机电一体化技术课程中案例化教学改革与实践
赵丽梅 李焜
[摘 要]针对机电一体化技术课程内容繁杂、综合性强的特点以及目前课程的教学现状，在优化教学内容、完善教学手段的基础上重点探讨案例化教学方法，通过案例激发学生的学习积极性，加强对重点难点的理解和掌握，培养学生的创新能力。以具体的实例介绍案例化教学方法在教学中的应用。教学实践表明，案例化教学提高了学生的学习主动性，取得了良好的教学效果。
[关键词]机电一体化；案例化教学；改革；实践
[中图分类号] G642.4 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）03-0106-02
机电一体化技术课程是农业机械化及其自动化方向重要的专业课程，主要讲授机电一体化系统的构成、机电系统检测技术、机电系统驱动技术与执行装置、机电系统控制技术等内容。课程具有知识面广、难度大、综合性高、实践性强的特点，学生经常感觉内容抽象、枯燥乏味，因而如何提高学生的学习积极性，改善教学效果成为任课教师急需探索的重要课题。针对机电一体化技术课程的特点，我们深入开展了教学改革，重点采用基于工程案例的教学方法应用于教学实践中，有效地改善了教学效果。
一、教学内容优化
优化教学体系和内容，把握重点知识，补充前沿知识。“机电一体化技术”课程教学内容相当繁杂，针对本课程知识面广、难度大的特点，首先必须精心选择教学内容，注意与相关课程的知识点划分与衔接，同时突出本课程的知识重点。比如对于讲授电机驱动系统部分，注意与电工技术课程在知识点上的衔接，避免重复和缺漏，对于电工学中已经讲过的伺服电机不再做基本结构及控制原理的介绍，但对于之前没有介绍过的步进电机则从基础知识入手，再通过对伺服电机、步进电机的广泛应用实例的介绍，重点突出控制电机在机电一体化系统中的作用。对于机电系统中的计算机系统部分，由于已经开设了微机原理及接口技术课程，在教学中精简单片机相关基础知识的介绍，着重讲解目前应用比较广泛的PLC的原理和应用，并结合具体工程案例使学生能够充分理解掌握。另外，还可要求学生查找资料，针对机电一体化系统在工业企业、航空航天等领域的运用撰写科技小论文，补充学科前沿知识。
二、教学手段的完善
借助现代多媒体技术提高教学效果，将多媒体教学与传统的板书教学结合起来，既充分利用多媒体技术图文并茂的特点，又充分发挥板书教学条理清晰、重点突出的优点。完善多媒体教学系统，制作集文字、图片、视频、动画等于一体的课程PPT课件，引导学生通过对图形、图像的分析，系统地归纳和提取有用的知识，使学生建立良好的感性认识，有益于知识的理解和消化，同时也极大地丰富了课堂的知识量，使学生的兴奋点始终保持在较高的水平。
三、案例化教学方法
由于多数学生对机电一体化系统没有直接的感性认识，可通过科研联系单位、网络等多种渠道，收集大量的机电一体化系统应用于工业、农业、交通、医疗、军事、航天航空等行业的图片和视频资料，使学生在学习课程之初即了解机电一体化系统的实际应用场合，极大地提高了学生对学习课程知识的主观意愿和学习兴趣。
针对教学中的重点和难点，利用一些小型的工程案例来说明知识点，使学生加强对知识的理解和掌握。比如，在讲解动力电机和控制电机的区别时，设计包含交流电动机和步进电机的绕线装置来讲解电动机动力的提供和步进电机对给线轮转动的控制。
以布置作业的形式提供可操作的工程项目，使学生对所学知识进行巩固和拓展，将理论知识应用于具体的工程实例，发挥学生的主体作用，提高学生学习的主动性，培养学生的独立工作能力和创新能力。
四、案例化教学设计与实践
本文以PLC控制的自动搬运机械手设计为例阐述案例化教学的实施。这是一个综合性的工程案例，在课程进行过程中分阶段布置给学生。
整个设计过程分三个阶段进行。第一阶段，要求学生画出整体的设计方案，包括画出机械系统和驱动系统的布置草图。对学生的设计方案进行指导，提出改进意见并将参考的设计方案展示给学生，机械手结构草图如图1所示。方案采用步进电机驱动，以获得机械手的各种运动。机械手的上下、左右直线运动由步进电机驱动滚珠丝杠，再由滚珠丝杠螺母传动实现。机械手的旋转运动由步进电机驱动直齿轮，再由直齿轮啮合传动实现。手爪的夹紧和放松采用电磁铁控制。第二阶段，要求学生设计自动搬运机械手的检测系统，包括工件的到位检测，机械手沿水平和竖直方向的伸缩到位检测和摇臂的转动到位检测，正确选用传感器类型，并说明传感器布置的位置。第三阶段，给出机械手的操作流程，如图2所示，要求学生根据流程分析控制要求，选取某一型号的PLC，画出PLC外围接线图并用状态转移图编程。
