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時間:2023-06-08 15:40:00
序論:寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感,挖掘那些隱藏在內心深處的真相,好投稿為您帶來了七篇機械電子工程培養方向范文,愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑,助力您的創作。
主干課程: 工程力學、機械原理及機械零件、電工與電子技術、微型計算機原理及應用、熱加工工藝基礎、熱加工工藝設備及設計、檢測技術及控制工程、CAD/CAM基礎。
該專業主要學習力學、機械學、微電子技術、電力電子技術、信號處理技術、計算機應用技術、信息處理技術和現代設計方法的基本知識,受到現代工程師的基本訓練,具有機電產品的設計、開發、制造、運行、試驗與生產組織管理的基本能力。
機械電子工程專業就業方向
本專業學生畢業后可從事機電設備系統及元件的研究、設計、開發,機電設備的運行管理與營銷等工作。
從事行業:
畢業后主要在電子技術、新能源、機械等行業工作,大致如下:
1、電子技術/半導體/集成電路;
2、新能源;
3、機械/設備/重工;
4、儀器儀表/工業自動化;
5、汽車及零配件;
6、計算機軟件;
7、專業服務(咨詢、人力資源、財會);
8、互聯網/電子商務。
從事崗位:
畢業后主要從事機械工程師、銷售工程師、結構工程師等工作,大致如下:
1、機械工程師;
2、銷售工程師;
3、結構工程師;
4、設備工程師;
5、售后工程師;
6、電子工程師;
7、質量工程師;
8、工藝工程師。
機械電子工程專業就業前景
機械電子工程專業俗稱機電一體化,是機械工程與自動化的一種,也是最有前途的一種方向。機械電子工程專業包括基礎理論知識和機械設計制造方法,計算機軟硬件應用能力,能承擔各類機電產品和系統的設計、制造、試驗和開發工作。
該專業注重工程實踐能力與綜合能力的培養,專業口徑寬、適應性強。
機械電子工程專業課程
本專業學生主要學習的課程內容包含專業基礎課、專業課、專業選修課、專業實踐教學課程等四方面的課程,具體內容如下:
專業基礎課:機械原理、機械設計、機械制造技術基礎、工程圖學、材料力學、理論力學、電子電工技術、工程材料、互換性與測量技術、機械工程控制基礎等課程。
專業課程:電力拖運自動控制系統、機電一體化系統設計基礎、數字信號處理、測量系統設計、液壓與氣動系統。
專業選修課程:人機工程學、計算機控制技術、微機電系統、精密機械結構設計、智能儀器、計算機仿真技術、無損檢測技術、虛擬儀器技術、光電檢測技術、DSP原理及應用、精密測試技術、工程光學、微細制造技術、精密加工工藝等。
專業實踐課程:機械制造技術課程設計、機械原理課程設計、機械設計課程設計、金工實習、工程圖學課程設計、電工電子實習、計算機操作實習、生產實習、畢業設計等課程。
機械電子工程專業就業方向
本專業學生畢業后可從事機電設備系統及元件的研究、設計、開發,機電設備的運行管理與營銷等工作。
從事行業:
畢業后主要在電子技術、新能源、機械等行業工作,大致如下:
1、電子技術/半導體/集成電路;
2、新能源;
3、機械/設備/重工;
4、儀器儀表/工業自動化;
5、汽車及零配件;
6、計算機軟件;
7、專業服務(咨詢、人力資源、財會);
8、互聯網/電子商務。
從事崗位:
畢業后主要從事機械工程師、銷售工程師、結構工程師等工作,大致如下:
1、機械工程師;
2、銷售工程師;
3、結構工程師;
4、設備工程師;
5、售后工程師;
6、電子工程師;
7、質量工程師;
8、工藝工程師。
本專業以培養能適應社會需求的計算機測控與儀器領域的高級工程技術人才為目標。畢業生具備儀器設計制造以及測量與控制方面的基礎知識與應用能力,能在測控技術、電子信息技術、自動化儀表、智能設備、計算機應用等方面從事設計制造、科技開發、應用研究、運行管理等方面的工作。亦可擔任高等院校、研究機構的教學和研究工作。
培養要求
關鍵詞:產學研 機械電子 實驗室 創新實踐
1 建設產學研結合的機械電子實驗室的重要性
