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關(guān)鍵詞:機(jī)電一體化;技術(shù);應(yīng)用;發(fā)展
中圖分類號:B819文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
一、機(jī)電一體化要點概念
針對機(jī)電一體化當(dāng)中有關(guān)的重要概念和根本的含義進(jìn)行分析,是展開一系列后續(xù)作業(yè)的要害點地點。首要,機(jī)電一體化技能發(fā)展到今日,已經(jīng)是逐漸的構(gòu)成了一套帶有本身特征和特征的科學(xué)技能系統(tǒng)。機(jī)電一體化系統(tǒng)從系統(tǒng)作業(yè)的視點和觀念動身,綜合性的運用到微電子技能、計算機(jī)技能、機(jī)械技能、主動操控技能以及接口技能等,對系統(tǒng)內(nèi)部的信息進(jìn)行改換;而且保證程序編制的完整性和高質(zhì)量,根據(jù)系統(tǒng)運用和操作的根本性需求,對內(nèi)部的規(guī)劃進(jìn)行合理化的裝備;同時,在系統(tǒng)的功用、質(zhì)量以及能耗等多個重要環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化和改善,保證機(jī)電一體化運用的是最新的技能手段,終究構(gòu)成一個全體化的系統(tǒng)商品。因而,在機(jī)電一體化當(dāng)中首要包含的是技能和商品等兩個重要環(huán)節(jié)。機(jī)電一體化并不是一個單純性的技能手段,而是將多種技能進(jìn)行從頭的組合和交融,構(gòu)成一個全新的技能系統(tǒng)。機(jī)電一體化的功用性較強(qiáng),且當(dāng)機(jī)電一體化技能發(fā)展到必定的期間以后,一些微電子的設(shè)備還可以對內(nèi)部的許多零件和元件進(jìn)行替代,具有愈加新穎的功用。多見的有:主動的信息數(shù)據(jù)處理、主動的操控調(diào)理、主動的記載顯現(xiàn)、主動的功用性監(jiān)測以及主動功用確診維護(hù)等,以保證機(jī)電一體化可以時間處于最好的運轉(zhuǎn)狀況,而且提高系統(tǒng)作業(yè)之時的效率。
二、機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域
(一) 數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域
數(shù)控機(jī)床及相應(yīng)的數(shù)控技術(shù)已經(jīng)有 40 年的發(fā)展歷程,技術(shù)難度有顯著提高,無論在結(jié)構(gòu)、功能、操作還是控制精度上。其中總線式、模塊化、緊湊型的結(jié)構(gòu)最具有代表性,這種結(jié)構(gòu)應(yīng)用多個CPU、多個主總線,結(jié)構(gòu)復(fù)雜。此外還有開放性設(shè)計,這種設(shè)計使硬件體系和功能模塊具有層次性和兼容性,可以大大提高用戶的使用效益。
WOP技術(shù)和智能化。根據(jù)車間實際作業(yè)狀況,可以通過系統(tǒng)完成編程。同時可以仿真加工過程,并實現(xiàn)在線診斷控制、模糊診斷等智能系統(tǒng)。隨著一體化技術(shù)的成熟,如大容量存儲器的出現(xiàn)和軟件的模塊化設(shè)置,使數(shù)控功能極大豐富,同時使得 +0+ 系統(tǒng)的控制功能也加強(qiáng)了。
全方位滿足技術(shù)要求,比如只有一臺機(jī)床的情況下,也可以順利完成多個加工要求,并實現(xiàn)刀具使用檢測、物料流通、機(jī)械手等的集成,統(tǒng)一到系統(tǒng)中。在系統(tǒng)中,分出多級網(wǎng)絡(luò),這樣實現(xiàn)了構(gòu)成復(fù)雜加工系統(tǒng)的作業(yè)能力。這種數(shù)控裝置以單板、單片機(jī)作為控制中心,并由專用芯片及模板組成。
(二)計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)領(lǐng)域
CIMS 的組成并非分散的子系統(tǒng)組合,而是由全局的經(jīng)過實踐積累的最優(yōu)系統(tǒng)綜合。加強(qiáng)了原有的各部門溝通,圍繞制造,控制“物流”和“信息流”,將經(jīng)營策劃、產(chǎn)品研發(fā)、制造準(zhǔn)備、實驗測試、經(jīng)營管理進(jìn)行更好的結(jié)合。當(dāng)集成度越高,就越能夠使各個生產(chǎn)要素間的配置更加合理,使得生產(chǎn)要素的潛力得到更大程度地體現(xiàn)。
(三) 柔性制造系統(tǒng)(FMS)領(lǐng)域
計算機(jī)化的制造系統(tǒng)被稱作柔性制造系統(tǒng),包括計算機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)械手、料盤、搬運車輛和自動化倉庫等。可以依照生產(chǎn)要求,及時、準(zhǔn)確地進(jìn)行生產(chǎn),這種靈活的生產(chǎn)方式可應(yīng)用于多品種、中小批量、設(shè)計更改頻繁的離散零件的批量生產(chǎn)。
(五)鋼鐵領(lǐng)域
在鋼鐵企業(yè)中,機(jī)電一體化體系是以微處理機(jī)為中間,把微機(jī)、工控機(jī)、數(shù)據(jù)通訊、顯示裝置、外表等技能有機(jī)的結(jié)合起來,選用拼裝合并方法,為完成工程大體系的歸納一體化創(chuàng)造有力條件,增強(qiáng)體系操控精度、質(zhì)量和可靠性。
因為鋼鐵工業(yè)具有大型化、高速化和接連化的特色,傳統(tǒng)的操控技能遇到了難以克服的艱難,因而十分有必要選用比如機(jī)電一體化的智能操控技能。機(jī)電一體化的智能操控技能首要包括專家體系、含糊操控和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等,其廣泛應(yīng)用于鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、操控、設(shè)備與產(chǎn)品質(zhì)量確診等各個方面,如高爐操控體系,電爐和連鑄車間,軋鋼體系,煉鋼―――連鑄―――軋鋼歸納調(diào)度體系,冷連軋等。目前,攀鋼在智能化操控技能方面首要依托攀鋼研究院和攀鋼技能中間為根底,正在進(jìn)行“三期”工程建造,并在熱、冷軋薄板、板形在線測探和人工智能操控技能,保護(hù)、確診(AI)體系,辦理、操控體系等范疇獲得可喜成績
三、 機(jī)電一體化技術(shù)的前景展望
根據(jù)國內(nèi)外高新技術(shù)分析,機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展尤為迅速,一下幾個方面將作為其未來的發(fā)展方向。
(一)智能化
機(jī)電一體化與傳統(tǒng)的機(jī)械自動化的主要區(qū)別就在于智能化方面,智能更加代表機(jī)電一體化的未來方向。隨著中央處理器運作速度的提高和計算機(jī)的高性能化,使得嵌入智能控制算法成為了可能,從此機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)品向著智能化方向發(fā)展。這種智能機(jī)電一體化產(chǎn)品擁有模擬人類智能的功能,可以做出一些判斷推理以及功能決策,以取代制造作業(yè)中部分人的腦力勞動為目的。
(二) 系統(tǒng)化
系統(tǒng)具有任何組態(tài)的功能,隨時分解、組合是系統(tǒng)的特征,系統(tǒng)也正致力實現(xiàn)多子系統(tǒng)互相調(diào)和及整合管理。系統(tǒng)的具有較強(qiáng)的通信功能,除了通用的通信方式外,遠(yuǎn)程通訊及多系統(tǒng)通信聯(lián)網(wǎng)正在興起,以及其需要的局部網(wǎng)絡(luò)正慢慢的被采用。未來,機(jī)電一體化產(chǎn)品會越來越考慮人的因素,令機(jī)電一體化產(chǎn)品模擬人的智能、甚至情感。或者也可以根據(jù)某種生物的良好結(jié)構(gòu),模擬出生物機(jī)體,生物系統(tǒng)化越來越成為其發(fā)展的方向之一。
(三)微型化
微型系統(tǒng)是機(jī)電一體化發(fā)展的一個新方向。其高度融入微機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)和軟件技術(shù)。有國外專家稱,微型電子機(jī)械的物理體積一般要小于 1 立方厘米,但這并非最終尺寸,正向微米、納米級方向進(jìn)軍。微機(jī)電一體化系統(tǒng)集合占地小、耗能少、運用靈活等特點于一身,更容易進(jìn)入狹小空間,同時便于精細(xì)操作。由此,其在生物、醫(yī)學(xué)、航空、工農(nóng)業(yè)及國防領(lǐng)域,有著廣闊的使用前景。據(jù)目前掌握的技術(shù),可根據(jù)半導(dǎo)體器件生產(chǎn)過程中的蝕刻方法,在實驗室中完成亞微米級機(jī)械零件的制造。