当搬运机械手在自动运行状态下，复位后，按下启动按钮，机械手开始进入自动循环运行状态，程序流程图如图3所示，搬运机械按照以上动作过程进行循环。
通过该工程案例的设计可以使学生进一步了解机电一体化系统的组成及各部分作用，理解设计流程，进一步掌握传感器、步进电机的驱动与控制以及PLC的选型、外围接线和控制程序的编写等相关知识。
五、小结
在机电一体化技术课程的教学中，针对课程的特点，对教学内容、教学形式和教学方法进行了改革，重点通过实例化教学方法，培养学生对机电一体化技术相关知识的求知欲，争取最大限度地调动学生的学习积极性，提高了学生分析和解决实际问题的能力与创新能力，达到了良好的教学效果。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 刘延霞，宁玲玲，马广勇.《机电一体化技术》课程教学改革研究[J].中国校外教育，2013（3）：111.
[2] 熊小琴，谢丹，叶大萌，等.关于“机电一体化技术”课程教学改革的思考[J].中国电力教育，2013（8）：33-34.
[3] 闰华，汪木兰，朱思洪.《机电一体化系统设计》课程教学改革的实践[J].中国科技信息，2008（15）：241-242.
[4] 董爱梅.《机电一体化系统设计》课程考核改革的探索与实践[J].考试，2008（41）：11-12.
[5] 何亚峰，金卫东，等.机电一体化系统设计课程建设体系的构建与探讨[J].装备制造技术，2009（11）：177-178.
[6] 袁明新，王琪，洪磊，等.机械控制工程基础中案例化教学的改革及实践[J].当代教育理论与实践，2012（5）：137-139.
[责任编辑：钟 岚]
[摘 要]针对机电一体化技术课程内容繁杂、综合性强的特点以及目前课程的教学现状，在优化教学内容、完善教学手段的基础上重点探讨案例化教学方法，通过案例激发学生的学习积极性，加强对重点难点的理解和掌握，培养学生的创新能力。以具体的实例介绍案例化教学方法在教学中的应用。教学实践表明，案例化教学提高了学生的学习主动性，取得了良好的教学效果。
[关键词]机电一体化；案例化教学；改革；实践
[中图分类号] G642.4 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）03-0106-02
机电一体化技术课程是农业机械化及其自动化方向重要的专业课程，主要讲授机电一体化系统的构成、机电系统检测技术、机电系统驱动技术与执行装置、机电系统控制技术等内容。课程具有知识面广、难度大、综合性高、实践性强的特点，学生经常感觉内容抽象、枯燥乏味，因而如何提高学生的学习积极性，改善教学效果成为任课教师急需探索的重要课题。针对机电一体化技术课程的特点，我们深入开展了教学改革，重点采用基于工程案例的教学方法应用于教学实践中，有效地改善了教学效果。
一、教学内容优化
优化教学体系和内容，把握重点知识，补充前沿知识。“机电一体化技术”课程教学内容相当繁杂，针对本课程知识面广、难度大的特点，首先必须精心选择教学内容，注意与相关课程的知识点划分与衔接，同时突出本课程的知识重点。比如对于讲授电机驱动系统部分，注意与电工技术课程在知识点上的衔接，避免重复和缺漏，对于电工学中已经讲过的伺服电机不再做基本结构及控制原理的介绍，但对于之前没有介绍过的步进电机则从基础知识入手，再通过对伺服电机、步进电机的广泛应用实例的介绍，重点突出控制电机在机电一体化系统中的作用。对于机电系统中的计算机系统部分，由于已经开设了微机原理及接口技术课程，在教学中精简单片机相关基础知识的介绍，着重讲解目前应用比较广泛的PLC的原理和应用，并结合具体工程案例使学生能够充分理解掌握。另外，还可要求学生查找资料，针对机电一体化系统在工业企业、航空航天等领域的运用撰写科技小论文，补充学科前沿知识。
