机械电子工程专业实验教学改革探讨
摘要：机械电子工程是一门综合性学科，集机械设计制造技术与电子技术为一体，其学科具有知识点丰富、涵盖内容广与适用范围宽等特点。近年来，随着电子信息与自动控制技术的快速发展，机电系统正逐步向智能化与自动化方向转化。目前在各行业中没有渗透电子与自动控制技术的纯机械领域越来越少，因此，社会急需全面掌握机、电和控制的复合型人才。
关键词：机械、电子工程、自动控制
湖南农业大学机械电子工程专业是根据当前国内外机电产品生产及发展趋势而设置的，以培养具有实践能力和创新精神，能应用机械、液压传动、电子、控制和传感技术，从事国民经济各部门所必须的机电设备及其自动化的设计制造、应用研究与科技开发等工作的复合型高级专门人才为目标。因此，要求所培养的学生既要有扎实的基础理论知识，又必须有较强的动手能力和创新思维。实验室是培养学生理论联系实际、建立创新意识、提高工程实验能力的重要实践基地，在教学计划中占有相当大的比重，但湖南农业大学机械电子工程专业是在多年探索机械设计制造及其自动化专业改造并取得经验的基础上创办的，其实验课程的设置与实践能力的培养均侧重于机械部分，因此有必要开展湖南农业大学机械电子工程专业的实验教学改革研究。
一、机械电子工程专业实验教学现状分析
湖南农业大学机械电子工程专业于2010年开始招生，专业课程设置参考了国内多所高校的经验，在现有师资力量与教学硬件条件下，力争做到最好，但就实验教学环节而言存在以下问题。
1.专业内容广而不精
由于机械电子工程专业涵盖机械与电子，因此在课程设置时力争兼顾到机械与电子两方面的内容，包括“理论力学”、“材料力学”、“机械制造基础”、“机械制图及计算机绘图”、“机械设计基础”、“电路分析”、“模拟电子技术基础”、“数字电子技术基础”、“控制工程基础”、“液压及气动”、“传感器与检测技术”、“电机及电力拖动基础”、“单片机原理及接口技术”、“工厂电气控制技术”、“可编程控制技术”、“信号与系统”、“机电一体化系统”、“数控技术及其应用”等近20门专业课，学生普遍反映课程科目太多，对应课程所开设实验学时偏少，难以深入学习，故每门课掌握得都不够精通。
2.电类实验设备不足
湖南农业大学机械电子工程是在多年的机械设计制造及其自动化专业基础上创办的，相比而言，机械类实验设备较完善，而电类实验的开设，虽可以在湖南农业大学部省共建电气技术实验室进行，但当时所建的电气技术实验室主要为满足机械设计制造及其自动化专业及其他工科专业的电类基础实验开设，因此如“电路分析”、“模拟电子技术”、“数字电子技术”等基础课程的实验，均能满足要求，而专业课程如“信号与系统”、“机电一体化系统”等却缺少对应的实验设备。
3.综合设计性实验设置不够
在实验教学方法上，由于课时少而时间紧等问题的存在，尽管实验室的多数仪器均能满足设计性与综合性实验要求，但目前各门课程所开设的实验多以验证性或演示性实验为主，以保证学生能在课堂上按时完成实验内容。如“电路分析”、“模拟电子技术”、“传感器与检测技术”等课程均采用模块化实验仪器，学生实验时只需简单的连接电源线与信号线进行观察或数据记录即可，严重局限了学生的思维，部分课程的实验甚至达不到教学大纲要求。因此，在教学过程中，难以调动学生的积极性与学习兴趣，发挥其主观能动性与创造性，教学效果有所欠缺，对应用型与创新型人才培养目标的体现不够深入。
二、深化实验教学改革，培养学生实践能力与创新思维
1.修改培养方案，面向市场培养应用型人才
机械电子工程专业的培养目标是要求本专业的学生不仅具有扎实的理论知识，还必须通过实验真正掌握所学理论知识，从而具备较强的动手实践能力，因此，重视实验和实践教学是培养方案修改所必须思考的问题。机械电子工程专业涵盖机械与电子，要在宽口径的同时有所精通，培养方案修改时便不能盲目的减少理论课程或平均分配实验学时，而是应该按照市场人才培养需求进行。
(1)合并相关性较强的课程实验，单独设立实验课。机械电子工程专业的课程内容较多，应用性强，如“电路分析”、“模拟电子技术基础”、“数字电子技术基础”等课程均开设有一定学时的实验课，从10学时到14学时不等，以帮助学生理论联系实际，更好地掌握理论知识，提升动手能力。分别开设实验课能方便各任课教师自主实施课程教学，但容易出现各课程实验内容过于基础，综合性不够的问题。由于这三门课程都是电类专业基础课，联系紧密，相关性强，因此可以考虑将三门课程的实验合并为一门“电工电子技术实验”，学时设为34学时，课程开设时可以从电类基础实验开始，后期完成应用性、设计性较强的两个综合性实验，使学生能更好地掌握相关内容，增强动手实践能力。
