面向農(nóng)業(yè)機(jī)械化專業(yè)的《機(jī)電一體化》教學(xué)探討與實(shí)踐

面向農(nóng)業(yè)機(jī)械化專業(yè)的機(jī)電一體化教學(xué)探討與實(shí)踐 摘 要機(jī)電一體化課程課堂教學(xué)存在一些問(wèn)題。教師需從結(jié)合學(xué)生興奮點(diǎn)，注重培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣；結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，激發(fā)學(xué)生科研興趣以及結(jié)合課程實(shí)訓(xùn)和課外制作，樹(shù)立系統(tǒng)研發(fā)觀念等三個(gè)角度進(jìn)行實(shí)踐與探討。從學(xué)生學(xué)習(xí)和實(shí)踐的結(jié)果看，這些探索與改革在學(xué)生興趣培養(yǎng)、科研興趣提升和系統(tǒng)化的實(shí)踐能力提高方面取得了顯著的效果。 關(guān)鍵詞農(nóng)業(yè)機(jī)械化專業(yè) 授課方法 機(jī)電一體化 教學(xué)改革 中圖分類號(hào) G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-3437（2013）21-0132-02 我國(guó)正處于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速轉(zhuǎn)變階段，其標(biāo)志就是以技術(shù)及裝備為表現(xiàn)形式，通過(guò)現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)裝備及農(nóng)業(yè)機(jī)械化、電氣化和信息化等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)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(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)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(shù)的新型農(nóng)機(jī)人才，我國(guó)高度重視現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的技術(shù)與農(nóng)藝的更新，推動(dòng)農(nóng)機(jī)裝備人才的培養(yǎng)與創(chuàng)新，縮短與國(guó)外同行業(yè)之間的技術(shù)差距，從而實(shí)現(xiàn)我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展與超越。 機(jī)電一體化技術(shù)是一門新型的交叉學(xué)科，是目前許多高等院校工科學(xué)生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，但在我國(guó)開(kāi)設(shè)此課程還不足十年的時(shí)間，特別是在農(nóng)業(yè)機(jī)械化專業(yè)的開(kāi)設(shè)更是一個(gè)新生事物。機(jī)電一體化是山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院機(jī)電一體化類和農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化類學(xué)生的主干課程之一，是今后設(shè)計(jì)與研究工作的重要技術(shù)基礎(chǔ)。由于機(jī)電一體化設(shè)計(jì)課程涉及的知識(shí)面和內(nèi)容覆蓋廣，機(jī)械層面、數(shù)據(jù)層面和控制參數(shù)層面的內(nèi)容交錯(cuò)、關(guān)系復(fù)雜，需將理論知識(shí)與實(shí)踐知識(shí)緊密結(jié)合。對(duì)大多數(shù)學(xué)生而言課程內(nèi)容繁多，系統(tǒng)性差，難以融會(huì)貫通，同時(shí)也存在教師難教、內(nèi)容難整合的情況。筆者在講授機(jī)電一體化課程時(shí)，通過(guò)對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革、教學(xué)相長(zhǎng)地引導(dǎo)和加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練等方面進(jìn)行探索和總結(jié)，取得了較為顯著的效果。 一、機(jī)電一體化課程特色與農(nóng)機(jī)專業(yè)教學(xué)相關(guān)問(wèn)題 （一）理論教學(xué)內(nèi)容篩選非常重要 機(jī)電一體化（英文名稱為Mechatronics）是在機(jī)械技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感與測(cè)試技術(shù)、接口與總線技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、系統(tǒng)總體技術(shù)等學(xué)科群體的基礎(chǔ)上集成創(chuàng)新的綜合性交叉學(xué)科。機(jī)電一體化技術(shù)的突出特點(diǎn)在于通過(guò)各種技術(shù)的有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品內(nèi)部各組成部分的有機(jī)匹配和外部整體效能最佳的一種新型集成創(chuàng)新技術(shù)。由于機(jī)電一體化課程內(nèi)容非常豐富、涉及面大，在一個(gè)學(xué)期中學(xué)習(xí)其全部?jī)?nèi)容是不現(xiàn)實(shí)的。另外，機(jī)電一體化和相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅速，特別是新型MEMS傳感器、新型總線技術(shù)、新型電液氣的伺服驅(qū)動(dòng)等技術(shù)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(xué)地優(yōu)選，以特別處理好基本原理、基本模塊與學(xué)科前沿最新技術(shù)的相互促進(jìn)、共同發(fā)展的關(guān)系，確定學(xué)生應(yīng)在學(xué)習(xí)期間掌握哪些基本原理、基本技術(shù)就既能使學(xué)生掌握基本思想方法和具體技術(shù)，又能了解學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)，便于學(xué)生課下無(wú)障礙自學(xué)，這對(duì)學(xué)生創(chuàng)造力的培養(yǎng)是非常關(guān)鍵的。因此理論教學(xué)內(nèi)容的篩選是非常重要和必要的。 （二）理論教學(xué)與實(shí)踐內(nèi)容的側(cè)重點(diǎn)融合 機(jī)電一體化課程的實(shí)踐性和應(yīng)用性強(qiáng)，兩者緊密結(jié)合缺一不可。