机电一体化课程设计案例

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机电一体化课程设计案例范文第1篇

[关键词]农业机械化专业 授课方法 机电一体化 教学改革

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2013）21-0132-02

我国正处于传统农业向现代农业的快速转变阶段，其标志就是以技术及装备为表现形式，通过现代工业技术装备及农业机械化、电气化和信息化等先进技术的应用，最大限度地提高生产效率，节约生产成本，增加农产品产出，降低能源消耗和环境污染。我国现代农业装备技术还处于起步阶段，迫切需要培养掌握现代农业装备技术的新型农机人才，我国高度重视现代农业的技术与农艺的更新，推动农机装备人才的培养与创新，缩短与国外同行业之间的技术差距，从而实现我国现代农业的快速发展与超越。

机电一体化技术是一门新型的交叉学科，是目前许多高等院校工科学生必修的专业基础课，但在我国开设此课程还不足十年的时间，特别是在农业机械化专业的开设更是一个新生事物。《机电一体化》是山东农业大学机械与电子工程学院机电一体化类和农业机械化及其自动化类学生的主干课程之一，是今后设计与研究工作的重要技术基础。由于机电一体化设计课程涉及的知识面和内容覆盖广，机械层面、数据层面和控制参数层面的内容交错、关系复杂，需将理论知识与实践知识紧密结合。对大多数学生而言课程内容繁多，系统性差，难以融会贯通，同时也存在教师难教、内容难整合的情况。笔者在讲授机电一体化课程时，通过对课堂教学内容进行改革、教学相长地引导和加强实践环节训练等方面进行探索和总结，取得了较为显著的效果。

一、机电一体化课程特色与农机专业教学相关问题

（一）理论教学内容筛选非常重要

机电一体化（英文名称为Mechatronics）是在机械技术、自动控制技术、微电子技术、计算机技术、传感与测试技术、接口与总线技术、伺服驱动技术、系统总体技术等学科群体的基础上集成创新的综合叉学科。机电一体化技术的突出特点在于通过各种技术的有机融合，实现产品内部各组成部分的有机匹配和外部整体效能最佳的一种新型集成创新技术。由于机电一体化课程内容非常丰富、涉及面大，在一个学期中学习其全部内容是不现实的。另外，机电一体化和相关技术发展迅速，特别是新型MEMS传感器、新型总线技术、新型电液气的伺服驱动等技术的出现，这就使得在课程内容的组织和取舍上必须加以科学地优选，以特别处理好基本原理、基本模块与学科前沿最新技术的相互促进、共同发展的关系，确定学生应在学习期间掌握哪些基本原理、基本技术就既能使学生掌握基本思想方法和具体技术，又能了解学科发展动态，便于学生课下无障碍自学，这对学生创造力的培养是非常关键的。因此理论教学内容的筛选是非常重要和必要的。

（二）理论教学与实践内容的侧重点融合

机电一体化课程的实践性和应用性强，两者紧密结合缺一不可。仅仅掌握机电一体化设计的基础理论知识远远不够。对于刚刚接触到机电一体化技术的农机和机电专业的学生来讲，理论知识同步实践或者用一些具体实例来讲解才会显而易懂，更易理解。作为本科阶段的机电一体化课程，像是有关的控制理论的数学推导问题并不需要彻底理解，但他们应学会把所学的内容迅速地应用到某些实际问题的解决中。这样，学生既有感性认识，又能上升到理性认知，最后灵活地学以致用。而实践方面的教学必须与课程实验和课程设计配套，因此机电一体化课程的实践环节也非常重要。

（三）教学实践与农机专业培养目标紧密结合

目前一般工科专业的《机电一体化》的课程教学中，主要讲解的是设计、通讯、测量和控制原理、方法以及一些以数控机床、机器人等一些简单应用，目前现代农业机械发展与应用，特别是涉及与自动控制、计算机控制等技术融合的新型农机的机电一体化技术尚未融入农业机械化专业的课程学习中。尽管教师反复强调课程的重要性，学生也对其重要性有认同，但因教学内容、案例与农机专业培养目标联系不够紧密，再加上本课程知识点繁琐、层次多、涉及面广，学生容易产生应付考试的态度，忽视对实践环节，特别是从机电一体化产品开发的角度对课程内容的理解，从而无法对课程产生热情，难以对教学内容产生学习的兴趣，严重影响了教学效果。

二、课程授课与实践环节的探讨

针对现代农业机械化的发展方向和农业机电一体化课程特色，以及上述在机电一体化课程教学与实践过程中应注意的问题，笔者在讲课过程中对课程内容组织、授课方式方法进行了积极探索，实现了学习兴奋点、专业培养目标和实训课程任务“三结合”，全面培养机电一体化人才素质。

（一）结合学生兴奋点，注重培养学习兴趣

尽管机电一体化课程部分理论抽象、内容分散、缺乏系统性、难于理解，但兴趣是最好的老师，一旦学生产生了学习兴趣和实践欲望，才会主动去自学、求知和实践，并由此在心理上产生愉悦体验。日常生活中学生会对一些新鲜的事物非常感兴趣，例如两轮自平衡小车、Iphone手机遥控的四轴飞行器、转魔方机器人等等，如借助于这些学生感兴趣的例子，通过剖析他们的结构和控制原理，破除神秘感，可以激发他们对机电一体化课程学习的兴趣，并将机电一体化课程繁琐的知识点、抽象的内容具体体现出来，因此，激发和培养学生的学习兴趣是学好本课程的前提和捷径。另外，教师向学生展示一些科研成果，既让学生对机电一体化技术有最直观的了解和认识，又让学生了解了现代农业装备技术领域的科研前沿，结合专业方向，使学生带着浓厚的兴趣开始本课程的学习。实践证明，通过大量案例式的授课，学生的学习兴趣、科研兴趣以及学习效果得到了极大提高。

