蔡蕓

摘 要：為了借鑒國外機電一體化教育研究成果，做好機電一體化教學改革工作，對比分析了我國以及美國、俄羅斯、韓國、土耳其等國的機電一體化教育研究文獻，從培養(yǎng)目標、課程內容、教學方法、教學資源的角度，總結了國內外教育的特點，得出了在教育對象擴展、課程內容設置、專業(yè)外語教學、網絡教學資源開發(fā)和共享、教師培養(yǎng)等方面，國內教研還存在不足的結論，并提出了針對性改革的工作內容。對培養(yǎng)適應我國經濟發(fā)展特點的機電一體化的高層次人才有一定的參考意義。

關鍵詞：機械電子工程；機電一體化；教學改革；教育

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）20-0020-03

Abstract： In order to draw lessons from research results of foreign mechatronics education and do well in mechatronics teaching reform， this paper analyzes the mechatronics education research literature in China and the United States， Russia， Korea， Turkey and so on. With a view to training objectives， curriculum content， teaching methods and teaching resources， the characteristics of domestic and foreign education are summarized， and the result shows that there are some defects in domestic teaching research， such as the expansion of educational objects， the selection of curriculum content， the teaching of professional foreign language， the development and sharing of network teaching resources， teacher training and so on. The contents of the corresponding reform are put forward. It has certain reference significance of training high-level talents who adapt to the characteristics of China's economic development.

Keywords： mechatronics engineering； mechatronics； teaching reform； education

機電一體化是集機械制造技術、電工電子技術、微電子技術、傳感器與檢測技術、信號變換與接口技術、信息通訊等多門技術發(fā)展與融合的成果。目前，國內機電一體化教研文獻多是涉及專業(yè)課程體系、教學模式、實踐教學改革的，鮮有文獻對國內外機電一體化教學進行對比分析，找出我國機電一體化相關教學研究的不足之處。為此，作者查閱了國內外機電一體化教育的相關文獻，從培養(yǎng)目標、課程內容、教學方法、教學資源、考核方式等幾方面，進行了對比分析。

一、培養(yǎng)目標及對象

機電一體化教育培養(yǎng)出的學生必須掌握機電專業(yè)的基本理論知識，具有一定的分析能力以及解決問題的動手能力，能綜合運用機電一體化知識解決工程實際問題。我國機電一體化教育主要分為高等職業(yè)教育、本科教育、研究生教育三個層次，各層次教育的培養(yǎng)目標側重點不同，高等職業(yè)教育旨在培養(yǎng)具備某一特定職業(yè)或職業(yè)群所需綜合職業(yè)能力的，為生產和管理第一線服務的應用型、技術型人才[1]。隨著我國科技發(fā)展和人才市場需求的學科復合型人才培養(yǎng)等多元化發(fā)展[2][3]。研究生教育除了強調研究生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，更強調教學與科研的結合，以及對學科發(fā)展動態(tài)和前沿的了解[4]。

國外人才培養(yǎng)目標與我國類似，但教育對象更廣泛，不僅僅局限于工科學生，還包括高中生、預科學生，甚至是接觸傳感器和執(zhí)行元件相關實踐的新人和婦女等社會群體[14-22]。

二、課程內容

（一）理論教學內容

機電一體化課程作為多學科交叉的產物，其內容會與機械設計、傳感器檢測技術、機電系統(tǒng)控制基礎等課程內容交叉，我國大多院校都按照構成機電一體化系統(tǒng)或產品的機械、電氣、控制等幾大模塊順序講解，或者按照“系統(tǒng)設計介紹-系統(tǒng)組成模塊-典型系統(tǒng)舉例與評價”進行講解[6]。為了適應科技和企業(yè)發(fā)展需求，增強理論的實用性，激發(fā)學生學習興趣，部分院校進行了如下改革：

1. 削減與先修課程相重復的教學內容，增加新型元器件內容[1][2]；

2. 教師負責課內介紹相關前沿技術及發(fā)展，學生被要求在課外閱讀專業(yè)期刊，以增長其學習興趣和學術眼界[5]；

3. 彌補學生在知識體系中的漏洞和弱點，如系統(tǒng)建模和可靠性[7]。

機電一體化課程內容的設置和地方經濟的發(fā)展有一定的聯(lián)系，美國理論教學的內容主要包括：機電一體化系統(tǒng)概念、機械系統(tǒng)建模、執(zhí)行元件、機械裝置、微機控制、信號處理、數據采集、傳感器、控制原理[14-21]。歐美國家更側重微處理器及控制的教學，此外，在土耳其、約旦、臺灣、韓國，更重視與自動化相關的內容[18-21]。

（二）實踐教學環(huán)節(jié)

為了使學生初步掌握科學研究的基本過程和基本方法，培養(yǎng)學生獨立分析、解決問題的能力和創(chuàng)新能力。加大實驗室建設經費投入力度，增加綜合性、創(chuàng)新性實驗[8]，進行開放式實驗教學，鼓勵學生參加科研項目，成為國內各校課程改革的首選手段。此外，我國部分院校還注意因材施教，在課程設計和畢業(yè)設計中，改進選題方式和題目內容，分類培養(yǎng)機電一體化應用型和創(chuàng)新型人才[9]。

