機械電子工程專業實驗教學改革探討
摘要：機械電子工程是一門綜合性學科，集機械設計制造技術與電子技術為一體，其學科具有知識點豐富、涵蓋內容廣與適用范圍寬等特點。近年來，隨著電子信息與自動控制技術的快速發展，機電系統正逐步向智能化與自動化方向轉化。目前在各行業中沒有滲透電子與自動控制技術的純機械領域越來越少，因此，社會急需全面掌握機、電和控制的復合型人才。
關鍵詞：機械、電子工程、自動控制
湖南農業大學機械電子工程專業是根據當前國內外機電產品生產及發展趨勢而設置的，以培養具有實踐能力和創新精神，能應用機械、液壓傳動、電子、控制和傳感技術，從事國民經濟各部門所必須的機電設備及其自動化的設計制造、應用研究與科技開發等工作的復合型高級專門人才為目標。因此，要求所培養的學生既要有扎實的基礎理論知識，又必須有較強的動手能力和創新思維。實驗室是培養學生理論聯系實際、建立創新意識、提高工程實驗能力的重要實踐基地，在教學計劃中占有相當大的比重，但湖南農業大學機械電子工程專業是在多年探索機械設計制造及其自動化專業改造并取得經驗的基礎上創辦的，其實驗課程的設置與實踐能力的培養均側重于機械部分，因此有必要開展湖南農業大學機械電子工程專業的實驗教學改革研究。
一、機械電子工程專業實驗教學現狀分析
湖南農業大學機械電子工程專業于2010年開始招生，專業課程設置參考了國內多所高校的經驗，在現有師資力量與教學硬件條件下，力爭做到最好，但就實驗教學環節而言存在以下問題。
1.專業內容廣而不精
由于機械電子工程專業涵蓋機械與電子，因此在課程設置時力爭兼顧到機械與電子兩方面的內容，包括“理論力學”、“材料力學”、“機械制造基礎”、“機械制圖及計算機繪圖”、“機械設計基礎”、“電路分析”、“模擬電子技術基礎”、“數字電子技術基礎”、“控制工程基礎”、“液壓及氣動”、“傳感器與檢測技術”、“電機及電力拖動基礎”、“單片機原理及接口技術”、“工廠電氣控制技術”、“可編程控制技術”、“信號與系統”、“機電一體化系統”、“數控技術及其應用”等近20門專業課，學生普遍反映課程科目太多，對應課程所開設實驗學時偏少，難以深入學習，故每門課掌握得都不夠精通。
2.電類實驗設備不足
湖南農業大學機械電子工程是在多年的機械設計制造及其自動化專業基礎上創辦的，相比而言，機械類實驗設備較完善，而電類實驗的開設，雖可以在湖南農業大學部省共建電氣技術實驗室進行，但當時所建的電氣技術實驗室主要為滿足機械設計制造及其自動化專業及其他工科專業的電類基礎實驗開設，因此如“電路分析”、“模擬電子技術”、“數字電子技術”等基礎課程的實驗，均能滿足要求，而專業課程如“信號與系統”、“機電一體化系統”等卻缺少對應的實驗設備。
3.綜合設計性實驗設置不夠
在實驗教學方法上，由于課時少而時間緊等問題的存在，盡管實驗室的多數儀器均能滿足設計性與綜合性實驗要求，但目前各門課程所開設的實驗多以驗證性或演示性實驗為主，以保證學生能在課堂上按時完成實驗內容。如“電路分析”、“模擬電子技術”、“傳感器與檢測技術”等課程均采用模塊化實驗儀器，學生實驗時只需簡單的連接電源線與信號線進行觀察或數據記錄即可，嚴重局限了學生的思維，部分課程的實驗甚至達不到教學大綱要求。因此，在教學過程中，難以調動學生的積極性與學習興趣，發揮其主觀能動性與創造性，教學效果有所欠缺，對應用型與創新型人才培養目標的體現不夠深入。
二、深化實驗教學改革，培養學生實踐能力與創新思維
1.修改培養方案，面向市場培養應用型人才
機械電子工程專業的培養目標是要求本專業的學生不僅具有扎實的理論知識，還必須通過實驗真正掌握所學理論知識，從而具備較強的動手實踐能力，因此，重視實驗和實踐教學是培養方案修改所必須思考的問題。機械電子工程專業涵蓋機械與電子，要在寬口徑的同時有所精通，培養方案修改時便不能盲目的減少理論課程或平均分配實驗學時，而是應該按照市場人才培養需求進行。
(1)合并相關性較強的課程實驗，單獨設立實驗課。機械電子工程專業的課程內容較多，應用性強，如“電路分析”、“模擬電子技術基礎”、“數字電子技術基礎”等課程均開設有一定學時的實驗課，從10學時到14學時不等，以幫助學生理論聯系實際，更好地掌握理論知識，提升動手能力。分別開設實驗課能方便各任課教師自主實施課程教學，但容易出現各課程實驗內容過于基礎，綜合性不夠的問題。由于這三門課程都是電類專業基礎課，聯系緊密，相關性強，因此可以考慮將三門課程的實驗合并為一門“電工電子技術實驗”，學時設為34學時，課程開設時可以從電類基礎實驗開始，后期完成應用性、設計性較強的兩個綜合性實驗，使學生能更好地掌握相關內容，增強動手實踐能力。
(2)按教學計劃要求和培養目標對某些課程的理論與實驗課時進行增減調整。如“單片機原理及接口技術”課程，10個學時的實驗課遠遠不能滿足學生的學習要求，可適當考慮減少部分理論學時，增加實驗學時至16學時或更多，使學生通過實驗對單片機的基礎理論有較深的理解，能初步設計基本的單片機控制軟硬件;同時增設單片機課程設計，用 1～2周的時間進行自主設計，使學生利用所學理論知識解決實際問題的能力得到加強，從而深入培養學生的應用動手能力。
2.多方位改進實驗條件
由于電類教學設備老化、部分專業課程實驗設備不足等問題的存在，導致學生在實驗課上動手操作機會減少，甚至某些課程未曾開設對應的實驗。針對此類情況，機械電子工程專業應考慮從以下幾方面改善實驗條件：
(1)加大資金投入，建立“機電一體化技術”、“信號與系統”等課程對應的專業實驗室。
(2)將部分設計性實驗與教師科研結合，如教師研究的信號放大電路、濾波電路等可以用于“模擬電子技術基礎”實驗教學，而涉及到的信號檢測部分或控制單元則可以用于“傳感器與檢測技術”、“單片機原理及接口技術”課程的設計性實驗教學，以科研促教學，提高學生的動手能力與參與科學研究的能力。
(3)建立開放式的創新實驗室，一方面實驗室的開放不局限于課堂教學，由此提供給學生更多的動手操作機會，提升學生學習的主觀能動性與自主學習能力;另一方面依托開放式的創新實驗室，組織學生更多的參加各類創新活動，如機械創新大賽、電子設計競賽及機器人大賽等，通過學生的自主開發設計，培養學生的實踐能力與創新思維。
3.優化實驗教學內容
針對目前各課程實驗多以驗證性或演示性實驗為主，缺乏綜合設計性實驗的問題，除了改進實驗條件外，還可以從各任課教師優化實驗教學內容方面著手。如“單片機原理及接口技術”課程，實踐性強，內容綜合難度大，為便于組織，多是在實驗箱上進行相關驗證性實驗，此類教學方式難以提高學生的學習主動性與積極性，教學效果不佳。因此，教師可從教學方式和教學手段方面進行優化，采用“任務驅動”教學法，[4]精心設計實驗教學內容，使學生不僅對單片機硬件電路設計具備直觀認識，也可自主嘗試設計基于匯編語言或C語言的單片機軟件，以提升學生自主學習的積極性，更好地掌握該門課程的內容。再如“傳感器與檢測技術”課程，是一門應用性極強的課程，不僅包括傳感器獲取信號部分，[5，6]還包括信號的變換、處理、顯示等電路分析，目前所采用的實驗儀器為“傳感器系統實驗儀”，集成了應變片、電容傳感器、電感傳感器、壓電傳感器、熱電偶、霍爾傳感器、光電傳感器等十多種傳感器及對應的處理電路，具備集成度高、應用簡便等特點，能方便學生在課時范圍內完成實驗，其缺點是模塊化的設計限制了學生的創造性思維，只能驗證性完成各傳感器的標定，學生興趣不夠。因此，教師可對實驗教學內容進行設計，由易到難進行實驗教學，基礎實驗在實驗儀上完成后，結合電子技術、傳感器技術、單片機技術的內容，引導學生自主開發，進行紅外發射接收或光敏電阻應用等設計性實驗，使其對傳感器及應用方面的內容有更深的理解，培養其創新思維與開發設計能力，更好地將課本知識用于實踐。
三、結語
湖南農業大學機械電子工程專業開設時間不長，不管是專業培養方案還是教學方式、教學手段都需要通過長期不斷的探索研究并完善，筆者結合專業實際情況與學生反饋信息，對專業的實驗現狀進行了分析，并根據多年從教經驗探討了實驗教學改革方法與思路，其中“傳感器與檢測技術”、“單片機原理與接口技術”等課程的實驗教學內容優化研究，已應用于課堂教學。結果表明，學生學習興趣得到提高，實踐動手能力明顯增強。2013年湖南農業大學組隊參加了“第十二屆亞太大學生機器人大賽國內選拔賽”，成功進入前八強，榮獲一等獎，相較于往屆有了重大突破，長達一年的研制過程中，濃厚的興趣、堅實的基礎與較強的動手能力缺一不可，體現了一系列的教學改革探索已初具成效。但是教學改革是一個長期的、不斷循環往復的動態過程，在以后的教學過程中，還需要不斷的探索，為更好地培養具有實踐能力和創新思維的復合型人才而努力。
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