（二）结合专业培养目标，激发学生科研兴趣

随着农机装备技术的快速发展，将GPS技术、传感器技术、通讯技术、机电液一体化技术、计算机控制等技术集成到传统的农业机械中，可实现农机装备的精确定位和行走速度检测、作物产量监测、物料的变量精确投入、精准灌溉测控等，从而实现农业生产全程机械化、自动化、信息化和智能化。传统农机化专业已经实现了从农业机械化向农业机械化及其自动化专业的转换，也是充分体现了专业培养目标的迁移和调整。而机电一体化课程在这种调整中，也自然树立了重中之重的地位。因此各高校也从对该课程师资配备和教学设备投入方面非常重视。

因此，针对现代农机的发展趋势，激发学生的专业兴趣，培养学生研究能力，也就成了机电一体化等课程的任务之一。笔者结合自己在精准农业装备、现代农机装备研制中的科研案例，给学生剖析了精准变量施肥机、高精度谷物测产系统、精准变量喷药机等装备设计、样机加工和测试试验的关键点，极大地开阔了学生在本专业领域的视野，引起了学生对现代农机装备的科研兴趣。

（三）结合课程实训和课外制作，树立系统研发观念

在机电一体化教学中，机器人作为一种典型的机电软综合技术平台，非常适合作为高等工程创新实践教育的载体和对象。而农业机械化专业的学生同样对农业机器人技术非常感兴趣。近年来，机器人技术的模块化、网络化成为机器人研究和开发领域的热点。通过模块化，机器人技术的应用难度大大降低；凭借网络化，机器人技术的应用范围将大大扩充。随着机器人技术的逐渐普及和所用器件、模块的成本逐渐降低，学生已经可以自己制作属于自己的农业机器人。因此抓好机电一体化课程的实训环节，变抽象为直观，将理论和实践紧密结合起来，做到学以致用，可以实现对学生成就感的激励。为此，机电一体化教学组结合学院和学校开展了创新科技比赛，让学生进行机电装备方面的创新设计与制作；通过为学生提供一定的实训平台，准备常见的机电装备设计制作所需的传感器、执行器和控制器，由学生按照自己创作意图实现新型设备的开发。这些实践活动取得了一系列校级、省级和国家级的机电创新大赛奖项的好成绩。从学生的实践和理论课程的成绩看，理论教学和实践紧密结合取得了良好效果，加深了对基础理论知识的掌握，既提高了学生的动手能力，又激发了他们的创造性。

三、结束语

《机电一体化》是培养现代农业机械及装备技术人才的专业基础课，随着现代科技技术的发展，其地位在课程体系中愈来愈突出。笔者针对现代农业机械化的发展方向和农业机电一体化课程特色，从理论教学内容及实践教学内容筛选、学习兴趣引导及知识系统应用等方面展开探讨，并结合教学实际应用，取得了良好的效果。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 杨帮华等.机电一体化设计基础实用教程[M].北京：清华大学出版社，2009.

[2] 孔令荣.高频电子线路教学改革研究[J].中国电力教育，2012（30）.

机电一体化课程设计案例范文第2篇

关键词 机电类专业；教学改革；开放实验课；实践效果

中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2014）06-0321-03

机电一体化是现代工业的基础，其核心思想是将机械、电子、信息、控制有机结合，以实现工业产品和生产过程整体最优化与智能化。随着我国经济持续发展，工业自动化水平迅速提高，为适应工业发展对具有实践性、创造性等综合能力且素质高的技术人才的迫切需要，机电类课程教育改革不断深入。对于二本、三本院校，教学工作的目标是培养学生工程实践和创新能力，使学生能够胜任现代机电设备实际设计、操作，以顺应时展潮流，满足自身发展需求。

机电类专业课涉及到“机”和“电”2个方面，机电一体化也体现在学生知识体系的融合上，“机”与“电”共同支撑了机械设计与制造及其自动化专业，随着传感检测技术、现代信息处理技术、计算机应用技术、微电子技术和半导体制作工艺的不断进步，“电”对于该专业的重要性正在逐步提升，促使机电一体化专业课在内涵与外延上发生了意义深远的变革。

浙江农林大学机械类专业在教学计划中逐步增加了《计算机基础》《微机原理与应用》《机电传动控制》《机床数控技术》《机电一体化系统设计》等机电类课程。就现有课程体系而言，内容较多，涉及知识广泛，理论性和实践性都较强，这些课程内容正是学习、了解和设计机电产品的必修知识，为学生今后的实践提供基础。

1 现有课程体系存在的问题

1.1 课时安排不尽合理

典型的机电专业课包括《微机原理及其应用》《机电传动控制》与《机电一体化系统设计》3门课程，其涉及的知识面较广，学习起点较高，难度较大，而且课程之间内在关联性强。当前，3门课程教学安排分别为48、40、40课时，教学方法为理论学习与实验实践相结合，其中课堂教学分别为40、32、40课时，实验课分别为8、8、0课时。可见当前的课程设置仍保留传统的重理论轻工程应用的培养模式，课程主要以理论讲授法为主组织教学，尤其《机电一体化系统设计》，甚至没有安排实验环节。这样的课程安排有利于集中授课，但忽视了对学生学习潜能的开发，在教学过程中学生是被动地听，不能动手进行实际操作，参与程度不高，不利于学生独立思考和工程实践能力的锻炼，并且存在着重理论轻实践、重讲授知识轻能力培养的不足，导致学生理论知识不系统。

1.2 课程间衔接不畅

机电类专业课之间目前较为突出的问题还有“机”与“电”相关知识不能有机地结合，几门课在课程内容上存在章节内容重复或不能合理衔接。例如作为主干课程，《机电传动控制》中关于电动机原理、继电器接触器控制等内容与《电工电子技术》有重叠，然而表面相似的课本知识，侧重点并不相同，教学中往往给学生造成一定误导。而作为机电专业课集大成的课程《机电一体化系统设计》，既有一定深度又有足够的广度，是综合性比较强的应用型课程，对学生专业基础功底有一定的要求。但该课程自身的理论体系不突出，各部分内容之间相对独立，缺少一个可以贯穿整个教学过程并将各知识点串联起来的线索，在逐章节授课时容易造成内容割裂，缺乏有机整体感，学生也会难以把握重点，感到茫然。

