機(jī)電類專業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)及創(chuàng)新實(shí)踐課程設(shè)計(jì)

閆娟+楊慧斌

一、引言

市場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在的大學(xué)畢業(yè)生和用人單位都存在無(wú)法適應(yīng)的過(guò)程，由此可見(jiàn)，在注重學(xué)生理論學(xué)習(xí)的同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，做到理實(shí)一體化，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)。機(jī)電類專業(yè)（如機(jī)械工程、電氣工程、車輛工程等）是上海工程技術(shù)大學(xué)校的傳統(tǒng)專業(yè)，始終注重學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)。本文以上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院開(kāi)設(shè)的分布式控制創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)為例，對(duì)機(jī)電類專業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)及創(chuàng)新實(shí)踐課程設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

二、機(jī)電類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的特點(diǎn)

機(jī)電類專業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)要緊密圍繞本類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行，本類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

1.與生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合緊密，需要一定的工程背景

機(jī)電類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)需要學(xué)生接觸各類實(shí)驗(yàn)設(shè)備，而不單單是計(jì)算機(jī)，而這些實(shí)驗(yàn)設(shè)備往往采用實(shí)際工程中所使用到的元器件。如果不對(duì)這些元件的功能和使用方法有所了解則難以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的帶教，因此這就要求教師具有一定的工程背景。

2.機(jī)械、電氣、控制多學(xué)科交叉，綜合性較強(qiáng)

多學(xué)科交叉是機(jī)電類專業(yè)的又一個(gè)顯著特點(diǎn)，現(xiàn)代裝備大多是機(jī)電一體化系統(tǒng)。從機(jī)電類專業(yè)課程設(shè)置也可以看出，除了機(jī)械類課程之外，還會(huì)包含部分電氣及控制類課程。對(duì)于機(jī)電類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)來(lái)說(shuō)，應(yīng)該圍繞培養(yǎng)機(jī)電類復(fù)合型人才的培養(yǎng)目標(biāo)來(lái)進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)。因此，在實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)以及實(shí)踐類課程設(shè)置方面，都應(yīng)充分考慮到這一點(diǎn)。

三、機(jī)電類專業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)設(shè)計(jì)

針對(duì)機(jī)電類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的特點(diǎn)，以分布式控制創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)建設(shè)為例，介紹機(jī)電類專業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)的設(shè)計(jì)。

1.平臺(tái)設(shè)計(jì)應(yīng)與實(shí)際相結(jié)合，并與時(shí)俱進(jìn)

分布式控制創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是一門綜合性的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，因此實(shí)驗(yàn)中應(yīng)涵蓋機(jī)電類學(xué)科控制部分的教學(xué)內(nèi)容，并結(jié)合實(shí)際工程問(wèn)題。本實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容由機(jī)電一體化分揀系統(tǒng)控制實(shí)驗(yàn)、立體車庫(kù)控制實(shí)驗(yàn)及液壓伺服系統(tǒng)控制實(shí)驗(yàn)三部分內(nèi)容組成，其中每個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都從一個(gè)實(shí)際工業(yè)實(shí)例得出。

機(jī)電一體化分揀系統(tǒng)控制實(shí)驗(yàn)基于PLC控制的自動(dòng)化分揀系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包含變頻電機(jī)調(diào)速、傳輸帶定位等多種與實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程相關(guān)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。通過(guò)該平臺(tái)，能使學(xué)生掌握PLC、變頻調(diào)速等多方面知識(shí)。立體車庫(kù)控制實(shí)驗(yàn)基于自動(dòng)化立體車庫(kù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該平臺(tái)模擬真實(shí)立體車庫(kù)設(shè)計(jì)，可以進(jìn)行PLC編程及單片機(jī)開(kāi)發(fā)方面的訓(xùn)練。液壓伺服系統(tǒng)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括PLC控制器、液壓比例閥以及帶有位置反饋的液壓缸，通過(guò)該平臺(tái)，可以使學(xué)生掌握伺服控制的概念以及如何使用PLC實(shí)現(xiàn)液壓伺服系統(tǒng)的控制。

這三個(gè)平臺(tái)基本包含了實(shí)際工業(yè)系統(tǒng)中用到的各類傳感器和執(zhí)行器，同時(shí)控制方式涵蓋了簡(jiǎn)單的氣動(dòng)機(jī)械手的控制和復(fù)雜機(jī)器人伺服控制，因此做到了與實(shí)際相結(jié)合，并與時(shí)俱進(jìn)。

2.平臺(tái)設(shè)計(jì)應(yīng)涵蓋專業(yè)各方面，突出綜合性

多學(xué)科交叉是機(jī)電類專業(yè)的一個(gè)顯著特點(diǎn)，因此機(jī)電類綜合性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)涵蓋專業(yè)的各方面，利用該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以進(jìn)行多門課程的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)以及開(kāi)設(shè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)。

上述三個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的控制器包括PLC和單片機(jī)；傳感器包括電容傳感器、電感傳感器、顏色傳感器等；執(zhí)行機(jī)構(gòu)包含了三相交流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)、氣缸、液壓缸等。因此，可以看出，學(xué)生掌握這三個(gè)實(shí)驗(yàn)后，可以對(duì)機(jī)電專業(yè)所要求掌握的各類控制器、傳感器以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)有所了解乃至靈活應(yīng)用。

四、機(jī)電類專業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐課程設(shè)計(jì)

下面將繼續(xù)圍繞分布式控制創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，從課程的內(nèi)容和考核兩方面介紹課程的具體設(shè)計(jì)。

1.課程內(nèi)容應(yīng)由理論過(guò)渡到實(shí)際

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)往往是脫離課堂教學(xué)而獨(dú)立設(shè)課的，而且具有一定的綜合性，因此在實(shí)驗(yàn)課時(shí)安排中，應(yīng)安排1/5的課時(shí)進(jìn)行理論知識(shí)的補(bǔ)充和復(fù)習(xí)，補(bǔ)充課堂教學(xué)沒(méi)有涉及而實(shí)驗(yàn)中所需要的知識(shí)，從而使得學(xué)生更好地完成實(shí)驗(yàn)和通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握理論知識(shí)。

2.課程內(nèi)容要有一定的綜合性

由于機(jī)電類專業(yè)的交叉性特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)課程也要有一定的綜合性，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也要緊密圍繞平臺(tái)的綜合性而展開(kāi)。在分布式控制創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)實(shí)驗(yàn)都具有一定的綜合性，如實(shí)驗(yàn)一：機(jī)電一體化分揀系統(tǒng)控制實(shí)驗(yàn)，就需要學(xué)生綜合運(yùn)用PLC、傳感與檢測(cè)、機(jī)電傳動(dòng)、氣動(dòng)等理論知識(shí)，實(shí)驗(yàn)二和實(shí)驗(yàn)三也是如此。

3.課程內(nèi)容要注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，顧名思義就是為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，在分布式控制創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中，采用任務(wù)教學(xué)法這種教學(xué)模式，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的目的。這種教學(xué)模式是給學(xué)生先提出一個(gè)任務(wù)，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)解決方案，自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，教師作現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，最終得到正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

4.課程考核體系應(yīng)注重學(xué)生技能的掌握

實(shí)驗(yàn)考核與課堂教學(xué)考核區(qū)別很大，課堂教學(xué)考核最普遍的形式是出一張?jiān)嚲韥?lái)檢驗(yàn)學(xué)生掌握知識(shí)的程度，而實(shí)驗(yàn)考核更應(yīng)注重學(xué)生實(shí)際技能的掌握程度。基于此，分布式控制創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)采用的考核形式是“答辯成績(jī)+實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)”。

其中答辯環(huán)節(jié)是區(qū)別創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要特征，也是因?yàn)閯?chuàng)新實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)性特點(diǎn)，因此需要在答辯環(huán)節(jié)了解每組學(xué)生對(duì)任務(wù)的理解和掌握程度，以及他們運(yùn)用了哪些創(chuàng)新方法來(lái)解決問(wèn)題，根據(jù)答辯可以給每組學(xué)生一個(gè)客觀的評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告是書面報(bào)告的形式對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及過(guò)程、結(jié)果做描述，是考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的總結(jié)能力和報(bào)告寫作能力。

五、結(jié)論

本文以分布式控制創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)作為實(shí)例，介紹了機(jī)電類專業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)的建設(shè)以及創(chuàng)新實(shí)踐課程的設(shè)計(jì)。針對(duì)機(jī)電類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的特點(diǎn)，總結(jié)出創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)的建設(shè)應(yīng)與實(shí)際結(jié)合、突出綜合性以及適合各層次學(xué)生，而創(chuàng)新實(shí)踐課程設(shè)計(jì)應(yīng)理論實(shí)際相結(jié)合、具有綜合性、注重創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)以及課程考核體系的設(shè)計(jì)。

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