淺析機電控制系統(tǒng)的應用與創(chuàng)新

陳濤

【摘要】隨著科技的進步，機電控制方面的產(chǎn)品已經(jīng)融入了很多現(xiàn)代科技，但仍需不斷創(chuàng)新來滿足日益高漲的社會需求。創(chuàng)新驅動力因素中最重要的一點是人才，因此創(chuàng)新驅動對高校的專業(yè)人才培養(yǎng)提出了更高的要求。結合本校的機電控制原理及應用課程的教學，探討機電控制系統(tǒng)的應用與創(chuàng)新發(fā)展，促進課程體系和教學內(nèi)容的完善，突出技能培養(yǎng)，從而培養(yǎng)出符合社會需求的技能型和高層次創(chuàng)新型人才。

【關鍵詞】機電控制原理及應用 理論 實踐 創(chuàng)新

現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透以及工程領域的技術改革。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發(fā)展及其向機械工業(yè)的滲透所形成的機電控制系統(tǒng)，使機械工業(yè)的技術結構、產(chǎn)品結構、功能與構成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化。而隨著數(shù)字化、物聯(lián)網(wǎng)、自動化的進一步發(fā)展，工業(yè)4.0被提上日程。其中，創(chuàng)新和改革貫穿了從第一次工業(yè)革命到工業(yè)4.0的整個過程。作為為生產(chǎn)第一線的高級技能型崗位培養(yǎng)人才的高校機電專業(yè)，承擔著重要的任務和使命。然而，目前高校培養(yǎng)的機電控制專業(yè)方面的學生與社會、市場的需要還有不小的距離。

隨著我國后經(jīng)濟危機時代產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整與升級大潮的來臨，企業(yè)產(chǎn)品、設備正在經(jīng)歷一個更新?lián)Q代的頻繁時期和迫切需要創(chuàng)新的時代，因此對高技能的機電一體化人才和高技術含量的機電產(chǎn)品需求越來越大。機電控制系統(tǒng)是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，綜合運用了機械、電氣、計算機技術、微電子技術、自動控制技術、信息技術和傳感測控技術，根據(jù)系統(tǒng)功能目標要求，對各功能單元進行合理配置與布局，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現(xiàn)特定功能價值，并使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術。因此，機電控制系統(tǒng)所涵蓋的技術是基于上述各技術有機融合的一種綜合技術，富含了融合、創(chuàng)新、多元等特點，而不是機械技術、微電子技術及其它新技術的簡單組合、拼湊。本校所設置的機電控制原理及應用是一門綜合性實踐性很強的課程，涉及知識面廣，容量大，教與學都不容易。結合技術應用發(fā)展與創(chuàng)新驅動的要求，對機電控制原理及應用課程進行進一步的教學探討。

一、機電控制原理及應用教材及內(nèi)容設置

機電控制原理及應用課程綜合了多門學科，因此所涉及的概念、專業(yè)名詞較多。目前使用的教材是2006年出版的，包含了機電系統(tǒng)動力學、傳感器、繼電器、PLC、電機、微機等多個章節(jié)的內(nèi)容，其中每章的內(nèi)容尤其電機、PLC、微機等均是需要開設專門的專業(yè)課進行詳細講述的內(nèi)容。例如在電機知識的介紹中，概念抽象，理論繁瑣，跟數(shù)學、物理及電路等相關課程的聯(lián)系很緊密；在電氣控制電路的原理分析、基本控制環(huán)節(jié)的設計、設計思想的敘述一般都較清楚，但由于原理圖多、文字敘述較抽象，學生又無實物接觸，在學習過程中普遍感到枯燥乏味，理論教學與實際的控制系統(tǒng)設計要求存在著一定的差距。在章節(jié)銜接方面，比如前一章是運動學和動力學方面的，后一章是機電控制應用中傳感器的介紹，再下一章又變成了繼電器與接觸器的介紹等等。各個章節(jié)的內(nèi)容沒有有機的聯(lián)系起來，學生在學習和復習過程中不能夠從總體去把握這門課程，只是覺得每個章節(jié)都似乎在復習以往所學的知識點。這對教師上課時教授的內(nèi)容和方式提出了很高的要求。

