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Abstract: Taking electromechanical integration control system as an example, this paper discussed the connection technology dividing it into man-machine connection and the mechanical and electrical connection, and based on this, it analyzed the impact of the mechanical and electrical connection technology to electromechanical integration and put forward that the mechanical and electrical connection technology promoted the development of electromechanical integration inevitably.
关键词: 机电一体化;接口技术;人机接口;机电接口
Key words: electromechanical integration;connection technology;man-machine connection;mechanical and electrical connection
中图分类号:TH16文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)14-0044-01
0引言
机电一体化系统是机械、电子和信息等各种技术融合为一体的综合系统,其构成要素与子系统之间的接口部分就显得极为重要。在机械系统和电子系统各种技术的复合过程中,接口技术很重要,机电接口技术是解决如何把机电及相关领域技术有机地融为一体,从而设计出最优的机电一体化产品的研究领域,其性能的好坏对整个系统的综合性能起着决定性作用。
1机电一体化系统的设计
在早期的机电一体化系统中,机械部分的设计是系统设计的中心。电能仅用于驱动,为系统提供动力。利用直流电动机的变速功能虽然可以简化机械系统的传动结构,但因为无法控制运动部件的行程,因而程序自动化仍然是系统控制设计的主要目标。驱动电动机不再是机械运动链的起点,而成为联结机械运动和动力以及控制的接口。机电一体化系统设计已从“纯”机械的设计延伸到控制领域。计算机、数字电路、传感器以及自动控制理论已成为系统设计师不可或缺的知识基础。信息技术和软件设计已经成为表达系统设计思想和协调自动化工作的重要工具。机电一体化技术是一个不断发展和完善的过程。产品精度和生产效率对机电一体化系统提出了不断改进伺服驱动性能和发展控制算法的要求,而性能优良的伺服驱动既拓展了机械系统的功能、简化了传统的机构,又要求机械系统具有合理的惯量和更好的系统动态性能。传感器的在线监测确保了系统安全可靠的运行,反馈的信息通过闭环确保了先进控制理论的实现和产品的质量要求。机、电、信息的密切交叉已经使机电一体化系统中各部分的互相联结和影响成为设计必须综合考虑的重要内容。机电接口技术作为机电一体化设计的核心已经受到专家和学者越来越多的关注。
2机电接口技术的内涵
机电一体化系统是机械、电子和信息等功能各异的技术融为一体的综合系统,其子系统之间的接口极为重要,从某种意义上说,机电一体化系统设计就是接口的设计。但现在对于机电接口技术的研究较少,通过对机电一体化系统进行总结和归纳,我们提出了机电接口技术的概念,形成了如下几点认识。
2.1 机电接口技术的内涵机电接口技术是一门新兴的技术,它研究机电一体化系统中各组成部分(子系统)和各组成技术之间的接口问题。研究这门技术是为了更有效地进行系统中信息能量的交互,融合各种技术,实现机电一体化系统最优化设计。
