其设计理论、设计方法与设计技术，从通用机电化产品设计技术的学习中培养学生创新设计新机电产品的能力[2]。目前，机电一体化课程包含“机械部件与执行元件”“接口技术”“机电有机结合”“工业机器人”四部分内容，以及机电一体化综合实验课程。笔者所在的石河子大学机械电气工程学院近年对工业工程专业开设该课程，属于专业选修课。根据学校教学学科建设的需求与安排，由笔者承担工业工程专业的“机电一体化系统设计”的课程教学任务，由于该课程涉及面广，因此需要学生具备前期的专业知识，如机械设计、机械制造、电子电工技术、微机原理、电路控制、计算机技术等相关知识[3]。对于工业工程专业的学生来说，由于相关知识缺乏，导致实际教学过程中出现了不少问题。笔者依据在实际教学过程中遇到的问题以及对应用型本科院校人才培养目标的理解，提出了一些思考与建议，旨在提高课程教学效果，并为该课程质量监控体系的构建提供前期基础。
一、课程教学现状分析
本课程的教学对象是工业工程专业大四的本科学生，教学对象是一个专业两个自然班，根据教学大纲要求，该课程在学生所学专业课的基础上，以实例介绍的形式为主，从机械电子结合的角度介绍机电一体化的主要研究内容及应用领域，通过国内外关于机电一体化系统最新研究成果的介绍，学生既能了解到本学科的前沿知识，又能逐步培养科学研究的能力，为毕业设计进行相关题目的研究打下良好基础。通过教学实践发现，课程教学出现了不少问题，主要体现在如下几个方面。
1.机械或机电专业知识缺乏问题
工业工程专业本身属于管理类的专业，因此，该专业的学生机械方面的知识背景缺乏，机电一体化系统设计课程所涵盖的专业知识面较广，对相关先修课程的依赖性很强，对学生的专业相关知识面要求较广，要求学生学习的专业基础知识众多[3][4]。对于工业工程的学生来说，该课程只有32学时，所授知识却远超规定学时内的知识，这对学生来说，上课仿佛在走马观花，完全处于似懂非懂状态，致使学生学无兴趣，教师教无动力，笔者发现这是影响教学质量的主要原因之一。
2.课堂教学问题
由于课时的限制，再者，该课程具有很强的实践性和应用性，而教师只能在教室内以PPT的形式进行课堂讲授，很多教学内容被浓缩、简化甚至忽略不讲，教师把主要精力放在按规定学时把所有的教学内容灌输给学生，偏重课程知识、内容孤立传授，学生在课堂上基本处于被动接受的状态，不利于调动学生的学习积极性、主动性，教学效率不高。
3.实践课设置问题
本课程授课对象为正处于开始专业基础课学习的大四学生，学生都处在找工作的状态中，加上缺乏实践经验和机电产品设计等的感性知识以及课程学时的限制，学校不安排实践课环节，学生在课堂上接收的知识无法通过感性或直接的实践来巩固，直接导致学生运用所学知识解决、分析实际问题的能力缺乏。
二、课程教学探讨
上述问题是笔者在实际教学过程中总结而得，结合课程内容的特点，笔者从充分利用专业相关性，优化教学内容与结构，合理选择教学方式与方法等方面入手，解决工业工程等非机械类专业的课程教学的主观和客观问题，从而改善教学效果，提高教学质量。
1.加强专业知识的指导，激发学生的兴趣
因地制宜，从主观找解决问题的办法。由于工业工程的学生对机电类专业知识的缺乏，因此，笔者认为授课教师要切实根据课程内容有针对性地布置课前预习作业方式，并把预习作业完成程度作为考核计入总成绩，督促学生利用课后时间理解吸收本课程的知识点，并不断提高学生的基础及专业水平。同时教师课下应多了解他們的兴趣点，并积极夸奖他们的学科精神，积极跟学生沟通，及时抓住学生的兴趣点，以期结合学生的兴趣点进行授课，从而有利于课堂教学的积极有效进行。
2.优化课程教学内容