1.3 课程内容有待更新

课程内容方面的最主要问题是缺乏新颖性，《微机原理》课程内容仍然为51系列单片机，开发语言以汇编语言为主，对于更新的单片机与嵌入式系统介绍较少。许多工程上广泛应用的机电一体化技术与装备，没有反映在课程中，例如机器人技术、现场总线技术、智能控制技术等。这样的课程体系很难使学生毕业后适应工作岗位要求，也不利于培养学生系统地思考问题、解决问题的能力。

其次是课程内容的“脱节”问题。一方面课程的设置缺乏系统性，不同课程之间不能很好衔接，使学生知识体系脱节。另一方面，现有课程重理论、轻应用，而且实践环节以课内实验与课程设计为主，使学生缺乏系统性锻炼，造成理论与实践脱节。例如《机电一体化系统设计》理论课结束后，有1次专业课程设计，内容包括机械本体设计与控制系统软、硬件设计，是学生进行毕业设计的前奏，也是走向工作岗位前的重要锻炼，然而学生普遍反应，课程设计内容深度和广度都超出自己的专业知识基础，很难将自己4年来所学知识串联成体系，所定任务难以轻松完成。

2 教学改革的实施

2.1 教改思路

上述问题使现有课程体系难以适应新的形式，为了提高机电类课程教学的效果，保证教学质量，众多高校都积极地开展教学研究，如整合教学内容，以课程集群化建设作为发展的方向，利用许多课程知识的关联性，在教学内容上进行优化组合，一定程度上解决了课程之间内容相互重复的现象，使得课程内容得到精简[1]。应用多媒体课件提高课堂教学知识传授的密度，利用网络技术为学生开辟第二课堂，为学生自主学习提供了渠道，师生通过网络互动，为理论与实践教学的拓展与深化增添了巨大的空间[2]。一些研究型大学，则引入研究型教学方法，利用学校科研优势，吸收本科生参与科研，建立以研究为基础的教学模式，改善学生的创新能力和探索意识[3]。与研究型教学方法类似，项目化教学方法以具体研究任务为牵引，学生以团队为基础，围绕对工程实践的解决来组织教学[4-5]。

上述教学方法都取得了较好的效果，值得借鉴。作为应用型本科专业，浙江农林大学机械专业的教学资源、学生的自学能力等方面与其他教学研究型大学相比有较大不足，同时作为普通本科，与高等职业技术学校教学目标也有很大区别。因此，在借鉴其他类型高校的经验与方法的基础上，必须有针对性地对机电类教学中的有关问题进行深入的研究，探索适合应用型本科教学的新的教学形式。

考虑到不同机电类专业课之间的内在联系性，教学改革将是一个系统工程。一方面，课程之间需要更好的衔接，另一方面，由于以工程应用为背景，更需要注重培养学生工程的实践能力。如果将课堂教学归结为“显式”，那么课堂之外的学习实训则为“隐式”，鉴于目前普遍存在的压缩课时问题，“隐式”教学在整个教学过程中的作用将越来越重要。针对如何发挥“隐式”教学作用，目前在机电专业课方面，国内有许多有益的尝试，较为成功的教学实践方法除前节所述之外，还有行为引导型教学法[6]、任务驱动教学法[7]等。这些教学方法在教学过程中体现了教师的主导地位和学生的主体地位，在教学过程中学生不再是配角，从信息的搜集、计划的制定、方案的选择与实施、信息的反馈到成果的评价，学生参与解决问题的全部过程。新大纲即将实施，机电专业课理论教学课时将进一步压缩，教学过程中，实践环节的作用将更加突出。根据校机电类本科生的特点和课程体系设置，上述教学方法是值得借鉴的，开放实验课也正是在这样的背景下引入。

2.2 开放实验课程的引入

为培养学生对机电一体化相关技术的认知，从而能够将相关课程的知识与实践联系起来，增强思考问题与动手的能力，培养学生科研兴趣，同时提高大型设备利用率，在机电类课程教学过程中，依托机械工程实验中心，以机电一体化培训系统为主要平台，引入了开放实验课。经过宣传成功达到开班条件，第一届学生以本部与天目学院机械、交通、农机等工科专业大二、大三学生为主。

机电一体化培训系统是一套大型综合化教学实验平台，以该系统为载体可以为多门机电一体化相关课程提供认知支持，促进相关知识的掌握，并可以为机器人动力学与控制相关科研提供验证与参考。主要内容与学时分配：机电一体化培训系统软硬件原理与演示4课时；基本控制环节硬件选择与接线培训4课时；电动机调速与控制4课时；PLC基本原理与操作4课时；直角坐标机械臂运动控制4课时；串联机械臂运动控制4课时；并联机械臂运动控制4课时；机械臂正运动学、逆运动学算法验证4课时。

2.3 实践效果

在机电类课程教学中引入开放实验课，对于教师与学生来讲都是个新事物，作为机电专业课主讲教师，经过课堂宣传等工作，并且利用毕业生毕业设计，组织学生通过实际操作对设备进行了摸底，同时结合教师科研项目重点利用设备进行了多体系统动力学算法验证试验。通过这些工作筛选了相关实验项目并编写了规程，保证了开放课最终圆满完成。

第一届开放实验课招收了1个班学生，大多已经有一定专业知识基础，成绩在本专业普遍在中等以上，可以说都具备学习的主动性。开放课实施过程中，学生都学习到了实际工程应用技术，动手能力普遍得到提高。最终共有18名拿到学分，另有若干名学生未及时选课也参与了实验，甚至参与到教师科研项目中。学生学习的主动性和积极性得到了显著提高，尤其是见识了自动化系统高效率工作之后，多数学生能够按照要求查阅相关资料，补充基础知识。机械专业大二的《微机原理》，以及大四的《机电一体化系统设计》2门课程与开放实验课同步进行，大二学生在完成课内实验后，通过实训，更深刻理解了计算机对控制系统的作用，并利用单片机套件完成了电动机PWM调速、并联机构运动控制等实验，显示出了较好的分析问题和解决问题的能力。大四学生面临课程设计与毕业设计，参加开放实验课学习的几名学生课程设计与毕业设计均有较好表现。

