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根據機電一體化人才培養方案和本專業的課程設置,研究改革課程設計大綱基本要求。根據應用型和創新型人才培養要求,課題的方向主要分為兩大方向進行選擇:一類題目主要針對應用能力培養,把本專業的知識進行有機的綜合,提高學生的綜合實踐能力;另一類題目主要針對創新能力培養,結合創新設計大賽相關題目,把本專業的知識進行創新性應用,提高學生的創新設計能力。普通型課程設計題目1)向學生征集。在課程中學生擁有與課程設計相關的好想法,可以展開討論,要求對其方案進行分析,符合課程設計要求的,教師根據其內容下達課程設計的任務。實踐證明,對自己提供方向的題目,學生的積極性會很強。2)選擇典型機電一體化產品讓學生進行設計,結合學生的實力進行選取,同時與本專業的專業方向盡可能的相關,開發學生的潛能。比如數控方向的學生,可以選擇數控車床工作臺二維運動伺服進給系統設計、數控銑床工作臺三維運動伺服進給系統設計等,為未來職業發展打下好的基礎。3)學習借鑒其他學校機電一體化設計的內容,在現有設計內容的基礎上,根據本校本專業課程設置的特點,對設計的內容做以適當增減,以適合本專業的學生。創新型課程設計題目可以借鑒全國機械創新設計大賽的課題[3],其中每屆成功參與全國總決賽的作品都收錄在決賽作品選集中,由高等教育出版社出版。這里面有比較好的案例,同時作品中也存在可以改進的地方,有興趣的學生可以從中選擇與機電一體化相關的課題,提升自己的能力。在條件允許的情況下,可以做出產品的模型,提高學生的機電一體化能力,同時也可以為學生參加今后的機械創新設計大賽做準備,做到“以學促賽,以賽促學”。在專業教學中,學生經常會困惑本專業畢業后到底有什么前途?能做什么?機電一體化課程設計教學貼近實際,能把多門專業課有機地結合起來,把枯燥的課本知識靈活地運用,極大地鼓舞了學生的興趣,激發學生對實際問題的思考,對工程實踐產生濃厚的興趣。堅持理論教學與實踐教學并重,可大幅提高教學效率和教學質量,同時為選拔優秀學生參加機械類學科競賽提供條件。
2課程設計的實施方式
課程設計實施方案:設計報告書是對整個設計過程的總結和提升,也是進行工程交流的重要文獻資料,通過指導學生撰寫課程設計報告書,培養學生撰寫工程技術文檔的能力。對設計說明書的撰寫,提出如下要求:1)嚴禁課程設計報告抄襲,基本工作獨立完成;2)根據任務書能提出合理的設計方案和機構的工作原理;3)設計要符合國家標準,學會使用設計手冊、專業術語、專業名詞規范;4)設計圖圖紙規范,符合設計說明書的要求,不照抄手冊和案例,設計參數與圖紙相一致;5)學會使用專業相關軟件,對設計的機械機構和控制部分進行分析和仿真,是驗證設計正確的有效手段之一;6)課程設計配備了一些實際的零部件可供學生設計使用,以及基本的控制電路,學生要具備一定的實踐操作能力,掌握器件的選擇與焊接,會進行程序的編寫,掌握系統故障的檢測與維修能力。課程設計采用分組式進行,每個小組3~5人,視工作量而定。課題難度較大可以分五人,原則上一般三人為一組。每個小組在規定的時間完成基本要求,每個學生都要參與該組課程設計答辯,通過問題了解學生在課程設計中所做的主要工作,檢查有無抄襲情況、有無坐享其成的學生,結合設計報告書的撰寫質量和實際所做的產品質量進行綜合評定。
3實施效果
通過在重慶大學機械電子工程專業的實踐,在機械電子工程專業中開設機電一體化課程設計,已基本摸索出培養機電復合型技術人才的規律。普通型題目實現機電融合、知識整合理論教學與工程實踐并重。由于在教學中缺乏機電知識綜合運用能力的培養和訓練,學生在學習了機械設計、機械制造和電子技術、計算機技術和傳感器技術等基礎課程后,不能很好地將機、電的知識融會貫通,大多數學生也只是了解基本的機電設備的基本功能,在系統運用中存在問題,在機電一體化系統的綜合設計方面存在不少困難。通過開設機電一體化課程設計實踐教學環節,通過理論設計與實際操作,比如數控工作臺進給系統的設計,從電機、聯軸器、絲杠、導軌的設計到型號的選擇、控制單片機的設計與仿真,最終實現數控工作臺進給系統的裝配與調試。