(四) 模塊化
有人說機(jī)電一體化產(chǎn)品的模塊化是一項緊迫而艱難的任務(wù)。市場上,機(jī)電一體化產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家很多,統(tǒng)一開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械、電氣、動力、信息接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品并非易事。制訂統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)是前提,這樣才能使各部件、單元匹配成功。機(jī)電一體化產(chǎn)品的生產(chǎn)商可以依照標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新,更新?lián)Q代,為自己的不斷擴(kuò)大再生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。
(五)網(wǎng)絡(luò)化
像所有產(chǎn)業(yè)一樣,網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)及發(fā)展對機(jī)電一體化技術(shù)有著十分重要的影響,使其越來越向著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。市場上出現(xiàn)很多種類的機(jī)電一體化產(chǎn)品,其面向網(wǎng)絡(luò)的方式也不一樣。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及,遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)發(fā)展前景廣闊,其實遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品的一種。
(六) 綠色化
隨著社會的發(fā)展,人民生活水平的不斷提高,“綠色”產(chǎn)品已成為各產(chǎn)業(yè)所追求的至高目標(biāo)。這是社會發(fā)展的趨勢,并要求產(chǎn)品的全生命周期,包括設(shè)計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個過程都要綠色環(huán)保。機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化要求產(chǎn)品的制造過程無污染、無浪費,結(jié)束產(chǎn)品生命時可回收利用。
四、 我國發(fā)展“機(jī)電一體化”所遇形勢及任務(wù)
機(jī)電一體化的核心工作有兩方面,其一是改變傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),應(yīng)用微電子技術(shù)使其達(dá)到節(jié)能、低耗,高質(zhì)、高效的目標(biāo),從而引領(lǐng)傳統(tǒng)工業(yè)進(jìn)一步大發(fā)展;另一方面是促進(jìn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的及時更新?lián)Q代,未來的機(jī)電產(chǎn)品將集自動化、數(shù)字化、智能化為一身。
結(jié)語
綜上所述,目前我國機(jī)電一體化已經(jīng)形成了系統(tǒng)化的技術(shù),其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用也相對比較廣泛,因此,相關(guān)的建設(shè)單位要加強(qiáng)對于機(jī)電一體化技術(shù)的研究,將其發(fā)展成集網(wǎng)絡(luò)化,智能化,微型化以及綠色化等集一身的技術(shù)。促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
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關(guān)鍵詞:機(jī)械加工;機(jī)床;機(jī)電一體化
機(jī)電一體化又稱機(jī)械電子學(xué),其主要是指利用計算機(jī)技術(shù),信息技術(shù),機(jī)械技術(shù),電子技術(shù),控制技術(shù)和光學(xué)技術(shù)實現(xiàn)智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化和系統(tǒng)化加工。機(jī)電一體化實現(xiàn)了加工技術(shù)、加工質(zhì)量和加工精度的優(yōu)化,對制造行業(yè)具有重大的貢獻(xiàn),也是我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的主要技術(shù)支持之一。近幾年隨著機(jī)電一體化的逐漸發(fā)展,對傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床的改造工作正在逐漸推廣和普及。為進(jìn)一步提升傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床機(jī)電一體化改造效率和質(zhì)量,對其實施改造分析具有重要的意義和價值。
1機(jī)電一體化改造優(yōu)勢
隨著機(jī)電一體化的逐漸推廣和普及,人們對傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床機(jī)電一體化的改造出現(xiàn)了不同的聲音,其中有支持也有反對的[1]。就該種現(xiàn)象及機(jī)電一體化改造進(jìn)行優(yōu)勢分析發(fā)現(xiàn)其具有以下幾種優(yōu)勢。第一,智能化優(yōu)勢。對傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床實施機(jī)電一體化改造的過程中會利用計算機(jī)控制軟件,實現(xiàn)軟件更新,在保障機(jī)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)智能化操作。在改造的過程中利用智能化軟件實現(xiàn)人操作和組合,具有自行判斷、自行篩選等基本邏輯功能,從而實現(xiàn)人類自動控制危險因素的實際操作。因此,對傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床實施機(jī)電一體化具有優(yōu)化其智能化的作用。第二,個性化優(yōu)勢。機(jī)電一體化智能化優(yōu)勢是傳統(tǒng)機(jī)械加工基礎(chǔ)改造的必然趨勢[2]。近幾年隨著社會經(jīng)濟(jì)體制和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的逐漸轉(zhuǎn)變,企業(yè)和人們對事物個性化的需求逐漸增加,進(jìn)一步提升了對機(jī)械加工的個性化需求。而機(jī)電一體化改造能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)合實際發(fā)展需求,滿足消費者個性化加工。在產(chǎn)品生產(chǎn)的過程中其微控系統(tǒng)根據(jù)市場調(diào)研需求自主的對產(chǎn)品實施升級方案制定,以滿足智能個性化產(chǎn)品優(yōu)勢。第三,高速化優(yōu)勢。機(jī)電一體化改造的過程中對機(jī)床的運轉(zhuǎn)速度改造是其中關(guān)鍵的一環(huán)。利用微控系統(tǒng)實現(xiàn)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速的提升,可以在傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上提高2倍左右,明前的加快了加工的速度,為整個機(jī)床加工生產(chǎn)效益的優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)[3]。此外,隨著納米技術(shù)的逐漸應(yīng)用,納米機(jī)床機(jī)電一體化改造更是實現(xiàn)了高效率、高精度的機(jī)械加工。因此,機(jī)電一體化改造具有其高速化發(fā)展優(yōu)勢。第四,綠色環(huán)保優(yōu)勢。機(jī)電一體化改造不僅能夠在技術(shù)、效率、性能等上實現(xiàn)傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床優(yōu)化,在其綠色環(huán)保上能夠降低材料和燃料的使用,從而利用高新技術(shù)手段降低對環(huán)境的污染。隨著綠色能源的創(chuàng)新和發(fā)展,以綠色能源為基礎(chǔ)的機(jī)電一體化機(jī)械加工機(jī)床必將成為機(jī)械加工機(jī)床改造優(yōu)化的主流趨勢。
2傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床機(jī)電一體化改造注意點
針對實踐工作中對傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床機(jī)電一體化改造的工作經(jīng)驗,結(jié)合理論知識和內(nèi)容,提出未來在傳統(tǒng)機(jī)械機(jī)電一體化改造的過程中需要從以下幾方面注意處理。第一,在改造穩(wěn)定性上。對傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床實施改造的過程中需要在現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。由于傳統(tǒng)的機(jī)械加工機(jī)床的加工一般采用的是焊接的方式,且材料的使用上一般是堅固的鑄造件。經(jīng)過改造之后需要將其改變?yōu)楦咝阅芎透呔_度的結(jié)構(gòu)。因此,在改造的過程中需要從其鑄造件的性能出發(fā),注重改造的整體性,在不破壞設(shè)備本身結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,保障機(jī)械加工機(jī)床的整體穩(wěn)定性。第二,在設(shè)備為維修操作山。對傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床實施改造的過程中在其設(shè)備維修改造上為了進(jìn)一步實現(xiàn)機(jī)電一體化操作,也會對其維修性能實施改造,為改造后機(jī)電一體化機(jī)械加工機(jī)床的日常使用和維護(hù)提供保障。因此,在其維修改造的過程中必須對其維修周期和故障診斷性能實施計算機(jī)信息處理和邏輯程序編制,以保障設(shè)備維修操作的安全性和高效性[4]。第三,在技術(shù)運行改造上。在實施技術(shù)運行改造的過程中必須按照技術(shù)該噶發(fā)展方向速度對其進(jìn)行改造,采用循序漸進(jìn)的技術(shù)改造方案,從而保障實時提高設(shè)備自動化的效率和水平。在不斷提升傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床設(shè)備檔次的基礎(chǔ)上完成技術(shù)運行改造。尤其注意的是不能采用激進(jìn)的方式進(jìn)行技術(shù)運行改造,這樣容易形成技術(shù)壁壘和技術(shù)脫檔。第四,在工作效率和質(zhì)量改造上。針對傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床的工作效率和工作質(zhì)量改造是在設(shè)備技術(shù)改造的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。因此,在其改造的過程中需要從精度、專業(yè)、生產(chǎn)三方面完成整體工作效率和工作質(zhì)量改進(jìn),這樣才能夠保障傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床在實現(xiàn)機(jī)電一體化的基礎(chǔ)上,充分的發(fā)揮機(jī)電一體化工作效率和工作質(zhì)量的提升。第五,在改造成本上。針對改造成本實施成本控制也是傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床機(jī)電一體化改造中需要注意的一點,可以采用分環(huán)節(jié)成本控制和材料成本控制的方式實現(xiàn)改造成本控制,在保障改造效率的前提下節(jié)約改造經(jīng)費,降低企業(yè)成本,從未有效的提高機(jī)電一體化機(jī)械加工機(jī)床的市場競爭力。
3總結(jié)
通過本文中對傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床機(jī)電一體化改造的優(yōu)勢分析們能夠看出,機(jī)械加工機(jī)電一體化是未來我國機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展的必然趨勢。未來我國在傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床機(jī)電一體化改造的過程中需要對其改造穩(wěn)定性、設(shè)備維修操作、技術(shù)運行、工作效率和質(zhì)量、改造成本等方面對其進(jìn)行優(yōu)化,從而實現(xiàn)智能化、高效率、高質(zhì)量、高性能的改造,以促進(jìn)我國機(jī)械加工行業(yè)的整體發(fā)展,為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)奠定基礎(chǔ)。
作者:李杰 單位:秦皇島優(yōu)益重工科技有限公司
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裝備制造業(yè)是我國的支柱產(chǎn)業(yè),隨著知識經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,機(jī)電一體化技術(shù)在裝備制造業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用,社會對機(jī)電一體化技術(shù)人才需求持續(xù)增加,對高職院校畢業(yè)生的能力要求也發(fā)生了很大改變:要求高職學(xué)生通過系統(tǒng)的學(xué)習(xí)、訓(xùn)練和實踐,在機(jī)電一體化領(lǐng)域具有堅實、過硬的技術(shù)技能,更要有過硬的創(chuàng)造創(chuàng)新本領(lǐng)。即應(yīng)具有在扎實的專業(yè)技能基礎(chǔ)上,有所創(chuàng)造,有所創(chuàng)新,為崗位、為單位甚至為社會創(chuàng)造顯著的效益的能力。
1 創(chuàng)新能力培養(yǎng)的內(nèi)涵
創(chuàng)新是指以現(xiàn)有的思維模式提出有別于常規(guī)或常人思路的見解為導(dǎo)向,利用現(xiàn)有的知識和物質(zhì),在特定的環(huán)境中,本著理想化需要或為滿足社會需求,而改進(jìn)或創(chuàng)造新的事物(包括產(chǎn)品、方法、元素、路徑、環(huán)境),并能獲得一定有益效果的行為。[1]
創(chuàng)新的主體在于人,高職院校創(chuàng)新教育的主體是學(xué)生,在創(chuàng)新能力培養(yǎng)過程中,應(yīng)結(jié)合社會需求,以學(xué)生為中心,充分地激學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,最大限度地發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性,將傳統(tǒng)教育的知識獲取的過程轉(zhuǎn)換為學(xué)生自主探索知識的過程和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)過程。
在創(chuàng)新能力培養(yǎng)過程中,要堅持因材施教的原則。適應(yīng)學(xué)生的個體差異及創(chuàng)新潛能,盡可能地營造有利于學(xué)生創(chuàng)新能力發(fā)展的環(huán)境,采用團(tuán)隊合作機(jī)制,根據(jù)學(xué)生的不同個性、興趣和才能,進(jìn)行差異化、個性化的培養(yǎng),激發(fā)學(xué)生身上的潛在創(chuàng)新能力,經(jīng)營學(xué)生的長處,將學(xué)生的“長板”變得更長,“短板”與別人合作,為學(xué)生個性發(fā)展提供廣闊的空間,讓每個同學(xué)都有一技之長。
2 高職機(jī)電專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的措施
2.1 構(gòu)建創(chuàng)新性的課程體系
構(gòu)建創(chuàng)新性的課程體系是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的關(guān)鍵。我們在構(gòu)建創(chuàng)新性課程體系上的總體思路是:采用工程教育理念,做到學(xué)以致用;淡化學(xué)科樊籬,拓寬專業(yè)口徑,課程設(shè)置前瞻化,課程內(nèi)容時代化;豐富選修課程,鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)。
2.1.1 采用工程教育理念,做到學(xué)以致用
