周德強(qiáng)　陳延祥　盛衛(wèi)鋒　呂青　平雪良　宿磊

摘? 要：伴隨著“卓越計(jì)劃”的推進(jìn)實(shí)施，中國(guó)高校開啟了新工科時(shí)代，高校正加快工程教育改革創(chuàng)新。本文以近幾年江南大學(xué)機(jī)械電子工程專業(yè)《機(jī)電傳動(dòng)與PLC控制》的課程改革現(xiàn)狀與實(shí)踐教學(xué)為基礎(chǔ)，簡(jiǎn)單介紹了江南大學(xué)《機(jī)電傳動(dòng)與PLC控制》課程教學(xué)改革措施與方法，重點(diǎn)探討了面向機(jī)電專業(yè)的《機(jī)電傳動(dòng)與PLC控制》實(shí)踐教學(xué)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：機(jī)電傳動(dòng)與PLC控制? 實(shí)踐教學(xué)? 創(chuàng)新能力? 機(jī)械電子工程

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）12（b）-0170-04

Abstract： With the implementation of the "Excellence Plan "， Chinese colleges and universities have opened a new era of engineering， and colleges and universities are speeding up the reform and innovation of engineering education. This paper focuses on the practical teaching and innovation ability training of Electromechanical Transmission and PLC Control， which is based on the current situation and practical teaching of the course reform of electromechanical and electronic engineering major in Jiangnan University in recent years.

Key Words： Electromechanical Transmission and PLC Control; Practical teaching; Innovation ability; Mechanical and electronic engineering

伴隨著《新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目指導(dǎo)指南》發(fā)布以及“中國(guó)制造2025”等重大戰(zhàn)略的實(shí)施，中國(guó)高校開啟了新工科時(shí)代，高校必須加快工程教育改革創(chuàng)新，促使我國(guó)盡快完成從工程教育大國(guó)向工程教育強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變[1-2]。多所高校嘗試采用不同的實(shí)踐教學(xué)方法以提高教學(xué)效果，其中，西安交通大學(xué)李勇教授等在“力學(xué)測(cè)量與無(wú)損檢測(cè)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中提出了PBL（問題導(dǎo)向式學(xué)習(xí)）教學(xué)法，實(shí)現(xiàn)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的有力提升[3];內(nèi)蒙古科技大學(xué)張春燕在電工學(xué)實(shí)踐教學(xué)中提出了基于“雨課堂”的電工學(xué)混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，取得了較好的實(shí)踐教學(xué)效果[4]。針對(duì)機(jī)電傳動(dòng)與控制課程，各高校根據(jù)本校實(shí)際情況也進(jìn)行了大量的課程改革與實(shí)踐探索：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)丁海港等建成了國(guó)內(nèi)先進(jìn)的《機(jī)電液綜合實(shí)驗(yàn)》平臺(tái)，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力[5];濟(jì)南大學(xué)劉海寧等提出了基于Matlab/Simulink構(gòu)建系統(tǒng)完整的教學(xué)仿真試驗(yàn)平臺(tái)，取得了較好的教學(xué)效果[6];杭州電子科技大學(xué)許明等將CDIO工程教育模式融入課程實(shí)踐教學(xué)，開發(fā)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，構(gòu)成三層次實(shí)踐即基本實(shí)驗(yàn)（“看中學(xué)”）、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)（“做中學(xué)”）和開放性實(shí)驗(yàn)（“用中學(xué)”），與工程實(shí)際有較好的對(duì)接，鍛煉了學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及綜合應(yīng)用開發(fā)的能力[7]。

筆者所在江南大學(xué)機(jī)械電子工程專業(yè)作為首批“卓越計(jì)劃”專業(yè)積極響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，以“高素質(zhì)、強(qiáng)能力的機(jī)電融合卓越創(chuàng)新人才”為培養(yǎng)目標(biāo)，系統(tǒng)深入地開展了工程教育改革創(chuàng)新的探索與實(shí)踐[8]。《機(jī)電傳動(dòng)與PLC控制》是江南大學(xué)機(jī)械電子工程專業(yè)的專業(yè)核心課程，課程理論與實(shí)踐并重且相互結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)電傳動(dòng)以及電氣與PLC控制的基礎(chǔ)理論知識(shí)。

