機械電子專業課程的網絡教學與實驗論文

機械電子專業課程強調在項目研究實踐中去掌握基礎知識和設計方法，突出基礎知識的綜合運用、實踐動手能力等的培養。傳統課堂教學方式侷限大，無法滿足課程需要。本文提出採用遠程教學與遠程實驗相結合的方式，提高機械電子專業課程的授課效果，設計了遠程教學框架以及三類遠程實驗系統。

1網絡教學與實驗的必要性

在機械工程學科，機械結構、信號測量與自動控制技術密切關聯，使現代機械設備成為機電一體化系統，機電一體化也成為我國機械行業發展的趨勢。為適應這種發展趨勢，機械工程專業課程，尤其是機械電子方向專業課程必須包括機電一體化設計、機電控制、測試技術、狀態監測與診斷等內容。這類課程往往強調在學習中結合實踐去掌握基礎知識和設計方法，突出基礎知識的綜合運用、實踐動手能力、研究與協作能力的培養。

目前，機械電子相關專業課程以傳統課堂教學方式為主，其特點是立足課堂，以課本為中心，以教師講授為主，形成單向的知識傳遞或灌輸方式，學生的主觀能動性未得到重視。機械電子專業相關課程的實驗教學是課堂教學的重要補充，通過分組實驗使得學生運用所學知識去解決實際的問題，激發學習興趣，有利於加深學生對知識的理解，提高學生動手能力和團隊協作能力，鍛鍊學生綜合素質。一般實驗教學時可供每個學生使用的設備資源有限，實驗教學所需要的實驗設備、實驗器材和實驗場地往往不能滿足要求，限制了機械電子專業實驗教學的有效開展。實驗保障條件也在一定程度上影響了實驗教學的開展和學生實踐創新能力的培養。

網絡教學是基於互聯網技術、計算機技術的新型學習方式，區別於單純的課堂教學，教師與學生可以在網絡空間裏以虛擬的方式進行有效的交流，並利用先進的多媒體技術豐富學習手段，同時提高學習效果。與課堂教學以教師為主不同，網絡教學是以學生為主體，學生髮揮自己的主觀能動性，在網絡上根據自己的時間和條件，自由地選擇學習時間、學習內容，同時可以控制自己的學習進度。目前的網絡教育主要着重於教學內容的呈現與講解，用仿真的方式模擬實驗儀器和電子類實驗內容，不適用於複雜機電系統的實驗教學，缺乏研究性學習的環節，尤其是涉及互動式的網絡實驗教學。

本文主要探討網絡教學與網絡實驗在機械電子專業相關課程的開展方式。

2網絡教學與實驗的作用

網絡教學應該將傳統課堂教學的要素，如課程內容、教學大綱、教學目標等，通過網絡技術、計算機技術、多媒體技術進行展現，並在此基礎上進行提升，使學生在快速掌握課程關鍵知識點的同時，通過網絡實驗靈活運用所學的知識點解決實際動手問題，鍛鍊學生自主學習和主動思維的能力。網絡教學和網絡實驗應能夠利用網絡資源的共享性，不受地域和時間影響的特點，為學生提供便利的學習條件和實驗條件。網絡教學與實驗所應起到的作用主要有：

(1)課堂教學的有益補充。課堂時間有限，學生對於相關知識點有可能沒有完全掌握，可以通過網絡教學中提供的多媒體課件、實驗錄像、補充材料等，反覆學習，不受時間和地點的限制。

(2)實驗教學的有益補充。對於實驗比重較大的課程，可以通過將實驗放在網絡上，以網絡實驗的方式進行，擴大實驗的地域範圍和時間範圍，如控制工程基礎課可通過網絡交互的方式進行實驗，可以提高實驗設備的利用率，尤其是一些數量少、價值高的實驗設備，同樣不受時間和地點的限制，開闊學生的視野，鍛鍊學生的思維。

(3)教師與學生之間有益的即時交流。課堂教學之後，學生有問題可通過網絡及時與教師溝通，提高學習效率。特別是機電一體化設計、控制工程基礎、測試技術、狀態監測與診斷等課程、內容多，相對學時少，知識點抽象，往往需要學生課後複習來理解和消化。在這個過程中存在的疑問可以通過網絡教學系統提出，教師看到問題後及時給予答覆。這種交流可以是文字形式，也可以是語音形式。也可以通過現在使用範圍極廣的即時通訊系統，如微信等，實現課程信息的發佈，加強教師與學生的高效交流。

3網絡教學與實驗系統框架

網絡教學與網絡實驗均採用WEB技術實現。網絡教學系統主要包括課程簡介、課程大綱、教學日曆、課程導學、作業庫、留言板等功能部分;網絡實驗系統主要包括實驗簡介、實驗大綱、實驗操作説明、實驗圖像、實驗結果分析與顯示、實驗報告等。