國外院校在實踐教學中常采用項目教學法，例如某校利用智能小車項目，培養(yǎng)學生建設團隊、使用虛擬儀器、仿真建模工具和算法控制的實時編程技術。但是，項目教學法掌握的知識較零散，為此，該校通過模塊化系統(tǒng)教學進行了彌補，教學內容包括機電一體化系統(tǒng)的建模與仿真模塊（含電液系統(tǒng)、機電系統(tǒng)、電熱力系統(tǒng)）、機電一體化系統(tǒng)的傳感器和執(zhí)行元件模塊（含基本原理、數據采集、通訊、LabVIEW軟件應用）[14]。

（三）專業(yè)外語教學

我國高校雖然開設了專業(yè)英語課程，但內容并不針對機電一體化單一課程。隨著專業(yè)技術和經貿交流的發(fā)展，英語閱讀已成為獲取新信息的必要手段。在國內機電一體化教研改革中，無人重視機電一體化專業(yè)英語教學。但是，該問題已經引起俄羅斯教育工作者的重視，他們采取了專業(yè)外語選修課教學，或最后兩年培訓必修專業(yè)英語的方法[15]。

三、教學方法及教學模式

機電一體化課程是學科交叉的產物，涉及到各學科的理論知識，故而知識點很多，理論性很強。在有限課堂時間內，將如此大量信息交由教師口述講解，會顯得教學內容比較抽象和枯燥。為了提高教學效果和學生的學習興趣，增強學生的感性認識，令其理解掌握知識，培養(yǎng)其科學思維、工程意識、創(chuàng)新意識，我國在機電一體化教學中，引入了國外先進教學設備（如多媒體[5]、虛擬實驗室[10]）和教學方法（如開放式教學方法[7]和項目教學法[11][12]）。

我國課程教學模式通常采用“理論學習+驗證性實驗+課程設計”的模式，比較重視理論聯(lián)系實際的教育，結合日常生活、生產實習、科研成果教學，促進學生快速掌握知識，培養(yǎng)學生的工程觀念[5]。

國外課程教學多采用“理論模塊+項目實踐”的方法[16]，也有學校采用“理論學習+實驗+項目實踐”的方法[17]。國外項目教學常選擇智能小車和機器人項目[14-21]，國內的題目還會來自校企聯(lián)合項目、科研項目、技能大賽項目[11-12]。 可見，國外教學更加重視學生的動手能力的培養(yǎng)，讓學生通過項目掌握相關理論知識。

四、教學資源

（一）教學軟件及設備

國內外機電一體化技術專業(yè)教學中，常用的教學軟件有MATLAB、LabVIEW、 PROTEUS等。常用的教學設備有：創(chuàng)意機器人、柔性制造系統(tǒng)[21]、氣動自動化控制系統(tǒng)、數控加工機床或測量儀、虛擬實驗室[3-10]。還有學校為進行集成設計和仿真項目教學，研發(fā)了機電一體化系統(tǒng)[19]。此外，我國院校還常利用企業(yè)資源，通過生產實習、校企聯(lián)合項目，培養(yǎng)應用型人才[5]。

（二）信息化教學平臺

機電一體化教學資源還包括課程網站、多媒體課件[4]和校內實驗教學網絡系統(tǒng)和共享平臺[13]等數字化資源。隨著網絡技術和機電一體化系統(tǒng)軟硬件的發(fā)展（如可編程邏輯控制器、可人機交互的傳感器和執(zhí)行元件），國外一些學者開發(fā)了面向機電一體化教學的遠程可控實驗室[23]以及適應職業(yè)教育培訓的云學習平臺[20]（云設施可為教師和學員，構建一個由多個遠程實驗室組成的虛擬學習環(huán)境）。

（三）師資培養(yǎng)

機電一體化系統(tǒng)教學內容與方式的變革提高了對教師的要求，教師在參與科研項目同時，還要學習使用相關實驗設備和軟件，隨時準備回答學生遇到的各種問題，指導學生完成設計型實驗或參加創(chuàng)新大賽。這對國內外的教師來說，都是一個對自我的挑戰(zhàn)。目前，這類“雙師型”教師仍然很缺乏。

五、結束語

通過以上對國內外機電一體化教學的對比分析可知，雖然我國的相關教育取得了部分令人可喜的進步，但是在教育對象擴展、課程內容設置、專業(yè)英語教學、網絡教學資源開發(fā)和共享、教師培養(yǎng)等方面，相比國外某些國家還存在著差距，故而教研改革還需做好以下工作：

1. 擴大培養(yǎng)對象。向土耳其和美國學習，通過高校的網絡教育或培訓中心，向社會傳播機電一體化知識，提高國民素質，利用社會力量，促進我國機電一體化產品的自主創(chuàng)新發(fā)展；

2. 改革教學內容。隨著網絡及其安全技術的發(fā)展，機電一體化產品開發(fā)已經從面向機電一體化產品組成要素設計轉向面向產品的編程，例如智能家居產品，包含了大量的信息技術和計算機技術。這就要求在教學中，均衡配置課本中舊的系統(tǒng)設計知識和新的信息技術知識，合理選擇交叉學科的新知識，減少由于知識爆炸而給學生帶來的學習負擔；

3. 為了便于學生工作后學習外國先進技術，還要逐步開展雙語教學，引入世界著名大學英文教材，對學生進行英語教學；

4. 增強教學資源。我國高校網絡教育資源通常僅限于校內共享或遠程收費教育，校外網無法免費下載或訪問，不利于全民機電一體化知識的普及。高校需要循序漸進地開放教學資源，開發(fā)云教學平臺，共享網絡教學資源，進行聯(lián)合教學；

5. 應加大“雙師型”教師培養(yǎng)資金的投入，采用教師培訓或校企聯(lián)合的方式，提升教師“雙師”能力，使教學中師資水平能更上一個臺階。