本文以近幾年教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，歸納了機(jī)械電子工程專業(yè)《機(jī)電傳動(dòng)與PLC控制》的課程改革現(xiàn)狀與實(shí)踐教學(xué)特點(diǎn)，重點(diǎn)探討了面向機(jī)電專業(yè)的《機(jī)電傳動(dòng)與PLC控制》實(shí)踐教學(xué)體系完善與創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

1? 課程改革現(xiàn)狀

《機(jī)電傳動(dòng)與PLC控制》是筆者所在學(xué)校的一門卓越課程，課程改革體現(xiàn)于通過(guò)教學(xué)形式的改變使學(xué)生更有效地掌握課程理論知識(shí)并投入于實(shí)踐運(yùn)用，將課程實(shí)踐嵌入于教學(xué)中，注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。課程改革后總分配學(xué)時(shí)為48學(xué)時(shí)，其中理論教學(xué)學(xué)時(shí)為38學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)為8學(xué)時(shí)，實(shí)踐學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)。相比改革前的教學(xué)方案，改革后縮短理論教學(xué)學(xué)時(shí)限制至38學(xué)時(shí)，因此整合機(jī)電傳動(dòng)控制、電氣與PLC控制等專業(yè)課內(nèi)容，重新組織教學(xué)內(nèi)容，使課程知識(shí)更加精煉詳實(shí)。除課程內(nèi)容改革進(jìn)行了重組之外，作為卓越課程，采用小班教學(xué)、分組討論、加強(qiáng)學(xué)生課后交流、多采用動(dòng)畫視頻等方面進(jìn)行了教學(xué)形式上的更新，在理論教學(xué)方面取得了一定的教學(xué)效果[1]。

2? 深化課程實(shí)踐教學(xué)

2.1 課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)

根據(jù)《機(jī)電傳動(dòng)與PLC控制》總學(xué)時(shí)要求，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)為8學(xué)時(shí)共四個(gè)實(shí)驗(yàn)，包括電機(jī)正反轉(zhuǎn)與變頻器控制實(shí)驗(yàn)、PLC認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)、交通信號(hào)燈控制實(shí)驗(yàn)、皮帶運(yùn)輸機(jī)的控制實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)。其中，電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)與變頻器控制實(shí)驗(yàn)要求掌握繼電器接觸器控制方式的基本環(huán)節(jié)，運(yùn)用行程控制或時(shí)間控制實(shí)現(xiàn)電機(jī)和相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，了解交流電動(dòng)機(jī)變頻控制原理及使用方法;PLC認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)主要為閃爍電路，移位寄存器應(yīng)用，要求認(rèn)識(shí)、熟悉PLC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及編程軟件的使用;十字路口交通信號(hào)燈的控制，要求掌握PLC定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的應(yīng)用，學(xué)習(xí)編程技巧;皮帶運(yùn)輸機(jī)的控制實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生用定時(shí)器、移位寄存器等不同編程方法實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)順序控制的編程。8學(xué)時(shí)的課堂實(shí)驗(yàn)，有助于學(xué)生對(duì)課本基本知識(shí)的理解與掌握。

2.2 課外實(shí)踐教學(xué)

除要求8學(xué)時(shí)課堂實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)外，還安排有2學(xué)時(shí)的實(shí)踐學(xué)時(shí)，共兩項(xiàng)實(shí)踐內(nèi)容。（1）要求學(xué)生深入江南大學(xué)君遠(yuǎn)工程中心、學(xué)校實(shí)習(xí)工廠或相關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)、實(shí)訓(xùn)用生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)，對(duì)照課程所學(xué)知識(shí)，選擇性了解掌握相應(yīng)的電氣控制系統(tǒng)。（2）要求學(xué)生合作完成從設(shè)計(jì)到選型購(gòu)買到制作編程的課程相關(guān)的專題制作。實(shí)踐內(nèi)容學(xué)生利用課外時(shí)間組隊(duì)完成，最終在課程結(jié)束前安排2學(xué)時(shí)，以小組匯報(bào)的形式總結(jié)分享。

通過(guò)以上課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課外實(shí)踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手和靈活運(yùn)用知識(shí)的能力，有助于徹底理解課本知識(shí)，并使學(xué)生具有一定的創(chuàng)新能力。

3? 基于綜合實(shí)訓(xùn)的實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)