二、教学手段的完善
借助现代多媒体技术提高教学效果，将多媒体教学与传统的板书教学结合起来，既充分利用多媒体技术图文并茂的特点，又充分发挥板书教学条理清晰、重点突出的优点。完善多媒体教学系统，制作集文字、图片、视频、动画等于一体的课程PPT课件，引导学生通过对图形、图像的分析，系统地归纳和提取有用的知识，使学生建立良好的感性认识，有益于知识的理解和消化，同时也极大地丰富了课堂的知识量，使学生的兴奋点始终保持在较高的水平。
三、案例化教学方法
由于多数学生对机电一体化系统没有直接的感性认识，可通过科研联系单位、网络等多种渠道，收集大量的机电一体化系统应用于工业、农业、交通、医疗、军事、航天航空等行业的图片和视频资料，使学生在学习课程之初即了解机电一体化系统的实际应用场合，极大地提高了学生对学习课程知识的主观意愿和学习兴趣。
针对教学中的重点和难点，利用一些小型的工程案例来说明知识点，使学生加强对知识的理解和掌握。比如，在讲解动力电机和控制电机的区别时，设计包含交流电动机和步进电机的绕线装置来讲解电动机动力的提供和步进电机对给线轮转动的控制。
以布置作业的形式提供可操作的工程项目，使学生对所学知识进行巩固和拓展，将理论知识应用于具体的工程实例，发挥学生的主体作用，提高学生学习的主动性，培养学生的独立工作能力和创新能力。
四、案例化教学设计与实践
本文以PLC控制的自动搬运机械手设计为例阐述案例化教学的实施。这是一个综合性的工程案例，在课程进行过程中分阶段布置给学生。
整个设计过程分三个阶段进行。第一阶段，要求学生画出整体的设计方案，包括画出机械系统和驱动系统的布置草图。对学生的设计方案进行指导，提出改进意见并将参考的设计方案展示给学生，机械手结构草图如图1所示。方案采用步进电机驱动，以获得机械手的各种运动。机械手的上下、左右直线运动由步进电机驱动滚珠丝杠，再由滚珠丝杠螺母传动实现。机械手的旋转运动由步进电机驱动直齿轮，再由直齿轮啮合传动实现。手爪的夹紧和放松采用电磁铁控制。第二阶段，要求学生设计自动搬运机械手的检测系统，包括工件的到位检测，机械手沿水平和竖直方向的伸缩到位检测和摇臂的转动到位检测，正确选用传感器类型，并说明传感器布置的位置。第三阶段，给出机械手的操作流程，如图2所示，要求学生根据流程分析控制要求，选取某一型号的PLC，画出PLC外围接线图并用状态转移图编程。
当搬运机械手在自动运行状态下，复位后，按下启动按钮，机械手开始进入自动循环运行状态，程序流程图如图3所示，搬运机械按照以上动作过程进行循环。
通过该工程案例的设计可以使学生进一步了解机电一体化系统的组成及各部分作用，理解设计流程，进一步掌握传感器、步进电机的驱动与控制以及PLC的选型、外围接线和控制程序的编写等相关知识。
五、小结
在机电一体化技术课程的教学中，针对课程的特点，对教学内容、教学形式和教学方法进行了改革，重点通过实例化教学方法，培养学生对机电一体化技术相关知识的求知欲，争取最大限度地调动学生的学习积极性，提高了学生分析和解决实际问题的能力与创新能力，达到了良好的教学效果。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 刘延霞，宁玲玲，马广勇.《机电一体化技术》课程教学改革研究[J].中国校外教育，2013（3）：111.
[2] 熊小琴，谢丹，叶大萌，等.关于“机电一体化技术”课程教学改革的思考[J].中国电力教育，2013（8）：33-34.
[3] 闰华，汪木兰，朱思洪.《机电一体化系统设计》课程教学改革的实践[J].中国科技信息，2008（15）：241-242.
[4] 董爱梅.《机电一体化系统设计》课程考核改革的探索与实践[J].考试，2008（41）：11-12.
[5] 何亚峰，金卫东，等.机电一体化系统设计课程建设体系的构建与探讨[J].装备制造技术，2009（11）：177-178.
[6] 袁明新，王琪，洪磊，等.机械控制工程基础中案例化教学的改革及实践[J].当代教育理论与实践，2012（5）：137-139.
[责任编辑：钟 岚]
