面向農(nóng)業(yè)機械化專業(yè)的《機電一體化》教學探討與實踐

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1、面向農(nóng)業(yè)機械化專業(yè)的《機電一體化》教學探討與實踐   [摘 要]《機電一體化》課程課堂教學存在一些問題。教師需從結合學生興奮點,注重培養(yǎng)學習興趣;結合專業(yè)培養(yǎng)目標,激發(fā)學生科研興趣以及結合課程實訓和課外制作,樹立系統(tǒng)研發(fā)觀念等三個角度進行實踐與探討。從學生學習和實踐的結果看,這些探索與改革在學生興趣培養(yǎng)、科研興趣提升和系統(tǒng)化的實踐能力提高方面取得了顯著的效果。   [關鍵詞]農(nóng)業(yè)機械化專業(yè) 授課方法 機電一體化 教學改革   [中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437(2013)21-0132-02   我國正處于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)

2、業(yè)的快速轉變階段,其標志就是以技術及裝備為表現(xiàn)形式,通過現(xiàn)代工業(yè)技術裝備及農(nóng)業(yè)機械化、電氣化和信息化等先進技術的應用,最大限度地提高生產(chǎn)效率,節(jié)約生產(chǎn)成本,增加農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)出,降低能源消耗和環(huán)境污染。我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備技術還處于起步階段,迫切需要培養(yǎng)掌握現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備技術的新型農(nóng)機人才,我國高度重視現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的技術與農(nóng)藝的更新,推動農(nóng)機裝備人才的培養(yǎng)與創(chuàng)新,縮短與國外同行業(yè)之間的技術差距,從而實現(xiàn)我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展與超越。   機電一體化技術是一門新型的交叉學科,是目前許多高等院校工科學生必修的專業(yè)基礎課,但在我國開設此課程還不足十年的時間,特別是在農(nóng)業(yè)機械化專業(yè)的開設更是一個新生事物?!稒C電一

3、體化》是山東農(nóng)業(yè)大學機械與電子工程學院機電一體化類和農(nóng)業(yè)機械化及其自動化類學生的主干課程之一,是今后設計與研究工作的重要技術基礎。由于機電一體化設計課程涉及的知識面和內(nèi)容覆蓋廣,機械層面、數(shù)據(jù)層面和控制參數(shù)層面的內(nèi)容交錯、關系復雜,需將理論知識與實踐知識緊密結合。對大多數(shù)學生而言課程內(nèi)容繁多,系統(tǒng)性差,難以融會貫通,同時也存在教師難教、內(nèi)容難整合的情況。筆者在講授機電一體化課程時,通過對課堂教學內(nèi)容進行改革、教學相長地引導和加強實踐環(huán)節(jié)訓練等方面進行探索和總結,取得了較為顯著的效果。   一、機電一體化課程特色與農(nóng)機專業(yè)教學相關問題  ?。ㄒ唬├碚摻虒W內(nèi)容篩選非常重要   機電一體

4、化(英文名稱為Mechatronics)是在機械技術、自動控制技術、微電子技術、計算機技術、傳感與測試技術、接口與總線技術、伺服驅動技術、系統(tǒng)總體技術等學科群體的基礎上集成創(chuàng)新的綜合性交叉學科。機電一體化技術的突出特點在于通過各種技術的有機融合,實現(xiàn)產(chǎn)品內(nèi)部各組成部分的有機匹配和外部整體效能最佳的一種新型集成創(chuàng)新技術。由于機電一體化課程內(nèi)容非常豐富、涉及面大,在一個學期中學習其全部內(nèi)容是不現(xiàn)實的。另外,機電一體化和相關技術發(fā)展迅速,特別是新型MEMS傳感器、新型總線技術、新型電液氣的伺服驅動等技術的出現(xiàn),這就使得在課程內(nèi)容的組織和取舍上必須加以科學地優(yōu)選,以特別處理好基本原理、基本模塊與學科前

