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機械電子工程的課程設置及辦學模式特點論文
近年來，世界各發(fā)達國家競相發(fā)展機械電子工程，以提高制造技術(shù)水平，實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)向柔性化、智能化、網(wǎng)絡化發(fā)展。機械電子技術(shù)給傳統(tǒng)的機械產(chǎn)業(yè)帶來了革命性的變革和驚人的效益；使產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式和管理體制發(fā)生了深刻的變化。20世紀80年代初以來，我國也關(guān)注著機械電子工程的發(fā)展與應用，主要進行了用機械電子技術(shù)推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造及開發(fā)數(shù)字化、自動化、智能化、網(wǎng)絡化的機電產(chǎn)品。機械電子工程是當今世界機械工業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展的主要趨勢，在當前激烈的國際政治、軍事及經(jīng)濟競爭中具有舉足輕重的作用，受到各工業(yè)國家的極大重視，因而也是我國機械工業(yè)發(fā)展的必由之路。
東莞處于珠江三角洲經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，被政府定位要建設成為“國際制造業(yè)名城”，且與港、澳和國際交往密切，新產(chǎn)品、新設備、新技術(shù)引進快、更新快，東莞理工學院是東莞地方性本科院校，具有得天獨厚的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。機械電f工程是該院機械設計制造及其自動化專業(yè)的主要專業(yè)方向之一，研究機械電子工程的辦學特色具有亟大意義。
1.機械電子工程辦學模式及特點
國外的高等工科教育，十分重視微電子技術(shù)與機械工程的結(jié)合，在高等院校中正式建立機械電子專業(yè)的大致有兩種類型，一種以機械制造過程機電一體化為方向，如日本的豐橋技術(shù)科技入學生產(chǎn)系統(tǒng)工程系和英國勃萊德福的制造系統(tǒng)工程系；另一種以產(chǎn)品機電一體化為方向，如日本的靜崗大學光電機械學科。日本名古屋大學電子機械工程系的學者認為：過去是機械工程和電子工程分別作為兩個獨立的領(lǐng)域，今后，社會和發(fā)展形勢迫切需要能夠掌握機械工程和電子工程兩個領(lǐng)域的人才。這個系設有電子機械基礎理論、電子機械應用設計、超精密加工、電子機械測量、集成機械工程等5個教研室。日本東京大學機械工程系設計與制造系統(tǒng)專業(yè)（相當于我們現(xiàn)在的機械設計與制造專業(yè)）的課程設計考慮了培養(yǎng)機電一體化人才的需要。他們認為在機電一體化產(chǎn)品中有關(guān)傳感技術(shù)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、傳遞與處理技術(shù)，接口技術(shù)和計算機的操作與控制技術(shù)，以及應用軟件等知識，已成為現(xiàn)代機械工程師必須具備的基本知識。因此他們在專業(yè)教學中增設了以下一些課程：機械工程學、機構(gòu)與信息、信息化生產(chǎn)系統(tǒng)、CAD/CAM、自動化、先進制造技術(shù)、信號與圖象處理、系統(tǒng)管理、機電一體化、系統(tǒng)動力學、機械動力學、工業(yè)綜述、工業(yè)系統(tǒng)以及應用軟件技術(shù)等。
我國高校機械電子工程專業(yè)的設置始于20世紀80年代。最初機電工程專業(yè)是依據(jù)各校歸口行業(yè)應急的需要，對原有相關(guān)專業(yè)進行調(diào)整而設置的，教學計劃的制定明顯帶有“機靠電”或“電靠機”的傾向。而課程設置，尤其是體現(xiàn)機電一體化新技術(shù)的專業(yè)課程設置遠跟不上技術(shù)發(fā)展的速度。盡管如此，由于微電子技術(shù)、計算機技術(shù)的率先滲透，這一時期系統(tǒng)性教育結(jié)合進修性教育培養(yǎng)出的機電一體化人才，在生產(chǎn)實踐中，對改造企業(yè)的老產(chǎn)品、舊設備和生產(chǎn)線，提高自動化水平和經(jīng)濟效益起到了一定的推動作用。進入20世紀90年代以后，機電一體化人才的培養(yǎng)為了適應經(jīng)濟體制逐步轉(zhuǎn)軌以及學科迅猛發(fā)展所帶來的變化，許多高校對機械電子工程的專業(yè)結(jié)構(gòu)、課程設置、教學內(nèi)容均進行了大幅度的調(diào)整。
