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機電專業(yè)課程實踐教學論文推薦
1目前機電專業(yè)實踐教學存在的問題
1.1教學方法不能激發(fā)學生的積極性
傳統(tǒng)的實踐教學方法是在完成既定理論知識學習后，再輔以少量的驗證性實驗，并多以演示為主，學生直接參與的實踐活動很少，這種教學方法已經不能適應現階段高等教育的要求。有的學校圍繞專業(yè)培養(yǎng)目標，以科技競賽為引導構建學生科技創(chuàng)新活動體系，通過學生的科技創(chuàng)新活進一步強化課堂教學內容，將理論教學與實踐教學融為一體，這種教學方法雖然為學生提供了動手操作的機會，但是仍然不能很好地激發(fā)大多數學生的學習興趣。很多學生為了獲得好成績，通過網絡購買或代工方式購入半成品，進行簡單的修改和調試，而沒有真正地去參與設計與制作，更無法消化吸收所學內容，創(chuàng)新學習能力得不到很好鍛煉。
1.2教學內容與學生個人興趣脫節(jié)
機械電子專業(yè)是機械與電子專業(yè)的交叉學科，需要學生在學習機械和電子課程的同時，能夠將兩種類型的知識融會貫通。對于機械類專業(yè)的學生，面對比較深奧的電子與電氣知識，很難有自覺深入學習的興趣和動力。在教學中，即使采用了多媒體教學、實物演示與動手操作等教學模式，大多數學生也只是被動機械地完成學習任務，仍然不能有效地提高學生的技能和創(chuàng)新能力。大學生思維十分活躍，只要教學內容符合他們的需求，引起他們的興趣，就能激發(fā)他們學習的動力和創(chuàng)造力。但是，目前很多高等院校機電類課程的教學內容偏多偏難，從單片機的組成結構、可編程邏輯控制器再到電機傳動控制，在教學過程中都想面面俱到把所有知識點教給學生，學生無法在有限的學時內主動地消化大量的知識，很容易失去學習興趣。
2Arduino開源硬件的特點
Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺，包含硬件(各種型號的Arduino板)和軟件(Arduino開發(fā)環(huán)境)，適合人群非常廣泛。Arduino硬件開源表現為用戶可以根據需要下載電路圖，自己購買所需獨立部件，制作相應的電路�？梢岳肁rduino作為控制板，用開關、傳感器或其他控制器等作為其輸入，也可使用數碼管、電機、液晶顯示等作為其輸出裝置，從而形成完整的系統(tǒng)。以往的實踐教學多以51單片機為對象，功能單一，擴展性差，開展實驗有限。Arduino與傳統(tǒng)單片機相比有如下幾個方面的優(yōu)勢[3,4]：(1)學習Arduino單片機可以完全不需要了解其內部硬件結構和寄存器設置，僅僅知道它的端口作用即可；可以不懂硬件知識，只要會簡單的C語言，就可用Arduino單片機編寫程序。(2)Arduino軟件語言僅僅需掌握少數幾個指令，而且指令的可讀性較強，稍微懂一點C語言即可，輕松上手，快速應用。(3)Arduino的理念就是開源，軟硬件完全開放，技術上不做任何保留。針對周邊I/O設備的Arduino編程，很多常用的I/O設備都已經帶有庫文件或者樣例程序，在此基礎上進行簡單的修改，即可編寫出比較復雜的程序，完成功能多樣化的作品。(4)Arduino由于開源，也就意味著從Arduino相關網站、博客，論壇里得到大量的共享資源，在共享資訊的輔助下，通過資源整合，能夠加快創(chuàng)作作品的速度及效率。(5)相對其他開發(fā)板，Arduino及周邊產品相對質廉價優(yōu)，學習或創(chuàng)作成本低，重要一點是：燒錄代碼不需要燒錄器，直接用USB線就可以完成下載。Arduino實驗開發(fā)平臺易學易用，降低了微電子學習的門檻，沒有程序開發(fā)和電路設計經驗的學生也可以很快掌握，這非常適用于目前機械類專業(yè)學生的教學與學習。
3Arduino在機電專業(yè)實踐教學改革中的應用模式
通過以上對Arduino的特色優(yōu)勢分析，在機電專業(yè)的實踐教學中引入Arduino開源平臺輔助教學具備較強的可行性，可以彌補實踐教學中創(chuàng)新力度不夠的問題。以下分別探討教學內容制定、機電一體化實驗室建立、科技創(chuàng)新活動體系和實踐評價體系。
3.1為學生量身打造教學內容
3.1.1演示環(huán)節(jié)
在專業(yè)課程的教學中，引入Arduino使得課程更貼近實際應用。如在機電傳動控制與智能機器人的課堂教學中，可設置模擬值、PWM調光、舵機、步進電機和伺服電機控制實驗演示科目，在演示過程中將依次向學生講解系統(tǒng)結構設計、電路實現、控制程序的編制方法，以及接口服務器的原理，增強面對面授課的生動性、趣味性。
3.1.2動手操作環(huán)節(jié)