實驗室是培養學生實踐能力和產學研結合實現的重要途徑,為加快創新型人才發展和提高高職院校素質教育發展,建設具有產學研結合的創新實驗室具有重要的現實意義。①機械電子實驗室建設是提高科研產出的需要。實驗室的建設為師生提供了學術研究和科研交流的場所,師生通過利用實驗室的各種實驗資源,借助實驗室的優良科研氛圍,可以幫助師生的科研項目盡快的轉化為市場產品,提高了高職院校的科研項目的成功率,激發了師生的進行科研活動的積極性,因此加快產學研結合的機械電子實驗室的建設是提高高職院校科研產出的需要。②建設機械電子實驗室是高職院校教育發展的迫切要求。高職院校培養的人才要求具有較強社會實踐能力,因此機械電子專業的學生應該具有將自己在學校學習到理論知識轉化為實踐技能的能力,而學生實踐技能的提高則需要學生要經過不斷的學習、實驗鍛煉而獲得,因此機械電子實驗室建設是適應高職院校教育發展的迫切要求。③建設機械電子實驗室是實現產學研結合的有效手段。產學研是高職教育發展的一大特色,通過高職院校與相關企業、科研機構的結合、借助各自的資源優勢,形成具有科學研究、人才教育培養以及產品生產一體化的系統,而要實現產學研的有效結合,發揮他們各自的最大資源優勢,需要借助某種中介,為他們的結合提供實現的場所,而實驗室的建設則滿足了產學研結合實現的手段。
2 機械電子實驗室建設存在的問題
雖然近幾年高職院校意識到建設具有產學研結合的實驗室的重要性,并且也在積極地建設機械電子實驗室,但是產學研結合的實驗室的建設還是存在著一些方面的不足:①實驗室的配套資源不能滿足教學和科研的需要。目前高職院校的實驗室建設無論是在軟件配置上還是硬件設備上都遠遠不能滿足產學研結合下的機械電子教學和科研的需要,一是高職院校受到資金和場地的限制,高職院校的實驗室建設面積較小,實驗器材的科學技術含量不高,學生在實驗室進行的實驗也只是簡單的基礎性實驗,而不能滿足師生的創新科研實驗需要;二是高職院校的教師能力不足,高職院校的教師在進行實驗教學時,他們只是對學生進行一些重復性的基礎實驗,而不能對學生進行具有創新性的實驗教學。②創新型、綜合型實驗的挖掘不夠。產學研結合要求高職院校的實驗室建設要積極開展具有創新型、綜合型的實驗,但是實際情況卻是高職院校的實驗內容大部分集中在本專業的基礎知識實驗,而缺乏其它學科知識的實驗鍛煉,這樣的單一實驗模式不能適應具有產學研模式的高職教育發展,同時機械電子專業的技術更新速度非常快,而高職院校的實驗室建設又缺乏前瞻性,結果導致實驗室在建設完成后就已經落后于社會電子機械技術的發展。③機械電子實驗室的制度不健全。產學研結合的實驗室應該具有一個寬松的實驗鍛煉制度氛圍,師生可以在實驗室內進行各種創新實驗,但是目前高職院校的實驗室的各種制度相對來說比較繁瑣,尤其是實驗室的使用制度過于嚴格,不利于學生的使用,限制了學生的創新能力的發揮,使得實驗室的學術氛圍不濃厚,影響了產學研的結合效果。
3 提高產學研結合的機械電子實驗室建設創新的對策
3.1 以競賽為契機進行機械電子實驗室的創新實踐建設。競賽是以教學活動為基本并且注重學科前沿技術,以培養學生的創新能力和協作精神的群體性科技競技活動,目前針對大學生開展的各種競技比賽非常多,比如全國大學生電子設計競賽以及各個地方舉辦的大學生機械設計大賽等,大賽命題是專家、學者經過多方面的論證而確定的,因此大賽的命題具有一定的學科前瞻性,學生通過參加各種競技比賽可以在實驗室內進行相關的實驗,而學生進行的各種實驗又為實驗室的創新建設提供了實踐經驗。
3.2 加強機械電子實驗室資料電子文檔建設。學生通過實驗可以獲得比較理想的科研結果,但是由于學生的科研報告撰寫不規范,使得學生的實驗結果不能與其它實驗方案進行比較,分析原因主要就是實驗室的相關資料比較缺乏,學生不能獲得足夠的資料,同時紙質的資料又由于查找困難,影響學生查找的積極性,因此產學研結合的機械電子實驗室要加強對電子文檔的建設,一是要與高職院校的圖書館建立電子網絡對接;二是高職教師要廣泛收集機械電子專業的資料,并將其轉化為電子文檔。
3.3 建立健全創新型實驗室管理制度。要根據機械電子專業教育的目標,以培養創新型人才,提高科研能力的指導,突破傳統教育觀點和教育模式,建立健全綜合創新型實驗室的系統工程,繼續深化管理制度和評價制度,完善實驗室管理體制,制定實驗室考核機制,合理配置實驗資源和實驗人員,形成在教師指導下的學生學習為主的創新型實驗室人才培養模式。
參考文獻:
[1]楊科,華心祝,孟祥瑞,等.產學研結合建設創新型綜合實驗室[J].實驗室研究與探索,2010,29(10):114-116.
