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机电系统课程设计实践教学方法研究

机电系统课程设计是机械专业课程体系中必不可少的实践环节，其内

容是针对执行机构、运动控制、传感检测和数据处理这四个主要机电一體

化要素的综合练习。针对综合性机电设备较贵，台套数较少造成设计题目

数量单一，每年设计题目反复重复的问题，提出了一个课堂实践教学和科

技创新训练有机结合的方案，丰富了课程设计的题目，减少了题目的重复

性，调动了学生主动学习的积极性，大大提高了机械专业教学质量和学生

科研实践能力。

机电系统课程设计实践教学科技创新能力培养《机电系统综合设计》

是本科机械专业继《机械设计课程设计》之后设置的，培养机电一体化技

术复合型技术人才的另一个必修的、非常重要的综合实践环节。其内容主

要是锻炼学生对所学自动控制、机电传动、传感检测和计算机控制的综合

应用。

一、《机电系统综合设计》课程设计存在的问题

《机电系统综合设计》课程设计即机电一体化课程设计，可以锻炼学

生的动手能力，让学生亲身体验设计和实现机械设备全自动化功能的过程。

这类课程设计很少采用仿真方式完成，设计对象多为实际的机电设备。这

种设备集成度较高，价格昂贵，体积比较庞大，所以可供学生实践的台套

数少，设备更新周期较长，这样给课程设计带来以下不利的因素：

（1）由于设备种类不多，造成课程设计的题目比较单一，而且由于

设备相同，很难使得每个小组题目的侧重点不同。多个小组题目相同的结

果，造成部分学生不做设计，只等其他小组调试成功后将程序复制过来，

再根据自己设备的参数稍加修改，就可完成老师布置的任务。这种情况使

得此实践环节对于某些学生来说学习效果很差。

（2）由于设备更新周期长，也使得每年的课程设计题目都会重复使

用。这样也给部分学生带来向已经留校读研的学生直接索取设计结果的机

会，不能独立完成，使课程设计流于形式。

（3）由于课程设计题目大部分都是指定性题目，学生基本上只要按

照课程设计指导书按部就班的设计就能完成，学生自己发挥的空间少，缺

少激励学生自主创新的评价机制，导致此实践环节不能成为对学生创新培

养的重要平台。

为此，本文提出了从教学模式与选题原则，以及方案实施两个方面对

机电一体化课程设计的教学改革方案。

二、机电一体化课程设计教学模式的改革

1.改变设计任务布置的方法让学生有自主发挥空间

为改变这种状况，首先在给学生布置任务时只列出某个项目应该完成

的基本功能，让学生在完成基本功能的基础上自主添加3～4个功能，并

根据自主添加功能的复杂程度给予评价。

2.机电一体化课程设计选题原则

（1）重视学生对软件工具的学习和掌握。对于机电一体化设计来说，

常用的工具软件主要有用于机械结构设计和仿真的软件，如Solidwork、

ABAQUS、ANSYS、和ADAMS等，以及用于机电控制技术开发的工具软件，

如Proteu、Keil、PLC开发平台、HMI开发平台、VC++和虚拟仪器开发平

台等。设计题目的选择要求学生至少能够用到1～2种这类的软件工具，

才能完成设计任务。

这些课程设计题目，都是2人一组的小组可以独立完成的设计任务。

这类任务的设备由于设备更新周期长，所以容易存在每年重复使用的情况。

而且多个小组的题目相同，容易出现抄袭现象。为避免这种情况就需要减

少题目相同的组数，但是这又带来学生人数多于题目数量的问题，为解决

这个问题，丰富题目的数量，可将学生参加科技创新的作品引入课程设计。

Robcon机器人大赛和全国机械创新设计大赛的设计题目，其要求学

生提交的作品有很多可以设计成机电一体化装置。而且这种设计是从产品

的设计方案做起，历经结构设计、加工制造、组装调试直至所有功能实现

的机电一体化产品制造的全过程。这个过程使得教学更贴近实际，更好地

发挥了学生的自主创新能力。以下是这几年学生申报的机电一体化课程设

计的题目：①自动搬运机器人；②越障排爆机器人设计；③自动检测清障

机器人设计；④爬杆机器人的设计与实现；⑤小型3自由度机械手臂的设

计。以上作品学生都能在规定的时间里完成，图1（a）（b）分别是学生

提交的部分样机作品。

（3）课程设计题目的工作量和难度应该以大多数学生能达到的能力

范围为准，设计内容应属于先修机电控制系列课程的知识范围，不要超纲，

既强调实践性又要兼顾知识性。

三、机电一体化课程设计改革的实施

1.抽签选题分组。由于课程设计所用