5、沿最新技術的相互促進、共同發(fā)展的關系,確定學生應在學習期間掌握哪些基本原理、基本技術就既能使學生掌握基本思想方法和具體技術,又能了解學科發(fā)展動態(tài),便于學生課下無障礙自學,這對學生創(chuàng)造力的培養(yǎng)是非常關鍵的。因此理論教學內(nèi)容的篩選是非常重要和必要的。  ?。ǘ├碚摻虒W與實踐內(nèi)容的側重點融合   機電一體化課程的實踐性和應用性強,兩者緊密結合缺一不可。僅僅掌握機電一體化設計的基礎理論知識遠遠不夠。對于剛剛接觸到機電一體化技術的農(nóng)機和機電專業(yè)的學生來講,理論知識同步實踐或者用一些具體實例來講解才會顯而易懂,更易理解。作為本科階段的機電一體化課程,像是有關的控制理論的數(shù)學推導問題并不需要徹底理

6、解,但他們應學會把所學的內(nèi)容迅速地應用到某些實際問題的解決中。這樣,學生既有感性認識,又能上升到理性認知,最后靈活地學以致用。而實踐方面的教學必須與課程實驗和課程設計配套,因此機電一體化課程的實踐環(huán)節(jié)也非常重要。  ?。ㄈ┙虒W實踐與農(nóng)機專業(yè)培養(yǎng)目標緊密結合   目前一般工科專業(yè)的《機電一體化》的課程教學中,主要講解的是設計、通訊、測量和控制原理、方法以及一些以數(shù)控機床、機器人等一些簡單應用,目前現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械發(fā)展與應用,特別是涉及與自動控制、計算機控制等技術融合的新型農(nóng)機的機電一體化技術尚未融入農(nóng)業(yè)機械化專業(yè)的課程學習中。盡管教師反復強調課程的重要性,學生也對其重要性有認同,但因教學內(nèi)

7、容、案例與農(nóng)機專業(yè)培養(yǎng)目標聯(lián)系不夠緊密,再加上本課程知識點繁瑣、層次多、涉及面廣,學生容易產(chǎn)生應付考試的態(tài)度,忽視對實踐環(huán)節(jié),特別是從機電一體化產(chǎn)品開發(fā)的角度對課程內(nèi)容的理解,從而無法對課程產(chǎn)生熱情,難以對教學內(nèi)容產(chǎn)生學習的興趣,嚴重影響了教學效果。   二、課程授課與實踐環(huán)節(jié)的探討   針對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展方向和農(nóng)業(yè)機電一體化課程特色,以及上述在機電一體化課程教學與實踐過程中應注意的問題,筆者在講課過程中對課程內(nèi)容組織、授課方式方法進行了積極探索,實現(xiàn)了學習興奮點、專業(yè)培養(yǎng)目標和實訓課程任務“三結合”,全面培養(yǎng)機電一體化人才素質。  ?。ㄒ唬┙Y合學生興奮點,注重培養(yǎng)學習興趣

8、   盡管機電一體化課程部分理論抽象、內(nèi)容分散、缺乏系統(tǒng)性、難于理解,但興趣是最好的老師,一旦學生產(chǎn)生了學習興趣和實踐欲望,才會主動去自學、求知和實踐,并由此在心理上產(chǎn)生愉悅體驗。日常生活中學生會對一些新鮮的事物非常感興趣,例如兩輪自平衡小車、Iphone手機遙控的四軸飛行器、轉魔方機器人等等,如借助于這些學生感興趣的例子,通過剖析他們的結構和控制原理,破除神秘感,可以激發(fā)他們對機電一體化課程學習的興趣,并將機電一體化課程繁瑣的知識點、抽象的內(nèi)容具體體現(xiàn)出來,因此,激發(fā)和培養(yǎng)學生的學習興趣是學好本課程的前提和捷徑。另外,教師向學生展示一些科研成果,既讓學生對機電一體化技術有最直觀的了解和認識