[2]張威,張曉偉,黃泳,等.多層次開放實驗室漸進式培養創新人才[J].實驗室研究與探索,2010,29(8):299-300.
機械電子技術是機械領域的一種新技術,主要是將電子技術和機械生產結合起來,以提高生產效率,降低勞動強度,減少成本投入,提高企業生產的經濟效益。當前人們對機械電子的應用引起了廣泛的重視和關注,我國也將其作為一項重要的發展內容。當前,機械電子技術還在不斷的發展中,通過研發新技術,開發出機械電子新的生產潛能。
1、機械電子技術的主要特征
隨著時代的發展,現如今市場千變萬化,競爭也更加日趨激烈,對機械制造業的應變能力要求也越來越高。隨著自動化技術的逐漸發展,在機械產業的體系中,機械電子技術具有以下特征。
1.1 顯著的電子信息技術特征
計算機信息技術契合時代的發展,不僅應用于機械機構本身的設計,還將更多的新時代現代化元素應用到了機械設計之中,所以現在的機械設計已經不是簡單的意向機械工程了,它可以更加全面的進行機械設計,從而滿足現代化更多樣化的需求,促進經濟時代更快的發展。
1.2 靈活性
與傳統的機械設計不同,機械電子技術設計產品時更加靈活便捷,使產品擁有更簡易的操作方法。這就需要在應用機械電子技術設計產品時擁有一定的創新性,更好的滿足與時俱進的個性需求,設計出的產品也會取得更多使用者的關注。
1.3 提高工作質量
在自動化系統的控制下,運用機械電子技術只需要根據設定的要求就可以完成預定動作,此過程不受人工的主觀因素。
2、 機械電子技術的發展趨勢
2.1 智能化
智能化是指機電產品應該有一定的智能,使它能夠根據各種不同的情況進行科學判斷,判斷過后能夠對這些問題進行進行相應的處理。例如美的最新的物聯網“云空調”,能夠利用二維碼、溫濕度傳感器等能夠隨時隨地采集空調的動態信息,再通過射頻、WI-FI 技術3G、Internet網絡將空調的信息實時進行傳遞,使得用戶能夠使用手機、iPad、電腦等設備對空調進行遠程狀態查詢與控制[1]。初次之外還新增了手機遙控器,它集成了智能語音控制系統,讓控制空調也是種享受。未來手機遙控器還將集成溫、濕度等環境舒適度控制,實時顯示您身處環境的溫度、濕度,并會對您身處環境的舒適度進行評價,您可以根據反饋及時調節溫度和濕度,幫助您和家人監控房間環境,呵護舒適健康。
2.2 實用化
隨著機械工業的發展,機械電子技術的發展也逐漸深入。人工操作也漸漸的被自動化控制器所取代。雖然我國在機械制造業投入了巨大的財力、人力,以及想方設法的引進國外先進技術,這對于推動機械制造業發展具有重大作用。但目前相比發達國家,還是有不小的差距。根據我國目前的現狀,我們需要根據企業生存發展實際需要的方向和行業的發展來研究實用型的機械電子技術。例如在醫學領域,自動化的機械電子設備和儀器可以代替人工操作,實現醫療手術過程中操作的精準度和規范性。
2.3 微型化
上世紀 80 年代末,機械電子微型化開始興起。所謂微型化就是機械電子技術向著微觀空間及微型機械設備方向發展[2]。在國外,機械技術產品外形尺寸不大于 1cm3統稱為微電子機械系統,并向著更小的微米、納米大小的機械技術產品發展。這些微電子機械系統產品本身體積很小,操作又很靈活,耗能也很低,所以在軍事技術、信息技術以及生物醫療方面有著無與倫比的優勢。然而,微電子機械技術的應用也有著制約發展的缺陷,比如微機械技術。微機械電子技術產品一般采用精細加工技術,包括蝕刻技術和光刻技術。
2.4 性化
機電產品的服務對象是人,所以它們應該與人們的實際需求相連接。人們的行為動作往往表現了他們不同的心理活動或實際需求。機電產品應該自此出發,更好的服務于人類。例如 Iphone6s 新增了 3DTouch 的功能,在屏幕下方增加了壓力感應,從而可以檢測平時手指按壓屏幕的力度,然后系統可以識別到壓力強度,再給出相應的選項。下面簡單介紹下在 iPhone6S 3D Touch 操作的方法,以及設置選項。對于 3D Touch 功能而言,當然自家的應用肯定都是率先支持這個功能的。只要用力按下屏幕上應用圖標,就可以看到額外的功能選項,就好比在電腦上右鍵的選項功能。在使用 3D Touch 前,你自然需要先掌握如何開關調節它。
3、機械電子技術的應用