3 教学反思

3.1 开放实验课的意义

开放性实验与平时的课程实验有很大区别。课程实验中，学生都是按照教师与指导书规划好的步骤去完成，缺乏实际的思考步骤，甚至动手不动脑，因此在实验中得不到实质的提高。开放实验课的内容则跨越多门课程，更加综合，实验过程中需要动手动脑相结合，整个过程中要遇到很多的问题，而这些问题需要学生自己去解决，正是这个过程锻炼了学生的能力，这正是体现了设计性、综合性实验的真谛，使学生的理论与实践能够有机结合。

开放实验课的另一个意义在于为多门机电类课程提供了直观有效的衔接平台，不但使该课程理论实践相衔接，也使整个课程群有机衔接，有利于初学者（范围包括且不限于本科生和研究生新生）对抽象且相对枯燥的机电一体化理论知识的学习建立起信心，并通过该平台建立起宽广扎实的机电一体化知识体系。通过构建以学生为本的“理论教学、讨论互动、动手实验、项目研究、课程设计”五位一体有机融合型课程教学体系，以及建立注重过程和综合能力的课程考核机制，能够实现多方位综合素质培养的有机融合。

3.2 存在的问题

开放实验课的实施虽然取得了预期效果，但仍存在一些问题。首先是实验装置问题，一些实验设备，例如机电一体化培训系统存在老化问题，由于年久失修，系统曾经多次出现故障，最严重的一次是因为物料检测单元工控机故障，系统连续2周不能正常运行，直到厂家进行维修才解决问题，使得涉及到的几个实验未能达到理想状况。其次，实验选项也存在问题。制订计划时以验证演示实验为主，但其中一些实验涉及到的理论知识显然难度过大，学生难以理解。例如串联机械臂与并联机械臂正运动学、逆运动学算法验证、插补运动演示等，要求学生能够理解空间变换、运动旋量等较深知识。最后，通过开放实验课，暴露出学生知识体系普遍存在不匹配的问题。大多数学生从未实际接触过类似先进自动控制系统，由于基本上是大二、大三学生，其知识体系并未完善，对于系统运行，只能了解表面现象，不能理解具体原理，使其中一些实训，如计算机控制系统编程、机械臂插补运动控制等实训科目无法科学设计实验。

3.3 对今后教学工作的启发

研究机电类课程教学认知学习规律，探索与学生认知过程相适应的教学内容设置与实施。其基本思路是拟构建基础型知识、综合设计能力和研究创新能力3个层次知识体系。第一层次为基础知识学习，旨在培养学生对课程基本知识点的掌握，主要通过课堂教学完成。第二层次为综合设计实践能力培养，旨在培养学生独立设计能力，综合运用所学知识、独立设计实验方案并实现实验方案，完成实验数据的测试与采集，整理并分析数据，得出可靠数据的能力。第三层次则有针对性地培养学生基本的科学研究方法与能力，初步掌握撰写研究论文的方法，为以后的继续深造打下坚实的基础。主要以现有科研项目为依托，面向部分学生，以科研助手形式参与科研课题[8]。

4 结语

机电类课程涵盖基础课（如《电工电子技术》）、专业基础课（如《微机原理及其应用》）与专业课（如《机电一体化系统设计》），课程学习的时间跨度较大，无论从深度还是广度方面，对学生都有较高要求。如何将知识结构系统性和教学体系完整性统一起来，将是机电类课程教学过程中永恒的主题。利用开放实验课能够激发学生的学习兴趣、积极性和主动性，开发大学生创新思维意识，构筑工程背景知识体系，将“机”与“电”知识有机结合起来。通过实际动手动脑操作，也提升了学生综合应用已有知识解决实际问题的能力，激发学生协作精神和创业思想。总之，开放实验课将为理论与实践有机结合的工程教育探索出一条有益的道路。该课程体系处于实验阶段，有待于进一步发展和完善。

5 参考文献

[1] 王仲民，祁宇明，石秀敏，等.机电一体化创新人才培养模式的研究与实践[J].中国教育技术装备，2012（36）：76-78.

[2] 尹建阁，归正.独立学院机电类课程教学研究[J].科技信息，2011（35）：364-365.

[3] 吴涛.机电传动控制课程的研究型教学模式[J].实验室研究与探索，2013，32（1）：105-107，187.

[4] 陆荣.项目教学法在机电控制系统设计教学中的应用[J].科教导刊，2012（10）：9-10，19.

[5] 姚利敏.项目教学法在PLC课程中的应用[J].电子制作，2013（7）：179，172.

[6] 王晓丽.案例法和项目驱动法在机电一体化设计课程中的应用[J].机械管理开发，2013（1）：173，175.

机电一体化课程设计案例范文第3篇

关键词：机床电气控制技术；可编程控制器；课程改革

0 引言

《机床电气控制技术》是我院机电一体化专业的一门专业必修课程，属于一个多学科交叉的领域， 涉及机械学、电子学、控制学、计算机技术等众多学科， 是高度综合的技术学科。另外，《机床电气控制技术》又是一门实践性要求很高的专业课，应该从教学内容、教学方法和课程设计等方面结合高职教育的特色，进行全面的教学改革。

作为一个以培养应用型人才为主的大学，理论教学和实验教学相结合的教学理念一直是学院最为重视的一种培养方法。

1 本课程的现状

1）由于各种原因，2010级机电一体化专业所开设的《机床电气控制技术》课程不得不选用高等工科院校的本科教材，这本教材对于专科生来说，存在着教材内容详略不当、理论性强和实践性教学内容不足等问题。

2）在专业设置上，往届我院机电一体化专业所开设的《机床电气控制技术》和《可编程控制器》这两门课程所选择的教材在内容的设置上有很多重复的部分，如低压电器的部分、电动机的控制类、可编程控制器基本指令等部分内容在这两门课程中都有涉及，只是详略侧重点不同。这样，如果两门课同时都开，就造成了一种学时上的浪费。但是，又不能单纯的将某一门课程去掉。因为在《机床电气控制技术》中，虽然也讲到了可编程控制器的相关知识，但讲得较为粗略，如果没有《可编程控制器》这门课程的相关知识作为基础的话，学生很难理解、接受；而同样，在《可编程控制器》这门课程的内容中，会牵涉到很多低压电器、电动机的控制类的知识，这部分知识又是在《机床电气控制技术》这门课程里所重点讲的。

