機電控制系統課程設計實踐教學研究

郭立強 毛衛平 顧永玉 薛青 程廣貴

【摘要】本文介紹了機電控制系統課程設計的重要意義、內容，提出了面臨的現狀與問題及相應的可行性改革方案。以期引發廣大教育管理者、教育者的共同關注，促進提高機械工程類學生綜合素質，加大學生就業率。

【關鍵詞】可編程控制器? 實踐課程? 機械工程

【基金項目】本文系江蘇大學高級人才基金資助項目“質子導體膜及其在突觸晶體管中的應用”（批準號：14J DG049）國家自然科學基金“磷摻雜SiO2質子導體膜及在多柵刺激耦合突觸晶體管中的應用”（批準號：51402321）。

【中圖分類號】G42 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）21-0116-02

1.前言

機電控制系統課程設計是機械工程類專業的一個綜合實踐性教學環節，其目的是鞏固和加深課堂教學的內容，培養學生綜合運用所學計算機與機電控制方面知識的應用能力，是一個重要的綜合訓練環，因此完成該任務是可促進學生直接就業的。目前，教學中的主要內容是理論知識，一方面這些知識在實踐中不能有效得到落實，另一方面，缺乏大量的實例[1]。因此，通過本設計學生應基本做到：（1）獨立構建一個機電控制系統;（2）編制其相應控制軟件;（3）現場實際調試。課時2分，學時30學時，兩周內完成。其目的在于通過具體系統的設計，訓練學生獨立進行計算機應用系統的設計，讓學生掌握設計的方法和思路，掌握常用工具軟件的使用，增強學生的動手能力，為今后的畢業設計和實際工作打下良好的基礎。以江蘇大學該課程為例，課程具體包括：單站主程序編寫、觸摸屏畫面設計、組態王監視畫面設計，說明書等。該課程成績評定分三部分：平時成績、答辯成績、說明書，各占30%、50%、20%。設備采用Fx2n小型可編程控制器（PLC）、威倫觸摸屏、電腦一臺及相關通訊線等。共分為六站：出料站、搬運站、加工模擬站、安裝站、安裝搬運站和分類儲藏站。該課程自開設以來取得了良好的學習效果，激發了學生對于機械類知識的領悟。例如，理論學習過后有的學生不知道PLC是什么，更不知道如何使用，通過課程設計后，小有成就感，本文旨在探討更進一步的實際改革措施。

2.現狀與存在問題

教師在該課程設計中起到啟蒙鼓勵的作用，其任務為課程設計全體總動員、設備講解、觸摸屏講解、組態王講解以及聯網講解。學生在本課程設計中擔當對課程領悟、設備使用、觸摸屏使用、組態王使用、聯網使用的主要角色。在課程中采用的設備為六站分離、聯合的模式，是目前小型自動化車間模擬生產線，具有極大的應用潛力，然而目前教與學、學成與實際產業應用存在一些亟待解決的問題。（1）教學設備昂貴且數量極少、課時短。本課程設計共計六站，各班人數在20～30人數不等，同時專業內多班級同時使用，造成設備相對緊缺。使用過程中，個別同學存在亂拔通訊數據線等行為，造成設備數據線損毀，使用時來不及購買，另外購買需要相應經費支持和購買時間。為解決設備少、時間短的問題，目前采用將學生分為六個團隊，每個團隊使用一個站點，多班級上下午、晚上岔開的方式。為盡量保證設備的正常使用，教師一般全程現場指導，及時發現設備的使用不當之處，提出避免措施。（2）學與急學之矛盾。課程設計往往被作為一門實習課程，安排在實踐周，實踐周已然是假期，學生心思回鄉！此時，課程設計過程中，學生很少會做前期練習，直奔課設主題，期望早日答辯，忽略了實踐課程的親身實踐的實際意義。在實際操作過程中需要用到PLC技術進行編程[2]，并且由于修改程序方便、運算能力較強，因此其應用日益廣泛[3-4]。但讓教師無奈的是學生編寫完程序，不能運行，會直接向教師逼問：“我的程序為什么不行？”等等意念性操作。眾所周知，每個人編程的方式、習慣可能存在一定的差異，對此教師一般會直接告訴學生問題所在，而不是具體不能運行卡在哪里。（3）實施要求跟進與抄襲的矛盾。自課程開設以來，設備已有十多年未曾更新，尤其采用的觸摸屏處于停產狀態。因此在課設的具體任務上存在抄襲網絡（注：同名該設計電子版，截至目前網絡百度可查）。比如搜索機電控制系統課程設計將出現大批網絡半成品版說明書，更有個別學生課設封面連校徽已更改成新校徽，都全然不知。因此抄襲現象加重了教師的答辯負擔，教師往往針對學生逐一提問，耗時耗力！（4）成績評定問題。成績按照等級制評定：優秀、良好、中等、及格和不及格。一門課程成績按照教學規律是應當符合正態分布的，全優秀或全不及格將被作為教學事故追求責任。這對于迫于要求高分升學、求職的學生的心理提出極大的考驗，同為一個團隊，可能存在全部積極向上的學生，然工作量有限，不能發揮其潛能，更不可能突破一人一站的新局面;同時對于新時代教師師德與思政改革提出了極大的挑戰。

3.改革措施

2016年，中國成為國際本科工程學位權威互認協議——《華盛頓協議》的正式成員。深刻理解和把握復雜工程問題并培養出具有解決復雜工程問題能力的 畢業生，是中國高等教育所有本科工程專業當前和今后必須重視和做好的重要工作[5-6]。該課程的應用涉及軍事[7-9]、航空航天、企業生產研發等重大領域。自專業認證申請、通過以來，課程在不斷的摸索更加符合企業需求的可持續改進。針對現狀與問題，可進行以下可行性的改革探試：（1）相關經費支持是基礎。設備陳舊、數量少，所造成的問題是經費的短缺所致。假如每個學生一站，將是考驗學生自己是否真是投入、真正接受了技術的一大進步。若一個學生負責六個站點不太現實。作為高校應實時更新設備，保證課設的順利開展。（2）現有條件下，臨時提出任務內的某項新細節。例如，設備運行先后動作順序、觸摸屏和組態王特色畫面等。誠然每一次新環節都凝聚了每一位老師的心血，在不增加設備的條件下，30個課時每個學生一個小時的問題講解，基本就面臨結束了，可以考慮增加教師的待遇。（3）切實跟蹤課程學習，達到課程完成后能及時投入實踐，不一定在假期。正常課程結束馬上操作更能加深印象，還可以提高相關課程的接受能力。假期的一次課設不經意間還受過領導批評，嚴重降低了教學激情。因此教育管理者應給予一線教育人員足夠的尊重。（4）減少講解任務，發揮學生主觀能動性。秉承“授人漁，而不授人魚”的教學原則，講解以點到為止，不再過多細化，給學生留出領悟和操作的時間。（5）通過文獻查閱、技術調研、問題分析以及課堂討論等方法，能提出工程控制領域復雜問題的解決方案。該過程可提前通知學生去完成。（6）評價考核兼顧知識與能力的雙重考核功效，突出學習過程性，獲得能反映學生真實學習情況的成績。培養學生綜合動手實踐能力，培養應用型人才[10]。說明書內容中，有圖要有圖的說明;心得與體會是可以不一樣的，凡是“千里之行始于足下”的詞語皆來自于網絡抄襲;曾經1位學生把心得與體會洋洋灑灑地寫成近千字的文言文，而且內容真實可靠。參考文獻可以在中國知網查閱，要有數量限制。成績答辯采用兩步走，增加學生團隊、個人的競爭意識。第一步團隊互評，指定五個優秀名額，互評出非優秀組合。第二步小組內互評，評定優良、良好、中等、及格和不及格等五個級別，發揮學生相互監督的作用，挖掘學生貢獻度。通過以上方案，日前課程設計及學生的真實水平表露無疑。當然經費的支持還需要一定的時間和學院的發展才能做到，是一個客觀的現實。

4.結論

本科生教育仍是教育的重中之重，尤其機械類學生的能力提高是國內生產行業的一大臂力。本文指出現實教與學中的現狀與問題，提出可行性改革措施，以達到所涉及人員廣泛關注，改革成功將是走向人工智能的一個進步。

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