3.1 質量檢測
科技的快速發展促進了信息流的流動性加強,近些年,產生了許多具有高性能的新型材料,逐步代替傳統的工業材料,因此,投入和關注的程度也越來越高。設備機械化必須緊跟現代工業生產的步伐。傳統的依靠人工檢測的技術已經無法達到科技所需要的高精度,因此最近幾年發展起來的高精度設備是機械電子技術的體現。
3.2 農業應用
隨著信息化時代的發展,農業的發展進程需要更近一步的實現現代化進程,才能支撐國民經濟的發展。農業的現代化發展需要解決現有品質不高、效率低下、產量低等問題,與此密切相關的農業機械在其中起著舉足輕重的作用。通過現代化機械電子信息技術的融入,能更快提升農業機械的效率,推進現代化農業的更快發展。比如將電子信息化技術應用于大型現代化農業機械設備,需要設備融入計算機控制終端,利用智能化的應用來實現自動化控制,同時通過計算機標準接口設計和網絡通訊協議設定來提升機械設備的信息化和智能化水平。
3.3 電子產品應用
機械生產中為了降低設備的重量和體積,將部分零件用電子部件替換,以提高設備的靈活性。隨著機械生產行業的不斷更新,自動化的發展進一步完善,很大程度的促進了電子技術的應用。目前,在機械電子技術在電子產品的制造領域中,關于較多的新型納米技術,此技術能夠更加精確的掌握部件的內部結構,并且對其進行合理科學的改造。此外,電子產品的快速成型技術方面研究也有很大的進展。一方面提高了加工技術的靈活性,高效性,同時保證了產品的質量,以及成型效果。比如近幾年發展起來的 3D 打印技術,是一種數字模型文件為基礎,通過 3D 方式來構造物體的技術。現階段,科學家已經研發出 3D 打印的內置測光器和帶有觸摸按鈕的游戲手柄等電子產品。
結語:
在信息化時代中,機械電子技術的發展極大的帶動了社會的發展和進步。機械電子技術應該不斷進行創新完善,以更廣泛的應用在社會生產中,提高基礎生產力水平,進而促進社會的發展。我們要加強對科學技術人才的培養,培養創新意識,以促進科學技術的發展。
作為教學型新建本科院校的機械電子工程本科專業,在培養規格方面,以培養具有一定創新精神和實踐能力的、獲得工程師基本訓練的高級應用型人才為目標;在培養模式方面,以適應社會需求為目標,以培養工程技術應用能力為主線設計學生的知識、能力、素質結構和培養方案,以“工程應用”為特征和主旨構建教學與課程內容體系,重視學生的工程技術應用能力的培養。能否真正實現機械電子工程應用型本科人才培養的目標,實踐教學體系的改革顯得至關重要。
一、實踐教學體系的改革思路
提高實踐教學在人才培養過程中的地位,培養既具有理論基礎又具備實踐經驗的高素質教師隊伍,建立符合社會需求的實驗、實踐教學平臺,增加設計性、綜合性、創新性實驗內容和項目,嚴格實踐教學管理,建立科學評估與激勵機制,科學構建實踐教學體系①。遵循“以學生為本、密切聯系實際、全過程實踐、全過程質量監控”的原則,采用實驗、實訓、創新訓練、職業技能培訓四大類進行分層次、分模塊教學。實踐教學方法從“灌輸式”向“引導式”和“啟發式”轉變,體現教師導學、學生自主實踐的探索精神,從而培養學生的科學態度、工程意識、實驗技能以及發現、分析、解決問題的能力,使學生具有一定的專業綜合能力、工程實踐能力和創新能力②。
二、機械電子工程實踐教學體系建設方案
機械電子工程應用型本科人才培養方案加大了實踐教學在整個教學環節中的比重,實踐教學必修學分約占該專業畢業最低學分要求的35%。根據學生的專業知識結構與水平,對實踐教學體系進行分類別、分層次、分模塊的創新性改革,機械電子工程應用型本科專業的實踐教學體系框架如圖1所示。
1.實驗類。實驗類教學體系分為基礎驗證性實驗、能力提高性實驗、探索創新性實驗三個層次。基礎驗證性實驗為相關理論課程中經典的基本實驗,旨在培養學生的基本實驗技能和科學態度,低年級的實驗側重在這一層次;能力提高性實驗則打破課程的體系,按知識模塊設置的設計性、綜合性實驗,旨在培養學生綜合把握和運用學科知識的能力,高年級的專業基礎課與專業課學習階段,循序漸進地加大這一層次的實驗項目比重;探索創新性實驗則選擇實驗基礎條件好、具備優秀師資力量、具有一定特色的方向,旨在培養學生的探索精神和創新能力,進入專業課程學習階段時,根據我校所依托的冶金、石油兩大行業背景有效地開發這一層次的實驗項目。整個實驗類體系不僅增加了原來依附于相關理論課程中的實驗數量,而且在實驗內容和方法上做了較大的改革與創新。