2.2 机电一体化系统接口(简称机电接口)的功能机电接口传递和转换信息和能量,并将机电一体化各组成技术的特性融为一体。机电接口包括硬件和软件,硬件主要在子系统之间或人与机电一体化系统之间建立连接,为信息和能量的输入/输出、传递和转换提供物理通道。软件主要是提供系统信息交互、转换、调整的方法和过程,协调和综合机电一体化组成技术,使各子系统集成并融合为一个整体,实现新的功能。
2.3 机电接口的分类①人―机接口。人与机电一体化系统之间的接口,通过此接口,可以监视系统的运行状态,控制其运行过程,即通过人―机接口能够使系统按照人的意志进行工作。人-机接口是双向的,硬件包括输入/输出设备,主要有显示屏、键盘、按钮等。②动力接口。动力源连接到驱动系统的接口,为驱动系统提供相应的动力。根据系统所需的动力类型不同如直流电、交流电、气动、液压等,动力接口的形式也有很大的不同。但动力接口有一个共同的特点,能够通过较大的功率。③智能接口。智能接口主要存在于三处,控制系统到驱动系统、驱动系统到传感器、传感器到控制系统。智能接口的应用情况相对比较复杂,但可以得出它的一些共性:智能接口传递和转换各种信息,按照不同技术的要求改变信息形式,使不同的子系统、不同的技术能够集成在一起,形成完整的系统。通常,智能接口是软件表现出的功能连接。④机―电接口。执行机构与驱动系统和传感器之间的接口。将驱动信号转换成执行机构所需的信号,或将执行机构的机械信号转换成传感器所需的信号。
3机电接口技术对机电一体化发展的影响
社会需求推动机电一体化技术的发展。当传统的机械技术无法满足日益增加的社会需求时,机械技术与电子技术、信息技术等结合形成的机电一体化技术就成了机械技术发展的必然。相应的系统内部的接口也就变得越来越复杂。机电一体化技术的各组成技术的研究已经进行得非常深入且日趋成熟,同时,人们也意识到单纯发展和研究各组成技术并不能保证机电一体化系统的最优化。而机电接口技术正为它们提供了一种有效的方法来进行系统研究,并将系统设计、集成和融合理论应用到实际的设计当中。目前,机电一体化正在向着智能化、模块化、网络化等方向发展,智能化必然要求系统各部分的结合要更加紧密,信息传递和反馈更加迅速准确。从机电一体化发展方向对机电接口技术的要求来看,机电接口技术的研究与发展已经成为必然,同时,机电接口技术的研究与发展也必然对机电一体化技术的发展起促进作用。
4结论
机电一体化系统是机械系统不断融合各种新技术、新知识发展起来的。因此,从机械技术发展起来的机电一体化技术的复杂性和多学科性就决定了此技术的研究重点是各种技术在机械技术上的融合与创新。机电接口技术是研究机电一体化系统中的接口问题,使系统中信息和能量的传递和转换更加顺畅,使系统各部分有机的结合在一起,形成完整的系统。机电接口技术是在机电一体化技术的基础上发展起来的,随着机电一体化技术的发展而变得越来越重要。同时机电接口技术的研究也必然促进机电一体化的发展,促进机电一体化系统理论的发展。
参考文献:
[1]李运华等.机电控制.北京:北京航空航天大学出版社,2008.
关键词:物联网;机电一体化;核心技术;发展趋势
Abstract: along with the development of technology, the world is entering from the Internet era the era of the Internet of things. In the era of Internet of things, electromechanical integration itself is changing. This paper from the network perspective, the core technology of mechanical and electrical integration of the overview, forecasts the development trend of electromechanical integration technology.
Keywords: Internet of things; electromechanical integration; key technology; development trend