9、,又讓學生了解了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備技術領域的科研前沿,結合專業(yè)方向,使學生帶著濃厚的興趣開始本課程的學習。實踐證明,通過大量案例式的授課,學生的學習興趣、科研興趣以及學習效果得到了極大提高。  ?。ǘ┙Y合專業(yè)培養(yǎng)目標,激發(fā)學生科研興趣   隨著農(nóng)機裝備技術的快速發(fā)展,將GPS技術、傳感器技術、通訊技術、機電液一體化技術、計算機控制等技術集成到傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機械中,可實現(xiàn)農(nóng)機裝備的精確定位和行走速度檢測、作物產(chǎn)量監(jiān)測、物料的變量精確投入、精準灌溉測控等,從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全程機械化、自動化、信息化和智能化。傳統(tǒng)農(nóng)機化專業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了從農(nóng)業(yè)機械化向農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)的轉換,也是充分體現(xiàn)了專業(yè)培養(yǎng)目

10、標的遷移和調整。而機電一體化課程在這種調整中,也自然樹立了重中之重的地位。因此各高校也從對該課程師資配備和教學設備投入方面非常重視。   因此,針對現(xiàn)代農(nóng)機的發(fā)展趨勢,激發(fā)學生的專業(yè)興趣,培養(yǎng)學生研究能力,也就成了機電一體化等課程的任務之一。筆者結合自己在精準農(nóng)業(yè)裝備、現(xiàn)代農(nóng)機裝備研制中的科研案例,給學生剖析了精準變量施肥機、高精度谷物測產(chǎn)系統(tǒng)、精準變量噴藥機等裝備設計、樣機加工和測試試驗的關鍵點,極大地開闊了學生在本專業(yè)領域的視野,引起了學生對現(xiàn)代農(nóng)機裝備的科研興趣。   (三)結合課程實訓和課外制作,樹立系統(tǒng)研發(fā)觀念   在機電一體化教學中,機器人作為一種典型的機電軟綜合技術平

11、臺,非常適合作為高等工程創(chuàng)新實踐教育的載體和對象。而農(nóng)業(yè)機械化專業(yè)的學生同樣對農(nóng)業(yè)機器人技術非常感興趣。近年來,機器人技術的模塊化、網(wǎng)絡化成為機器人研究和開發(fā)領域的熱點。通過模塊化,機器人技術的應用難度大大降低;憑借網(wǎng)絡化,機器人技術的應用范圍將大大擴充。隨著機器人技術的逐漸普及和所用器件、模塊的成本逐漸降低,學生已經(jīng)可以自己制作屬于自己的農(nóng)業(yè)機器人。因此抓好機電一體化課程的實訓環(huán)節(jié),變抽象為直觀,將理論和實踐緊密結合起來,做到學以致用,可以實現(xiàn)對學生成就感的激勵。為此,機電一體化教學組結合學院和學校開展了創(chuàng)新科技比賽,讓學生進行機電裝備方面的創(chuàng)新設計與制作;通過為學生提供一定的實訓平臺,準備

12、常見的機電裝備設計制作所需的傳感器、執(zhí)行器和控制器,由學生按照自己創(chuàng)作意圖實現(xiàn)新型設備的開發(fā)。這些實踐活動取得了一系列校級、省級和國家級的機電創(chuàng)新大賽獎項的好成績。從學生的實踐和理論課程的成績看,理論教學和實踐緊密結合取得了良好效果,加深了對基礎理論知識的掌握,既提高了學生的動手能力,又激發(fā)了他們的創(chuàng)造性。   三、結束語   《機電一體化》是培養(yǎng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械及裝備技術人才的專業(yè)基礎課,隨著現(xiàn)代科技技術的發(fā)展,其地位在課程體系中愈來愈突出。筆者針對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展方向和農(nóng)業(yè)機電一體化課程特色,從理論教學內(nèi)容及實踐教學內(nèi)容篩選、學習興趣引導及知識系統(tǒng)應用等方面展開探討,并結合教學實際應用,取得了良好的效果。   [ 參 考 文 獻 ]   [1] 楊幫華等.機電一體化設計基礎實用教程[M].北京:清華大學出版社,2009.   [2] 孔令榮.高頻電子線路教學改革研究[J].中國電力教育,2012(30).   [3] 張錦明,陸新.對機電一體化專業(yè)課程設計的思考[J].江蘇教育學院學報(自然科學版),2012(4).   [4] 王妍瑋,于惠力,王玉文.完善實踐教學體系培養(yǎng)機電類學生創(chuàng)新能力[J].實驗室科學,2012(5).   [責任編輯:鐘 嵐]

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