2.實訓類。依托我校冶金、石油兩大行業背景以及地方和區域經濟發展需要,形成有一定特色的以工程技能訓練、專業實習、專業綜合訓練、課程設計、畢業設計為一體的平臺,實現“三層次、三模塊”的機械電子工程實訓類體系改革,其教學體系框架如163頁圖2所示。這五個平臺貫穿于整個機械電子工程應用型本科教學階段,各平臺自成體系又相互聯結,形成一個系統性的“網絡結構”形式。對于低年級的學生,其訓練的重點放在基礎層次;對于高年級的學生,其專業知識結構更加完善,訓練的重點放在課程設計、專業綜合訓練、生產實習和畢業設計上。
3.創新類。創新類包括課外科技活動與學生創新團隊。鼓勵有興趣、有能力的學生運用所學的專業知識和技能,在課外從事學習、研討、實踐、創造的活動。“以學生為中心”“以問題和課題為核心”,進行以啟發探索和創新性實驗為核心的研究性學習,逐步使學生樹立創新意識,激發學生的創新個性,培養其創新思維,并不斷提高創新能力。在課外科技活動中,學生在開放實驗室進行創新設計與制作,旨在通過學生自主學習與實踐的方式,普及科學知識、傳播科學方法、弘揚科學精神,重在拓寬學生的科技視野,夯實專業基礎。在學生創新團隊中,學生可以到相關實驗室完成自己感興趣的項目、參與教師的科研課題等形式,參與社會調研、產品開發等活動,重在培養學生的團隊協作精神、創新精神,提高工程實踐能力,掌握一定的科研方法。
4.職業技能培訓類。早在1995年,國務院就在《關于〈中國教育改革和發展綱要〉的實施意見》中提出了“在全社會實行學歷文憑和職業資格證書并重的制度”的要求。根據機械電子工程應用型本科人才培養的目標,我校積極推行“雙證制”。經過廣泛的企業調研和畢業生就業追蹤調查,在職業技能培訓類教學體系中,構建了包括中、高級制圖員(機械類)培訓,中、高級維修電工培訓,中級數控維修電工培訓,中級數控車床操作工,中級數控銑床操作工培訓在內的7項職業技能培訓, 要求學生參加至少兩項職業技能培訓并取得相關職業資格認證證書,有效提高學生的職業適應能力。
三、實踐教學體系改革的實現途徑
1.加強師資隊伍的建設。根據實踐教學體系與內容改革的要求,需要制訂合理的師資隊伍建設計劃,逐步使專業教師都具備“雙師”素質。對實驗室專職人員,逐步通過“調整、培養、引進”的方法,建立一支綜合素質好、技術水平高、結構合理的實驗技術隊伍。根據實驗室建設規劃的情況,一方面定期派現任實驗室專職人員到其他高校相關實驗室進行調研和進修學習,加強對新進儀器設備的使用、維護培訓,另一方面逐步引進高層次人才充實到實驗室專職人員隊伍中;對現任專業教師通過實踐教學研討、集中實踐技能培訓、到企業參與工程實踐等方式,逐步提升專業師資隊伍自身的工程實踐能力和創新意識;對沒有工作經歷的新進專業教師,要求其在見習期間全面熟悉并獨立完成機械電子工程實驗室相關專業方向的各項實驗,到石油、冶金或機械制造企業等參與工程實踐至少3個月;優先考慮引進有豐富工程實踐經驗、技術職稱高的“雙師型”教師。
轉貼于
2.改革實踐教學的內容、方法和手段。針對行業、地方與區域經濟發展的特點,針對機械電子工程應用型本科不同專業方向、不同學生的實際,設計出不同內容的、有特色的實踐教學項目,使具有不同興趣、不同特長和能力的學生都能得到有效的訓練。實踐教學的諸多環節都要精心設計,合理策劃,巧妙安排,以激發學生的學習興趣,盡量避免雷同和泛化③。實驗室實行全開放式教學機制,實驗時間開放、內容開放。通過相關實驗室信息平臺的建設,學生可以在校內網站詳細了解各實驗室功能基本介紹、儀器設備信息、所有基礎驗證性實驗項目的實驗指導與視頻模擬教學等;在能力提高性實驗和探索創新性實驗中,采用討論互動式、案例式、任務驅動式等教學方法;對主要用于科研的高檔儀器設備進行網上視頻演示教學,使學生有機會了解先進的儀器設備在學科發展中的應用。有條件的實驗還需加強虛擬、仿真實驗技術與實際實驗驗證相結合的教學方式。
