項目教學法在機電控制系統設計教學中的應用

陸榮鑑

摘要 項目教學法是以實際的科研課題作為主線，來激發、強化學習者的積極性和創造性的一種教學方法，適用于研究生專業課程的教學。以項目為主線，把機電控制系統設計課程教學內容有機地融入各個項目當中，當項目完成后，學生具有很強的成就感，從而激發學生的學習興趣和熱情。

關鍵詞 項目教學法 創新能力 實踐能力

機電控制系統設計作為機電專業研究生的一門重要專業課程，該課程涉及機械學、電子學、控制理論、微機應用、軟件編程等多方而知識，其內容豐富、信息含量大、理論性強等特點，內容比較枯燥，教學中很難引人入勝，現有的“板書式”教學已經無法適應教學的需要，因此要獲得好的教學效果就必須對教學方法進行改革。筆者在機電控制系統設計教學中嘗試采用了項目教學法，充分利用我們現有的科研條件，把專業的理論知識融入項目實踐之中，使理論課程授課與項目實踐結合在一起，提高了研究生的學習興趣，教學效果顯著。

1 開展項目教學的意義

1.1 培養學生創新思維，提高學生動手能力

項目教學就是以科研課題實例為主線，讓學生圍繞對工程實踐的解決來學習知識、發展智力、培養創新精神和實踐能力的一種先進的教學組織形式。項目教學法在軟件培訓中廣泛使用。因此，培養研究生的創新能力，就需要引導學生在課程學習過程中不斷地發現和解決實際問題。

1.2 項目教學是解決實際工程問題的基礎

研究生的專業課需要很多本科所學的基礎課程，通過項目教學，使學生不斷發現問題，為解決這些工程問題，促使學生去學習新的知識和技術，提高分析、解決實際問題的能力。科研調動學生的學習興趣，激發了學生的學習熱情，能使學生始終保持主動的求知欲望。

1.3 提高教學質量

項目教學是基于實際課題進行的。每課題都能講授、示范、技能訓練同步進行，突出了現場示范，增強了直，觀性，使學生能夠用理論指導實踐、在實踐中消化理論。學生的知識和技能就在這樣的過程中生成，學習能力得到有效的開發，教學收到事半功倍的效果。

2 目前機電控制系統設計課程教學存在的問題

機電專業是一個寬口徑的，機械與電子共同支撐該專業。研究生在本科階段有學機械的，也有學控制的，水平參差不齊，而機電控制系統設計課程同時需要機械和電子方面的知識。這樣嚴重地影響了教學任務的順利完成和教學目標的順利實現。目前機電控制系統設計課程教學存在的主要問題如下。

（1）教學內容因知識點繁多，沒有得到有效的梳理。機電控制系統設計課程涉及內容繁多，包括控制電機、氣壓和液壓系統、檢測裝置、 自動控制理論、微機控制系統、PLC控制等內容，這些具體課程內容相互之間聯系又相對較少，所以現有的課程體系沒有從總體角度說明為什么課程內容要這樣安排，勢必就會大大降低學生的學習興趣和積極性。因此，在課程內容體系上進行梳理性教學改革，是非常有必要的。

（2）課程教學理論較多，工程應用很少。課程的設置仍保留傳統的“重理論，輕工程應用”的培養模式。如所設置的“控制工程基礎”和“測試技術”兩門課程均屬于理論性較強的課程，不利于機械專業學生將學到的機電控制理論知識與現場的工程實際相結合，也就不能夠很好地鍛煉學生的動手能力，那么，培養應用型人才的目標也就無法很好地實現。因此，進行教學改革研究，也是非常有必要的。

（3）課程缺乏系統性和前瞻性。許多工程上已得到廣泛應用的機電控制新技術在已設置的課程中沒有體現，如現場總線技術、智能控制技術、ARM技術等。這樣，我們培養出來的學生也就很難適應高新技術和現代化的要求，也就無法培養出大量的符合社會主義現代化建設要求的應用型人才。

存在上述問題的課程體系，使得學生難以將所學的機電控制知識靈活運用到機械設計與制造中去解決機械行業越來越多的先進制造設備或系統的控制技術問題，難以勝任機電產品或系統的設計工作，可見，在機電控制系統設計課程教學中引項目教學已勢在必行。

3 機電控制系統設計課程項目教學實踐

3.1 項目教學內容

機電控制系統設計課程的主要內容包括：機電系統控制電路設計、檢測系統設計、微機控制系統設計、機械系統的選擇與設計、PLC應用系統設計、伺服控制技術等。根據課程要求設計以下3個項目，每個項目下設若干子項目。這3個項目涵蓋了課程的大部分內容。

