機電控制創新平臺實踐應用

機電控制創新平臺實踐應用

科技創新是國家發展的關鍵，而創新人才是科技創新的基本。高等教育是培養創新能力的主體。國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）將培養學生自主學習能力、創新能力以及實踐能力放在重要的位置，近年來，社會對大學生創新創業能力需要不斷提高，為培養出創新能力強、適應經濟社會發展需要的高素質的工程人才，各大院校都制定相應的教學方案和改革措施，比如華中科技大學的劉勃等在實際項目中來培養學生的創新和實踐能力；吉林大學的李曉春強調工程訓練在實踐教學改革中的關鍵作用。目前的一些教學模式往往是以理論教學為主，實踐教學為輔，缺少創新創業與實踐教學相結合。然而實踐教育對學生創新創業能力的培養不可或缺。上海理工大學機械學院探索實驗教學方式，構建機電控制創新實驗平臺，開展創新實驗課程和發展科技類競賽，有效的提高學生創新創業能力，取得了豐碩的成果。

構建開放式的自主實踐與實驗教學平臺

上海理工大學機械學院專業實驗中心為落實學院實驗教學在將本科人才培養作為重點，創精品本科教學，以學生為根本，提升理論、實踐、能力的協調發展，著重強調實驗、實踐教學的重要作用，結合機械類和控制類專業的各科優勢，建立了機電控制創新實驗室，進行全開放、自主學習式實驗課教學模式。圖1所示為機電控制創新實驗室室內圖，分為實踐制作區、討論交流區、項目成果展示區、控制調試區。

機電控制創新實驗平臺在不斷的吸取教學經驗的基礎上，推出全開放模式，學生通過實驗教學網站提供實驗預約，預約說明中有詳細的實驗介紹。采用這種預約式和開放的實驗室運行模式，成功提高了實驗室利用率。同時學生也能更有效的分配時間。

實驗課程班和創新小組可自由進入創新實驗室，學生自主的完成實驗任務和項目方案，可以有效的利用機電創新平臺的資源，學生可按自己的需求自由安排時間，查閱相關的文獻，遇到困難自行獨立的分析解決，有利于學生創新實踐能力的培養，成立小組，學生獨立自主的完成項目方案的設計，學生遇到有疑問的部分，教師盡可能的詳細介紹，分析原因。由講授變為答疑和啟發。這種開放的實驗室運行模式可以有效的提高學生自學、查閱文獻和分析解決問題的能力，為以后進行科學研究和項目研發打下扎實的基礎。目前機電控制創新實驗平臺承擔全校選修的兩門實驗課程，分別是機械結構認識實驗和機電創新實驗，實驗室對學生開發且學生自主的完成相應的要求和任務，同事利用這兩門的機會，部分同學對機電創新項目感興趣，可以引導其參加機器人塞隊，成為賽隊成員后，可隨時來實驗室學習和完成項目。有利于學生利用課余時間學習和隊員們相互交流經驗，互相學習。形成良好的創新思維實踐精神。

創新類實驗課程和科技類競賽結合

機電控制創新創業實驗課程

根據機電控制平臺的特點，結合考慮機械類和控制類專業的學科特點，學院專業實驗中心老師們相互討論，最終決定對全校學生開設兩門公選課。分別是機械結構認識實驗和機電創新實驗，兩門實驗實踐課程各有側重，機械結構認識強調對基本零件和機構的認識和設計，機電控制創新注重機械產品和電子產品的交叉和控制，創新精神是原則，將創新的意識貫穿在整個課程中。

㈠機械結構認識實驗

課程內容簡介

1.了解慧魚模型，加強對機械結構及機械傳動的感性認識。

2.機電產品結構和控制設計，加深鞏固理論知識，培養動手能力，使其對機電一體化有進一步了解。

3.機電產品從設計到裝配調試，使學生能夠從整體和系統的二個角度來認識和了解機電產品的實際結構，掌握產品的設計原理和運動規律，融會貫通機電一體化的相關知識。

實驗教學目的與任務

機械結構認識實驗是機械類和控制類專業的專業必修課。通過對機電創新模型的組建，使學生對機械裝配，氣路配管，電器元件配置，傳感器電器連接，PLC相關知識有了進一步的了解，培養學生能夠從實物的整體和系統的角度來分析和設計并訓練動手能力，激發學生的學習興趣，培養創新意識。

㈡機電控制創新實驗課程

課程內容簡介

1.了解機械結構、機械傳動特點，利用模型圖紙組建模型，掌握慧魚模型組裝技能，培養動手能力；同時了解模型的機電控制原理及特點，用計算機編制程序并控制模型的運動軌跡。

2.進一步了解機電產品結構、運動控制和一體化工作實現，在典型模型的基礎上進行改進設計，培養設計能力與改進創新能力。

3.創新模型。機電產品從概念設計到模型設計，從裝配調試到功能實現，使學生能夠從系統的 角度掌握機電產品的設計，通過答辯的形式展示自己的創意模型，培養學生創造力。

實驗教學目的與任務

本實驗是面向全校各專業的創新選修課。利用慧魚模型的基本構件，結合傳感器、控制器、執行器和軟件，強調創新意識的重要性，巧妙地設計方案和實驗，將設想方案實現，完美實現對實際生活中機械和控制部件的模擬。首先對機電創新模型進行搭建，接著提出創新方案，實驗平臺對學生開放，使學生自主的學習機械裝配，氣路 配管，電器電路，傳感器件，機電控制相關知識，培養學生實踐能力，從模仿到改進，再到創新的過程。

大學生科技類賽事

大學實踐教學的根本就是培養學生能夠研究、探索的思維習慣。通過引導大學生參加各類科技類競賽，競賽項目方案的來源主要由學生或小組討論后提出。通過設計方案、分析結果、對比解決問題的方法。學生的主動思維、發散思維、直覺思維、批判性思維都得到了充分的鍛煉，最后做出自己的方案或作品，整個項目下來，學生利用所學的理論知識相互討論，進行分析、判斷，不斷的學習新的知識，學生的實踐能力、學生創新思維和創新實驗技能進行有機的結合，實踐能力和科學素養得到了提高。

機械控制創新類教學體系包含科研創新訓練和課外科技活動，針對卓越工程師培養計劃及拔尖人才，訓練重點放在綜合創新及科研實驗上，同時融入企業實際科研問題。在科研創新訓練中，學生可以到相關實驗室完成校、院大學生創新基金項目、開放實驗室項目和參與教師科研課題等；在課外科技活動中，學生在創新實驗室進行創新設計與制作，以各類大學生創新大賽為平臺進行創新活動。隨著機械學院學科的建設及科研項目的不斷創新，基于此的科研創新實驗項目將會越來越多，為培養學生創新能力奠定基礎，同時為實驗室不斷發展注入活力。

創新類實驗課程和科技類競賽的結合

機械學院專業實驗中心“大學生機電控制創新實驗室”實行完全開放運行，開設了必做實驗和選做實驗，必做實驗在完成教學的任務的同時提高學生基本能力；選做實驗則由學生按自己興趣選修，在一系列的創新創業課題中選擇。除教學實驗內容外，學生還可在課余時間進入實驗中心進行自主實驗或研究。優秀學生還可通過選拔參加上海理工大學機器人塞隊進入機電創新實驗室進行方案設計和研究開發。對于課內外結合實驗，學生可以將實驗課程時間內沒有完成的實驗內容，在課余時間利用自己領取的工具、元器件等進行裝配調試，極大的增加了實驗教學的靈活性。

同事學生可隨時進入創新實驗室進行創新實驗，成為我校學生參加全國、上海市大學生機械設計競賽、工程問題競賽、機器人競賽、汽車設計競賽的基地。

圖1　機電控制創新實驗室

圖2　家用剝瓜子機和多功能娛樂機器人

機電控制創新實驗室取得的成效

現代信息技術與傳統實驗教學結合

通過機電控制創新實驗室的項目展示區的環境條件，老師將傳統教學法“主次分明、突出重點、深入淺出”及多媒體教學法“信息豐富、生動形象、新穎別致”的優勢，充分發揮傳統教學手段的調控優勢，結合多媒體新穎別致的視覺沖擊，堅持以啟發式教學為指導思想，層層深入，喚起學生的學習興趣，激發學生的求知欲，培養學生的創新能力。

師生相互交流討論教學模式

每一次實驗課程，實驗課程指導教師介紹有關實驗原理和實驗任務，通過現場實際的演示操作，學生能夠認識儀器設備的使用性能與操作方法，結合課程提出一系列的問題，學生和老師互相交流、討論，調動學生的興趣和熱情，在實驗過程中，小組成員之間進行方案討論，比較不同方案的優缺點；然后在與老師的指導下進行實驗，實驗完成后，需要對實驗結果進行分析，寫出實驗感悟，。通過學生和老師的反饋，表面這種交流式實踐教學方法對學生創新和實踐能力的培養是有效的。

創新實驗平臺上的大學生科技類競賽獲獎情況

以大學生創新大賽為載體，以機電控制創新實驗室為平臺，通過創新科研項目引導學生創新想法和科學素養，在實踐項目中提升學生創新創業能力和意識，不斷將創新意識及設計轉化為創新成果。近5年參加的賽事主要有中國大學生“飛思卡爾”杯智能汽車競賽、中國機器人大賽RoboCup公開賽、全國大學生機械創新設計大賽、中國機器人旅游大賽和全國大學生節能減排社會實踐和科技競賽等一系列大學生科技類賽事。表1為機電控制創新實驗室的主要成就。

表1　電控制創新實驗室的主要成就

目前已開發200多個創新實驗項目，開發出了“家用剝瓜子機、家庭清潔機器人、多功能娛樂機器人、硬幣分揀計數機”等200多個創新實踐項目，圖2為家用剝瓜子機示意圖和多功能娛樂機器人。其中100多個在上海市機械創新大賽和國家創新大賽上獲獎，60多個創新項目轉化為創新成果，形成創新成果反哺實驗教學的良性循環。

結語

工程類大學生創新教育的實踐教學要突出創新和實踐，要以培養學生創新工程意識和能力為核心，將知識傳授、能力培養、素質提高融為一體，構建起先進的開放型機電控制創新實驗教學平臺。經過幾年的努力，上海理工大學機械學院利用機電控制創新平臺來培養學生創新能力和實踐能力取得了顯著的效果，學生利用機電控制創新實驗學習理論知識、并結合先進技術、創新思維解決實際的工程問題，將培養科學思維、實踐能力、創新能力和探索精神落實到創新實驗課程之中。在課程設計上，以創新研究的方式將一系列實驗和項目有機銜接，引導大學生參加各類科技賽事，取得了豐碩的成果，極大的促進卓越工程技術人才和高素質工程人才的培養，激發了學生實踐創新意識，學生的創新創業能力得到有效提升。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.15.022