融合地方特色的《机电一体化技术》课程体系构建_张振国.pdf

新疆农机化2023 年第 1 期doi:10.13620/ki.issn1007-7782.2023.01.012中图分类号：G642文献标识码：A0引言随着“新工科”、工程教育改革以及新疆“十四五”期间重点发展林果、农副产品加工、馕、葡萄酒等产业规划的提出1-2，自治区将大力实施特色农作物生产机械化工程，全面推进优势特色农作物生产机械化。因此培养符合区域发展需求、高素质的机电一体化应用型人才成为新疆高校人才培养的重要任务。2021年新疆农业大学机电学院获批“新疆智能农业装备重点实验室”，机制专业获批“国家一流本科专业建设”、农机专业获批“自治区一流本科专业”。而 机电一体化技术 是机制、农机专业的主要课程，因此开展融合新疆区域特色的 机电一体化技术课程体系构建与实践具有重要的现实意义。机电一体化技术 主要涉及精密机械技术、传感器技术、伺服驱动技术、自动控制技术、计算机技术等技术的集合，理论体系繁杂，涉及理论知识体系大。虽然大量的研究将课程核心知识体系打通，与实践内容融合，但与但仍存在与新疆经济发展的重点行业脱节的现象。因此，亟需解决目前 机电一体化技术 课程体系中缺少新疆区域特色自动化、智能化技术与装备的问题。本文以新疆农业大学机电类专业为例，结合新疆区域经济发展特色，提出了更新具备新疆区域特色的 机电一体化技术 课程体系与实践研究，在教学同质化日趋严重的当下，为区域提升课程质量、打造课程特色3，文章编号：1007-7782（2023）01-0041-05融合地方特色的机电一体化技术课程体系构建张振国，杨双平，仇世龙，黄 薇，张玉华，郭俊先（新疆农业大学机电工程学院，新疆 乌鲁木齐 830052）摘 要：为解决新疆农业大学机械类专业的主要课程 机电一体化技术 与区域经济发展联系紧密性不足的问题，强化学生解决新疆本地实际问题的能力，本文从教学案例内容、试验实践训练与创新能力培养等方面分析目前 机电一体化技术 课程体系中存在的不足，并以“更新特色案例，结合虚实试验，加强创新实践，推动产教融合”为手段，探讨适合新疆高校机械、农机专业的 机电一体化技术 课程体系。本文实现了将新疆区域特色作物自动化、智能化技术与 机电一体化技术 课程体系相融合的目标，为新疆高校工科类专业主要课程体系更好地服务当地经济发展提供了一种新思路。关键词：新疆；区域特色；机电一体化技术；课程体系；构建Course system establishment of mechatronicstechnology with intergrats local charactoristicsZhangZhenguo,YangShuangping,QiuShilong,HuangWei,ZhangYuhua,GuoJunxian(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi,830052Xinjiang,China)Abstract:In order to solve the problem of insufficient connection between main course of mechanical majors and regional ec-nomic development and strengthen the ability of students to solve pratical regional problens,the disadventages which exist inpresent course system of Mechatronics Technology are analyzed from the aspects of teaching case content,experiment andpracice training,innovation ability cultication and so on,taking updating feature cases,combination of virtual and reality ex-periment,strengthening the innovation practice and promoting the combination of production and teaching as counter-measures,the course system of Mechatronics Technology which is suitable for mechanical and agricultural mechinery major ofcolleges and universities in Xinjiang are explored and discussed in this paper.The goal of intergration of automatic and intelligenttechnology of regional plants in Xinjiang and course system of Mechatronics Technology has been realized,the conclusion ofthis paper can provide a new idea for engineering majors of colleges and universities in Xinjiang to better serve the developmentofregional economy.Key words:Xinjiang;Localcharactoristics;Mechatronicstechnology;Coursesystem;Establishment修回日期：2022-11-04基金项目：新疆农业大学教研项目；教育部第二批新工科研究与实践项目 教育培训 41新疆农机化2023 年第 1 期以期为培养机械设计制造及其自动化、农业机械化及其自动化等高素质应用型人才起到一定的积极作用。