僅僅掌握機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論知識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。對(duì)于剛剛接觸到機(jī)電一體化技術(shù)的農(nóng)機(jī)和機(jī)電專業(yè)的學(xué)生來(lái)講，理論知識(shí)同步實(shí)踐或者用一些具體實(shí)例來(lái)講解才會(huì)顯而易懂，更易理解。作為本科階段的機(jī)電一體化課程，像是有關(guān)的控制理論的數(shù)學(xué)推導(dǎo)問(wèn)題并不需要徹底理解，但他們應(yīng)學(xué)會(huì)把所學(xué)的內(nèi)容迅速地應(yīng)用到某些實(shí)際問(wèn)題的解決中。這樣，學(xué)生既有感性認(rèn)識(shí)，又能上升到理性認(rèn)知，最后靈活地學(xué)以致用。而實(shí)踐方面的教學(xué)必須與課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)配套，因此機(jī)電一體化課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)也非常重要。 （三）教學(xué)實(shí)踐與農(nóng)機(jī)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)緊密結(jié)合 目前一般工科專業(yè)的機(jī)電一體化的課程教學(xué)中，主要講解的是設(shè)計(jì)、通訊、測(cè)量和控制原理、方法以及一些以數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等一些簡(jiǎn)單應(yīng)用，目前現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展與應(yīng)用，特別是涉及與自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)控制等技術(shù)融合的新型農(nóng)機(jī)的機(jī)電一體化技術(shù)尚未融入農(nóng)業(yè)機(jī)械化專業(yè)的課程學(xué)習(xí)中。盡管教師反復(fù)強(qiáng)調(diào)課程的重要性，學(xué)生也對(duì)其重要性有認(rèn)同，但因教學(xué)內(nèi)容、案例與農(nóng)機(jī)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)聯(lián)系不夠緊密，再加上本課程知識(shí)點(diǎn)繁瑣、層次多、涉及面廣，學(xué)生容易產(chǎn)生應(yīng)付考試的態(tài)度，忽視對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)，特別是從機(jī)電一體化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的角度對(duì)課程內(nèi)容的理解，從而無(wú)法對(duì)課程產(chǎn)生熱情，難以對(duì)教學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生學(xué)習(xí)的興趣，嚴(yán)重影響了教學(xué)效果。 二、課程授課與實(shí)踐環(huán)節(jié)的探討 針對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展方向和農(nóng)業(yè)機(jī)電一體化課程特色，以及上述在機(jī)電一體化課程教學(xué)與實(shí)踐過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題，筆者在講課過(guò)程中對(duì)課程內(nèi)容組織、授課方式方法進(jìn)行了積極探索，實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)興奮點(diǎn)、專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和實(shí)訓(xùn)課程任務(wù)“三結(jié)合”，全面培養(yǎng)機(jī)電一體化人才素質(zhì)。 （一）結(jié)合學(xué)生興奮點(diǎn)，注重培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣 盡管機(jī)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(xué)生產(chǎn)生了學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐欲望，才會(huì)主動(dòng)去自學(xué)、求知和實(shí)踐，并由此在心理上產(chǎn)生愉悅體驗(yàn)。日常生活中學(xué)生會(huì)對(duì)一些新鮮的事物非常感興趣，例如兩輪自平衡小車、Iphone手機(jī)遙控的四軸飛行器、轉(zhuǎn)魔方機(jī)器人等等，如借助于這些學(xué)生感興趣的例子，通過(guò)剖析他們的結(jié)構(gòu)和控制原理，破除神秘感，可以激發(fā)他們對(duì)機(jī)電一體化課程學(xué)習(xí)的興趣，并將機(jī)電一體化課程繁瑣的知識(shí)點(diǎn)、抽象的內(nèi)容具體體現(xiàn)出來(lái)，因此，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是學(xué)好本課程的前提和捷徑。另外，教師向?qū)W生展示一些科研成果，既讓學(xué)生對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)有最直觀的了解和認(rèn)識(shí)，又讓學(xué)生了解了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)領(lǐng)域的科研前沿，結(jié)合專業(yè)方向，使學(xué)生帶著濃厚的興趣開(kāi)始本課程的學(xué)習(xí)。實(shí)踐證明，通過(guò)大量案例式的授課，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、科研興趣以及學(xué)習(xí)效果得到了極大提高。 （二）結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，激發(fā)學(xué)生科研興趣 隨著農(nóng)機(jī)裝備技術(shù)的快速發(fā)展，將GPS技術(shù)、傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)、機(jī)電液一體化技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制等技術(shù)集成到傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械中，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)裝備的精確定位和行走速度檢測(cè)、作物產(chǎn)量監(jiān)測(cè)、物料的變量精確投入、精準(zhǔn)灌溉測(cè)控等，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全程機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化和智能化。傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)化專業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從農(nóng)業(yè)機(jī)械化向農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化專業(yè)的轉(zhuǎn)換，也是充分體現(xiàn)了專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的遷移和調(diào)整。而機(jī)電一體化課程在這種調(diào)整中，也自然樹(shù)立了重中之重的地位。因此各高校也從對(duì)該課程師資配備和教學(xué)設(shè)備投入方面非常重視。 因此，針對(duì)現(xiàn)代農(nóng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)興趣，培養(yǎng)學(xué)生研究能力，也就成了機(jī)電一體化等課程的任務(wù)之一。筆者結(jié)合自己在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)裝備、現(xiàn)代農(nóng)機(jī)裝備研制中的科研案例，給學(xué)生剖析了精準(zhǔn)變量施肥機(jī)、高精度谷物測(cè)產(chǎn)系統(tǒng)、精準(zhǔn)變量噴藥機(jī)等裝備設(shè)計(jì)、樣機(jī)加工和測(cè)試試驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)，極大地開(kāi)闊了學(xué)生在本專業(yè)領(lǐng)域的視野，引起了學(xué)生對(duì)現(xiàn)代農(nóng)機(jī)裝備的科研興趣。 （三）結(jié)合課程實(shí)訓(xùn)和課外制作，樹(shù)立系統(tǒng)研發(fā)觀念 在機(jī)電一體化教學(xué)中，機(jī)器人作為一種典型的機(jī)電軟綜合技術(shù)平臺(tái)，非常適合作為高等工程創(chuàng)新實(shí)踐教育的載體和對(duì)象。而農(nóng)業(yè)機(jī)械化專業(yè)的學(xué)生同樣對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)非常感興趣。近年來(lái)，機(jī)器人技術(shù)的模塊化、網(wǎng)絡(luò)化成為機(jī)器人研究和開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。通過(guò)模塊化，機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用難度大大降低；憑借網(wǎng)絡(luò)化，機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用范圍將大大擴(kuò)充。隨著機(jī)器人技術(shù)的逐漸普及和所用器件、模塊的成本逐漸降低，學(xué)生已經(jīng)可以自己制作屬于自己的農(nóng)業(yè)機(jī)器人。因此抓好機(jī)電一體化課程的實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，變抽象為直觀，將理論和實(shí)踐緊密結(jié)合起來(lái)，做到學(xué)以致用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生成就感的激勵(lì)。為此，機(jī)電一體化教學(xué)組結(jié)合學(xué)院和學(xué)校開(kāi)展了創(chuàng)新科技比賽，讓學(xué)生進(jìn)行機(jī)電裝備方面的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與制作；通過(guò)為學(xué)生提供一定的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，準(zhǔn)備常見(jiàn)的機(jī)電裝備設(shè)計(jì)制作所需的傳感器、執(zhí)行器和控制器，由學(xué)生按照自己創(chuàng)作意圖實(shí)現(xiàn)新型設(shè)備的開(kāi)發(fā)。這些實(shí)踐活動(dòng)取得了一系列校級(jí)、省級(jí)和國(guó)家級(jí)的機(jī)電創(chuàng)新大賽獎(jiǎng)項(xiàng)的好成績(jī)。從學(xué)生的實(shí)踐和理論課程的成績(jī)看，理論教學(xué)和實(shí)踐緊密結(jié)合取得了良好效果，加深了對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的掌握，既提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，又激發(fā)了他們的創(chuàng)造性。 三、結(jié)束語(yǔ) 機(jī)電一體化是培養(yǎng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械及裝備技術(shù)人才的專業(yè)基礎(chǔ)課，隨著現(xiàn)代科技技術(shù)的發(fā)展，其地位在課程體系中愈來(lái)愈突出。筆者針對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展方向和農(nóng)業(yè)機(jī)電一體化課程特色，從理論教學(xué)內(nèi)容及實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容篩選、學(xué)習(xí)興趣引導(dǎo)及知識(shí)系統(tǒng)應(yīng)用等方面展開(kāi)探討，并結(jié)合教學(xué)實(shí)際應(yīng)用，取得了良好的效果。 參 考 文 獻(xiàn) 1 楊幫華等.機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)用教程M.北京：清華大學(xué)出版社，2009. 2 孔令榮.高頻電子線路教學(xué)改革研究J.中國(guó)電力教育，2012（30）. 3 張錦明，陸新.對(duì)機(jī)電一體化專業(yè)課程設(shè)計(jì)的思考J.江蘇教育學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012（4）. 4 王妍瑋，于惠力，王玉文.完善實(shí)踐教學(xué)體系培養(yǎng)機(jī)電類學(xué)生創(chuàng)新能力J.實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2012（5）. 責(zé)任編輯：鐘 嵐