機電一體化課程設計對學生的理論知識與實踐緊密地連接起來,提高了學生的綜合應用能力。創新型題目為學生參加機械創新競賽做了鋪墊通過課程設計,為機械學科學生參加如全國大學生機械創新設計大賽做了鋪墊。在第六屆全國大學生機械創新設計大賽(重慶賽區)中,學生榮獲重慶賽區一等獎一項、二等獎一項。其中,“幻顯黑板”作品獲得國家專利。該作品包括了框架的設計、傳動系統布置,控制系統采用單片機控制,執行元件有步進電機、直流電機、電磁離合器、電磁制動器、光電編碼器等器件。本次參賽作品充分運用機電一體化技術,機電一體化課程設計改革效果顯著。
4結語
1.專業人才培養目標。本專業培養掌握機電一體化技術的基本知識與技能,能適應自動機械及成套生產線設備的制造、安裝、調試、運行維護與管理、技術改造等一線崗位需要的工作能力,具備良好的職業道德,具有可持續發展能力的高技能型人才。(1)掌握一定的基本理論知識。在培養過程中,要求學生必須具備以下知識:計算機應用基礎和處理文字、圖形的方法;機械制圖、電氣控制的技術標準及零件幾何精度、檢驗檢測標準;機電設備維修工藝的基本理論與知識;機電設備氣液控制回路的原理、安裝、調試與維護;電氣工程基本知識及傳感器、儀表的應用、元件安裝、調試與維護;失效機械零部件測繪設計的基本知識和方法,以及零部件修復常見工藝和修理方法;自動機的結構組成、自動生產線的布局與選型知識。(2)培養一定的專業技能。要求學生必須掌握以下專業技能:使用計算機處理文字、圖形,利用互聯網獲取信息和知識的能力;能操作一般的加工機床加工機械零部件,能利用手動工具加工、修復易損機械零部件;能解決電氣工程基本問題,會分析、安裝、調試常用生產設備的電氣控制系統;能讀懂常見的氣壓、液壓回路圖,并會繪制、分析回路,能按照回路圖進行元件的安裝和調試,會分析故障;能根據自動生產線設備的結構圖進行裝配、調試機器,并能對其他同類設備進行分析和使用;獲得對自動機與生產線生產、裝配車間的管理能力。同時,培養學生具有良好的思想政治素質、身體素質和文化基礎。畢業生就業崗位主要是自動機械及成套生產線制造崗位,如機電設備零部件設計、整機設計、制造檢驗、安裝與調試、外協與銷售。自動機械及成套生產線使用崗位,如在液態飲料、調味品、奶制品、日化品、及食品等生產企業,從事設備安裝、調試、維修、運行與管理。其他機電一體化產品及成套制造企業,如地鐵安裝調試、汽車裝配,游樂設備裝配及使用,煙草包裝設備安裝與維護,塑料加工設備安裝調試,印刷包裝設備安裝調試,工業機器人安裝調試及應用等。
2.專業人才培養方案的實施。專業核心課程實施項目化教學,采取學習任務與工作任務一致、課堂與實習地點一體、仿真與生產結合、專職與兼職教師合作的工學結合教學模式。[2]對自動生產設備安裝與維修、典型自動機控制技術、工業機器人操作維護與編程等課程,采取分階段教學,第一階段由專任教師進行多媒體分析講授,設備工作原理、結構等理論知識,及對工藝原理、結構的仿真分析,第二階段集中實踐教學,專任教師與兼職教師合作完成,將學生分組,圍繞設備觀察、分析,答疑,按照行動導向教學法,進行設備零部件拆裝、維修等項目實訓,并根據項目情況,定期輪換。
3.實施人才共育的形式、途徑與方法。積極學習和借鑒新加坡、德國的職業教育先進理念,探索并實施教學做一體化、邊做邊學的教學方法,采用現代化教學手段,給學生傳授更多的信息量,注重培養學生的自主學習能力、專業動手能力和職業綜合能力。每屆學生在第五學期進行有專業特色的《生產線安裝與調試》實習,這是專業工學結合教學中一個重要的實踐性環節。采取的形式是:實習前由專業教師和企業,就學生的實習崗位、實習項目、管理和安全等方面進行協商,簽訂校、企和實習生三方實習協議,明確各方的責權利。學生深入企業生產現場,成為企業準員工,按照企業的規章制度做事,在校內外指導教師的指導下,參加專業相關自動機械設備的制造、安裝、調試、運行、維護,達到理論聯系實際、訓練專業基本技能和職業素養,同時學會如何正確認識和融入社會。另外,還將“挑戰杯”等項目與畢業設計結合起來,以賽促學,提升學生綜合運用所學知識解決問題的能力,提高畢業設計的質量。