項目一：變頻真空泵恒壓控制系統設計。

該系統是由一臺三相交流電機帶動真空負壓泵抽真空，三相交流電機由變頻器驅動。負壓傳感器測量負壓，使壓力穩定在4Kpa到6Kpa的某一設定值上。系統的組成如圖1所示。單片機完成壓力設定及實際值的顯示、壓力調整等功能。當壓力小于設定值時，通過RS485總線驅動變頻器，使變頻增加，電機轉速加快，提高壓力，使其接近于設定值。項目所涉及的知識點有：單片機應用、RS485總線、匯編語言編程、傳感器、放大器、變頻器應用、控制算法等。

項目二：某污水處理控制系統設計。

該系統有A、B、C三個水池。每個水池都有電動進水閥、出水閥、曝氣風機、排泥泵等，還有水位傳感器、濃度傳感器反饋元件。用西門子S-200PLC來控制系統按一定的工藝路徑運行。采用PLC加觸摸屏控制，有手動和自動控制方式。系統框圖如圖2。項目涉及的知識點有：PLC應用、梯形圖編程、傳感器樣本、電機及閥門控制等。

項目三：基于ARM的交流伺服電機位置控制系統設計

項目內容及要求：該系統由ARM9263作為控制器，驅動兩臺伺服電機，伺服電機通過連軸器帶動滾珠絲杠作X-Y向直線運動。伺服電機由編碼器作為位置反饋，系統結構如圖3。

通過觸摸屏可以控制X、Y向的獨立加減速運動，通過直線插補算法讓系統在第一象限直線運動。所有軟件是在WinCE操作系統下，由EVC編程環境下完成的。項目所涉及的知識點有：VC系統編程、伺服電機及驅動器的使用、位置反饋編碼器、直線插補算法、滾珠絲杠的使用、ARM系統的使用等。

每個項目都有較詳細的設計任務書給學生，介紹項目所需的知識點，再將每個知識點做簡單說明。對于一些較難的部分就直接給出圖紙。最后推薦一些相關的參考書，要求在規定的時間內將相關章節學完。所有項目都要完成設計文件和設計圖紙，并提交電子文檔。

3.2 教學方法與手段

機電控制系統設計課程共有40學時，只留10學時講課，其余30學時全部采用實訓教學，課本知識要求學生自主完成通過學習，學生應該掌握機電控制系統設計的基本方法和理論。研究生在本科階段所學知識水平參差不齊，還需要求同學根據自身情況，補學模電、數電、單片機、微機原理、VC編程等課程，為項目教學打下基礎。

以上的三個項目全是筆者的實際科研項目，并且已經完成交給企業了，有做好的實物。提供開放實驗室和創新實驗室，帶學生到企業觀看實際的系統，讓學生有更多的動手動腦機會，可以對課堂上的內容進行加深與鞏固，還可以促進項目的完成，使學生可以有更多的時間進行實踐訓練，進一步提高學生的實踐能力和創新能力。

以項目為基礎，激發研究生潛在的學習動力，圍繞完成任務中出現的問題、難題進行理論知識的學習，引導學生綜合運用所學的知識和技能，進行工作任務的策劃與設計、實施和評價，訓練學生有序的工作方法，培養學生的工作能力。項目實施過程中鼓勵學生有一部分的創新和發揮，通過分析和解決完成任務中的創新要求，培養學生創新思維和創新能力。

定期開展討論交流，把實際中遇到的問題拿出來，大家一起提出解決方案，教師可以直接或間接給予提示，也可以讓不同的學生使用不一樣的方案，最后討論各種方案的優缺點。要求學生獨立完成項目最后，在學生間進行互幫評價，讓教師進行指導性評價，還可以請企業方工程技術人員給予評價以集思廣益、促進交流和鼓勵探究。

3.3 項目教學評估考核

項目教學法在于過程而不是結果，過程性考核在學生按計劃完成每個項目時進行，每個項目完成后要進行一個階段性考核，教師根據項目的要點對學生完成的項目進行考核。本課程著重點是應用，所以不安排在期末考試。平時表現如課堂表現、項目實踐過程、討論交流情況、課外項目任務等占40%；根據每一個項目完成情況、文檔的完整性、圖紙的規范性、軟件編寫和說明文件、最終項目能否使用等，由教師給出項目成績，每個項目占20%。最后算出綜合成績。改變僅以幾次考試分數來評價學生的傳統做法。著重考核研究生的實際動手能力和創新能力。

4 結束語

綜上所述，項目化教學是通過實際工程項目，來創設“情景”，通過“協作學習”的方式開展學習，通過完成“工程項目”來達到完成教學，是一種比較有效的教學方法。可以在教學過程中培養學生創造性思維，鼓勵學生積極思考，敢于發表與大家不同的觀點，敢于向老師、向教材內容提出疑問，創造種良好的教學氣氛，引導學生從實踐中開拓思維，為學生今后走向社會，適應工作崗位需要打下扎實的基礎。