通過教師對實踐平臺的講解和實驗演示，在實踐環(huán)節(jié)中將自己所掌握的機械與電路知識實踐化。Arduino平臺安裝簡單可以反復使用，像積木可以隨意組合任意搭配，學生可以根據自己的想法任意設置電路，編寫簡單的程序控制整個電路運行過程。學生通過動手操作對機械和電路方面知識得到最大限度的運用，同時動手能力和創(chuàng)新能力得到了提升。實踐過程中，將每個班級分成若干項目小組，每組三到五人，選取一人為組長。預先設定難易程度不同的題目，供小組自由選擇，充分發(fā)揮學生的創(chuàng)造力。如機電傳動控制課程，可預先設定單軸、XY兩軸、XYZ三軸工作臺、3D打印機和六自由度機械臂等多個題目，各組可根據自身能力與興趣選擇，每個步驟都制定詳細的教學目標、教學方法要求和能力培養(yǎng)要求。
3.2建立基于Arduino開發(fā)平臺的機電一體化實驗室
教學活動中以“技術—應用—實踐”為主線，在強化課堂教學的同時，面向本科生建立由“課堂教學—學科交叉—動手實踐—工程應用—創(chuàng)新研究”的機電一體化實驗室，從組裝、調試到應用整個過程全部由學生親自完成，提升學生對于機械電子的全方位學習能力。實驗室由若干實驗臺構成，每個實驗臺要配備Arduino實驗開發(fā)板、面包板、面包板連接線和所需的電子元器件，并配有電源接線端子。學生可以在面包板上直接連接線路，不需要進行焊接，所以電子元器件和連接線都可以循環(huán)利用，配備常用的電子測量工具和示波器。
3.3構建以科技競賽為引導的學生科技創(chuàng)新活動體系
圍繞專業(yè)培養(yǎng)目標，合理定位，以科技競賽為引導構建學生科技創(chuàng)新活動體系，通過學生的科技創(chuàng)新活動得到進一步的強化和綜合應用。圍繞Arduino開發(fā)平臺設置多個競賽門類，如機械臂、3D打印機、傳感器應用和智能家居等。為了處理好科技創(chuàng)新活動的普及與競賽選手的選拔關系，在科技創(chuàng)新活動體系的建設中，首先確立了競賽體系的層次性構建，把科技競賽分為學院級和國家級兩個層次。學院級競賽主要是為了在學生中普及科技創(chuàng)新活動，使更多的學生參與其中；同時也為選拔優(yōu)秀選手參加國家級競賽提供后備人才。國家級競賽主要是為了進一步培養(yǎng)優(yōu)秀學生，培養(yǎng)創(chuàng)新型的拔尖人才；也是為了提高專業(yè)和學校的知名度，進一步增強學生的榮譽感和成就感。
3.4建立機電專業(yè)課程實踐教學綜合評價體系
目前許多高校對實踐教學環(huán)節(jié)、實踐教學基地建設、工程訓練中心建設等已經日益重視，然而，對實踐教學環(huán)節(jié)質量的考核、評價以及對實踐性教學改革創(chuàng)新和基礎建設還缺乏具有指導作用的評價體系[5]。機電專業(yè)涉及機械與電子兩個門類的科目，評價實踐教學效果很難采用統(tǒng)一的評價標準。因此，構建一套適應高等學校發(fā)展和實踐性教學自身特點的實踐教學質量綜合評價體系，不僅有利于促進學生學習的積極性與主動性，有利于教師把握教學重點和難點，還有利于推動實踐教學改革。為評價機械課程、電子課程交叉教學與競賽實踐活動相結合教學法的有效性，將實踐教學質量的監(jiān)控與評估重心前移，參考Arduino機電一體化實驗室開設的實踐題目，從實踐教學培養(yǎng)計劃制定入手，以實踐教學內容確定課堂教學重點，跟蹤教學過程的各個具體環(huán)節(jié)進行質量控制。課程實踐教學綜合評價體系以各科目實驗教學和課程設計等實踐教學環(huán)節(jié)為評價對象，采用學生自我評價、授課教師評價和教務科評價相結合的評價運行機制。第一步學生自我評價。從各班級中隨機抽調若干名學生，對本科目實踐教學情況進行在線匿名問卷測評，問卷測評結果作為授課教師評價和教務科評價的基礎。第二步授課教師評價。授課教師在學期末對課堂教學效果、互動效果以及學生實踐作品進行點評和總結，并將實踐結果作為期末考試成績的一部分。同時分析學生知識與技能掌握的程度，并對機電一體化實驗題目內容進行調整，提交總結報告。第三步院教務科評價。院教務科每學期末組織對本院所有專業(yè)實踐教學環(huán)節(jié)的教學準備情況、實施情況和教學效果等分別進行評價，找出薄弱環(huán)節(jié)，分析影響實踐教學質量的問題癥結，提出相應整改措施，同時形成評價總結報告和評價結果，并報學校管理部門。第四步匯總整改。院實踐教學質量評價組匯總學生自我評價、授課教師評價和教務科評價結論和意見，制定整改計劃，調整Arduino實驗內容，完善管理制度和保證措施，逐步解決影響課程實踐教學質量的關鍵問題。
4結束語
分析了目前機電專業(yè)課程實踐教學存在問題，根據Arduino開源硬件的主要特點，提出了Arduino在機電專業(yè)實踐教學改革中的應用模式。由于Arduino的易用性與豐富的可擴展性，將其融入機電專業(yè)教學實踐，有助于提高學生實踐能力，激發(fā)學生的學習興趣，使學生在理論知識學習、實踐能力鍛煉、創(chuàng)新精神培養(yǎng)等方面得到了全面提高。
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