中图分类号:TH-39 文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2013)
一、引言
物联网又称传感网,是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮[1],是在互联网技术基础上的延伸和扩展的一种网络技术。世界各国均将物联网作为国家发展战略,以此提升经济发展。
机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合,并综合应用到实际中去的综合技术,使得机械设备的动力、信息处理与控制等部分的功能呈现自动化、智能化状态[2]。
机电一体化技术是物联网时代的支撑,伴随着物联网的不断发展和推进,机电一体化的核心技术和发展趋势也会发生相应的变化。
二、机电一体化的核心技术
1、机械技术[3],是机电一体化的基础。机械技术不仅要考虑如何与机电一体化技术相适应,而且要利用新材料、新技术、新工艺从改善性能、减轻质量、缩小体积和提高精度等几方面考虑,为机电一体化提供性能优良的机械平台。
2、信息处理技术,为进一步发展机电一体化,必须信息处理技术和机械技术相结合,使设备具备数据采集、数据存储、数据处理、智能决策等功能。提高设备的数据处理速度、可靠性、抗干扰性及兼容性等问题就必须依赖信息处理技术。
3、传感器技术,传感技术也是物联网的核心技术之一。传感检测技术是系统的感受器官,是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强,系统的自动化程序就越高。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验,它是机电一体化系统达到高水平的保证。
4、系统集成技术,即在系统工程科学方法的指导下,从系统和客户的角度出发,将若干功能模块集成到相互关联的、统一和协调的系统之中,连接成为一个完整可靠经济和有效的整体,使之能资源共享、协同工作,达到整体性能最优。
三、机电一体化发展趋势
进入21世纪以来,随着电子技术、网络技术、微电子技术发展,社会发展日新月异,现在社会正从互联网时代进入物联网时代。物联网给我们构建了一个十分美好的蓝图,正如“智慧的地球”中所描述,在未来,通过物物相联的庞大网络实现智能交通、智能安防、智能监控、智能物流以及家庭电器的智能化控制[4]。在物联网时代,机电一体化也必将呈现特殊的发展趋势。
第一,智能化。智能化就是将计算机技术有效应用到机械设备中,使机械设备可以按照程序命令进行运作。除了生产机械设备向着智能化发展,机电一体化技术应用的另一个方面---机器人,也在向着更加智能化方向发展。随着机电一体化技术智能化的发展,机器人将会被赋予人的行为,其行动也将更为灵活,还可以有思维能力,比如逻辑判断,自我决策能力等[5]。
第二,M2M(Machine to Machine)。伴随着智能化,M2M是机电一体化的重要发展趋势,它是机器和机器之间的一种智能化、交互式的通信。也就是说,设备被赋予了更多的“思想”和“智慧”,且不是独立的个体,而是相互联系的有机体,机器会根据既定程序主动进行通信,并根据所得到的数据智能化地做出选择,对相关设备发出正确的指令。
第三,绿色环保。环保化的机电一体化技术主要体现在产品在设计、生产、包装、使用,甚至销毁过程中,都要尽量提高对资源的利用率,减少对环境的污染,保证产品的使用效率。其特点是,资源利用率最高、污染最小(或无污染)、可循环使用。绿色环保不仅是技术发展的需要,也是人类可持续发展的需要[6]。
四、结束语
本文介绍了物联网时代下机电一体化的核心技术及发展趋势。机电一体化是许多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。在信息技术快速发展的今天,机电一体化也有了新的内涵和发展趋势。在当今世界上,机器设备的数量至少是人的数量的4倍,故机电一体化的发展会有更广阔发展前景,而且机电一体化的发展也必然促进经济发展和社会变革。
参考文献:
[1]物联网白皮书.工业和信息化部电信研究院.2011.
[2]刘庆民.机电一体化技术的现状和发展趋势[J].科技致富向导,2011,(12).
[3]胡家华.机电一体化技术的应用及其发展趋势[J].中国高新技术企业,2011,(21).
[4]刘立琦.物联网发展应用给经济社会带来的影响[J].物联网技术,2011(7).
关键词:机电一体化;采矿工作;煤矿企业
煤炭开采技术直接影响煤矿矿井的产能释放,随着煤矿开采地域的不断扩大和延伸,以及采煤机械的更新换代,传统采煤工艺已经不能满足国家发展对能源的需求,现代综合采煤工艺的发展进步必须通过不断创新才能跟上时代步伐,因此机电一体化技术在煤矿行业的应用越来越重要。
1.机电一体化的基本概念及其构成要素
1.1 机电一体化的内涵
机电一体化是最近几年新出现的自动化技术,并且很快得到了高速发展,成为许多行业技术改造的重点方向。所谓机电一体化,是指融合了电子信息、机械设备、电脑软件等多门学科技术为一体的综合技术,它综合了不同学科知识和技术特点,将它们有机的整合在一起,形成了一门独具特色而又具备广阔发展潜力的技术应用方案,能够有效提升工业生产效益和效率。
1.2 机电一体化技术的特点
(1)安全性高。机电一体化技术具备十分强大的应用功能,能够实现自动监控、实时数据传输、紧急预警以及自我更新和恢复等智能化操作,对于在生产过程中出现的任何意外情况,例如电路短路、工作负荷过大、电机失灵等问题,都能够及时检测并报警,可以有效防范事故风险的发生,不断提高生产安全性和稳定性,保证良好的安全生产环境,提供企业的综合生产效益;
(2)实操性强。机电一体化技术所采用的各种设备具有高智能化特点,大大降低了人工操作的工作量,使得操作过程更加简单和规范,避免了由于人工操作带来的各种失误,显著提高了生产过程中的安全性和稳定性。
(3)实用性大。与机电一体化技术相配套的各种设备和仪器,都具有较高的自动化水平和智能化程度,能够有效提高日常保养和故障检修工作性能,可以通过提高相关配套仪器和设备的自动化程度来加强整个一体化生产系统的自动化水平,降低人为因素对生产设备操作的不利影响,从而不断提高生产操作的规范化水准,保证更高水平的工作质量和效率,提高企业的总投入产出比。
2.机电一体化的核心技术构成
2.1 机械本体技术
要改善和提高机械设备的总体工作效率,必须从三方面来努力:自身重量、加工精度和产出量。当前,机械加工对象都是各种金属材料,降低加工自身的设备重量,可以有效提升机械加工效率,一般考虑利用非金属材料配件来置换不重要的金属部件。通过降低加工机械设备自重,可以提高加工设备小型化水平,不断提高加工设备的工作反应速度,降低能耗,提高加工效益。
2.2 信息处理技术
机电一体化与信息技术的融合程度正在不断深入和加深。为了提高机电一体化的应用水平和生产力,可以通过信息化改造来实现。利用信息科技提高工业生产综合效益,是未来工业技术发展的主要方向之一。
2.3 信息传感技术
机电一体化的传感技术主要是因为它可以通过光纤和电缆传感器能够提高其传感器的安全性以及可靠性,在采矿应用过程中具有很高的安全性能,对防止电磁干扰具有很大的抵抗功能。
3.机电一体化技术在煤矿中的应用
3.1机电一体化技术在采煤机的应用
机电一体化技术在煤矿行业最典型的应用在于电牵引采煤机设备的开发和推广,这种机电一体化采煤机相比大多数电牵引采煤机具有多种特点和优势:第一,电牵引采煤机最主要的特征就是它具有良好的牵引特性,电牵引采煤机在前进过程中可以不断地提供牵引力;第二,电牵引采煤机能够保证在采煤系统下滑作业时进行发电制动,其轴端装有停机时防止机器下滑的制动器,因此非常适用于大倾角煤层的开采,尤其适用于50°±10°倾角范围的煤层,并且不需要其它防滑装置;第三,电牵引采煤机易损原件少,除了电动机的电刷和整流子容易磨损意外,再无其它易损元件,因此具有维修量小、运行可靠、寿命长、效率高等优点。
3.2机电一体化技术在提升机的应用
矿井提升机是目前煤矿机电一体化、自动化水平最高的设备,典型产品为全数字化交直流提升机,其中以内装式提升机最具代表性,该设备在结构上采用合二为一的驱动和滚筒装置,大大简化了机械结构,充分体现了机械、电子、计算机以及自动化技术的有机结合。
