綜合實驗臺在學生創新能力培養中的應用?

盧 倩，王福元，馬如宏，崔 治

（鹽城工學院 機械工程學院，江蘇 鹽城 224051）

0 引言

目前國內高校在機械工程自動化專業課程的開設上普遍存在著重視理論教學而忽視動手實驗教學環節的現象，導致了很多該專業的學生對專業課程只是一知半解；學生也渴望能夠具有全面而扎實的動手能力，從而為畢業后的就業增添砝碼，然而由于各高校普遍缺乏有效的自動化專業課程綜合實驗臺，使得專業課程的實驗教學始終停留在書本知識的簡單再現、演示性實驗教學和程序輸入教學這3個層次上，大大限制并降低了學生對單片機設計知識的學習熱情和積極性?；诖耍疚臄M結合自行研制的機電綜合控制實驗臺，針對機械工程自動化專業實驗教學改革展開探討，重點探討機械工程專業學生的動手實踐能力和創新能力的培養機制。

1 我國當前機械工程自動化專業課程實驗臺現狀

目前各高校的機械工程自動化專業都普遍開設有機電一體化、機電傳動控制、微機原理應用等專業課程，但是配套的實驗設備均是簡單的演示性實驗器材；另一方面，國內一些教學實驗儀器生產廠家所設計的機電控制實驗臺，其控制功能過于復雜，擴展功能較差，只能夠進行預先設計好的實驗項目，對于學生的自主性設計綜合實驗實訓項目的實施難度較大。因此為了更好地開展機械工程自動化專業實驗實踐教學，迫切需要自行研制合適的綜合控制實驗臺。

2 機電綜合控制實驗臺的設計

2.1 總體結構設計

機電綜合控制實驗臺的設計應當充分考慮到實踐實驗教學的需求，不能僅僅為了滿足某一門課程的實驗教學而開發，筆者依托學校自制設備，進行了充分的前期需求調研，融合了機電一體化系統設計、機電傳動控制、微機原理與應用、PLC控制、測試技術等機械工程自動化專業核心課程的實驗教學模塊，開發設計了機電綜合控制實驗臺，其結構原理圖如圖1所示。

圖1 機電綜合控制實驗臺結構原理圖

如圖1所示，機電綜合控制實驗臺采用模塊化設計理念，將機械工程自動化專業的各核心專業課程的實驗教學模塊化，采用單元設計，按照各專業課程實驗教學的需求進行有機集成；同時兼顧了不同專業課程之間的關聯性，借鑒了電氣工程面板的設計思路，能夠實現不同專業課程模塊之間的級聯，從而達到了能夠開展機械工程自動化專業綜合性實驗，以及開創學生動手實踐和創新訓練的目的。

2.2 功能模塊設計

（1）輸入模塊：對機電控制而言，90%以上的系統輸入都是通過傳感器檢測數據實現的，因此，傳感檢測單元主要依靠不同的傳感器實現數據的輸入，包括溫度傳感器、壓力傳感器、力矩傳感器、位移傳感器等模塊，同時在設計傳感檢測單元時，也要考慮到模擬量輸入和數字量輸入的差別，兼顧兩種輸入模式的應用。

（2）公共外圍模塊：主要包括機電控制系統的電力電源部分、電機驅動部分和PC機控制部分。在設計時必須要保證這3部分模塊的獨立性，同時又要確保這3個部分能夠滿足不同的機電控制實驗的需求。

（3）實驗模塊：內含非常多的單元模塊，主要用來滿足不同課程實驗的開設需求，每一個單元模塊都采用獨立的電氣連接方式，方便開展綜合性、跨學科的機電控制實驗，因此，每一個單元模塊都需要預留一部分接口，以備將來功能擴展升級或者設計大型綜合實驗項目所用。

3 機電綜合控制實驗臺在學生創新能力培養中的應用

3.1 改變實驗操作方式

機電綜合控制實驗臺的出現，改變了過去實驗大多只能做重復性演示實驗的局面，真正實現了學生自己動手設計實驗系統，分析實驗電路，搭建實驗系統，測試實驗結果，極大地調動了學生的積極性，對于加深學生對課本知識的理解以及提高動手實踐能力有著積極的影響。

3.2 改革實驗考核方式

過去實驗考評過分依賴于實驗出勤和實驗報告冊，這種單一的考察方式扼殺了多數同學的創新熱情和動手實踐的欲望。借助于機電綜合控制實驗臺，讓學生自己去設計實驗，自己完成實驗系統的全部搭建；教師依托實驗臺對其進行全程考察，不再憑一個實驗結果或者實驗數據進行片面考評。

3.3 擴大實驗開放程度

過去很多實驗臺由于集成度高、造價昂貴，因此實驗室的開放程度不夠甚至完全不開放，這令很多具有創新思維和動手能力的學生對實驗臺望而卻步；現在開發的機電綜合控制實驗臺由于采用了模塊化設計，各單元模塊彼此獨立，成本較低，因此完全可以向學生開放，不僅可用于自主創新設計實驗，還能夠用于工業實際產品的性能測試，以及工業自動化控制系統的調試等，提前讓學生接觸機械工程自動化系統的設計與調試，為未來就業增加砝碼。

4 結語

機械工程自動化是目前全國各高校普遍開設的一個專業，而機電專業核心基礎課程的普遍特點是理論性強、動手要求高。對于如何開展這樣的理論性強、實踐能力要求高的課程，是目前各高校都在探討的一個問題。本文正是在這樣的背景下，重點探討了機械工程自動化專業課程如何實施教學改革，并結合自制的機電綜合控制實驗臺，詳細論述了實驗臺的基本結構和工作原理，結合學生實驗教學過程中的問題，指出當前在機械工程自動化專業課程教學中普遍存在的問題，給出了具體的改革措施與意見。通過實際的改革應用，這樣的教學是受到學生歡迎的，因此是值得大力推廣應用的。

［1］郭君霞，任軍.單片機教學中學生創新能力的培養［J］.科技資訊，2008（14）：110.

［2］宋紹樓，李穎，劉艷麗，等.電工電子實訓教學模式的研究與實踐［J］.中國現代教育裝備，2011（3）：65-66.

［3］范立南，李雪飛，尹授遠.單片微型計算機控制系統設計［M］.北京：人民郵電出版社，2004.

［4］宋錦.單片機教學中培養學生創新能力探討［J］.中國成人教育，2006（5）：124-125.

［5］何龍，祁傳琦.項目教學法在機電一體化專業綜合實訓中的應用［J］.成都航空職業技術學院學報，2005，21（4）：30-32.

［6］丁守成.學分制下的層次化實驗教學體系［J］.實驗室研究與探索，2006，25（11）：1418-1420.