4網絡教學系統開發

網絡教學系統總體部分包括：課程簡介、課程大綱、教學日曆、練習題數據庫、交流板塊等，具體如下：

(1)課程簡介、教學大綱和教學日曆。課程簡介包括課程特點、先修課程、教學目標、應用前景、授課對象、教材與參考資料等;教學大綱包括教學目的、教學任務、教學內容、課時分配、考試方式等;教學日曆包括每學期的課時和教學內容、作業等。

(2)練習題數據庫。編制針對教材各章節內容的全部練習題，教師可以從中選擇題目作為作業，學生也可自選練習題作為補充作業，並檢查作業和修正作業，提高學習效果。

(3)交流板塊。提供教師與學生的交流平台，並與微信等即時通訊平台連接，提高師生的交流效率，同時提供有關課程的最新信息。

網絡實驗系統主要包括實驗簡介、實驗大綱、實驗操作説明、實驗圖像、實驗結果分析與顯示、實驗報告、安全守則等，具體如下：

(1)實驗簡介和實驗大綱。實驗簡介包括課程各個實驗的特點、實驗的目的和意義、實驗過程的.概述等;實驗大綱包括課程各個實驗的學時分配、要求等。

(2)實驗操作説明。主要包括實驗具體的步驟、操作流程和注意事項等，學生需要按照操作説明完成實驗。

(3)實驗圖像。主要包括實驗現場的照片和視頻，採用流媒體技術，使學生更加直觀地在網絡上了解實驗過程，並對實驗過程進行監控。

(4)實驗結果分析與顯示。採用圖表技術，在網絡實驗平台直接實現對實驗結果的實時顯示，引導學生對實驗結果進行分析，並顯示分析結果。

(5)實驗報告。採用網上提交方式，完成學生實驗報告的收取。

(6)安全守則和緊急報警。部分實驗可能具有一定的危險性或破壞性，網絡實驗系統中應詳細描述實驗的注意事項和要避免的錯誤操作等;同時應具備緊急停機和報警功能，能夠在緊急情況下對實驗停機，採取相應的保護措施。

5網絡實驗系統開發

機械電子專業方向課程中機電一體化設計、控制工程基礎、測試技術、狀態監測與診斷等的實驗主要集中於機電系統的自動化，因此網絡實驗系統開發主要以機電系統的測量與控制為主體，主要包括機械參量測量與分析、控制算法或控制器設計、機電一體化系統虛擬設計等。

(1)機械參量測量與分析。針對典型的機電系統測量並分析其中主要的運行參量，可以採用真實的系統作為實驗對象，操作指令與傳感信號通過網絡進行傳輸，並在WEB頁面進行顯示。以狀態監測與診斷課程為例，常用的多功能轉子實驗台是一個綜合性實驗台架，安裝振動、轉速、噪聲、位移、轉矩、扭矩和力等機械參量測量的傳感器，進行綜合性的工程測試。採用等技術，建立遠程訪問頁面，頁面具有對實驗台進行起停的控制按鈕，具有設置實驗台運行特性的功能，同時能夠同步顯示各傳感器的輸出，並進行簡單的分析，比如頻譜分析、軸心軌跡等。

(2)控制算法或控制器設計。針對典型的機電系統控制可採用真實的系統或者虛擬的系統作為實驗對象，控制器可在本地，也可在遠程。通過網絡進行控制指令和傳感系統的傳輸，並在WEB頁面進行顯示。以控制工程基礎為例，常用的倒立擺實驗台，可對課程涉及的多種控制器設計方法進行驗證實驗。同樣採用等技術，建立實驗系統遠程訪問與控制頁面，頁面具有對實驗台進行起停的控制按鈕，能夠選擇實驗台的運行方式、控制器類型，能夠設置控制器參數，並能夠實時顯示反饋量、控制量、系統輸入和輸出等關鍵信息。

(3)機電一體化系統虛擬設計。針對典型的機電系統設計，完全採用虛擬技術，機械部分動力學與運動學模型可在WEB頁面提供，由學生完成傳感器、控制器的選型或設計。系統模型可以採用MATLAB等實現，或採用已有的MATLAB模型，設計對象可以採用較為熱門的機電系統，比如風力發電機、混合動力汽車、機器人平台等。綜合採用技術、MATLAB等，將運行於服務器的各種模型通過WEB頁面顯示出來，同時WEB頁面能夠設置模型運行參數和運行方式，並具備仿真結果的傳輸和顯示功能。

以上三種遠程實驗系統均需具有安全保障措施和使用規範。如在實驗室內應有人值守，應配備實時監控攝像頭，圖像信息可以遠程訪問;對於控制遠程實驗，應具備錯誤診斷能力，避免有問題的控制算法造成實驗台的損壞。

6結束語

隨着計算機及網絡技術的發展和應用，實現基於Internet的網絡教學將成為教育改革的一個方向。本文詳細介紹了機械電子專業課程網絡教學與實驗系統，具有網絡性、交互性和及時性等特點，可實現答疑、討論等教學環節，也可實現高效的網絡實驗教學，可以有效地提高網絡教學的優勢和教學資源的利用率。