1课程改革背景与目标确定机电一体化技术 是在多门专业课的基础上开展的以完整系统为对象的一门综合设计课程，在推动新疆农业机械化与现代化进一步发展的进程中，机电一体化技术的应用必不可少，切实关系到国计民生4。1.1课程的任务、作用和性质机电一体化技术 内容主要包括机电一体化的基本概念、关键技术与原理等基础知识以及机电一体化单元技术、机电一体化系统分析与综合设计等。通过课程体系改革与实践教学，推进学生掌握机电一体化的基础理论与关键技术，熟悉机电一体化单元技术的接口和运用，了解典型机电一体化系统的结构、性能和特点，尤其是对新疆重点发展林果、农副产品加工、馕、葡萄酒等产业涉及的自动化、智能化技术与装备的设计原理和综合集成技术进一步加深学习，能够把各项技术有机地结合起来进行简单的机电一体化系统的分析和设计，构建出具有新疆区域特色的课程体系并进行实践。1.2教学情况与需求分析（1）学生对区域特色机电一体化教学案例了解较少。虽然全国相关专业教研团队不断更新完善机电一体化技术课程体系，但云计算、5G、大数据、物联网、人工智能与物联网等新技术也在农业领域快速发展。由于机电一体化技术涉及内容众多以及课程体系中新疆区域特色装备相关内容更新不及时，使学生对区域特色机电一体化教学案例了解较少。应结合重点以及目前的实验室软硬件设备整理并凝练出传感检测技术、伺服驱动技术、自动控制技术以及适宜新疆区域发展特色的机电一体化系统综合设计及典型系统设计等应用案例。（2）课程相关实践能力有待提高。由于机电一体化技术需要学习数学、力学、机械、电气、计算机和控制等多学科课程，因此课程理论体系庞大、内容覆盖面广、涉及知识点繁杂。对于缺少实际应用的学生来说，想要理解并掌握众多专业术语和基本理论内涵非常困难，而传统实物实践由于耗时长、成本高、容错率低等原因，在教学中开展较少，导致学生缺少实践操作与应用的锻炼。虽然学生在机械方面和电气方面均有一定积累，但是两者相对独立，学生仅能知道机械结构和电气基本的元器件，对两者之间的相互关联性了解不足，以学生目前的知识体系难以将二者融合起来。（3）学生创新积极性稍有欠缺。由于 机电一体化技术 课程知识点繁多，在原有课程体系中，教研团队多注重于知识要点的教学，对学生实践的锻炼较少，更缺乏引导学生基于课程体系进行创新训练，导致学生在课程知识应用上的创新性稍有欠缺，而创新训练能够更好地引导学生发散思维，融汇课程要点并加以组合利用。1.3课程改革目标基于现有的 机电一体化技术 课程体系在教学实践中暴露出的不适合、不匹配新时代下机械装备智能化发展与新疆农机现代化发展要求的问题，本文以融合新疆区域特色作物自动化、智能化技术与 机电一体化技术 课程体系，培养学生在新的时代背景下的自主学习、技能应用、实践创新能力为目标，以期为新疆高校工科类专业主要课程体系更好地服务当地经济发展提供一种新思路。2课程改革的具体实施根据 机电一体化技术 课程教学中存在的问题与改革目标，结合新疆农业大学国家级一流专业“机械设计制造及自动化”及自治区一流专业“农业机械化及其自动化”，确定了课程改革的具体措施。如图1，通过更新新疆区域特色装备案例库，拓宽学生知识面广度与深度，建立虚实结合的实验实践教学体系以提高学生实践与创新能力，通过引导学生实际参与科研项目、创新项目以及校企合作，推动学生技能实践与创新成果转化。图1机电一体化技术课程改革流程2.1新疆区域特色装备案例库的更新教研团队通过查阅文献资料、实地调研及与农机制融合新疆区域特色的机电一体化技术课程体系更新与构建机电一体 化 技术课程体系更新需要虚实结合实验实践教学体系的建立传感器应用模拟试验步进电机编程控制试验数字化智能微工厂集成系统参与装备设计生产与维修设计加工竞赛作品学生前往特色装备企业参观教学中反应的问题新的时代课程要求更新教学反馈方式教学团队自我提升优化教学方式UG 软件运动仿真PLC 模拟仿真试验采棉打包机干果晾晒干燥机烤馕机借助校企合作推动创新实践引导学生参与科研项目与创新项目新疆区域特色装备案例库的更新新课程体系更新与构建要求课程改革的配套建设与实施保障学生参与教师科研项目参与学科竞赛与创新项目 教育培训 42新疆农机化2023 年第 1 期造企业合作等方式以 机电一体化技术 课程核心内容为主线收集了新疆特色农业生产装备案例并进行整理，同时，为了紧跟行业发展趋势与新疆人才需求，保证学生所学知识的有效性，课程教学团队定时召开相关会议，探讨教学内容，将应用于农业机械领域的新技术、新装备、新方法及时整理并融合到教学内容中，使学生及时了解行业前沿动态。在原有精密机械技术、传感检测技术、伺服驱动技术、自动控制技术、计算机技术等 机电一体化技术 的课程案例的基础上对新疆区域特色机电一体化教学案例进行整理分析。如分析馕饼烤制机工作中温度检测的传感器选用与布置，干果晾晒干燥机应用中晾晒水果含水率检测与晾晒机构自动翻转的控制过程，采棉打包机的自动堆码和智能筛选等。通过分析区域特色案例，进一步使课程体系与新疆区域特色融合，加深学生对机电一体化技术设计和应用的理解，激发创新思维与兴趣。2.2虚实结合实验实践教学体系的建立由于机电一体化系统设计课程所涉及的知识涵盖面很广，其综合性和实践性很强5，实验设备种类对机电一体化技术课程知识点的覆盖面仍有不足，实验内容与方向拓展性不足，很难满足培养学生动手能力的训练与创新能力的需求。而虚拟仿真实验室作为集合了最新技术，紧贴新课程标准和要求的教学软件，能够有效促进教学效果的提升，使高效率的教学得以实现6。虚实结合实验实践教学体系的运用重点和精髓在于理论和实践的结合，针对传统教学中过于偏重理论而不注重时间的弊端7积极开展了基于计算机软件的仿真实验。教研团队基于基础与前沿、经典与现代