3.3机电一体化技术在皮带机的应用
我国煤矿井下输送系统的主要运输设备是皮带机,它能够满足长距离连续输送,并且皮带机具有输送量大、运行可靠、效率高和易于实现自动化等优点。目前主要采用机、电、液一体化的CST可控软启动装置,我国煤矿皮带机一般采用3点驱动技术,并且需要相应地限制输送机的单机长度和运量,该项技术与世界发达国家相比存在着一定的差距。
4.煤矿机电一体化技术的发展趋势
煤矿机电一体化是随着机电一体化的发展而发展的,它与机电一体化的发展是统一的,同步进行的。煤矿机电一体化未来发展趋势如下:第一,煤矿机电设备更加智能化,智能化系统是21世纪才开始流行起来的新兴技术,其使用范围和完善水平都存在着明显缺陷,因此煤矿机电设备的智能化成为一个重要的研究方向;第二,煤矿机电设备更加微型化,微型化在煤矿机电一体化中的应用并不成熟,它伴随着微电子技术的兴起而发展;第三,煤矿机电设备更加系统化,煤矿企业机电一体化所包容的范围越来越广,所使用的技术范围也逐渐扩增,随着这些种类的繁多,就产生了一个关键的问题:如何能够使这些差异很大的技术有机的组合起来,以发挥更大作用。迄今为止,尚未有一个国家或企业能够很好地充分利用这些技术的优势,无法避免其缺陷,因此该项内容也成为今后发展的一个重要方向。
5.结论
总之,通过本文论述,我们在对机电一体化这项技术逐步了解的前提下,我们深知:对于如何使其在煤矿企业中得到落实和运用还需要很多工作要做,但无论如何,我们必须重视机电一体化在采矿中的作用,最大发挥其在行业中存在的潜在价值,在煤矿企业开采过程中尝试落实这些技术的应用,为提高煤矿企业生产效率创造良好条件。
参考文献:
【关键词】中高职衔接;机电一体化专业;一体化课程体系
吉教职成字[2014]5号、7号文件关于印发《开展中高等职业教育衔接试点工作的实施方案》的通知,落实了吉林省中高职教育衔接工作。吉林电子信息职业技术学院作为首批试点院校进行了中高职衔接,在机电一体化技术等专业进行了中高职衔接的实践与探索。根据吉林省中高职机电一体化专业衔接的现状,成立中高职衔接机电一体化专业建设委员会,多元参与课程体系的开发,建设了一体化的课程衔接体系,并在实践中不断完善。
一、机电一体化专业一体化课程衔接体系设计的必要性
目前我国中高职院校大多各自办学,各自为政,是两个相互独立的体系。而现代职业教育体系要求中高职教育是一个联系o密的有机整体。目前吉林省的机电一体化专业中高职衔接普遍存在课程体系自成一体,中高职教育中的课程和技能重复甚至倒挂,中高职衔接内涵缺失,没有合理的衔接点等问题。实现中高职有效衔接的关键是课程体系的一体化建设。
二、机电一体化专业课程衔接体系的结构框架
(一)理清典型工作任务
根据吉林区域产业链,通过充分调研理清典型工作任务,明确人才培养的培养目标。目前吉林省机电一体化专业主要以机电制造产业链不同的职业岗位,制定专业的人才培养目标。在中职教育阶段,机电一体化专业的学生主要从事机电产品安装与调试;而高职阶段,机电一体化技术专业应该是中职阶段学生能力的横向和纵向延伸,专业知识更深,技术能力更强。要求学生不仅要掌握机电一体化领域的一般技能,还要具备一定的管理能力、创新能力和职业迁移能力。高职阶段机电一体化技术专业职业岗位面向,见表1。
(二)确定中高职机电一体化专业培养规格
中高职衔接中的中职教育和高职教育在培养规格上虽然有不同的定位,但应该是一个有机整体,高职教育是中职教育纵向与横向共同发展的结果。
中职培养规格:掌握机电一体化方面的基础理论知识;能够识读一般装配图和电气安装图;能够正确执行各种工艺及调整操作,具有从事机电设备的安装、调试及维护等工作的基本能力;具有终身学习能力。
高职培养规格:面向机电一体化设备制造与使用企业的相关岗位,熟悉相关的国家或行业标准,掌握一般中小型机电产品的设计和调试;具有从事机电设备的安装、调试、运行、维护、检修、生产组织与技术管理等工作所需的综合职业能力,具有与不同层次人员的沟通交流能力。
中职教育在培养规格上注重经验层面的单一技能和专业通用基本能力的培养,高职教育在培养规格上注重策略层面的复杂技能和综合职业能力培养。
(三)中高职机电一体化专业一体化课程结构框架设计
目前,我国的中职教育培养目标定位为一线技能人才,培养的是一般的经验技能;高职教育培养目标定位为发展型复合型和创新型的技术技能人才,培养的是高端的策略技能。经验是策略的基础,策略是经验的升华。因此,要贯通机电一体化专业的中高职衔接,必须进行一体化课程体系的设计。
机电一体化专业中高职衔接的一体化课程体系以职业能力培养为核心,以能力的螺旋式上升为主线,构建适应中高职培养规格的模块式课程。课程体系框架结构可分为基本素质课程、专业核心课程及专业拓展课程和综合实践课程四个模块。
三、机电一体化专业一体化的课程衔接体系
根据典型工作任务确定学习领域课程,根据机电产品制造与使用企业相关岗位所要求的职业能力确定学习领域的内容,并确定体现完整学习内容的学习情境。
(一)一体化的课程衔接体系开发原则
成立机电一体化专业中高职衔接课程体系开发组,邀请中高职院校相关专业的带头人和教师专家、行业企业的专家等多元参与,共同进行课程体系的开发。根据中高职机电一体化专业各自的培养目标,结合实际情况,对原有的课程进行优化和整合,开发新课程等。最终确定各自所属课程,为中职阶段和高职阶段的课程划分明确的界限,避免课程的重复。同时制定统一的课程标准,明晰课程目标,促进课程的纵向深化和横向拓展,实现中高职的有效衔接。
(二)一体化的课程衔接体系建设
对于素质课程,中职阶段着重培养学生的基础素质和基本的职业素养,高职阶段着重培养良好的综合素养。对于专业核心课程,中职阶段以实践为核心,以机电设备的操作和运维能力培养为主线,高职阶段以理实一体为核心,以专业的综合能力培养为主线。对于专业拓展课程,中职阶段强化学生社会适应能力和素质提升,高职阶段强化学生职业迁移能力和创新能力。课程模块之间彼此独立又相互联系,层层递进。
四、结束语
中高职教育的有效衔接是一项复杂的系统工程,涉及到国家政策、地方经济发展等多个方面。一体化的课程衔接体系建设只是其中重要的一个环节。机电一体化专业由于其专业特点,在衔接过程中对课程的要求更高。为了保证中高职衔接课程体系的顺利实施,必须执行统一的课程标准,实行学分制或弹性学年制管理,执行切实可行的评价标准。目前,这种衔接在教学实施中的策略和优化路径还在积极探索中,它将推动职业教育教学改革的发展。
参考文献:
[1]邓桂萍,宋S.电子类专业中高职衔接课程一体化设计探索[J].职业技术教育,2013(14):31-33.
[2]张杨.机电一体化专业中高职衔接课程建设的研究与探索[[J].价值工程,2014( 24) : 279-280.
关键词 机电一体化技术;课程定位;教学改革;实践教学
中图分类号:G642.0 文献标识码:B
文章编号:1671-489X(2013)21-0139-03
机电一体化课程是一门以精密机械技术为基础,综合电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术为一体并应用到实际中去的高技术学科,是机械工业发展的必然方向。为了适应科学技术的高层次发展,紧跟国际化科技的潮流,河南机电高等专科学校机电专业在初创时期,特别强调“机电一体化技术”课程模块的设置与教学,并且对于这种侧重于实践应用和变化较快的课程内容,为了能够及时跟踪学科的前沿发展,使得学生的学习更具有时效性,还把它设置为机电一体化创新设计课程,并且选择北京理工大学长期从事机电技术学科教学和研究的张建民教授撰写,高等教育出版社出版的《机电一体化系统设计》一书作为教材,借以促进机电一体化技术课程教学中学生学习兴趣的激励和教学教法的出新。
1 “机电一体化技术”教学课程的定位
把“机电一体化技术”课程设置为模块化教学课程,不仅因为它是“机械制造及自动化”专业课程体系中的主干专业课程,而且对于这种机电一体化属性的课程内容,学生有兴趣和渴望掌握相关领域前沿应用的摄取能力,使其有助于今后的学习并及时为就业和机电产品开发应用服务。在前期的相关课程教学中,学生对“机电技术类”课程踊跃选修,“全国大学生机械电子设计竞赛”连年参与人数在百人左右,足以表明学生的这种兴趣和渴望。
“机电一体化技术”课程作为机械技术与微电子技术的新兴交叉学科,融合了机械技术、电子技术、信息技术等多种学科的技术基础,体现了“以机为主、以电为用、机电有机结合”的原则。因而,“机电一体化技术”课程的教学内容,也要涵盖机电技术领域的全部技术基础分支,使学生全面了解相关学科知识内容,综观机电一体化技术发展的必然趋势。《机电一体化系统设计》一书被认为是国内机电技术学科领域具有代表性的经典论著之一,并在国内许多本科类及高职高专类学校被用作教材或教学参考书。其具有较强的先进性、实用性和权威性,具备了如上各个技术分支的理论基础,内容丰富、深入浅出、层次清晰、理论与应用并重,能够将现代机电技术的原理、技术与应用有机结合,良好地引导学生对新知识的渴求。
《机电一体化系统设计》一书除了书本的课程内容之外,还包括相关文献参考资料电子版以及网络链接学习材料的CD-ROM光盘,为学生提供了一个广泛的学习空间。作为“机电一体化技术”课程教学的教材,它在提供了知识点齐全、难易度适中的课程内容的同时,还为教学和学习提供了机电产品的设计实例,利于在教与学互动过程中进行实践应用的检验和对机电产品设计的理解,获得有益的教学效果。
为此,确定“机电一体化技术”课程教学的基本目标定位:通过相关学科知识的学习和掌握,营造师生交流互动的实践应用设计环境,促使学生系统了解机电技术学科知识,掌握机电一体化产品系统设计方法,锻炼提高学生“机电有机结合”的实际应用能力。
2 实践讨论教学模式的采用
实施机电一体化技术专业课程的实践互动模块讨论式教学,不仅能够使学生在整体把握专业知识的同时获得理论与实践的互动理解,锻炼和提高机电一体化产品设计的系统化思维及应用能力,还将反过来促进学生对先进学科知识的兴趣和追求。
机电一体化技术教学就是要营造一种实践学习及系统应用专业知识的环境和氛围,但是它应该完全不同于全实验的专业课程授课。当前,一些教师的实践互动模块讨论式教学并未起到实际效果,不仅有教师教学方式的缺陷,还有学生自主探究学习方式应用的不足。因而,在这种实践综合应用专业知识课程的教学中采用“侵入式”授课,势必造成学生对专业知识的思维理解滞后以及对知识点整体链接思维的障碍,从而影响师生课堂上的交流互动,无法达到促进学生积极学习的目的。为此,必须采用“实践互动模块讨论化”的方法,充分利用校内机电实验设备,有序地为学生设置实践互动模块讨论式的教学环境,针对机电一体化产品功能模块授课,达到学生对专业课程的逐步接受适应和学习主导性的稳步完成。
“实践互动模块讨论化”的机电一体化技术教学就是教育者努力创设互动性、参与性的教学氛围,让学生“浸泡”于机电一体化技术应用的环境里,潜移默化地提高学生理论应用于实践的系统思维整合能力。为此,在“机电一体化技术”课程教学中,首先坚持采用教材中的系统知识点,在机电一体化产品为背景的环境中以教材中机电一体化系统设计实例方法及结合科研成果构建学生的学习环境,从而否定了采用课堂讲义灌输式授课的原始方法。在教学过程中,不仅利用教材内容模块式编辑课程教学课件,采用理论知识与实物对照的讲解并设定互动讨论式交流,还发挥多媒体教学手段的作用,配备了动画及音频的实例演示教学内容,随时提问和讨论知识难点。为了达到与课堂教学的统一,延续课堂教学内容效果,每次课后的习题作业要求学生针对机电一体化实例分组设计完成;并且实验课程内容采用案例式介绍,实验报告要求结合科研成果讨论解决方案有所创新。最后采用理论闭卷考试(占总成绩的60%)、课程设计(占总成绩的30%)和平时讨论的参与程度(占总成绩的10%)三者结合考核,作为最终成绩。同时,鼓励学生参加机电产品创新设计大赛各种活动,获奖人员的课程设计设定为优秀(90分以上),使得学生对整个课程内容的学习都处于积极主动之中。
通过这种教学方式,试图培养学生在学习和应用机电一体化技术中了解和掌握如何“用机电一体化系统的设计原理与方法去设计改造机电一体化产品”,并进一步过渡到利用“以机为主、以电为用、机电有机结合的系统思维解决实际问题”。学生通过对专业技术知识的丰富和机电产品设计应用和改造能力的提高,将获得机电结合型高素质的综合发展,成为具备走向国际、放眼全球的科技人才。
3 机电一体化教学资源的广泛挖掘
“机电一体化技术”课程涉及机电技术各个分支学科的原理、技术与应用,每个分支学科都是世界现代高科技领域的一个缩影。根据“机电一体化技术”课程的这一高科技现代化特点,广泛挖掘利用其教学资源,促进学生技术知识的猎取和实践能力的锻炼。
首先,“案例教学”的网络资源利用。把具有重要学习意义的一些机电技术的原理、设计方法等进行课程模块划分,如划分为机械系统部件模块、机电执行元件模块、机电微机控制模块、机电元部件特性模块、机电结合设计及改造模块等,作为课程内容的讲述内容,要求学生利用网络搜索工具,充分进行相关预备知识内容的检索和复习,并通过机电一体化技术应用案例的检索,获取、对比并介绍、讨论相关设计案例,深入理解机电一体化系统各要素的联系。通过这种学习过程的熏陶,学生不仅深入地理解和复习相关的课程知识,还将对课程内容产生浓厚兴趣,激发后续继续学习的潜力。
其次,实践实验教学利用。目前,“机电一体化技术”的一些课程内容,已经广泛应用于各类机电产品中,并且,一些课程内容还是机电技术知识在实际机电类产品中的扩展应用。如数控机床、工业机器人、照相机、苹果手机、自动打卡机等,更是反映了机电技术的跨学科延伸。因而,充分利用校内实验教学课程资源的数控加工中心及各类机电一体化实验设备,结合机电一体化技术在实际生活中的应用实例,为学生提供丰富的机电一体化技术学习参考,将能使学生获得更为广泛的学习空间和开阔的知识视野。
再者,结合企业实际进行机电产品的设计改造应用。现代机电技术的发展,导致机电产品革新换代很快。为此,积极联系当地机电企业,实地考察企业需求,为学生营造企业环境条件,参与企业机电产品的创新设计过程。学生以毕业设计方式进行机电一体化产品的系统设计,教师进行难点指导,以此达到机电一体化系统设计整合思维的训练和机电一体化技术的实际应用。
4 问题与建议
通过“机电一体化技术”课程实践互动模块讨论式教学的初步实践、学生学习的测试以及实践设计考核,证明学生机电一体化专业知识的运用能力的提高。但是,要达到“用机电一体化系统的设计原理与方法去设计改造机电一体化产品”,还需要教师的悉心辅导;利用“以机为主、以电为用、机电有机结合的系统思维设计机电类产品”则需要更长久的锻炼。并且,机电一体化技术的实践互动模块讨论式教学也显示了一些需要解决的问题。
投入时间多、花费精力大,是学生机电一体化专业课程学习中普遍反映的问题。在教师完成大量的机电一体化技术教学备课任务之后,学生就将面临对大量机电一体化教学材料的学习过程,预习、复习以及运用机电一体化技术对问题和实验报告的撰写,都将耗用学生大量的学习时间。同时,其他课程学习的时间分配又将影响本课程的时间投入,似乎成为一个难以解决的矛盾。因此,实施机电一体化课程教学,必须要求学生加强基础专业知识的学习,铺垫好前期知识储备这一关;同时,考虑到学生的差异,还要采用循序渐进的方法,在课程的初期阶段加大相关基础知识间联系的介绍比率,随着课程的进行逐渐加大机电一体化技术应用和学生主导的比例,不断实施、改进和提高。无论如何,依据教材是必须的。
有必要进行机电一体化教学课程的系列化建设,为其教学提供更为广泛的实践培养环境。要使学生具备高素质的知识能力,获得勇于竞争的意识和潜能,适应未来走向世界的发展需求,必须有充分广泛的实践应用氛围的熏陶。“机械制造及其自动化”专业课程体系中有着许多高科技信息化的课程内容,为了达到培养高素质多技能的科技人才的目的,不但要改进和完善“机电一体化系统设计”课程的教学内容、方法和手段,还要进行系列化的机电一体化技术教学课程建设,为学生提供更为长期广泛的机电一体化教学条件和学习环境。只有使学生处于良好持久的机电一体化技术环境氛围中,才能浸染成长为机电有机结合的科技后备力量。
我国高等院校的机电一体化技术教学实践获得许多教育工作者的肯定,但是一些理性的分析也指出了需改进的地方。无论如何,只有认识到机电一体化技术教学的长期性,坚持不懈地探索和实践,才能创造该教学的良好环境和条件,克服和改进其缺陷与不足,实现培养机电一体化科技人才的目的。
参考文献
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[4]江庆.机电一体化技术课程教学的一些探讨[J].现代企业教育,2009(1):15-16.