二、教學課時與實踐環(huán)節(jié)設置

機電控制原理及應用的課程設置為36學時，最初幾年有2個學時的實驗課時，后來取消了。以往的實驗課時由于學時短，一般安排學生進行觀摩式或者通過播放視頻的方式對部分實驗內(nèi)容進行學習。這些實驗主要是認識性和驗證性實驗。也就是說，對于每一項實驗內(nèi)容，學生不需要提前去思考去設計實驗。實驗中學生精力大多集中在如何按照老師的詳細指導，照抄照搬地完成整個實驗，而這些視頻或者觀摩的實驗一般不會有錯，學生沒有機會自己去分析、思考如果實驗失敗的話其中的原因是什么。學生的主動性和積極性難以得到充分的發(fā)揮。

以PLC章節(jié)為例。目前的工業(yè)生產(chǎn)開發(fā)中，PLC技術被廣泛地應用，而且隨著生產(chǎn)需求在迅速發(fā)展中。基于PLC的實驗系統(tǒng)無論其運行過程還是運行結果只能通過對控制對象的觀察得以了解，而教學環(huán)節(jié)中主要以原理和編程內(nèi)容為主，因此PLC教學的實踐環(huán)節(jié)更應強調(diào)對象模型的實例化與控制流程的動態(tài)演示。但PLC的大多數(shù)系統(tǒng)往往由于其體積大、重量重、價格高等因數(shù)難以大量裝備于實驗室，學生在觀摩性或視頻播放的實驗過程中無法感受到工程實踐中的趣味性、知識性和實驗成功后的成就感，在很大程度上挫傷了學生的積極性，也被認為是一種形式而得不到重視。

三、機電控制系統(tǒng)的應用與創(chuàng)新思路

1.教材與教學方式

結合機電專業(yè)的特點，對教材進行多元化優(yōu)化，在現(xiàn)有教材基礎上增加對特定章節(jié)特定內(nèi)容的“鏈接型”提示。例如通過指定具體其它專業(yè)類書籍、指定特定網(wǎng)站等方式，讓學生對所學內(nèi)容有拓展性的學習和認識，加深知識點的掌握程度。

隨著科學技術的不斷發(fā)展更新，教學資源越來越豐富，尤其是視頻類資源的日益豐富。傳統(tǒng)的“黑板加粉筆”教學方式已不能滿足學生的需求。多媒體教學不僅能夠提供圖文聲像并茂的知識表達形式，還能夠提供界面友好，形象直觀的交互式學習環(huán)境，提高了課堂教學效果，豐富了課堂的生動性，同時，精彩的多媒體課件也能激發(fā)學生的興趣，提高學習的主動性，提高學生學習的積極性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力。

在上述基礎上，可以在教學過程中引入項目教學式的方式。方式一，將傳統(tǒng)的學科體系中的知識內(nèi)容轉化為若干個教學項目，圍繞著項目組織和展開教學，使學生直接參與項目過程。老師和學生通過共同實施一個完整的項目工作而進行的教學活動，這種方式對課時的要求較高，需要增加更多的實踐學時。或者將教材中某部分內(nèi)容結合當前技術發(fā)展引導學生進行設計思考，例如講加速度傳感器前，讓學生進行汽車安全氣囊設計或者手機搖一搖功能的設計思考。方式二，將現(xiàn)有項目中的問題細分后布置給學生，讓學生對當前實際問題有深入理解。教師一般都有國家級或省級項目的科研任務，可以將項目中的實際問題進行細化，摘出部分作為小項目，在課堂中與學生進行互動和交流，讓學生在思考和表達的同時，對教師的思路也是一種開闊。

2.實踐環(huán)節(jié)

在工業(yè)4.0時代，機電控制系統(tǒng)比以往的關聯(lián)度更高。回顧機電控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史，每一個進步都是源于人們在機電控制系統(tǒng)中創(chuàng)新性的引入了各種先進技術。對于相關行業(yè)發(fā)展來說，創(chuàng)新是重中之重。而機電行業(yè)中最重要的是實踐和應用。一切理論的學習和模擬仿真的訓練，最終都要落腳到實踐應用中，應用到產(chǎn)業(yè)中。產(chǎn)業(yè)和技術的創(chuàng)新都離不開對當代新技術的應用。機電控制系統(tǒng)技術從最初簡單的機械與電子技術結合，發(fā)展到與計算機技術、集成技術、通信技術等的集合，最重要的是對每個階段的尖端技術進行了深入研究并引入到機電行業(yè)實踐中。因此加強實踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng)和鍛煉，提高行業(yè)科技含量是機電控制技術創(chuàng)新的關鍵。

傳統(tǒng)的理論教學方法，一般是教師在課堂上按知識結構進行授課，然后在課程理論教學結束后進入實踐環(huán)節(jié)，使用現(xiàn)成機電控制系統(tǒng)的產(chǎn)品，指導學生實驗。這種教學過程缺少授課內(nèi)容與實踐內(nèi)容的緊密結合，對培養(yǎng)學生的動手能力、創(chuàng)新能力及綜合運用知識的能力收效甚微。筆者認為，針對課程中的各個章節(jié)，例如傳感器應用、繼電器、典型機電控制系統(tǒng)設計等環(huán)節(jié)在每章結束后即加入實踐或實訓環(huán)節(jié)，促進學生更加及時系統(tǒng)的領會和掌握該章節(jié)內(nèi)容，給學生提供一個典型的綜合科技環(huán)境。

為進一步加強與社會實踐的接軌，應充分利用學校優(yōu)勢，與企業(yè)或者研究機構建立聯(lián)合培養(yǎng)基地，有計劃的組織學生進行培訓實習。在適當時間建立課題或畢業(yè)設計方面的合作，為企業(yè)進行一些研究型或分析型的項目合作研究，同時為學生，尤其是即將畢業(yè)的學生提供接觸實際工程項目的機會，對培養(yǎng)學生就業(yè)能力和素養(yǎng)起到促進作用。目前隨著國家對專業(yè)型人才培養(yǎng)的重視，社會上涌現(xiàn)出很多研制教學型機器人自動化線的公司和廠家，所設計的教學自動化產(chǎn)線可以滿足機電系統(tǒng)課程中所需要的幾乎所有實踐環(huán)節(jié)的需要。因此，可以考慮建立類似的聯(lián)合實驗室，引入類似產(chǎn)線，并將公司內(nèi)的產(chǎn)線課程納入到教學課程中來，一些基本的教學系統(tǒng)，甚至交給學生自己管理。打破傳統(tǒng)的學生按照教師事先布置好內(nèi)容和程序，按部就班地進行操作的實踐教學模式，學生可以自由選擇實訓項目和設備進行實訓，充分發(fā)揮其主動性和創(chuàng)造性。專業(yè)實踐必須在與實際工作環(huán)境基本類似的實踐環(huán)境中進行。最后，在一專多能的前提下，必須確保學生獲得綜合性訓練。

四、結束語

本文結合目前科技發(fā)展的創(chuàng)新需求，對機電控制系統(tǒng)方面課程的應用和創(chuàng)新教學進行了探討，通過理論結合實踐、教程多元化、引入項目教學等模式對機電控制原理及應用教學進行了分析。總之教學應堅持以學生未來就業(yè)為目標，以創(chuàng)新發(fā)展為前提，加強理論、實驗、實習和社會實踐等環(huán)節(jié)教育，增強學生的動手能力和創(chuàng)新能力，使人才培養(yǎng)方案更加符合社會需求，增強畢業(yè)生對崗位的適應性，提升畢業(yè)生就業(yè)的競爭力。

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