工程教育理念是基于工程項目全過程的學(xué)習(xí),是“做中?W”原則和“基于項目的教育和學(xué)習(xí)”的集中體現(xiàn)。工程教育需要選擇一個典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品作為載體,把多數(shù)專業(yè)素養(yǎng)課程和專業(yè)技術(shù)課程通過這個典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品串聯(lián)起來,完成產(chǎn)品從設(shè)計、模擬、加工、調(diào)試的工程制造過程,讓學(xué)生真正認(rèn)識到每門課程在整個課程體系中的作用和在實際工作當(dāng)中的應(yīng)用,從而做到學(xué)以致用。
2.1.2 淡化學(xué)科樊籬,拓寬專業(yè)口徑
培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力旨在使學(xué)生適應(yīng)時代的進(jìn)步和快速發(fā)展,使學(xué)生把學(xué)到的知識能夠轉(zhuǎn)換為能力和素質(zhì),高職院校在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力時,必須打破學(xué)科間的樊籬,加強(qiáng)通識教育和基礎(chǔ)教育,拓寬專業(yè)口徑,使學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)由縱向深入型向橫向?qū)拸V型轉(zhuǎn)化。在構(gòu)建創(chuàng)新性課程體系時,我們力求打造更寬闊的機(jī)電專業(yè)人才培養(yǎng)平臺。將課堂教學(xué)分為通識教育課程、專業(yè)素養(yǎng)課程以及專業(yè)技術(shù)課程三大類。如圖1所示,為機(jī)電一體化專業(yè)課程體系框圖。
通識教育課程是從基礎(chǔ)性文化、語言、科學(xué)等方面實現(xiàn)對專業(yè)課程的補(bǔ)充,旨在更好地促進(jìn)學(xué)生高尚道德品質(zhì)的形成以及個性元素的充分拓展,[2]活躍學(xué)生思維,提高學(xué)生的人文素質(zhì)。機(jī)電一體化專業(yè)通識教育課程包括:兩課、計算機(jī)、外語、高等數(shù)學(xué)、體育等必修課程以及大學(xué)生創(chuàng)業(yè)指導(dǎo)、投資理財、溝通能力培養(yǎng)等選修課程。
專業(yè)素養(yǎng)課程是與專業(yè)知識、技能直接聯(lián)系的基礎(chǔ)課程,是學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)技術(shù)課的先導(dǎo)和基礎(chǔ),對學(xué)生知識、能力、素質(zhì)的全面培養(yǎng)有著十分重要的作用。機(jī)電一體化專業(yè)專業(yè)素養(yǎng)課程分為專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)拓展課程兩大類。專業(yè)基礎(chǔ)課程包括機(jī)械制圖、機(jī)械基礎(chǔ)、電工電子技術(shù)等涉及到專業(yè)知識基本概念、基本規(guī)律、基本技術(shù)等內(nèi)容的課程。專業(yè)拓展課程則包括單片機(jī)控制技術(shù)、計算機(jī)輔助造型、先進(jìn)制造技術(shù)等涉及到專業(yè)領(lǐng)域前沿的課程,旨在促使學(xué)及時接觸專業(yè)前沿知識,激發(fā)他們的興趣和創(chuàng)新思維。
專業(yè)技術(shù)課程是培養(yǎng)學(xué)生掌握適應(yīng)企業(yè)生產(chǎn)需要的專業(yè)知識和崗位技能,貼近企業(yè)崗位的需求,體現(xiàn)專業(yè)發(fā)展方向的核心性課程。機(jī)電一體化專業(yè)技術(shù)課程包括機(jī)電設(shè)備控制、PLC技術(shù)、變頻控制、數(shù)控加工等課程等專業(yè)技術(shù)課以及面向創(chuàng)業(yè)、競賽、技術(shù)服務(wù)等方向的第二課堂。
2.1.3 課程設(shè)置前瞻化,課程內(nèi)容時代化
在創(chuàng)新性的課程體系中,課程的設(shè)置和課程的內(nèi)容不是僵化不變的。要逐年對課程體系進(jìn)行動態(tài)的調(diào)整,按照企業(yè)需求不斷地完善,站在時代的前沿,開設(shè)體現(xiàn)新知識、新技術(shù),具有前瞻性的課程。比如:在課程體系中加入了工控組態(tài)與觸摸屏技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)等課程。另外,課程的內(nèi)容要貼近實際需要,要及時跟蹤專業(yè)知識的發(fā)展前沿,刪除陳舊的內(nèi)容,增加反映學(xué)科發(fā)展方向的新技術(shù)、新知識,使學(xué)生建立起適應(yīng)時展步伐的知識結(jié)構(gòu)。
2.1.4 豐富選修課程,鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)
創(chuàng)新教育強(qiáng)調(diào)以人為本,因此,在創(chuàng)新性課程體系中,應(yīng)充分重視學(xué)生的個性差異,因材施教,滿足學(xué)生的興趣和要求,行之有效的措施之一就是豐富選修課程,使必修課與選修課的數(shù)量保持一定的合理比例,給學(xué)生較為充分的自主性,讓學(xué)生根據(jù)自己的需要選擇課程。
2.2 采用信息化的教學(xué)手段
信息化技術(shù)的發(fā)展為創(chuàng)新教育提供了嶄新的空間,e-learning成為現(xiàn)代學(xué)生學(xué)習(xí)方式發(fā)展的必然選擇。將多媒體技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)、學(xué)習(xí)及教學(xué)管理,能有效促進(jìn)以學(xué)生為中心的授課方式,充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能。
現(xiàn)代機(jī)電設(shè)備已由機(jī)械部件為主逐步轉(zhuǎn)化為光、機(jī)、電三位一體,涉及面廣,機(jī)電一體化專業(yè)知識總量的增多,知識更新速度加快,利用多媒體教學(xué)手段,將機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣控制、仿真運行、新型傳動、未來機(jī)等內(nèi)容,通過仿真動畫、圖片、視頻等進(jìn)行演示,能使課程的教學(xué)變得直觀、生動,有效增大課堂教學(xué)的信息量。
虛擬仿真教學(xué)是信息化教學(xué)的一個重要方面。隨著計算機(jī)軟硬件技術(shù)的不斷提高,應(yīng)用于機(jī)電專業(yè)的各種仿真軟件不斷涌現(xiàn),如數(shù)控機(jī)床教學(xué)的有上海宇龍數(shù)控仿真軟件、南京的斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件;電力電子類教學(xué)的有電子仿真軟件Electronic Workbench (EWB)和 Multisim等軟件;單片機(jī)類教學(xué)的有Proteus軟件;機(jī)械制造類的SolidWorks仿真制造軟件等。虛擬仿真教學(xué)可以有效地提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率,活躍課堂氣氛,增強(qiáng)學(xué)生自主能力,開拓學(xué)生的創(chuàng)新思維,培養(yǎng)學(xué)生對機(jī)電系統(tǒng)的整體認(rèn)識,另外,還可以提高實訓(xùn)教學(xué)的效率,減少實驗耗材的損耗,節(jié)省實驗設(shè)備的投入,降低實驗中的事故發(fā)生率。
2.3 構(gòu)建實訓(xùn)平臺,強(qiáng)化實踐環(huán)節(jié)
高職教育強(qiáng)調(diào)的是培養(yǎng)技術(shù)技能型人才,實踐教學(xué)環(huán)節(jié)是高職教育中極為重要的組成部分。它對于學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)、工程素質(zhì)、專業(yè)技術(shù)素質(zhì)、實踐動手能力,尤其是創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有不可替代的作用。
高職機(jī)電專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力以校內(nèi)網(wǎng)實訓(xùn)基地為平臺,以企業(yè)中實際的機(jī)電一體化產(chǎn)品為載體,以光、機(jī)、電、液技術(shù)技能訓(xùn)練為主要教學(xué)內(nèi)容,穿插機(jī)電產(chǎn)品生產(chǎn)管理、調(diào)度管理、質(zhì)量管理等內(nèi)容,由學(xué)校教師與企業(yè)技術(shù)管理人員共同給予指導(dǎo),通過實踐教學(xué)環(huán)節(jié),既能培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)知識的綜合應(yīng)用能力,學(xué)生解決實際問題的工作能力和技能,又能充分挖掘?qū)W生的創(chuàng)新潛能。
關(guān)鍵詞:職業(yè)生涯發(fā)展;典型工作任務(wù);基于工作過程,職業(yè)成長規(guī)律
現(xiàn)代職業(yè)教育認(rèn)為,有效學(xué)習(xí)是指學(xué)生在真實工作情景中實現(xiàn)知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀學(xué)習(xí)的統(tǒng)一。職業(yè)教育不僅要培養(yǎng)學(xué)生的崗位能力,滿足就業(yè)需要,還要培養(yǎng)完成整體化工作任務(wù)的綜合職業(yè)能力,奠定持久的職業(yè)生涯發(fā)展的基礎(chǔ)。
人才培養(yǎng)方案是人才培養(yǎng)工作的總體設(shè)計,是實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的指導(dǎo)性文件。課程體系方案是人才培養(yǎng)方案的最核心內(nèi)容,是組織教學(xué)、實施教學(xué)管理、實現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的重要依據(jù)。工學(xué)結(jié)合作為現(xiàn)代職業(yè)教育的重要特征已經(jīng)被大眾所認(rèn)識。在工學(xué)結(jié)合職業(yè)教育模式的實踐和研究中,需要我們積極探索科學(xué)的、符合工學(xué)結(jié)合要求和我國國情的新型人才培養(yǎng)方案和課程模式。
本文圍繞機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)作為省級教學(xué)改革試點專業(yè),對其基于工作過程的人才培養(yǎng)方案中課程體系的開發(fā)過程進(jìn)行了研究和實踐,較好地完成了課程體系的構(gòu)建任務(wù),對其他專業(yè)的工學(xué)結(jié)合人才培養(yǎng)方案中課程體系的開發(fā)具有一定的借鑒作用。
一、以市場需要和職業(yè)生涯發(fā)展為目標(biāo),明確專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)
開發(fā)人才培養(yǎng)方案的首要前提是進(jìn)行廣泛的市場調(diào)研。為此,我們制定了行業(yè)企業(yè)問卷調(diào)查表、畢業(yè)生跟蹤調(diào)查表等,面向三峽區(qū)域及珠江三角洲、長江三角洲地區(qū)進(jìn)行了廣泛的市場調(diào)研,回收整理34份企業(yè)調(diào)查表和大量畢業(yè)生調(diào)查表,提煉出了專業(yè)人才崗位、職業(yè)能力和知識需求情況,形成了全面而準(zhǔn)確的機(jī)電一體化專業(yè)人才需求狀況分析報告,為后續(xù)的機(jī)電一體化專業(yè)定位及實踐專家研討會提供了大量有用信息和重要依據(jù)。
機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)范圍廣,不受行業(yè)限制,可以從事機(jī)電設(shè)備和自動化生產(chǎn)線的操作使用、運行管理、技術(shù)改造和維護(hù)修理,數(shù)控設(shè)備的操作使用和維護(hù)修理等工作。三峽區(qū)域有許多的自動化生產(chǎn)線和機(jī)電設(shè)備,特別是宜化集團(tuán)、安琪集團(tuán)、稻花香酒業(yè)、娃哈哈飲料廠、三峽煙廠、紅旗電纜廠等大型企業(yè),每年都需要大量中間層次的工作人員。另外外地需求量也很大,機(jī)電一體化專業(yè)的人才還可以輸送到工業(yè)發(fā)達(dá)的城市和地區(qū),如:長江三角洲、珠江三角洲等。因此,機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)成為我院機(jī)電專業(yè)群的龍頭專業(yè),2007年成功申報湖北省教學(xué)改革試點專業(yè)。隨著2008年我院成功申報省示范高職院校立項建設(shè)單位,機(jī)電一體化專業(yè)也被確定按示范專業(yè)的目標(biāo)進(jìn)行建設(shè)。
根據(jù)市場調(diào)研結(jié)果和三峽區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,結(jié)合國家對高職培養(yǎng)目標(biāo)的總體定位,以崗位需要和職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù),以職業(yè)生涯發(fā)展為目標(biāo),確定機(jī)電一體化專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)為:主要面向三峽區(qū)域及珠江三角洲、長江三角洲地區(qū),服務(wù)于機(jī)電行業(yè),培養(yǎng)適應(yīng)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)需要,德、智、體、美全面發(fā)展,具備機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用方面的基本理論和技能,同時具備良好職業(yè)道德,并具有可持續(xù)發(fā)展能力和終身學(xué)習(xí)能力的高素質(zhì)技能應(yīng)用型人才。同時,確定的職業(yè)崗位群是:
機(jī)電設(shè)備和自動化生產(chǎn)線的裝配調(diào)試;自動化生產(chǎn)線的運行管理和檢測維護(hù);機(jī)械零件加工;機(jī)電產(chǎn)品的質(zhì)量檢測及售后服務(wù);車間班組等基層部門的管理。
二、以職業(yè)生涯成長為背景尋找典型工作任務(wù)
每一種職業(yè)都對應(yīng)著一些典型的工作任務(wù)。人的職業(yè)成長不是簡單的從不知道到知道的知識學(xué)習(xí)和積累,而是從完成簡單工作任務(wù)到完成復(fù)雜工作任務(wù)的能力發(fā)展過程,即經(jīng)歷從初學(xué)者到實踐專家的發(fā)展階段。
職業(yè)的典型工作任務(wù)是在職業(yè)的某一行動領(lǐng)域工作過程結(jié)構(gòu)完整的綜合性任務(wù),反映了該職業(yè)典型的工作內(nèi)容和工作方式。完成典型工作任務(wù)的過程能夠促進(jìn)從業(yè)者的職業(yè)能力發(fā)展,同時完成該任務(wù)的方式方法和結(jié)果多數(shù)是開放性的,可以培養(yǎng)其創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。
典型工作任務(wù)是從一系列有代表性的崗位工作任務(wù)中分析提煉出來的,它體現(xiàn)了一組難易程度相當(dāng)、工作要素相近的代表性工作任務(wù)的共同特征,而不針對具體的企業(yè)和個人。因此,尋找典型工作任務(wù)首先要從崗位工作任務(wù)分析人手。
崗位工作分析是對某一專業(yè)的畢業(yè)生可能從事的各種工作的性質(zhì)、任務(wù)、責(zé)任、相互關(guān)系,以及任職人員的知識、能力和素質(zhì)要求,進(jìn)行全面系統(tǒng)的調(diào)查與分析。分析的崗位既包括畢業(yè)生可直接上崗/就業(yè)的崗位,也包括經(jīng)過5一10年的自主發(fā)展后能夠適應(yīng)的崗位。工作分析包括崗位工作內(nèi)容分析和對崗位部門的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。
我們制訂了《企業(yè)實踐專家個人職業(yè)歷程調(diào)查表》,對宜昌周邊及珠江三角洲、長江三角洲地區(qū)的企業(yè)實踐專家進(jìn)行了問卷調(diào)查。通過對回收上來的調(diào)查表進(jìn)行統(tǒng)計和分析,整理出一系列工作任務(wù),比如:機(jī)械裝配、電氣儀表安裝、數(shù)控機(jī)床操作、電氣設(shè)備維護(hù)、自動線設(shè)備檢修等等。
在上述工作分析的基礎(chǔ)上,我們挑選出部分具有豐富工作經(jīng)驗的一線工作人員召開企業(yè)實踐專家研討會。例如:班組長、工段長、車間主任以及技術(shù)科等基層部門負(fù)責(zé)人。這些專家目前都從事著機(jī)電一體化領(lǐng)域的工作任務(wù),有著l 0年以上的工作經(jīng)歷,有著中職或高職教育背景,且都服務(wù)于大中型企業(yè)、承擔(dān)整體化和綜合性的工作任務(wù)。
企業(yè)實踐專家研討會的作用就是通過與企業(yè)實踐專家的深度交流,借鑒他們豐富的職業(yè)經(jīng)歷,尋找出具有代表性的典型工作任務(wù),為機(jī)電一體化專業(yè)基于工作過程的人才培養(yǎng)方案中課程體系的構(gòu)建提供強(qiáng)有力的支撐。
研討會上,與會專家按照不同的階段、重要的經(jīng)歷和變化對各自的職業(yè)成長過程進(jìn)行了描述,列舉了各階段實際從事過、有代表性特別是有挑戰(zhàn)性、能夠提高工作能力的工作任務(wù)實例。將這些任務(wù)進(jìn)行歸類整理,我們尋找出了機(jī)電一體化專業(yè)的6個典型工作任務(wù)。
人的職業(yè)成長必須經(jīng)歷從初學(xué)者到實踐專家的發(fā)展階段,為此必須依據(jù)職業(yè)成長的邏輯規(guī)律對典型工作任務(wù)進(jìn)行排序,為后期設(shè)計符合職業(yè)成長規(guī)律的系列學(xué)習(xí)任務(wù)奠定基礎(chǔ)。我們將6個典型工作任務(wù)依序排列為:室內(nèi)綜合布線、六角螺帽(鉗工)制作、機(jī)械零件加工、機(jī)電設(shè)備安裝調(diào)試、機(jī)電設(shè)備維修、自動線運行調(diào)試和維護(hù)修理。
三、以典型工作任務(wù)為載體構(gòu)建理論與實踐一體化的課程體系
要實現(xiàn)工學(xué)結(jié)合的有效學(xué)習(xí),必須找到能滲透學(xué)習(xí)內(nèi)容的載體,讓學(xué)生不但借此學(xué)習(xí)專業(yè)知識和技能,而且能夠經(jīng)歷工作過程獲得職業(yè)意識和方法,最終獲得綜合職業(yè)能力。這些重要的載體就是典型工作任務(wù)。
常用的理論與實踐一體化的課程模式有項目課程、任務(wù)驅(qū)動課程以及學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程等?!皩W(xué)習(xí)領(lǐng)域”是從具體的工作領(lǐng)域轉(zhuǎn)化而來的、用于學(xué)習(xí)的理論
與實踐一體化的綜合性學(xué)習(xí)任務(wù)。學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程的內(nèi)容是從典型工作任務(wù)的工作內(nèi)容中提煉出來的,包括“工作”的方方面面(如:工作對象、工具、工作方法、勞動組織及工作要求等)。為了滿足教學(xué)的需要,學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程又需要按照“教育性”要求進(jìn)行修正,所以并不是企業(yè)真實工作任務(wù)的簡單再現(xiàn)。但它是基于工作過程的,且具有完整的工作過程,可以使學(xué)生在真實的職業(yè)情景中學(xué)習(xí)“如何工作”。
項目課程是師生通過共同實施一個完整的項目工作而進(jìn)行的教學(xué)活動。項目課程也具有完整的工作過程,能將理論知識和實踐技能結(jié)合在一起,強(qiáng)調(diào)對工作過程的規(guī)劃,分析思考及反饋等,也可以反映典型工作任務(wù)。
學(xué)習(xí)領(lǐng)域與項目課程既有聯(lián)系又有區(qū)別。項目課程的隨意性較大。學(xué)習(xí)領(lǐng)域的內(nèi)容更龐大,經(jīng)常以教學(xué)項目的形式出現(xiàn),但有時也有一些工作過程不完整的學(xué)習(xí)情景。
我們依據(jù)找出的6個典型工作任務(wù),構(gòu)建出6個項目課程和3個學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程。6個項目課程包括:室內(nèi)綜合布線、六角螺帽(鉗工)制作、電機(jī)及電氣控制、機(jī)械零件加工、機(jī)械零件數(shù)控加工、PLC應(yīng)用技術(shù)。學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程包括:機(jī)電設(shè)備安裝與調(diào)試、機(jī)電設(shè)備維修以及自動線設(shè)備的運行調(diào)試和維護(hù)修理。
項目課程或?qū)W習(xí)領(lǐng)域課程符合主體性教育思想,使學(xué)生在獲得知識和技能的同時,提高綜合職業(yè)能力。但并不是所有的課程都適合開發(fā)成項目課程或?qū)W習(xí)領(lǐng)域課程,特別是一些理論為實踐服務(wù)的課程。在現(xiàn)階段的職業(yè)教育實踐中,這兩類課程可能長期并存。
由此形成了基于工作過程的機(jī)電一體化人才培養(yǎng)方案的課程體系,由通識、專業(yè)基礎(chǔ)、專業(yè)實踐、專業(yè)拓展和公共選修五大模塊組成。其中,通識模塊主要有:形勢與政策、英語、體育、計算機(jī)基礎(chǔ)、心理健康教育、職業(yè)規(guī)劃與創(chuàng)業(yè)就業(yè)指導(dǎo)等,專業(yè)基礎(chǔ)模塊有:高等數(shù)學(xué)、機(jī)械識圖與CAD繪圖、電工基礎(chǔ)、電子技術(shù)基礎(chǔ)、機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)、電機(jī)及電氣控制(項目課程)、PLC應(yīng)用技術(shù)(項目課程);專業(yè)實踐模塊主要由學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程、職業(yè)資格證書課程和余下的項目課程、頂崗實習(xí)等組成;專業(yè)拓展模塊是根據(jù)不同的專業(yè)崗位方向設(shè)置的,目的是為了滿足將來的崗位遷移需要和再學(xué)習(xí)能力需要;公共選修課程是為了提高綜合素質(zhì)能力。
四、結(jié)束語
人的職業(yè)能力發(fā)展不是一個抽象的過程,它需要具體的學(xué)習(xí)環(huán)境?;诠ぷ鬟^程的人才培養(yǎng)過程就是在工作過程中學(xué)習(xí)和課堂學(xué)習(xí)相結(jié)合的過程。因此,工學(xué)結(jié)合的人才培養(yǎng)方案的開發(fā)研究必須將職業(yè)資格研究、個人職業(yè)生涯發(fā)展目標(biāo)、課程設(shè)計與教學(xué)分析等結(jié)合在一起。
基于工作過程的人才培養(yǎng)方案課程體系的開發(fā)和實踐,是一項新穎而又艱巨的工作,對高職院校的師資和實踐環(huán)境都是巨大的挑戰(zhàn),后面還有大量的課程設(shè)計、教學(xué)設(shè)計和課程標(biāo)準(zhǔn)等工作需要繼續(xù)完成。唯有在實踐中不斷學(xué)習(xí)、摸索、總結(jié)、改進(jìn),才能滿足現(xiàn)代職業(yè)教育的需要。
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關(guān)鍵詞 機(jī)電類專業(yè);教學(xué)改革;開放實驗課;實踐效果
中圖分類號 G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739(2014)06-0321-03
機(jī)電一體化是現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ),其核心思想是將機(jī)械、電子、信息、控制有機(jī)結(jié)合,以實現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)品和生產(chǎn)過程整體最優(yōu)化與智能化。隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展,工業(yè)自動化水平迅速提高,為適應(yīng)工業(yè)發(fā)展對具有實踐性、創(chuàng)造性等綜合能力且素質(zhì)高的技術(shù)人才的迫切需要,機(jī)電類課程教育改革不斷深入。對于二本、三本院校,教學(xué)工作的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生工程實踐和創(chuàng)新能力,使學(xué)生能夠勝任現(xiàn)代機(jī)電設(shè)備實際設(shè)計、操作,以順應(yīng)時展潮流,滿足自身發(fā)展需求。
機(jī)電類專業(yè)課涉及到“機(jī)”和“電”2個方面,機(jī)電一體化也體現(xiàn)在學(xué)生知識體系的融合上,“機(jī)”與“電”共同支撐了機(jī)械設(shè)計與制造及其自動化專業(yè),隨著傳感檢測技術(shù)、現(xiàn)代信息處理技術(shù)、計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、微電子技術(shù)和半導(dǎo)體制作工藝的不斷進(jìn)步,“電”對于該專業(yè)的重要性正在逐步提升,促使機(jī)電一體化專業(yè)課在內(nèi)涵與外延上發(fā)生了意義深遠(yuǎn)的變革。
浙江農(nóng)林大學(xué)機(jī)械類專業(yè)在教學(xué)計劃中逐步增加了《計算機(jī)基礎(chǔ)》《微機(jī)原理與應(yīng)用》《機(jī)電傳動控制》《機(jī)床數(shù)控技術(shù)》《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》等機(jī)電類課程。就現(xiàn)有課程體系而言,內(nèi)容較多,涉及知識廣泛,理論性和實踐性都較強(qiáng),這些課程內(nèi)容正是學(xué)習(xí)、了解和設(shè)計機(jī)電產(chǎn)品的必修知識,為學(xué)生今后的實踐提供基礎(chǔ)。
1 現(xiàn)有課程體系存在的問題
1.1 課時安排不盡合理
典型的機(jī)電專業(yè)課包括《微機(jī)原理及其應(yīng)用》《機(jī)電傳動控制》與《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》3門課程,其涉及的知識面較廣,學(xué)習(xí)起點較高,難度較大,而且課程之間內(nèi)在關(guān)聯(lián)性強(qiáng)。當(dāng)前,3門課程教學(xué)安排分別為48、40、40課時,教學(xué)方法為理論學(xué)習(xí)與實驗實踐相結(jié)合,其中課堂教學(xué)分別為40、32、40課時,實驗課分別為8、8、0課時??梢姰?dāng)前的課程設(shè)置仍保留傳統(tǒng)的重理論輕工程應(yīng)用的培養(yǎng)模式,課程主要以理論講授法為主組織教學(xué),尤其《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》,甚至沒有安排實驗環(huán)節(jié)。這樣的課程安排有利于集中授課,但忽視了對學(xué)生學(xué)習(xí)潛能的開發(fā),在教學(xué)過程中學(xué)生是被動地聽,不能動手進(jìn)行實際操作,參與程度不高,不利于學(xué)生獨立思考和工程實踐能力的鍛煉,并且存在著重理論輕實踐、重講授知識輕能力培養(yǎng)的不足,導(dǎo)致學(xué)生理論知識不系統(tǒng)。
1.2 課程間銜接不暢
機(jī)電類專業(yè)課之間目前較為突出的問題還有“機(jī)”與“電”相關(guān)知識不能有機(jī)地結(jié)合,幾門課在課程內(nèi)容上存在章節(jié)內(nèi)容重復(fù)或不能合理銜接。例如作為主干課程,《機(jī)電傳動控制》中關(guān)于電動機(jī)原理、繼電器接觸器控制等內(nèi)容與《電工電子技術(shù)》有重疊,然而表面相似的課本知識,側(cè)重點并不相同,教學(xué)中往往給學(xué)生造成一定誤導(dǎo)。而作為機(jī)電專業(yè)課集大成的課程《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》,既有一定深度又有足夠的廣度,是綜合性比較強(qiáng)的應(yīng)用型課程,對學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)功底有一定的要求。但該課程自身的理論體系不突出,各部分內(nèi)容之間相對獨立,缺少一個可以貫穿整個教學(xué)過程并將各知識點串聯(lián)起來的線索,在逐章節(jié)授課時容易造成內(nèi)容割裂,缺乏有機(jī)整體感,學(xué)生也會難以把握重點,感到茫然。
1.3 課程內(nèi)容有待更新
課程內(nèi)容方面的最主要問題是缺乏新穎性,《微機(jī)原理》課程內(nèi)容仍然為51系列單片機(jī),開發(fā)語言以匯編語言為主,對于更新的單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)介紹較少。許多工程上廣泛應(yīng)用的機(jī)電一體化技術(shù)與裝備,沒有反映在課程中,例如機(jī)器人技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、智能控制技術(shù)等。這樣的課程體系很難使學(xué)生畢業(yè)后適應(yīng)工作崗位要求,也不利于培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)地思考問題、解決問題的能力。
其次是課程內(nèi)容的“脫節(jié)”問題。一方面課程的設(shè)置缺乏系統(tǒng)性,不同課程之間不能很好銜接,使學(xué)生知識體系脫節(jié)。另一方面,現(xiàn)有課程重理論、輕應(yīng)用,而且實踐環(huán)節(jié)以課內(nèi)實驗與課程設(shè)計為主,使學(xué)生缺乏系統(tǒng)性鍛煉,造成理論與實踐脫節(jié)。例如《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》理論課結(jié)束后,有1次專業(yè)課程設(shè)計,內(nèi)容包括機(jī)械本體設(shè)計與控制系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計,是學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計的前奏,也是走向工作崗位前的重要鍛煉,然而學(xué)生普遍反應(yīng),課程設(shè)計內(nèi)容深度和廣度都超出自己的專業(yè)知識基礎(chǔ),很難將自己4年來所學(xué)知識串聯(lián)成體系,所定任務(wù)難以輕松完成。
2 教學(xué)改革的實施
2.1 教改思路
上述問題使現(xiàn)有課程體系難以適應(yīng)新的形式,為了提高機(jī)電類課程教學(xué)的效果,保證教學(xué)質(zhì)量,眾多高校都積極地開展教學(xué)研究,如整合教學(xué)內(nèi)容,以課程集群化建設(shè)作為發(fā)展的方向,利用許多課程知識的關(guān)聯(lián)性,在教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行優(yōu)化組合,一定程度上解決了課程之間內(nèi)容相互重復(fù)的現(xiàn)象,使得課程內(nèi)容得到精簡[1]。應(yīng)用多媒體課件提高課堂教學(xué)知識傳授的密度,利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為學(xué)生開辟第二課堂,為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供了渠道,師生通過網(wǎng)絡(luò)互動,為理論與實踐教學(xué)的拓展與深化增添了巨大的空間[2]。一些研究型大學(xué),則引入研究型教學(xué)方法,利用學(xué)??蒲袃?yōu)勢,吸收本科生參與科研,建立以研究為基礎(chǔ)的教學(xué)模式,改善學(xué)生的創(chuàng)新能力和探索意識[3]。與研究型教學(xué)方法類似,項目化教學(xué)方法以具體研究任務(wù)為牽引,學(xué)生以團(tuán)隊為基礎(chǔ),圍繞對工程實踐的解決來組織教學(xué)[4-5]。
上述教學(xué)方法都取得了較好的效果,值得借鑒。作為應(yīng)用型本科專業(yè),浙江農(nóng)林大學(xué)機(jī)械專業(yè)的教學(xué)資源、學(xué)生的自學(xué)能力等方面與其他教學(xué)研究型大學(xué)相比有較大不足,同時作為普通本科,與高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校教學(xué)目標(biāo)也有很大區(qū)別。因此,在借鑒其他類型高校的經(jīng)驗與方法的基礎(chǔ)上,必須有針對性地對機(jī)電類教學(xué)中的有關(guān)問題進(jìn)行深入的研究,探索適合應(yīng)用型本科教學(xué)的新的教學(xué)形式。
考慮到不同機(jī)電類專業(yè)課之間的內(nèi)在聯(lián)系性,教學(xué)改革將是一個系統(tǒng)工程。一方面,課程之間需要更好的銜接,另一方面,由于以工程應(yīng)用為背景,更需要注重培養(yǎng)學(xué)生工程的實踐能力。如果將課堂教學(xué)歸結(jié)為“顯式”,那么課堂之外的學(xué)習(xí)實訓(xùn)則為“隱式”,鑒于目前普遍存在的壓縮課時問題,“隱式”教學(xué)在整個教學(xué)過程中的作用將越來越重要。針對如何發(fā)揮“隱式”教學(xué)作用,目前在機(jī)電專業(yè)課方面,國內(nèi)有許多有益的嘗試,較為成功的教學(xué)實踐方法除前節(jié)所述之外,還有行為引導(dǎo)型教學(xué)法[6]、任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法[7]等。這些教學(xué)方法在教學(xué)過程中體現(xiàn)了教師的主導(dǎo)地位和學(xué)生的主體地位,在教學(xué)過程中學(xué)生不再是配角,從信息的搜集、計劃的制定、方案的選擇與實施、信息的反饋到成果的評價,學(xué)生參與解決問題的全部過程。新大綱即將實施,機(jī)電專業(yè)課理論教學(xué)課時將進(jìn)一步壓縮,教學(xué)過程中,實踐環(huán)節(jié)的作用將更加突出。根據(jù)校機(jī)電類本科生的特點和課程體系設(shè)置,上述教學(xué)方法是值得借鑒的,開放實驗課也正是在這樣的背景下引入。
2.2 開放實驗課程的引入
為培養(yǎng)學(xué)生對機(jī)電一體化相關(guān)技術(shù)的認(rèn)知,從而能夠?qū)⑾嚓P(guān)課程的知識與實踐聯(lián)系起來,增強(qiáng)思考問題與動手的能力,培養(yǎng)學(xué)生科研興趣,同時提高大型設(shè)備利用率,在機(jī)電類課程教學(xué)過程中,依托機(jī)械工程實驗中心,以機(jī)電一體化培訓(xùn)系統(tǒng)為主要平臺,引入了開放實驗課。經(jīng)過宣傳成功達(dá)到開班條件,第一屆學(xué)生以本部與天目學(xué)院機(jī)械、交通、農(nóng)機(jī)等工科專業(yè)大二、大三學(xué)生為主。
機(jī)電一體化培訓(xùn)系統(tǒng)是一套大型綜合化教學(xué)實驗平臺,以該系統(tǒng)為載體可以為多門機(jī)電一體化相關(guān)課程提供認(rèn)知支持,促進(jìn)相關(guān)知識的掌握,并可以為機(jī)器人動力學(xué)與控制相關(guān)科研提供驗證與參考。主要內(nèi)容與學(xué)時分配:機(jī)電一體化培訓(xùn)系統(tǒng)軟硬件原理與演示4課時;基本控制環(huán)節(jié)硬件選擇與接線培訓(xùn)4課時;電動機(jī)調(diào)速與控制4課時;PLC基本原理與操作4課時;直角坐標(biāo)機(jī)械臂運動控制4課時;串聯(lián)機(jī)械臂運動控制4課時;并聯(lián)機(jī)械臂運動控制4課時;機(jī)械臂正運動學(xué)、逆運動學(xué)算法驗證4課時。
2.3 實踐效果
在機(jī)電類課程教學(xué)中引入開放實驗課,對于教師與學(xué)生來講都是個新事物,作為機(jī)電專業(yè)課主講教師,經(jīng)過課堂宣傳等工作,并且利用畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計,組織學(xué)生通過實際操作對設(shè)備進(jìn)行了摸底,同時結(jié)合教師科研項目重點利用設(shè)備進(jìn)行了多體系統(tǒng)動力學(xué)算法驗證試驗。通過這些工作篩選了相關(guān)實驗項目并編寫了規(guī)程,保證了開放課最終圓滿完成。
第一屆開放實驗課招收了1個班學(xué)生,大多已經(jīng)有一定專業(yè)知識基礎(chǔ),成績在本專業(yè)普遍在中等以上,可以說都具備學(xué)習(xí)的主動性。開放課實施過程中,學(xué)生都學(xué)習(xí)到了實際工程應(yīng)用技術(shù),動手能力普遍得到提高。最終共有18名拿到學(xué)分,另有若干名學(xué)生未及時選課也參與了實驗,甚至參與到教師科研項目中。學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性得到了顯著提高,尤其是見識了自動化系統(tǒng)高效率工作之后,多數(shù)學(xué)生能夠按照要求查閱相關(guān)資料,補(bǔ)充基礎(chǔ)知識。機(jī)械專業(yè)大二的《微機(jī)原理》,以及大四的《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》2門課程與開放實驗課同步進(jìn)行,大二學(xué)生在完成課內(nèi)實驗后,通過實訓(xùn),更深刻理解了計算機(jī)對控制系統(tǒng)的作用,并利用單片機(jī)套件完成了電動機(jī)PWM調(diào)速、并聯(lián)機(jī)構(gòu)運動控制等實驗,顯示出了較好的分析問題和解決問題的能力。大四學(xué)生面臨課程設(shè)計與畢業(yè)設(shè)計,參加開放實驗課學(xué)習(xí)的幾名學(xué)生課程設(shè)計與畢業(yè)設(shè)計均有較好表現(xiàn)。
3 教學(xué)反思
3.1 開放實驗課的意義
開放性實驗與平時的課程實驗有很大區(qū)別。課程實驗中,學(xué)生都是按照教師與指導(dǎo)書規(guī)劃好的步驟去完成,缺乏實際的思考步驟,甚至動手不動腦,因此在實驗中得不到實質(zhì)的提高。開放實驗課的內(nèi)容則跨越多門課程,更加綜合,實驗過程中需要動手動腦相結(jié)合,整個過程中要遇到很多的問題,而這些問題需要學(xué)生自己去解決,正是這個過程鍛煉了學(xué)生的能力,這正是體現(xiàn)了設(shè)計性、綜合性實驗的真諦,使學(xué)生的理論與實踐能夠有機(jī)結(jié)合。
開放實驗課的另一個意義在于為多門機(jī)電類課程提供了直觀有效的銜接平臺,不但使該課程理論實踐相銜接,也使整個課程群有機(jī)銜接,有利于初學(xué)者(范圍包括且不限于本科生和研究生新生)對抽象且相對枯燥的機(jī)電一體化理論知識的學(xué)習(xí)建立起信心,并通過該平臺建立起寬廣扎實的機(jī)電一體化知識體系。通過構(gòu)建以學(xué)生為本的“理論教學(xué)、討論互動、動手實驗、項目研究、課程設(shè)計”五位一體有機(jī)融合型課程教學(xué)體系,以及建立注重過程和綜合能力的課程考核機(jī)制,能夠?qū)崿F(xiàn)多方位綜合素質(zhì)培養(yǎng)的有機(jī)融合。
3.2 存在的問題
開放實驗課的實施雖然取得了預(yù)期效果,但仍存在一些問題。首先是實驗裝置問題,一些實驗設(shè)備,例如機(jī)電一體化培訓(xùn)系統(tǒng)存在老化問題,由于年久失修,系統(tǒng)曾經(jīng)多次出現(xiàn)故障,最嚴(yán)重的一次是因為物料檢測單元工控機(jī)故障,系統(tǒng)連續(xù)2周不能正常運行,直到廠家進(jìn)行維修才解決問題,使得涉及到的幾個實驗未能達(dá)到理想狀況。其次,實驗選項也存在問題。制訂計劃時以驗證演示實驗為主,但其中一些實驗涉及到的理論知識顯然難度過大,學(xué)生難以理解。例如串聯(lián)機(jī)械臂與并聯(lián)機(jī)械臂正運動學(xué)、逆運動學(xué)算法驗證、插補(bǔ)運動演示等,要求學(xué)生能夠理解空間變換、運動旋量等較深知識。最后,通過開放實驗課,暴露出學(xué)生知識體系普遍存在不匹配的問題。大多數(shù)學(xué)生從未實際接觸過類似先進(jìn)自動控制系統(tǒng),由于基本上是大二、大三學(xué)生,其知識體系并未完善,對于系統(tǒng)運行,只能了解表面現(xiàn)象,不能理解具體原理,使其中一些實訓(xùn),如計算機(jī)控制系統(tǒng)編程、機(jī)械臂插補(bǔ)運動控制等實訓(xùn)科目無法科學(xué)設(shè)計實驗。
3.3 對今后教學(xué)工作的啟發(fā)
研究機(jī)電類課程教學(xué)認(rèn)知學(xué)習(xí)規(guī)律,探索與學(xué)生認(rèn)知過程相適應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置與實施。其基本思路是擬構(gòu)建基礎(chǔ)型知識、綜合設(shè)計能力和研究創(chuàng)新能力3個層次知識體系。第一層次為基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí),旨在培養(yǎng)學(xué)生對課程基本知識點的掌握,主要通過課堂教學(xué)完成。第二層次為綜合設(shè)計實踐能力培養(yǎng),旨在培養(yǎng)學(xué)生獨立設(shè)計能力,綜合運用所學(xué)知識、獨立設(shè)計實驗方案并實現(xiàn)實驗方案,完成實驗數(shù)據(jù)的測試與采集,整理并分析數(shù)據(jù),得出可靠數(shù)據(jù)的能力。第三層次則有針對性地培養(yǎng)學(xué)生基本的科學(xué)研究方法與能力,初步掌握撰寫研究論文的方法,為以后的繼續(xù)深造打下堅實的基礎(chǔ)。主要以現(xiàn)有科研項目為依托,面向部分學(xué)生,以科研助手形式參與科研課題[8]。
4 結(jié)語
機(jī)電類課程涵蓋基礎(chǔ)課(如《電工電子技術(shù)》)、專業(yè)基礎(chǔ)課(如《微機(jī)原理及其應(yīng)用》)與專業(yè)課(如《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》),課程學(xué)習(xí)的時間跨度較大,無論從深度還是廣度方面,對學(xué)生都有較高要求。如何將知識結(jié)構(gòu)系統(tǒng)性和教學(xué)體系完整性統(tǒng)一起來,將是機(jī)電類課程教學(xué)過程中永恒的主題。利用開放實驗課能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、積極性和主動性,開發(fā)大學(xué)生創(chuàng)新思維意識,構(gòu)筑工程背景知識體系,將“機(jī)”與“電”知識有機(jī)結(jié)合起來。通過實際動手動腦操作,也提升了學(xué)生綜合應(yīng)用已有知識解決實際問題的能力,激發(fā)學(xué)生協(xié)作精神和創(chuàng)業(yè)思想??傊_放實驗課將為理論與實踐有機(jī)結(jié)合的工程教育探索出一條有益的道路。該課程體系處于實驗階段,有待于進(jìn)一步發(fā)展和完善。
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