由于“机电一体化系统设计”课程具有内容多、专业面广等问题，因此在本专业培养目标指导下，教师对该课程的内容进行针对性的分解，可以优化教学内容[5]：删减控制基础、测试基础、单片机原理等部分讲解内容，把这些内容放到课后要求学生复习巩固;增加系统总体设计、动态特性、机电有机结合分析与设计等部分内容的讲授比重;并从系统性大角度给学生展示设计过程，让学生的基础及专业水平得到提高。然后，大胆改革教学方式，提高教学实效。在新工科背景下，教师要不断更新教学理念，大力倡导研究性学习理念[6]，以学生为主体，通过学生自由探索研究，利用形式多样的研究性学习手段，让学生在自主中学到基本知识，在问题和项目综合学习实践中得到锻炼，提升学生解决问题和思考问题的能力，激发学生参与创造性活动的热情。
3.多种教学方式并用
在对课程部分章节进行教学内容优化后，教师要根据该课程内容的特点，大力开展因内容而异的多媒体、课堂分析讨论、案例教学[7]、现场工程教学等多种方法结合的教学活动，学生没有机电类相关基础，那么在教学中应尽量多找些视频教学资料来弥补一些感官的教学内容，加深学生的学习，通过在课堂上完整讲解一个具体案例，从机械结构设计、执行驱动、传感检测、信息处理等环节，让学生掌握机电产品一体化设计的要点和具体思路[8]。同时，组织学生对每个环节出现的关键问题进行小组讨论，并让每个学生发表自己的建议与看法，形成人人参与、人人思考的学习氛围[9]。教师结合研讨式教学，让学生自主学习，遇到问题学会自己先解决。教师可以以小组为单位，进行研讨式教学，让学生课后独立完成一个专题，第二次上课时以小组的形式给大家汇报，教师点评，其他学生提问。这样的教学方式不仅能有效培养学生的兴趣，而且还能帮助学生培养团队合作意识，让学习变得主动起来。 4.创造条件，引导学生课后自主学习与提高
以教师为主导，在学院已有的客观条件下，努力探索课外培养学生创新实践能力的模式。由于课时少，不安排实验课教学实为不妥，但是，在实际教学过程中，笔者方面在保证安全的前提下，安排并鼓励学生去本地企业进行自主参观学习。另外，综合实践环节、实训环节，以工程案例为导向，不断提高学生的积极性和主观能动性。将学生以小组的形式分配到非标准自动化设备产业企业，以企业主导产品为对象，完成从产品的方案确定、三维建模、工程分析、工艺设计到最后的装配调试系统训练。在实际教学中，教师要注意充分发挥学生的能动性，通过学生自由探索研究，开展形式多样的研究性学习，让学生在自主中学到基本知识，在问题和项目综合学习实践中得到锻炼，提升学生解决问题和思考问题的能力。
针对工业工程等非机类专业学生在机电一体化系统设计课程学习中出现的问题，文章探讨了必要的教学方法，并提出了相关教学改革措施。建议在培养学生的兴趣的基础上，针对性地优化教学内容，改革教学方式与手段，尝试多种教学方法，以研究性教学为主导，激发学生的自主能动性，同时创造条件，让学生自主学习，提高自身的工程实践能力。
参考文献：
[1]张建民.机电一体化系统设计（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2007.
[2]楊勇，曹自洋，朱其新，等.“机电一体化系统设计”课程教学中存在的问题与教学改进措施探讨[J].科教导刊，2018（36）：103-104.
[3]丁孺琦，徐明，胡国良.工程教育认证背景下机电一体化系统设计课程改革[J].教育现代化，2018（22）：81-83.
[4][5]苏再军，黄艳香.机电一体化系统设计课程教学改革探讨[J].时代农机，2017（10）.
[6][9]何亚峰，俞庆，黄志荣，等.“机电一体化系统设计”课程研究性学习实践与探索[J].现代制造技术与装备，2016（11）：189-190.
[7]陈成军，李东年.机电一体化系统设计案例教学研究与实践[J].大学教育，2017（9）：54-56.
[8]赵月静，李红彦，任有志，等.电梯案例教学在《机电一体化系统设计》课程中的应用[J].教育教学论坛，2017（35）：175-176.
作者简介：李俊伟（1987—），男，石河子大学机械电气工程学院讲师，硕士，主要从事机械专业教学与科研工作。
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