3）由于受客观条件和传统控制技术的限制，本课程的课程设计仅能进行一些理论方面的验证，一般都没有进行实践性训练。因此，学生学习起来就比较吃力，这样就激不起学生的兴趣，老师在教学中也没有成就感。

2 改革的思路和方法

高等职业教育是高层次的职业教育，是以就业为导向，以能力培养为目标，以岗位要求、工程实践能力培养为主线，理论知识“必须够用”为原则，具有鲜明的行业性、岗位性和操作性。根据本专业的课程体系和“多样性与选择性、大专门化与小专门化”的培养模式，结合以上提出的几个方面的问题，围绕教学内容、教学方式和课程设计改革，我们作了如下的教学改革设想并逐步应用到教学实践中去。

2.1 教学内容的适当调整

《机床电气控制技术》课程内容分为继电接触电气控制技术和可编程控制技术两大模块，根据机电一体化专业教学改革需要，我们对教学内容做如下改革：

1）适当调整教材的内容。教学内容要体现最新的科学知识，与时俱进，对教材中已过时的知识该删的就删，把与专业相关的新知识、新技术、新工艺、新方法及时补充进去，使教学内容跟上时代步伐。

具体做法：一方面我们在教材的选择上进行了调整，选择了比较适合专科学生的教材。适当地删减了部分传统接触继电器的控制内容，一定程度上增加可编程控制技术模块的内容。另一方面，我们尝试将《机床电气控制技术》和《可编程控制器》这两门课程紧密的有机融合在一起进行教学，将原本60学时的《机床电气控制技术》和70学时的《可编程控制器》这两门课程，融合成一门90学时的《机床电气控制与可编程控制器》课程来讲。

2）适当调整教学内容中理论教学和实践教学的比例。根据高职教育以能力培养为目标，要加大实践教学环节，突出应用性、实践性，突出高职教育的特色。我们将实验课的学时由10学时增加至20个学时。

3）教学内容要注重实用，让学生能看懂、能学会、能用上，不拘泥于原有的条条框框，不盲目追求知识的结构性和系统性，适当减少理论公式的推导。

2.2 教学方法的大胆改革和创新

在教学实施过程中，采用“学做合一”的教学模式，理论教学与实践教学交叉进行，这样不仅可以体现理论与实践的紧密结合性，以及理论服务于实践的从属性，而且还能提高学生的学习兴趣和积极性，可以避免连续上理论课使学生感到枯燥，边学边干，不断充实和巩固理论知识，不断加强实践教学的学习，使学生真正“学做合一”。

在理论教学中，一要精讲，重点突出。老师要深入把握教学大纲规定的内容和学生的实际需要，确定教学内容的重点和难点。在课程教学中，抓住重点，讲透难点。如讲解可编程控制器（PLC）时，结合现今机床电气中所用的PLC大多采用欧姆龙或西门子公司生产的PLC产品，很少采用其他公司的PLC产品的现状，因此应侧重讲解前两种产品。二要以学生为主体，实施分层教学。机电一体化专业领域的人才可分为研究型、应用型和操作型三种，专科教育主要培养应用型和操作型人才，可以设定为机床操作、数控机床编程工艺、机床设备维修、机床设备营销等职业岗位。针对不同的职业岗位，培养目标各有针对性，知识和能力结构各有特点。三要采用案例教学，案例教学是一种引导学生对案例进行学习、分析、讨论，使学生养成分析问题、解决问题能力的教学方法。

在实验教学中，实验内容的安排一定要合理。专科教育以培养学生的动手能力为重心，教学的着眼点是实践能力，因此要大大加强实验课，在实验课的安排上要合理。实验可分为两种类型，一类是演示性实验，对一些实验过程简单，只对某一理论或现象起说明作用的实验，通常采用演示性实验。例如在讲常用电器元件的知识及电动机点动控制的内容时，如果配备的有相关实验室的话，可以考虑把学生带到实验室去讲解，教师拿着实物，一边讲，一边演示，效果会非常好。另一类实验是验证性实验，即验证已有的规律和学习过的理论知识，通过电动机点动、正反转、降压起动和制动控制及车床电气控制线路的维修与调试实验，可以培养学生具有控制线路的接线、维修与调试的初步能力。

3 小结

根据我院机电一体化专业人才培养目标，通过这个学期的教学内容、教学方法和课程设计的改革，取得了初步的成效。不仅使学生的实际动手能力、分析问题和解决问题的能力得到了锻炼，同时培养了学生的学习兴趣。一门课程的教学改革是一个综合的课题，涉及面非常广泛，如师资力量的建设、教辅人员结构的配备和教学环境的建设等诸多因素对教学质量的影响，这些还有待在今后的教学进程中进一步地研究。

参考文献：

[1] 熊幸明等.“工厂电气控制技术”课程设计改革初探[J].电气电子教学学报，2004（6）.

[2] 茹秀荣.谈职业教育教学改革[J].河南职业技术师范学院学报（职业教育版），2006（6）.

[3] 夏燕兰.高职两年制数控技术应用专业的探索与实践[J].南京工业职业技术学院学报，2005（9）.

[4] 安徽新华学院“十二五”发展规划 2011年7月.

[5] 安徽省高等学校教学质量与教改工程2011年度项目指南 2011年4月.

[6] 创新人才培养模式 彰显民办高校特色 2010年7月.

机电一体化课程设计案例范文第4篇

【关键词】机电技术应用专业；课程标准；核心内容；课标解读

【中图分类号】G714 【文献标志码】A 【文章编号】1005-6009（2016）34-0064-04

【作者简介】1.王猛，江苏省常州刘国钧高等职业技术学校（江苏常州，213025）督导评估办公室副主任，教授，主要研究方向为机电类专业的专业建设及课程开发。2.杨欢，江苏省常州刘国钧高等职业技术学校（江苏常州，213025）机电工程系副主任，讲师，主要研究方向为机电类专业的课程开发与教学管理。

课程标准是规定某一学科的课程性质、课程目标、内容目标、实施建议等的教学指导性文件。近期，江苏省教育厅组织相关专家开发并颁布了机电技术应用专业“电工电子技术基础与技能”“电气系统安装与调试”等六门专业核心课程的课程标准（试行），对全面深化职业学校的教学改革、规范教学管理、提高教学质量发挥了积极的作用。

一、课标开发的依据与思路

本次机电技术应用专业开发的专业核心课程标准有“机械基础”“电工电子技术与技能”“电气系统安装与调试”“PLC编程与应用技术”“液压与气动系统安装调试”及“机电一体化设备组装与调试”六门课程。这些课程标准主要是针对《江苏省中等职业教育机电技术应用专业指导性人才培养方案》开发的（部分课程在加工制造类其他专业通用），是该指导性人才培养方案的下位文件，故这些课程的名称、核心内容与之匹配，课程开发与实施的基本理念也与之匹配，并为培养“具备职业生涯发展基础和终身学习能力，能胜任生产、服务、管理一线工作的高素质劳动者和技术技能人才”提供文件保障。

本次机电技术应用专业开发的六门核心课程标准的内容，主要依据该专业指导性人才培养方案中的职业能力分析表、主要专业课程教学要求，同时也合理融入相应职业资格的基本要求，如维修电工（四级）、装配钳工（四级）等。同时，课标还参照了《江苏省中等职业教育机电技术应用专业指导性人才培养方案》中的课程结构。本次机电技术应用专业开发的核心专业技能课程包含了必修课程中的专业基础平台课程和专业技能方向课程两种课程类型。其中“机电一体化设备组装与调试”为本专业的专业技能方向课程，主要培养学生机电设备安装与调试方向的职业特定能力，“机械基础”等五门课程均为专业基础平台课程，主要培养学生专业岗位群的通用能力。

机电技术应用专业基础平台课程的课程标准基本开发思路为：以加工制造类专业岗位群职业能力分析为基础，依据本专业及数控技术应用等相关专业指导性人才培养方案，突出共性、一般性要求和基本规格，兼顾个性、扩展要求和特殊规格，整合形成适合多个专业使用、具有公共平台特征的课程标准，如“电工电子技术基础与技能”课程标准适用于机电技术应用、数控技术应用、机械加工技术三个专业；对于“机械制图”“金属加工与实训”两门课程未开发的课程标准，则可按《教育部关于印发中等职业学校机械制图等9门大类专业基础课程教学大纲的通知》（教职成〔2009〕8号）中的相应课程教学大纲执行。

二、课程标准主要核心内容解读

机电技术应用专业核心课程的课程标准基本框架主要由课程性质、学时与学分、课程设计思路、课程目标、课程内容与要求、实施建议及说明组成。教师只有系统、准确地理解各部分的内涵，才能全面达成课程的教学目标。

（一）明确课程性质，加深对其类型、特点、关联课程等的理解

对于课程性质，教师不仅要理解各门课程的类型，更应理解课程的特点、前修后续课程的关联性等。首先，“电工电子技术基础与技能”等五门课程均为专业基础平台课程，这类课程在教学时必须突出基本技术知识、基本技术技能的获得及基本职业素养的形成，是为专业技能方向课程学习或专业岗位综合职业能力的获得奠定基础的；而“机电一体化设备组装与调试”课程则更注重专业岗位综合职业能力的培养。

其次，六门课程标准总体上体现了学做合一的课改思路。但由于其理论学习和实践活动整合的程度不同，课程的特点也不尽相同。如“机械基础”课程具有理论性强的特点，在强化基础技术理论学习的同时，分阶段增加了实践教学的环节；而“电气系统安装与调试”“PLC编程与应用技术”等课程具有理论和实践相结合的特点，以实践活动为载体，将技术知识与技术应用有机融合。

最后，关联课程，即前修课程和后续课程，如“电气系统安装与调试”的前修课程为“电工电子技术基础与技能”，后续课程为维修电工考级技能训练。在课程性质中突出关联课程，一方面有助于引导教师从专业整体的角度来理解课程的地位和功能，强化专业意识；另一方面，教师通过对前修、后续课程的认真研读，授课时就能达到针对性强、重点突出、学以致用的目标，大大提高学生的学习兴趣。

（二）理清课程设计思路，整体把握课程的理念、目标、结构

机电技术应用专业的课程标准坚持以服务发展为宗旨、以促进就业为导向，积极反映职业岗位规范和最前沿的技术要求，体现了职业技能学习和职业精神培养的高度融合，反映了“以生为本、学以致用、知行合一、做中学、做中教”等职业教育教学改革的课程理念，呈现了江苏职业教育改革创新在教学领域的最新成果。课程的整体设计具有以下特点：

第一，注重课程的育人功能，落实立德树人的根本任务，弘扬“工匠精神”。如“电气系统安装与调试”课程标准的教学建议中提出了“要将安全意识、规范意识、质量意识和敬业精神、工匠精神的养成融入教学实践活动，培养学生良好的职业品质和职业素养”的要求。

第二，突出“核心素养”的培养。机电技术应用专业各课程标准的课程目标在强调“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”三个维度的基础上，结合课程的性质对核心素养提出了培养要求，如“PLC编程与应用技术”课程目标中的核心素养要求包括：知识素养――掌握PLC指令使用与编程的方法及通信、组态技术；能力素养――会根据控制要求，合理分配I/O端子、设计PLC控制原理图，实现PLC硬件系统的正确安装；实践素养――能选用一种PLC编程软件完成程序的编写、调试、仿真、下载和监控，实现系统的稳定运行；发展素养――具有独立思考、合作探究、查阅资料、分析解决问题的能力；安全素养――具有规范操作的职业习惯、安全意识；职业素养――具有良好的职业道德、职业操守以及科学严谨、求真务实的职业品质。

第三，关注中高职衔接，兼顾学生职业生涯发展，在课程内容选择上为继续教育留下接口。如“机械基础”课程的“常用机构”及“机械传动”两部分重点内容以定性分析、应用分析及拆装技术为主，但也有类似“传动比”计算等的定量分析，有效地实现高职教育“机械设计基础”课程的衔接。