3.加強實踐教學平臺建設。進一步加強實驗室建設,整合共享實驗資源,避免重復建設;在原有硬件設施基礎上,加大資金投入力度,分層次、分模塊地逐步改善實驗教學條件;引進實驗室管理系統,完善實驗室開放管理制度;建立與完善校內實訓中心和校外實訓基地,使其成為學生理論聯系實際、獲取實踐經驗、形成應用能力的基地;緊密依托行業、企業,加強校企之間、校與校之間、學校與科研單位之間的聯合,從校外實習基地聘請兼職教授、副教授,定期承擔專題學術報告、講座以及指導學生實習、指導畢業設計等工作,積極開展合作辦學,構建穩定的實習基地建設和發展的長效機制。
4.加強實踐教學管理。良好的實踐教學管理才能有效保證實踐教學質量。首先,學校建立了較完善的實踐教學質量保障體系,對實踐教學計劃的制訂、實踐教學活動的實施、實踐教學的評價等各個環節實施了監控,完善各種管理制度,建立質量激勵機制和信息反饋機制。所有實踐教學環節開展之前,必須落實好相關教材或指導書,必須制定好相關教學大綱,實施過程中需嚴格按大綱要求執行,并事先提出具體實施計劃,如因客觀原因需要變更執行計劃,必須填寫變更申請與說明,經相關教學團隊負責人、教學督導審核后方可實施。所有進入實驗室的實踐教學環節,必須預約與登記,學生完成實驗,需由實驗教師進行確認簽字。所有實訓類教學結束后,指導教師必須對該環節實施情況進行相關總結,不斷總結教學經驗。所有實踐教學資料都必須按要求進行歸檔,由相應教學團隊負責人與教學督導進行內容核查,并給出相應評價。通過網上評教、班級信息反饋、學生座談等方式收集學生對各環節執行情況意見與評價。綜合上述兩個評價結果,對優秀指導教師進行獎勵,對指導情況不佳、學生意見較多的指導教師,由相關教學團隊負責人與其進行交流,幫助其不斷提高相關實踐教學環節指導水平與能力。
關鍵詞 工程教育;專業認證;機電一體化系統設計;教學改革
中圖分類號:G642.3 文獻標識碼:B
文章編號:1671-489X(2017)03-0080-02
1 前言
為了促進機械專業的跨越式發展和國際化進程,進一步提升機械設計制造及其自動化專業的教學質量、社會聲譽和國際視野,促進本科畢業生的國際交流,為工程師執業資格認證奠定基礎[1],從2013年下半年開始,貴州大學機械工程學院機械制造及其自動化專業開始著手準備進行工程教育認證,于2014年順利通過該認證。在以“認證”為目標,不斷促進教學改革的過程中,全院教師始終堅持以能力為導向,重在加強學生的培養質量和利用學科知識分析解決工程實際問題的能力[2];同時以學生為中心,以不斷優化和改進的培養目標和畢業要求,建立、建設優質的課程體系和師資隊伍,配備必要的教研設備。
在“迎接認證”、不斷改進的過程中發現一些專業課程存在的問題,以培養目標和畢業要求的工程性不強為代表,主要體現有教學內容缺乏實際工程拓展,課程教學方法有待拓寬,特別是工程實踐能力的培養還需要進一步加強。機電一體化系統設計作為機械電子工程方向一門重要的專業課,亟待相關教學改革,以適應工程教育認證的要求。
2 現狀與問題
基本現狀 機電一體化系統設計是機械制造及其自動化專業機械電子工程方向的一門重要的R悼緯蹋目的是培養學生對機電一體化系統的應用和設計能力,掌握機械系統元部件設計和微機控制系統及其接口設計方法,培養機電結合的專門人才。本課程的基本任務是使學生掌握對機電一體化系統的分析應用和設計基本方法。該課程涉及的機械傳動部件、電機、微機接口技術和機電一體化設計思路等,可以說是對本專業前期所學專業課程進行融合、需要實踐深入消化和提高認識的一個重要環節。并且貴州大學機械工程學院不僅是機械電子工程方向開設本課程,機械制造和農業機械化專業方向也開設了本課程,學生普遍反映教學枯燥,工程實踐性不強,部分知識無法理解。
為了使機電一體化系統設計課程與“工程教育認證”要求相適應,更好地幫助學生掌握本門課程知識內容和加強工程實踐能力培養,達到學以致用的目的,需要對機電一體化系統設計課程的教學內容和方法進行改革研究。
主要存在的問題 貴州大學機械工程學院于21世紀初開始在機械電子工程專業方向的本科班開設機電一體化系統設計,隨著十多年教學經驗的積累,已形成一套較為完善的教學方案和體系。但是隨著技術的不斷革新,社會和工作崗位對學生要求的不斷提升,越發覺得本課程的傳統教學中存在一些問題,主要表現在以下幾個方面。