二、專業教學改革特色與創新
1.創新工學結合的人才培養模式。按照校企協同育人的理念,與行業企業共同研討,對機電專業人才培養模式進行創新,學生在“廠中校、校中廠”的教學情境中,進行課堂仿真學習、實訓室里實踐學習、實習基地車間生產訓練,即車間做課堂,上班即上課;同時還有在企業里的課堂分析與思考。這樣,學生在做中學、學中做,教師在做學中施教,學生的知識、技能、素質得到綜合訓練。
2.構建專業基礎寬厚、特色鮮明的課程體系。基于機電專業崗位職業能力,構建了“以自動生產線工作過程為導向,以培養設備制造、安裝、調試、運行等崗位技術能力為主線”的課程體系,設置了專業根基寬厚的專業技術課程,培養學生掌握機械工程、電氣電子工程、信息控制技術的基本知識與技能,具備自主學習能力,獲得可持續發展和再就業適應能力。[3]設置特色鮮明的核心課程,培養專業核心與綜合能力,能適應工作崗位、快速與社會接軌。專業課程教學內容更豐富,由原來的灌裝生產線設備擴展到諸如包裝印刷機械、加工成型機械、工業機器人與機械手等自動生產線領域,涉及范圍更寬廣。
3.做學一體,教學手段與方法靈活多樣。積極開展課堂與現場一體化教學,實施項目驅動“分步”實踐教學法,車間做課堂,工作中上課,不同內容、不同手段,靈活運用,教學做一體化。對機電設備的原理性、陳述性知識,采取多媒體課室、車間現場集中教學,以動作模擬,原理仿真、視頻教材等進行分析;對于測繪、拆卸、安裝、調試、檢測類技能培養,采取在實訓室、企業車間現場,教師或師傅示范指導、培訓錄像觀看、學生動手實踐的手段與方法,力求實現最佳教學效果。
4.實踐教學條件有很大改善。按照企業模式和專業教學要求規劃實訓室,校內生產性實訓條件不斷改善,滿足課程改革和專業發展需要,建設自動生產線技術實訓基地,改建、擴建、新建專業實訓室,現有150個工位,滿足實訓需要。通過多種方式鞏固和新建校外實習基地,近年來新建了30家校外實習基地,滿足學生校外教學實習和頂崗實習的需要。
三、專業建設的進一步提升
1.重點培養,均衡發展,提升教師水平與能力。用兩三年時間,培養具有廣泛影響力和國際視野的雙師型、教授級專業帶頭人。重點培養中青年骨干教師,分批次送往國內外一流院校進修、知名企業培訓,著重培養其機電設備的制造、裝配調試專業技能,提高專業執教水平。采取企業推薦與學校考核相結合,聘請既有理論水平又有豐富機電產品設計制造、安裝、調試實踐經驗的企業技術人員作為兼職教師。建設兼職教師資源庫,由兼職教師擔任專業性、技術性強的實踐類課程教學。涉及食品、輕化工自動生產線設備的制造及應用、地鐵安裝調試、汽車裝配、游樂設備裝配及使用、煙草機械使用維護、工業機器人安裝調試等領域。
2.拓寬視野,加強專業內涵建設。圍繞廣東輕工行業技能型人才的需求,利用本專業的校企合作基礎,創新校企合作平臺,加深校企合作的力度和深度,并以專業內涵建設為核心,加強專業的國際合作。課程按照分級開發、全面提升的思路,設置“機電一體化認知課—機電技術基礎課—機電職業能力綜合課—可持續發展的拓展類”。依托實習基地,以新材料、新工藝、新方法、新標準為原則,編撰與科技發展相適應、適合機電專業人才培養的專業教材。
3.創造條件,提高實踐育人效果。結合學校的“重點平臺建設躍升”計劃,以“廣東省自動生產線裝備研發技術平臺”項目為依托,完善現有校內實踐教學條件,購置一批機電產品單元裝置,包括機電傳動單元、工業機器人、機械手單元、游樂設備單元、地鐵控制單元、煙草機械單元、塑料機械單元等,滿足分組教學,現場進行結構分解、維修裝配、仿真分析,著重培養學生的動手能力、分析決策和創新思維能力。維護好原有輕工包裝生產線設備制造與使用企業實習基地,加強與大型企業的合作,開拓新校外基地,涉及煙草設備、地鐵設備、汽車裝配、游樂設備、塑料加工設備等機電產品制造與使用諸多領域,拓寬本專業就業面。
4.對接產業,增強社會服務能力。作為面向輕工業服務的輕工機械行業產品門類眾多、標準化程度不高、企業規模不大,中小型民營輕工機械企業占相當比例。在目前生產一線用工緊張的形勢下,很多中小型企業希望學校能靈活實施專業人才培養方案,盡快解決設備工程現場安裝調試、技術服務方面用人難的問題。我們提出“就地培養”措施,教師緊密聯系企業,主動面向本行業企業開展企業員工和從業人員的培訓和學歷提升,積極開展對口支援與交流。第四學期后期,企業來校進行宣傳介紹,鼓勵學生報名,初步預訂學生為準員工,第五學期以實習組形式整個學期到企業實習,教師送課到企業現場教學、就地培養,解決企業問題。同時,充分利用現代信息技術,改造傳統教學模式,開發應用仿真流程、虛擬生產等數字化教學資源,搭建校企數字傳輸課程,實現校企聯合教學,做到共享優質教學資源。
(一)不完善的教學條件
在我國,大部分中職院校中,雖然擁有基本的專業課程以及相關的實訓條件。但是,大多數的中職院校的教學模式傾向于:驗證性。缺少大型綜合性的機電一體化實驗課程,即:缺少機電一體化專業的綜合性以及針對性。從而嚴重影響到了機電一體化專業的實踐能力的培養。所以,針對不完善的教學條件現狀,中職院校可以采用與小型企業合作的方式,進而實現本專業學生的實踐能力的提高。
(二)師資力量薄弱
在中職院校中,很少有“雙師型”教師,即使是有,存在的比例也相對較小。而對于專業的理論教師來說,他們并沒有足夠的能力進行實訓教學。所以,中職院校可以采用聘用企業的高資歷的員工對學生進行相關的實踐培訓內容。
(三)沒有進行系統的專業定位
在我國部分中職院校中,并沒有制定系統的專業定位。嚴格意義上來說,電子與機械不能作為一個學科來學習的。而對于中職學生來說,在三年之內,準確掌握兩個學科的所有知識,是不科學的。從理論的基礎上而言,應該制定一個側重面,或以機為主,或以電為主。
二、專業改革與專業課程課程體系構建
(一)重新構建專業課程體系
大學的課程體系的建設要在專業教育的特征開始,要根據職位必須具備的知識與能力進行。應該把知識的運用作為重點,針對課程進行升級和調整,全面思考和中職的聯系,防止重復。課程體系在建設的過程中,應該遵循以下幾點:首先,把要培育的對象分解到各個教學模塊單元。并且要明確各個教學模塊單元能夠承受的職能以及需要培育的知識與能力。其次,應該調整好教學模塊間互相重復和交叉的知識。綜合化的課程應該重點培育綜合運用知識的能力。再次,理論教學和實踐教學應該有機的結合在一起。應該運用“講練式”的現場教學或者“啟發式”的教學方式。最后,課程的整體設置比較注重針對性與實用性,而不是理論知識的完善性與系統性。綜上所述,專業的課程體系分為兩方面,即綜合化系列的課程與專門化模塊課程。1.綜合化系列課程(1)機械制圖,具體包括原來機械制圖的內容,以及添加了計算機協助繪圖的內容。讓學生把制圖、尺寸標注以及公差標注結合在一起。(2)機械設計基礎,包括三部分,即工程力學、金屬材料和熱處理以及機械原理。這個課程重點是培育學生與機械工程有關的基礎知識與能力。(3)傳感器技術,具體包括三部分,即傳感器的類型、運用以及原理。(4)計算機應用技術,包括三個方面,即計算機的原理、編程以及資料的處理。(5)機電一體化系統設計,包括三部分,即商品設計的方式、系統的設計實例以及掌控的形式與策略。2.專門化模塊課程專門化模塊通常是依照設置的方向,融合本專業的發展情況和對人才需要的狀況,在畢業實習期間完成。此模塊完成的核心是,在就業之前進行相關培訓,為之后的工作打下較好的基礎,并且要明確實踐性和全面性。師資、設備符合條件的學校,在學校期間就應該完成這個模塊。在完成的過程中,應該把學生分為幾個專業的合作小組,學生可以隨意進入各個小組。各個合作組需要完成一個子課題。而子課題根據本質的不同能夠分為生產加工型、開發設計型以及生產綜合型這三方面。師資、設備不符合條件的學校,應該和企業合作,將專業化的模塊放入企業中來實行。使得老師和企業員工依照企業的狀況,共同完成模塊課程的開發和教學。
(二)實踐教學課時設置原則