(2)按教学计划要求和培养目标对某些课程的理论与实验课时进行增减调整。如“单片机原理及接口技术”课程，10个学时的实验课远远不能满足学生的学习要求，可适当考虑减少部分理论学时，增加实验学时至16学时或更多，使学生通过实验对单片机的基础理论有较深的理解，能初步设计基本的单片机控制软硬件;同时增设单片机课程设计，用 1～2周的时间进行自主设计，使学生利用所学理论知识解决实际问题的能力得到加强，从而深入培养学生的应用动手能力。
2.多方位改进实验条件
由于电类教学设备老化、部分专业课程实验设备不足等问题的存在，导致学生在实验课上动手操作机会减少，甚至某些课程未曾开设对应的实验。针对此类情况，机械电子工程专业应考虑从以下几方面改善实验条件：
(1)加大资金投入，建立“机电一体化技术”、“信号与系统”等课程对应的专业实验室。
(2)将部分设计性实验与教师科研结合，如教师研究的信号放大电路、滤波电路等可以用于“模拟电子技术基础”实验教学，而涉及到的信号检测部分或控制单元则可以用于“传感器与检测技术”、“单片机原理及接口技术”课程的设计性实验教学，以科研促教学，提高学生的动手能力与参与科学研究的能力。
(3)建立开放式的创新实验室，一方面实验室的开放不局限于课堂教学，由此提供给学生更多的动手操作机会，提升学生学习的主观能动性与自主学习能力;另一方面依托开放式的创新实验室，组织学生更多的参加各类创新活动，如机械创新大赛、电子设计竞赛及机器人大赛等，通过学生的自主开发设计，培养学生的实践能力与创新思维。
3.优化实验教学内容
针对目前各课程实验多以验证性或演示性实验为主，缺乏综合设计性实验的问题，除了改进实验条件外，还可以从各任课教师优化实验教学内容方面着手。如“单片机原理及接口技术”课程，实践性强，内容综合难度大，为便于组织，多是在实验箱上进行相关验证性实验，此类教学方式难以提高学生的学习主动性与积极性，教学效果不佳。因此，教师可从教学方式和教学手段方面进行优化，采用“任务驱动”教学法，[4]精心设计实验教学内容，使学生不仅对单片机硬件电路设计具备直观认识，也可自主尝试设计基于汇编语言或C语言的单片机软件，以提升学生自主学习的积极性，更好地掌握该门课程的内容。再如“传感器与检测技术”课程，是一门应用性极强的课程，不仅包括传感器获取信号部分，[5，6]还包括信号的变换、处理、显示等电路分析，目前所采用的实验仪器为“传感器系统实验仪”，集成了应变片、电容传感器、电感传感器、压电传感器、热电偶、霍尔传感器、光电传感器等十多种传感器及对应的处理电路，具备集成度高、应用简便等特点，能方便学生在课时范围内完成实验，其缺点是模块化的设计限制了学生的创造性思维，只能验证性完成各传感器的标定，学生兴趣不够。因此，教师可对实验教学内容进行设计，由易到难进行实验教学，基础实验在实验仪上完成后，结合电子技术、传感器技术、单片机技术的内容，引导学生自主开发，进行红外发射接收或光敏电阻应用等设计性实验，使其对传感器及应用方面的内容有更深的理解，培养其创新思维与开发设计能力，更好地将课本知识用于实践。
三、结语
湖南农业大学机械电子工程专业开设时间不长，不管是专业培养方案还是教学方式、教学手段都需要通过长期不断的探索研究并完善，笔者结合专业实际情况与学生反馈信息，对专业的实验现状进行了分析，并根据多年从教经验探讨了实验教学改革方法与思路，其中“传感器与检测技术”、“单片机原理与接口技术”等课程的实验教学内容优化研究，已应用于课堂教学。结果表明，学生学习兴趣得到提高，实践动手能力明显增强。2013年湖南农业大学组队参加了“第十二届亚太大学生机器人大赛国内选拔赛”，成功进入前八强，荣获一等奖，相较于往届有了重大突破，长达一年的研制过程中，浓厚的兴趣、坚实的基础与较强的动手能力缺一不可，体现了一系列的教学改革探索已初具成效。但是教学改革是一个长期的、不断循环往复的动态过程，在以后的教学过程中，还需要不断的探索，为更好地培养具有实践能力和创新思维的复合型人才而努力。
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