上海交通大學精密儀器專業(yè)立足于原有專業(yè)的改造，徹底更新原有的課程設置體系。該專業(yè)教改從優(yōu)化專業(yè)課程設置入手，以“精密機械設計”“傳感器”“微機及接口技術(shù)”等核心課程為結(jié)合點，鏈接反映學科新興技術(shù)應用的相關(guān)課程。如在精密機械設計分支中，增設了“精密機械CAD、儀器CAD”等課程；在傳感器分支中，增設了與提高產(chǎn)品質(zhì)量休戚相關(guān)的“儀器可靠性設計”和為加強電路系統(tǒng)設計能力的“精密儀器電路”等課程。與此同時，考慮到近年來光機電一體化系統(tǒng)的研究已經(jīng)步入產(chǎn)品化階段，出于光、機、電、智能伺服系統(tǒng)綜合設計能力培養(yǎng)的需要，又增設了“儀器光學基礎”“自動控制系統(tǒng)”等課程。優(yōu)化后的課程體系，總體分布趨于合理，較充分地體現(xiàn)了先進性、及時性、實用性的特點，形成了機、電、計算機技術(shù)“三足鼎立”之勢。
哈爾濱工業(yè)大學機械電子工程專業(yè)的教學改革自始至終是與學校211工程發(fā)展規(guī)劃以及教改立項研究結(jié)合在一起的。為了挖掘內(nèi)部潛力、調(diào)動積極因素、發(fā)揮綜合優(yōu)勢，哈工大將校內(nèi)原“精密機械及儀器制造工程”專業(yè)、“機電控制及自動化”專業(yè)以及機器人研究所、現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)中心合并，重新組合成立了機械電子工程專業(yè)。這種集科研、教學、工程實踐于一體的教學體系，不僅在師資力量、教學設施上為專業(yè)教改奠定了基礎，而且合一化機制自身所具有的自動反饋功能，更為及時調(diào)整教學環(huán)節(jié)、更新教學內(nèi)容提供了保證。重新制定的教學計劃中，專業(yè)課程的設置具有學時少、針對性強的特點，經(jīng)適當搭配后，與統(tǒng)設專業(yè)基礎課組織，不僅形成了“機電控制和自動化”、“機電一體化產(chǎn)品設計和制造”兩個專業(yè)方向（這與當前機電工程專業(yè)機械產(chǎn)品機電一體化和機械制造過程機電一體化分別設置的發(fā)展新趨勢相吻合），同時，突出了知識傳授與工程實際需要的緊密結(jié)合。
綜上所述，機械電子工程辦學模式的共同特點是：
�。�1）基于機械電子學從理論到實踐的不斷延伸和擴展，基于機械電子工程綜合性人才培養(yǎng)的需要，遵循“寬口徑、廣適應”的原則，專業(yè)方向以機械產(chǎn)品機電一體化和機械制造過程機電一體化兩個大方向來劃分。
�。�2）站在市場經(jīng)濟對專業(yè)知識結(jié)構(gòu)的總體高度上來權(quán)衡課程設置、教學內(nèi)容與教學時數(shù)，摒棄以往單純強調(diào)課程自身完整性的作法。對專業(yè)基礎課，要削枝強干、精心搭配；對專業(yè)課，要反應現(xiàn)代科技水平，突出新、簡明、實用。
�。�3）加強實踐性教學環(huán)節(jié)，探索適應經(jīng)濟新機制的管理方法。提倡三結(jié)合，gfl:理論與實踐相結(jié)合，教學實踐與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，實踐環(huán)節(jié)要體現(xiàn)機與電的結(jié)合。
2.機械電子工程課程設置
借鑒國內(nèi)外髙校設置機械電子工程取得的經(jīng)驗和成果，結(jié)合我院自身特點及地理優(yōu)勢，總結(jié)我院第一屆機械電子工程辦學經(jīng)驗，在“保證基礎、突出主干、注重能力、增強適應性”培養(yǎng)原則的基礎上，修改機械電子工程教學計劃。建議課程設置如下：
（1）保留通識教育課程。
（2）修改學科基礎課程設置。保留機械制圖、理論力學、材料力學、機械原理、機械設計、機電傳動與控制、測試傳感技術(shù)、液壓與氣動，將互換性與技術(shù)測量、工程材料及成型技術(shù)與機械制造工程原理整合為一門課，壓縮學時：加強電工與電子技術(shù)課程，具體將電子技術(shù)改為模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)，并增加電工部分的電路分析；加強微機原理與接口技術(shù)課程，增設計算機輔助設計與制造課程。
（3）修改專業(yè)課程設置。保留控制工程基礎、機電一體化系統(tǒng)設計；將數(shù)控技術(shù)與制造系統(tǒng)的計算機控制整合為一，改設為計算機控制技術(shù)并增加學時，增設數(shù)控機床與編程，增設機器人技術(shù)。
（4）合理設置選修課。對任選課可按照“寬而淺”的原則設置課程，組織教學內(nèi)容，一般每門任選課以20~30學時為宜；對于跨專業(yè)的任選課可采用講座方式，一般每門課程的講座時間10?15學時為宜，以拓寬知識面、增加信息量、擴大視野、促進能力與素質(zhì)的培養(yǎng)提高為目的。
3.機械電子工程實踐教學環(huán)節(jié)
為了在大學的有限時間內(nèi)，有效地培養(yǎng)學生的綜合能力和創(chuàng)新能力，提高學生的素質(zhì)，除了課堂教學部分的課程設置、教學內(nèi)容以及教學方法應圍繞上述培養(yǎng)目標進行改革外，還應重視實驗教學及工程實踐教學在人才培養(yǎng)中的重要性。這是因為在實驗教學及工程實踐教學的過程中，學生將所學的知識用于解決工程實際問題，從而產(chǎn)生從感性認識到理性認識的6躍；通過實驗及實踐教學，學生提高了學習興趣，貼近了工程實際，進一步明確了學習目的。尤為重要的是還為提高學生的綜合能力和素質(zhì)，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神提供了一個合適的環(huán)境。基于上述原因，我們對機械電子工程實踐教育體系的建設進行了探討研究。
3.1 機械電子工程實踐教學體系
以本科培養(yǎng)方案和教學大綱為依據(jù)、以評估要求為標準，建議我院機械電子工程實踐分為3個階段，貫穿于大學四年教學全過程，且每個階段都有一定的目的與要求，各階段的基本內(nèi)容下：第一階段為實踐認知階段，本階段教學主要沿工程設計的實際過程展開，使學生通過參觀、調(diào)研、資料查詢檢索、采購與經(jīng)濟核算、動手拆裝、模型制作、計算機繪圖大作業(yè)的實踐，得到一個真實的較完整的工程經(jīng)歷，強化學生的工程意識，加深對機電結(jié)構(gòu)的感性認知，并結(jié)合有關(guān)的機電工程導論課使學生對機械電子工程有一個比較全面的了解。
第二階段是基礎實踐階段，使學生通過金工實習、電工電子實習，機械原理與機械設計、機電傳動與控制、測試傳感技術(shù)、液壓與氣動、微機原理等課程的實驗、課程設計和大作業(yè)等環(huán)節(jié)，了解制造與控制的基本工程知識與設計過程，訓練學生逐步樹立工程觀念，提高解決工程實際問題的能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。
第三階段是綜合實踐階段，把工程設計與機電課程結(jié)合起來，進行機械設計與機電控制相結(jié)合的綜合設計。在這一階段學生結(jié)合專業(yè)方向課程的學習，首先通過機電系統(tǒng)綜合實驗的yii練，然后通過專業(yè)課程設計、生產(chǎn)實習、畢業(yè)設計，使學生綜合解決工程實際問題的初步能力得到系統(tǒng)的培養(yǎng)與鍛煉。
在實踐時間安排上，除了在學期末安排一段集中時間實施外，基礎實驗采用單獨設課的形式；專業(yè)綜合實驗采用比較靈活的方式，只給學生布置一定的實驗任務與最終要求，而完成實驗任務的過程則由學生自己確定；在實驗進度安排上，只要求學生在規(guī)定的某…段時間內(nèi)（如一個學期內(nèi)）完成，實驗室在規(guī)定的時間內(nèi)對學生完全開放，學生完成實驗有較大的靈活性，從而為學生的個性發(fā)展與創(chuàng)造性的發(fā)揮創(chuàng)建一個適宜的環(huán)境。
3.2 機械電子工程綜合實驗課程設置
針對機械電子工程的特點，建設機電系統(tǒng)綜合性實驗平臺。設計符合新形勢下的科學合理的實驗教學體系方案，充分突出綜合性實驗的主體作用，提高共享性、開放程度和效率。
機電系統(tǒng)綜合實驗是機械電子工程的綜合性實驗課程，其主要目的是培養(yǎng)學生綜合運用已學的力學、機械原理和機械設汁、控制工程、測試技術(shù)、微機原理、計算機控制技術(shù)等課程知識來提高解決實際工程問題的能力。該課程通過學生親自、獨立完成一系列較有針對性的小設計小制作，使學生在獨立工作能力、實驗實踐以及專業(yè)技術(shù)知識與技能的綜合應用等方面得到比較實在的鍛煉和培養(yǎng)。具體題目是從教學、科研、生產(chǎn)實際課題中提煉而出，每種題目由一至兩名教師負責輔導，各班學生分為4?5種不同類型、不同內(nèi)容的題目。如機械電子的具體綜合實驗題目可以設為：①單片機實驗系統(tǒng)一應用硬件及軟件的設計與研制；②爬樓輪椅的設計和實驗模型的設計、制作；③單片機控制電梯教學模型；④帶閉環(huán)控制功能的單相交流伺服電動機調(diào)速系統(tǒng)；⑤單相調(diào)速電動機控制的機械手；⑥單片機直流電動機控制系統(tǒng)。
在專業(yè)綜合實驗的內(nèi)容和時間安排上，采用比較靈活的方式，只給學生布置一定的實驗任務與最終要求，而完成實驗任務與過程則由學生自己確定；在時間安排上，只要求學生在規(guī)定的某一段時間內(nèi)（如一個學期內(nèi)）完成，實驗室在規(guī)定的時間內(nèi)對學生完全開放，學生完成實驗有較大的靈活性，為學生的個性發(fā)展與創(chuàng)造性的發(fā)揮創(chuàng)建一個適宜的環(huán)境。同時又可以較好地解決了實驗室的設備在集中實驗時不夠用，空時又閑置著的矛盾，較好地發(fā)揮實驗設備的效能。
3.3 機械電子工程畢業(yè)設計
進入21世紀后，我國社會主義現(xiàn)代化建設進入了更高層次、更快速度的發(fā)展時期，需要大量不僅有較深的專業(yè)知識，而且知識面更寬、素質(zhì)全面的高等工程技術(shù)人才。機械電子工程要求學生具有較強的工程素質(zhì)和工程技術(shù)綜合應用能力，畢業(yè)后能勝任機械電子工程方面的設計、制造、研究開發(fā)、維護與使用、生產(chǎn)及經(jīng)營管理等方面的工作。學生畢業(yè)后能否適應多項技術(shù)工作的需要，是否具有一定的開拓和創(chuàng)新能力，在很大程度上取決畢業(yè)設計的效果。為此，畢業(yè)設計要著眼于市場，選擇科學研究與新產(chǎn)品開發(fā)相結(jié)合的“實戰(zhàn)”題目，將新技術(shù)運用融入技能培養(yǎng)之中，同時讓同學們接觸市場經(jīng)濟知識，使他們在實戰(zhàn)演練中不僅增長技術(shù)才干，而且感受到市場競爭的嚴峻。
建議從三年級下學期開始實行導師制，學生可以選擇畢業(yè)設計的方向和指導教師，結(jié)合導師的科研項目，提前進入畢業(yè)設計，為保證畢業(yè)設計質(zhì)量打下基礎。堅持選擇科研項目和有生產(chǎn)應用背景的題目，真題真做，使學生受到嚴格的工程實踐和科研訓練。已經(jīng)簽定就業(yè)協(xié)議的，畢業(yè)設計的題目可以征求用人單位的意見，將畢業(yè)設計題目與企業(yè)生產(chǎn)中的實際問題和教師科研成果聯(lián)系起來。少數(shù)學生的畢業(yè)設計可以在用人單位做，由學校和企業(yè)的工程技術(shù)人員聯(lián)合指導。學生不僅可以綜合應用所學知識，而且可以親生經(jīng)歷企業(yè)實際的工程訓練過程，對現(xiàn)實社會有直接的了解，為今后上崗工作奠定基礎。
總之，實踐性教學體系的改革是專業(yè)總體改革的重要組成部分，始終遵循“來源于實際，還原于實際”的指導思想。
4.結(jié)語
機械電子工程培養(yǎng)的是復合型應用人才，是從事機電一體化產(chǎn)品設計、制造、運行、試驗、開發(fā)研究的高級技術(shù)人才。要求他們既具有扎實的機械、電子、信息等方面的理論基礎，又具有較強的動手能力、工程設計和綜合調(diào)試能力，從而能綜合運用系統(tǒng)理論、機械技術(shù)、電子和計算機技術(shù)及其現(xiàn)代技術(shù)，實現(xiàn)硬件技術(shù)和軟件技術(shù)的巧妙結(jié)合，形成優(yōu)化設計方案，研制出高功能、高質(zhì)量、高可靠性、低成本的機電產(chǎn)品和系統(tǒng)。要實現(xiàn)上述培養(yǎng)目標，必須從各方面采取措施：
�。�1）課程設置做適當調(diào)整，學生在學習機械類知識的同時，必須加強電類知識、計算機應用和機電接口技術(shù)、自動化技術(shù)的學習。
�。�2）加強實踐環(huán)節(jié)，建設機電系統(tǒng)綜合實驗平臺。
�。�3）畢業(yè)設計要著眼于市場，選擇科研項目和有生產(chǎn)應用背景的題目，使學生受到嚴格的工程實踐和科研訓練。
�。�4）校領(lǐng)導和有關(guān)職能部門要給予政策、財力等方面的有力支持。
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