第四，体现“课证融通”思想，将相关企业、行业的职业标准有机融入课程教学中。如“机电一体化设备组装与调试技术”课程的“对接机电一体化技术应用人员职业标准，按工作过程导向、理论与实践并重的原则，构建学习单元”；“电气系统安装与调试”课程的“对接国家维修电工（四级）职业标准，精选企业典型项目和工作任务”等。

（三）分析课程内容与要求，全面践行理实一体的实施策略

课程内容与要求是课程目标的进一步具体化，是学生学习结果的描述，是提升教学质量的关键。教师除了要熟悉各门课程所包含的知识点、能力点及其应达到的水平外，更应关注学生学习的过程和方法，以及伴随这一过程而产生的积极情感体验和正确的价值观。同时应注意以下几点：

第一，准确理解“课程内容与要求”两个表式的选用原则。“液压与气动系统安装调试”“PLC编程与应用技术”“电气系统安装与调试”这三门课程标准选用了项目课程的表式（如表1所示）。这类课程是以典型的教学项目为载体，按照工作过程系统化的理论，通过完成若干个典型工作任务，实现学习目标，充分体现了江苏省近年来“三以一化”课改的成果。“机械基础”“电工电子技术基础与技能”“机电一体化设备组装与调试技术”三门课程标准采用了模块化课程的表式（如表2所示）。这类课程具有理论性、综合性强的特点，各教学单元的属性也存在一定的差异性，体现了职业教育课程多元化的特性。

第二，全面分析课程内容的组织结构，理解各项目（或模块）间的衔接关系，合理设计教学活动的顺序。如“PLC编程与应用技术”课程主要由“初识PLC控制系统”“三相异步电机点动与长动的PLC控制”等多个项目组成，各项目和任务是根据PLC工业控制对象以及控制要求的不同，按照由简单到复杂、由单一到综合的递进关系来编排的。课程实施时，则必须按照“内容与要求”的逻辑顺序及任务实施的工作过程设计教学活动。

第三，合理设置教学的“情境性”，规范实训基地的建设。学生的综合职业能力是在特定的职业情境中潜移默化形成的，这就要求职业学校的实验、实训设备配置必须与课程的教学内容匹配。故学校要根据课程标准中“教学建议”的相关要求，完善基地建设，为教师教学提供物质保障。如“PLC编程与应用技术”课程中提出的“本课程宜在理实一体化的专业教室实施，应配置电脑、投影仪、PLC安装线路板及相关器件（套/人）或PLC系统综合实验装置（套/2人）的专业实践教学设备”等。

第四，重视学习方式的多样性，不断改进教学模式。要将课程标准的“内容与要求”和“教学建议”有机结合，提高教学质量。如“PLC编程与应用技术”课程实施时，建议采用任务驱动、理实一体的教学模式，按照控制要求分析、资源端口分配、电路原理绘制、电气元件选择、电路安装检测以及程序编写调试的工作流程，组织每一任务的教学活动，培养学生的工程意识；按照“任务引入―功能分析―组织实施―结果测试―撰写报告―评价反馈”的顺序编制学习任务书，引导学生开展自主探究与合作学习活动等。

第五，构建多元评价体系，促进学生的全面发展。各门课程标准均结合课程的特点提出了评价建议，引导教师树立正确的教学质量观，强化以育人为目标的考核评价，充分发挥评价的教育和激励作用。做到：评价主体的多元性，如“机电一体化设备组装和调试”课程的“对于设备的组装，采用学生自评的方式，促进其对工艺要求的认识；对于设备的调试采用小组互评的方式，规范操作过程、强化安全意识”。评价方式的多元性，如“电气系统安装与调试”课程的“对电气控制线路的基本原理等理论性较强的知识，按照课程目标的要求，主要采用笔试评价；对典型控制线路的安装与调试、故障排除与维修等操作技能的检测，依据维修电工职业技能鉴定标准，主要采用观测、现场操作评价”。评价内容的多元性，如“PLC编程与应用技术”课程的“引入PLC系统装调的现场操作、成果演示、作品评价等学习成果评价，结合PLC控制理论的课堂提问、答辩等学习态度评价，整体提升学生的综合能力”。

第六，倡导校企合作开发和利用各种教学资源。各门课程标准均对教材及其他教学资源的开发和利用提出了“引入企业元素”“工学结合”等开发建议，努力实现学习内容与生产实际的无缝对接。如“PLC编程与应用技术”课程的“引入生产现场情境、操作规程、工艺卡片等企业资源，校企合作共同开发项目任务书、作业指导书、实训指导书，强化技能学习的真实性和规范性”，“开发基于Internet的仿真性教学资源、实践性视频和各种多媒体素材”；“机电一体化设备组装和调试”课程的“以企业应用广、技术先进的典型机电一体化设备为载体，由简单到复杂，整合设计梯度明显的典型教学项目或教学案例”等。

此外，了解学时与学分，合理选择学习内容，也是教师理解课标、用好课标的重要条件。机电技术应用专业6门课程标准同时给出了学时与学分，说明它适用于学分制和学时制两种情况，便于弹性学制的实施，其数值与专业指导性人才培养方案相匹配。需要指出的是，由于专业基础平台课程具有多专业通用的特点，涉及具体专业使用时，要结合课程标准“说明”部分的描述，合理选择学时与学习内容。以“液压与气动系统安装调试”为例，该课程在机电技术应用专业中占56学时，3学分；课程内容中的“*”部分必须选学（而机械加工技术专业则不学）。

三、全面落实课程标准的重要性

机电技术应用专业6门课程标准的颁布，是落实我省中等职业教育“2.5+0.5”学制改革，加快现代职教体系建设，提高技术技能人才培养质量的重要举措之一，也是我省课程改革理论和实践有机融合的阶段性成果。虽然是试行稿，还有许多地方需要在实践的过程中不断改进和完善，但它的实施对总结教学改革的经验，促进教师转变教育教学观念，深入推进职业学校专业教学改革，具有十分重要的作用。

首先，全面更新了教学的观念。课程标准与以前的教学大纲相比，最大区别在于：从关注教师的“教”向关注学生的“学”，关注“学习结果”向关注“学习过程”等的转变。核心课程标准的颁布，促进了教师教学观念的改变，真正突出学生在学习过程中的主体作用。

机电一体化课程设计案例范文第5篇

由于CDIO的教育理念能够让学生获得更宽更深知识的同时,还能够逐步具备足够的人际交流能力、专业知识应用能力、产品和系统的构建能力，适应行业对人才的需求，所以并联机器人与机电系统实验室(以下简称“机电实验室”)作为机械电子工程专业教学、科研和人才培养的重要基地，于2009年开始积极引入CDIO教育理念，从培养目标、课程结构、实验内容、教学方法及实验教学评价体系等方面做了重大改革。

2基于CDIO的机电专业实验教学改革与实践

2.1培养目标的确定

CDIO的12条标准之一即为以CDIO工程教育为基本环境，强调技术知识和能力的教学实践要以产品、过程或系统的构思、设计、实施和运行作为工程教育的框架，使学生的基本个人能力、人际交往能力和对产品、过程和系统的构建能力达到专业设定的目标，并且满足企业对人才的需求。机械电子工程专业培养的是具有机械电子工程专业基础知识与专业技能，且能在生产一线从事机械电子工程专业产品的设计制造、控制开发、应用研究和生产管理等工作的应用型专门人才。结合CDIO教育理念及机械电子工程专业的培养目标，机电实验室将以应用型工程师的人才培养目标为主线、以企业对应用型工程师的能力需求为导向、以企业生产一线创新意识和能力的培养为提升来定位实验教学的能力培养目标。

2.2实验教学内容

CDIO教学理念注重一体化教学，强调能力培养，同时要求培养计划的设计做到各学科之间相互支撑。随着科学技术的发展，机械电子工程专业越来越多的与电气、控制、通信、材料及系统学等学科进行交叉。因此，实验教学特别重视基础训练、拓宽专业，重视综合实践性以及系统设计开发能力和创新能力的培养，合理构建实验教学内容。

1）加强原有的专业基础类实验，开设课程三级项目。

机械电子工程专业方向的课程设置主要包括三大知识模块：机械设计及制造知识模块、强电知识模块、弱电知识模块，所涉及专业课程繁多，倘若侧重理论教学而忽视学生的实际动手操作，则容易出现理论知识与实际应用脱离、学生感到学习枯燥的现象。所以，需要加强原有的专业基础类实验教学的同时，针对一门或两门课程设计三级项目，将实验融入到三级项目中，学生可以根据项目需要自行设计实验方案，这种基于项目的学习，改革了枯燥无味的呆板实验，给学生创造了更多动手动脑的机会，加深了对课堂理论知识的理解应用。

2）结合工程实际设计实验内容。

随着现代化工业的发展，产品设计技术趋于数字化、信息化和网络化，生产自动化和智能化程度相当高，机、电、控已成为一个不可分割的有机整体，企业对机电类专业人才的工程能力和创新能力培养提出了更高的要求，培养适应性强且符合市场需求的创新型人才迫在眉睫。因此，机电实验教学对机电专业工程应用型创新人才的业界需求进行分析，从市场需求出发来培养学生。打破各门课程的界限，拓宽实验内容范围，按照对学生综合创新能力培养的基本要求设计实验内容，为学生提供一种全新的工程应用教学环境。如结合工程实际，增设机、电、控综合实验，使学生学会综合应用流体传动、电气控制、PLC、机械工程测试、传感技术、嵌入式技术等多门课程的知识，并会使用各种实验设备仪器。

3）完善机械工程研究实验平台，加强理论研究能力的培养。

引入CDIO教育理念后，机电实验室不断完善机械工程研究实验平台，为学生提供充足的实验设备和计算机，制定具有综合性、设计性、应用性及研究性的实验教学内容，使学生在实验过程中能够结合相关技术进行系列理论研究，开发学生创新思维，激发学生探索新的理论知识，锻炼学生的自学能力、增强学生综合运用知识的能力，从而培养出具有机械电子工程领域较强实践操作能力及扎实的理论分析能力的综合性人才。

2.3实验教学方法及考核方式

CDIO教育理念提倡基于项目教育和学习的新型教学模式，注重培养学生的工程能力、职业道德、学术知识、运用知识解决问题的能力、终生学习能力、团队协作能力、交流能力和大系统掌控能力，从而培养既有过硬的专业技能，又有良好的职业道德的国际化工程师。为此，机电实验室采取以学生为主体，以教师为主导，知识、能力、素质协调发展的教学方法，发动学生参与实验教学和管理，培养学生的主人翁精神和意识；采用多方面、多样化的综合考核方式，不仅对学生进行考核，还要对实验教学人员进行考核，各个环节的考核结果相互融合，不仅能够实现对学生的技术能力、工程素质、交流与沟通能力、团队协作能力和创新能力的全面考核，也能够提升教师的技术应用能力，提高技能操作水平，积累工程应用经验。

2.4实验教学案例

实验教学是高校培养人才战略方案中不可或缺的教学环节,也是培养学生综合能力的重要环节，以上从培养目标、实验教学内容、实验教学方法及考核方式等方面论述了机电实验室引入CDIO教育理念后所采取的改革措施，下面以机电一体化专业核心项目体系的实施为例，谈谈机电实验室引入CDIO教学模式后的教学实践。该项目以《机电一体化系统设计》、《单片机原理及应用》和《机器人》三门课程为核心设立，包括两个实施阶段，其中在三级项目阶段，学生以团队的方式自主完成以嵌入式计算机（单片机）控制系统为核心的机电一体化产品—智能小车的构思－设计－制作－调试运行；在二级项目阶段，学生运用四周时间，进行自主创新研发，自主设计集成一个取料手爪或运料的自动翻转车厢，将智能小车升级成为移动式的抓取机器人和移动式搬运机器人，通过进行机器人运动控制规划，控制机器人完成一系列复杂的动作，如手爪张合、车体回转、智能循迹和避障、协同作业等任务，最终由两个机器人协作配合完成一次物料的抓取和运送任务。学生自主完成从方案设计、详细设计、加工制作到集成调试的全过程，最后以分组比赛的方式验收。

3教学实施体会