1)教學內容陳舊,過于側重機械結構的講解。通過工程教育認證評估,充分和企業溝通后,發現一些課程所教授的內容和技術已經在當下機電產品中被新技術所取代。另外,由于在教授本課程前有單片機原理、接口技術和機械控制工程等課程,在機電一體化系統設計的教學中都會以典型機電系統的傳動結構為主,使“機”和“電”在教學過程中不能充分結合。
2)實驗教學設施不足,實驗內容受到限制。本專業擁有的機電一體化教學設備較少,有的僅僅停留在十字工作臺、單片機和傳感器方面,對于機電系統的穩定性和優化部分的實驗暫時空缺,這不利于學生提高感官認識。
3)教學方法單一,缺乏與工程實際的聯系。現有教學基本上是以課堂教學為主,輔以少量實驗,大多采用講授法通過多媒體教學平臺進行授課,而且大多是紙上談兵,課程教學與實驗教學同工程實踐聯系甚少,與“工程教育認證”的要求存在差距。
4)學生反映學習難度大,應用能力不強。在教學過程中,一些學生反映部分知識點難以理解,不清楚這些知識能“干什么”,能解決什么問題。另外,從考試反饋來看,學生對綜合應用機電技術的能力還有待提高,特別是不能將一些來自工程實際的問題和書本知識結合起來分析。
3 教學改革
教學內容的改革
1)樹立“機電結合”的系統教學思路。機電一體化的目的是提高產品或系統的附加價值,實現多功能、高效率、高可靠性、省材料、省能源,并使產品結構向輕、薄、短、小化方向發展。因此,機電一體化的研究方法不能只是簡單拼湊,應該從系統設計方案開始到各元部件選擇到系統最終成形的全過程,都要貫徹系統設計的思想 [3]。機電一體化系統設計課程的教學也是如此。在課程講述過程中,如果只是根據教材的章節順序進行講解,會在學生腦海中形成一個個的知識孤島。因此需要將整個課程用幾個典型案例把所有章節貫穿起來,做到前后呼應。如在教學“機械結構”中的“機架和支撐穩定性”時,可以和“元部件特性分析”中的“靜、動態特性分析”結合起來,在講機械結構時就引入控制工程中的一些知識點。
另外,教材的最后一章有很多案例,可以根據這些案例的特點,將其穿前面的章節講解,在講授每一部分內容時都結合案例,并將系統設計方法融于其中,不僅利于學生對知識的掌握,還可以舉一反三、加深理解。
我國高等工科教育的迫切任務是盡快培養與國際接軌的中國工程師,然而我國工科的教育實踐中還存在不少問題,如重理論輕實踐、強調個人學術能力而忽視團隊協作精神、重視知識學習而輕視開拓創新的培養等問題。mc.kinsey global institute 在2005年10月發表的一份報告稱,2005年我國畢業的約60萬工程技術人才中適合在國際化公司工作的不到10%,其中的原因,他認為“中國教育系統偏于理論,中國學生幾乎沒有受到project和團隊工作的實際訓練,相比之下歐洲和北美學生以團隊方式解決實際問題”。國內外的經驗都表明cdio的理念和方法是先進可行的,適合工科教育教學過程各個環節的改革。
1 cdio工程教育介紹:
cdio工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。從2000年起,麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學組成的跨國研究獲得knut and alice wallenberg基金會近2000萬美元巨額資助,經過四年的探索研究,創立了 cdio 工程教育理念,并成立了以 cdio命名的國際合作組織。
cdio代表構思(conceive)、設計(design)、實現(implement)和運作(operate) ,它以產品研發到產品運行的生命周期為載體 ,讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。cdio培養大綱將工程畢業生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面,大綱要求以綜合的培養方式使學生在這四個層面達到預定目標。
2 cdio工程教育模式在機械電子工程專業人才培養中的應用:
機械電子工程專業培養目標是培養具有機械工程、電氣工程、控制科學與工程、計算機科學與技術等學科基礎理論和基本知識,具備現代科技理念、綜合人文素質、較強的創新精神和工程實踐能力,能夠從事機械和機電裝備與系統的設計制造、研究開發、設備維護和運行管理的復合型高級工程專門人才。
山東理工大學是一所以理工為主的多科性省屬重點大學,于2009年初加入cdio。機械電子工程專業2010年被教育部批準為新上專業,機械電子工程專業作為cdio培養模式的試點專業。我們的改革目標是通過注重培養學生系統工程技術能力,尤其是項目的構思、設計、開發和實施能力,以及較強的自學能力、組織溝通能力和協調能力,吸收世界先進的工程教育理念,建立符合國際工程師認證的課程體系。為此,我們選定國際上公認的cdio工程教育理念。將cdio項目按規模和范圍劃分為三個模塊,第i模塊為包含本專業主要基礎核心課程和能力要求的項目;第ii模塊為包含一組相關核心課程、能力要求的項目;第iii模塊為增強課程能力與理解而設的項目。
基于cdio工程教育理念而設計的人才培養模式中最重要的組成部分,是機電系統設計與制造i、機電系統設計與制造ii、機電系統設計與制造iii三個綜合項目的設計和實現。分別設置在不同的教學學期,每個綜合項目都是對學生某一方面知識和能力的鍛煉和考核,往往涉及到多門核心課程。選定移動機器人作為項目對象,貫穿于三個一級項目。具體內容包括如下幾個方面:
2.1 完成機械結構設計的概念設計。
機械電子工程專業學生培養過程中的機電系統設計與制造i項目訓練,開設在第四學期,時間安排2周。學生在教師指導下通過對移動機器人這一典型機電一體化產品的解剖,了解其各個關鍵部件(包括機械系統組件和控制系統組件)的具體結構和連接方式,從而提前了解本專業核心內容與實際產品的關系,以工程師的角度去面對即將開始的專業課程學習。通過早期項目的構思和設計,激發學生興趣,進行初步的創新思維與產品構思訓練,并在一定程度上建立起與專業相關的整體概念。
根據這一總體要求,需要綜合考慮在機械電子方向所必須的專業課程和基礎課程的相關要求,重點考察學生將所學知識點運用到實際工程項目的能力并同時達到對其進行鍛煉的目的。
2.2 完成機械構件運動原理綜合考察的規劃設計。
機械電子工程專業學生培養過程中的機電系統設計與制造ii項目訓練,開設在第六學期,時間安排2周。在第四學期一級項目的基礎上,本次二級項目進一步要求學生通過團隊合作的方法完成機器人整體結構的設計。通過具體給定不同的設計參數和機器人操作任務,由學生自由組成團隊,合作完成機器人各關本文由收集整理鍵部件的詳細設計,要求每個學生獨立完成給定的局部設計任務,并保證團隊內部學生設計的各個部件之間的良好連接。
在設計的工程設計中,滿足給定的輸出運動關系,并進行必要的運動分析是工程設計的最基本要求。結合學生在測繪環節對機器人總體結構和關鍵部件的認知,此環節需要給出機器人的運動關系,并在此基礎上進一步根據指導教師的設計要求進行修正,實現新的運動關系輸出,達到運動學設計的基本要求。
具體的機器人產品,要求整體上各關節運動靈活,能夠滿足一定的運動范圍和運動速度要求。因此必然在結構上具有特定的參數要求,對于關鍵的技術參數,需要進行整體規劃和論證,并提出具體的設計方法。
2.3 完成機器人控制系統設計。
機械電子工程專業學生培養過程中的機電系統設計與制造iii項目訓練,開設在第七學期,時間安排3周。在第四學期和第六學期兩個一級項目的基礎上,本次三級項目進一步要求學生通過團隊合作的方法完成機器人控制系統設計。通過單片機、工控機、plc等方案對第i、ii模塊確定的項目進行控制系統設計。培養學生綜合運用所學的基礎理論和專業知識,獨立進行機電產品設計工作,掌握機電產品中控制系統設計的一般程序和方法,并結合設計進一步鞏固和擴大知識領域。
三個綜合項目的完成,標志著學生基本掌握了機器人的總體方案設計、機械結構設計、控制算法設計、控制系統硬件和軟件設計等關鍵技術,同時這些技術可以觸類旁通的用于其它相關產品的設計與制造。在每一屆學生中選擇設計較為出色的部分產品,進行實際加工制作,一方面是對學生的激勵,同時也可以作為以后學生的研究對象。由于三個綜合項目依次承接,最終的產品完全是學生自己設計,因此,更利于學生掌握機電產品的整個設計、制造、控制和維護的流程,更能激發學生的學習興趣。
3 實施效果: