王之堅(jiān), 錢曉龍

(東北大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院, 沈陽 110819)

·實(shí)習(xí)與實(shí)訓(xùn)·

基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式探索

王之堅(jiān), 錢曉龍

(東北大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院, 沈陽 110819)

為了切實(shí)加強(qiáng)學(xué)校學(xué)院推進(jìn)的“雙一流”建設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新思維模式，培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才，以開放實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為平臺(tái)，采用“教做學(xué)研”的綜合教學(xué)模式，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)新性。以實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中常用電器-電機(jī)正反轉(zhuǎn)為例，從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求到實(shí)驗(yàn)調(diào)試驗(yàn)收進(jìn)行了循序漸進(jìn)的內(nèi)容安排，使大部分學(xué)生能夠從零基礎(chǔ)開始逐漸轉(zhuǎn)入深入的學(xué)習(xí)，通過對(duì)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，鍛煉學(xué)生的工程思維模式。此方式經(jīng)過幾年的教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生積極性高，教學(xué)效果良好。

自動(dòng)化； 應(yīng)用型； 實(shí)訓(xùn)； 教學(xué)模式

0 引 言

隨著我國作為世界上制造業(yè)[1]大國的興起，企業(yè)對(duì)大學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)提出了更高的期望，要求學(xué)生不僅要牢固掌握理論知識(shí)，還要增加工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。鑒于此，各高校更加重視學(xué)生的工程實(shí)訓(xùn)[2]環(huán)節(jié)，學(xué)生在校期間通過親自動(dòng)手完成一系列與實(shí)際生活相關(guān)的工程實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目[3]，不僅能提高學(xué)習(xí)興趣，還可以獲得對(duì)本專業(yè)相關(guān)技術(shù)的基本認(rèn)識(shí)，提高個(gè)人綜合素質(zhì)。

針對(duì)我國工程訓(xùn)練的特點(diǎn)和發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合國際工程教育認(rèn)證[4]的能力要求，我校信息科學(xué)與工程學(xué)院對(duì)自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)設(shè)置了電工電子實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)設(shè)置了4個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[5]，包括：照明控制[6]系統(tǒng)設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)組裝實(shí)訓(xùn)、常用電器的應(yīng)用[7]、數(shù)字萬用表的焊接制作和綜合布線[8]系統(tǒng)內(nèi)容。實(shí)訓(xùn)內(nèi)容來源于實(shí)際生活中，因此學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)充滿興趣， 并且能夠很快上手，能自主積極地進(jìn)行學(xué)習(xí)。本文以常用電器的應(yīng)用內(nèi)容為例，介紹工業(yè)實(shí)訓(xùn)的操作規(guī)范和用電安全、系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案和調(diào)試驗(yàn)收等方面工業(yè)實(shí)訓(xùn)的整體學(xué)習(xí)過程，讓學(xué)生了解工程實(shí)訓(xùn)中應(yīng)該注意的問題，及復(fù)雜工程的解決思路[9]。

1 工程實(shí)訓(xùn)的安全操作規(guī)范

自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目多為強(qiáng)電，實(shí)驗(yàn)室中電源有220 V和380 V，屬于危險(xiǎn)電壓，同時(shí)實(shí)驗(yàn)室中電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分也容易引起事故。為了既保證按時(shí)完成電動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)又確保實(shí)驗(yàn)時(shí)的人身安全與設(shè)備安全，要求學(xué)生必須嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)室的安全操作規(guī)程[10]。這種訓(xùn)練對(duì)于學(xué)生以后步入企業(yè)，能夠正確自覺的遵守安全操作規(guī)范，達(dá)到了良好的約束作用。

這里對(duì)實(shí)驗(yàn)室的安全操作規(guī)程進(jìn)行簡單描述，主要分為人身安全和設(shè)備安全。

人身安全：① 上課時(shí)不能赤腳，最好穿膠底鞋，女生注意發(fā)辮要扎好，實(shí)驗(yàn)時(shí)最好穿緊袖口衣服，注意衣角、頭發(fā)、導(dǎo)線等不要被電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分卷入。② 嚴(yán)禁接觸帶電線路，遵守先接線后送電源，先斷電后再拆線的操作程序。③ 嚴(yán)禁帶電操作，在必須帶電檢查線路時(shí)，要用萬用表的手持表筆絕緣棒進(jìn)行檢查，不能用手去促使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)或停止，以免發(fā)生意外。④ 焊接實(shí)驗(yàn)時(shí)，注意電烙鐵的使用，不能燙傷自己和他人，不能用電烙鐵接觸實(shí)驗(yàn)室其他設(shè)備，造成設(shè)備的損壞。印制的電路板上有裸露的帶點(diǎn)端子，通電后不能用手直接接觸金屬部分，以免觸電或造成電路的短路。

設(shè)備安全：① 看懂實(shí)驗(yàn)電路圖，實(shí)驗(yàn)前先觀察實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[11]中電氣元件實(shí)物與電路圖中元器件的對(duì)應(yīng)關(guān)系。② 遵守接線的原則，選擇合理的接線步驟為：先串后并，先主后輔。有特殊說明例外。③ 接線要規(guī)范，美觀，按工程實(shí)踐要求，盤線要使用線槽，接線后面板布線整潔。④ 接線要牢固，以防止發(fā)生電動(dòng)機(jī)超速或飛車等事故，損壞其他設(shè)備及人身安全。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求

學(xué)院的電工電子實(shí)訓(xùn)[12]課程，主要針對(duì)自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)大一學(xué)生，因此開設(shè)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，既要體現(xiàn)專業(yè)方向，又要內(nèi)容基礎(chǔ)實(shí)用。根據(jù)學(xué)生的興趣方向，設(shè)計(jì)一系列跟實(shí)際生活貼近的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目[13]，本文以常用電器-電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)為例，闡述從這個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中如何讓學(xué)生得到專業(yè)方面的技能訓(xùn)練。首先提出了基本的實(shí)驗(yàn)任務(wù)與要求，讓學(xué)生能夠明確自己的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模浯翁岬较嚓P(guān)領(lǐng)域的知識(shí)點(diǎn)，使學(xué)生能夠知道從哪些方面入手去查閱資料。然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)，最后在實(shí)驗(yàn)室完成電路的連接與調(diào)試。項(xiàng)目內(nèi)容設(shè)計(jì)方案由淺入深，適合所有學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

總體任務(wù):了解常用電器的結(jié)構(gòu)與特性，利用實(shí)驗(yàn)面板上提供的電氣元器件，完成實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制。

基本內(nèi)容:① 了解常用控制電器定義及分類，了解控制電器在電氣控制系統(tǒng)中的作用； ② 掌握常用電磁式控制電路的基本結(jié)構(gòu)和原理，掌握電磁式控制器3個(gè)組成部分：觸點(diǎn)、滅弧原理和滅弧裝置及電磁機(jī)構(gòu)的工作過程；③ 掌握接觸器的規(guī)格型號(hào)及繼電器的分類方法，觀察生活中常用電器的類型； ④ 掌握按鈕開關(guān)、斷路器、熔斷器等電氣元件的結(jié)構(gòu)及工作原理；⑤ 撰寫總結(jié)報(bào)告，通過小組討論、交流提出改進(jìn)的不同實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。

擴(kuò)展內(nèi)容:① 利用熱磁斷路器和接觸器直接啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制；② 完成電動(dòng)機(jī)星-三角形起動(dòng)控制。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及連接調(diào)試

3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想

電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)在日常生活中廣泛使用。例如行車、木工用的電刨床、臺(tái)鉆、刻絲機(jī)、甩干機(jī)、車床等。對(duì)于三相籠型異步電動(dòng)機(jī)來說，可以通過兩個(gè)接觸器來改變電動(dòng)機(jī)定子繞組的電源相序來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)。工作原理是：電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向和旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向一致，而旋轉(zhuǎn)磁場方向是由三相電流的相序控制的，所以改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向就是改變定子三相電流的相序。將電動(dòng)機(jī)同電源相接的三根導(dǎo)線中的任意兩根互換，即可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了斷路器(空氣開關(guān))、正向接觸器、反向接觸器、起動(dòng)按鈕和端子排等電氣元件。電路設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)簡單、易操作。但包括多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，如：控制電動(dòng)機(jī)換向、電氣自鎖、電氣互鎖和機(jī)械互鎖等。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案圖

該主電路中：Q1為三路熱磁斷路器，Q2為兩路熱磁斷路器，接觸器KM1為正向接觸器，控制電動(dòng)機(jī)M正轉(zhuǎn)，接觸器KM2為反向接觸器，控制電動(dòng)機(jī)M反轉(zhuǎn)，KR1為熱繼電器，M為電動(dòng)機(jī)?？刂齐娐分校篠A1為正轉(zhuǎn)回路起動(dòng)按鈕，SA2為反轉(zhuǎn)回路起動(dòng)按鈕，SA3為緊急停止按鈕，可保持常閉狀態(tài)。

起動(dòng)過程：① 閉合三路熱磁斷路器Q1，接通380V電壓；② 閉合二路熱磁斷路器Q2，接通220 V電壓；③ 按下起動(dòng)按鈕SA1，接觸器KM1線圈通電，KM1主觸頭閉合，KM1常開輔助觸頭閉合，電動(dòng)機(jī)M接通電源開始正向轉(zhuǎn)動(dòng)。

停止過程：按下停止按鈕SA3，KM1線圈主觸頭和輔助常開觸頭斷開，電動(dòng)機(jī)M斷電停轉(zhuǎn)。

電動(dòng)機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)過程同上面相似，只是按下起動(dòng)按鈕SA2，接觸器KM2動(dòng)作后，調(diào)換了兩根電源線U、W相(即改變了電源相序)，從而達(dá)到反轉(zhuǎn)的目的。

在連續(xù)控制中，當(dāng)起動(dòng)按鈕SA1松開后，接觸器KM1的線圈通過其輔助常開觸頭的閉合仍繼續(xù)保持通電，從而保證電動(dòng)機(jī)的連續(xù)運(yùn)行。這種依靠接觸器自身的輔助常開觸頭而使線圈保持通電的控制方式，稱為自鎖或自保。而控制電路中要求KM1和KM2不能同時(shí)通電，否則會(huì)引起主電路電源短路。為此，要求在電路中設(shè)置連鎖環(huán)節(jié)，常用的有電氣互鎖和機(jī)械互鎖兩種。將其中一個(gè)接觸器的常閉觸頭串入另一個(gè)接觸器線圈電路中，則任何一個(gè)接觸器先通電后，即使按下相反方向的起動(dòng)按鈕，另一個(gè)接觸器也無法通電，這種利用兩個(gè)接觸器的輔助常閉觸頭互相控制的方式，叫做電氣互鎖。利用復(fù)合按鈕組成“正-反-停”或“反-正-?！钡幕ユi控制，既有接觸器常閉觸頭的電氣互鎖，也有復(fù)合按鈕常閉觸頭的機(jī)械互鎖，即雙重互鎖。該電路操作方便，安全可靠，且包含知識(shí)點(diǎn)多，因此作為自動(dòng)化專業(yè)啟蒙工程教育最為合適。

3.3 系統(tǒng)連接與調(diào)試

系統(tǒng)的連接與調(diào)試部分，是真正考驗(yàn)學(xué)生動(dòng)手能力的環(huán)節(jié)。利用對(duì)系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)分析，將電路圖中電氣元件與面板實(shí)物相對(duì)應(yīng)，通過實(shí)驗(yàn)過程驗(yàn)收和實(shí)驗(yàn)質(zhì)量方面能夠看出學(xué)生對(duì)工業(yè)工程操作是否符合規(guī)范[15]；在查閱資料、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和連線調(diào)試的過程中，要求學(xué)生記錄實(shí)驗(yàn)過程筆記，讓學(xué)生在剛?cè)雽W(xué)開始就養(yǎng)成學(xué)習(xí)中常記筆記的好習(xí)慣；最后要求學(xué)生寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，鍛煉學(xué)生的書寫能力，為以后的學(xué)生和工作奠定良好的基礎(chǔ)。具體驗(yàn)收步驟如下：

(1) 實(shí)驗(yàn)過程驗(yàn)收。要求每組的學(xué)生要合作完成電氣元件的認(rèn)知與連線工作。實(shí)驗(yàn)過程中要分工明確；掌握安全用電措施及操作步驟；工程操作過程規(guī)范，遵守實(shí)驗(yàn)室規(guī)章。

(2) 實(shí)驗(yàn)質(zhì)量驗(yàn)收。要求連線正確；接線牢固；布局合理；走線設(shè)計(jì)美觀，評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案的合理性。

(3) 實(shí)驗(yàn)筆記驗(yàn)收。要求筆記中體現(xiàn)查閱資料的

途徑；掌握的知識(shí)點(diǎn)；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案；實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題及解決方法；對(duì)方案的改進(jìn)及創(chuàng)新思路。

(4) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告驗(yàn)收。要求學(xué)生對(duì)所完成的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，以論文的形式書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，讓學(xué)生盡早掌握科學(xué)論文的書寫格式及書寫方法。

通過以上實(shí)際項(xiàng)目的驗(yàn)收要求，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，規(guī)范了學(xué)生的現(xiàn)場操作，讓學(xué)生能夠在工業(yè)工程現(xiàn)場環(huán)境中有安全操作和規(guī)范操作意識(shí)，增強(qiáng)信心，鍛煉能力。

4 結(jié) 語

工程訓(xùn)練是我國特有的工程實(shí)踐教育方式，是落實(shí)工程教育、實(shí)現(xiàn)工程教育認(rèn)證能力標(biāo)準(zhǔn)的重要環(huán)節(jié)。經(jīng)過多年不斷的改進(jìn)與探索，自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式實(shí)行了10余年，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，實(shí)驗(yàn)效果良好。使學(xué)生既掌握了理論基礎(chǔ)知識(shí)，又培養(yǎng)專業(yè)的實(shí)際操作能力，還可以讓學(xué)生接觸到工程系統(tǒng)的分析和管理，因此，工程訓(xùn)練具有專業(yè)教育無法取代的實(shí)踐性、整合性和創(chuàng)新性特點(diǎn)。

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The Exploration on Automatic Practical Teaching Model Based on Applied Talent Training

WANGZhijian,QIANXiaolong

(College of Information Science and Engineering, Northeastern University, Shenyang 110819, China)

In order to strengthen the "two first-class" that college and university promoted, guide students' innovative thinking modes, and cultivate innovative field-working oriented talents, based on opened laboratory system, the paper uses comprehensive teaching model - "combined by teaching, making, learning and studying", to develop the students' initiative and innovation. In this paper, uses CW/CCW rotation of motor, commonly used in electrical training systems, as an example, arranges the content teaching step by step from the experimental design requirements to the debugging and acceptance. The experiment makes most students who start from non-foundation gradually transfer to thoroughly learning. The experimental training practical application system trains students’ engineering thinking. This way has experienced several years of teaching practice, students’ motivation enhances and teaching effect is good.

automation; application-oriented teaching mode; practical training

2016-04-25

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(11273001)；中國航天科技集團(tuán)公司衛(wèi)星應(yīng)用研究院創(chuàng)新基金(2014-CXJJ-TX-11)

王之堅(jiān)(1959-)，男，吉林長春人，學(xué)士，工程師，主要研究方向?yàn)樽詣?dòng)控制、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控等。

Tel.:18642045750; E-mail:wangzhijian59@163.com

TP 393

A

1006-7167(2017)03-0235-03