卓越工程師計(jì)劃對(duì)高校人才培養(yǎng)提出了更深刻的要求，除學(xué)習(xí)系統(tǒng)的專業(yè)知識(shí)外，也應(yīng)具有過(guò)硬的基本專業(yè)技能，具備實(shí)踐創(chuàng)新能力，具有作為工程師的基本素質(zhì)，因此為進(jìn)一步使教學(xué)與工程實(shí)際接軌、增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)，在傳統(tǒng)課堂教學(xué)以外，江南大學(xué)機(jī)械電子工程專業(yè)在實(shí)踐教學(xué)方面，增加了集中實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，主要進(jìn)行了三大方面的實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)，即PLC綜合自動(dòng)化實(shí)踐、檢測(cè)與控制實(shí)踐、機(jī)器人應(yīng)用實(shí)踐。其中，PLC綜合自動(dòng)化實(shí)踐主要面向《機(jī)電傳動(dòng)與PLC控制》課程的實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

3.1 綜合實(shí)訓(xùn)內(nèi)容體系

PLC綜合自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的總時(shí)間為2周，實(shí)際有效天數(shù)10d，依托亞龍YL235APLC綜合實(shí)踐平臺(tái)以工程項(xiàng)目為導(dǎo)向進(jìn)行開展，綜合實(shí)踐平臺(tái)如圖1所示，包括了生產(chǎn)實(shí)踐中常用的理料、機(jī)械手抓取搬運(yùn)、傳送帶輸送檢測(cè)分選、觸摸屏人機(jī)交互、PLC控制編程等環(huán)節(jié)，整機(jī)工作模擬還原了實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

實(shí)踐任務(wù)安排包括認(rèn)識(shí)熟悉平臺(tái)裝置、組裝與調(diào)整、程序設(shè)計(jì)與軟件調(diào)試、設(shè)備聯(lián)機(jī)調(diào)試、考核驗(yàn)收等環(huán)節(jié)。通過(guò)綜合實(shí)訓(xùn)使同學(xué)們能夠針對(duì)機(jī)電一體化領(lǐng)域復(fù)雜工程問題進(jìn)行系統(tǒng)或工藝流程設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)。在實(shí)踐任務(wù)的安排中，采用由點(diǎn)及面，由環(huán)節(jié)到整體的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路。

在實(shí)訓(xùn)開始階段，通過(guò)一系列的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，如針對(duì)傳感器、驅(qū)動(dòng)部件、多設(shè)備TCP/IP通訊等小環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用課程所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行思考設(shè)計(jì)和編程工作;針對(duì)實(shí)訓(xùn)中遇到的問題鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)思考，引導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn)和相關(guān)資料，激勵(lì)學(xué)生探究未知，自行解決問題，在發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過(guò)程中，不斷強(qiáng)化理論知識(shí)和創(chuàng)新能力。

完成初階段的任務(wù)導(dǎo)向型實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生已具備對(duì)于常用機(jī)電元器件基本的使用能力和對(duì)PLC較強(qiáng)的程序設(shè)計(jì)和編程調(diào)試能力。之后學(xué)生將以2人小組的形式完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的編程調(diào)試工作，整機(jī)調(diào)試著重于整個(gè)系統(tǒng)間的任務(wù)協(xié)調(diào)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，兩人合作也將培養(yǎng)學(xué)生的分析解決問題能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

3.2 全面化考評(píng)體系

在考核方面，筆者不斷完善綜合實(shí)踐考評(píng)體系。豐富考核形式，不再局限于實(shí)驗(yàn)報(bào)告，而是從多個(gè)方面進(jìn)行考核：（1）首先更注重實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中各功能塊的成果進(jìn)行驗(yàn)收，確保實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)展;（2）注重實(shí)驗(yàn)紀(jì)律和實(shí)驗(yàn)態(tài)度的評(píng)價(jià);（3）實(shí)驗(yàn)報(bào)告和各階段的答辯的考評(píng)。通過(guò)以上考核內(nèi)容，達(dá)到對(duì)學(xué)生的綜合評(píng)定，從而培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，為學(xué)生下一步進(jìn)入企業(yè)實(shí)習(xí)在較短時(shí)間內(nèi)都能適應(yīng)和勝任機(jī)電裝備、生產(chǎn)線等機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試等任務(wù)。

3.3 實(shí)踐平臺(tái)創(chuàng)新

創(chuàng)新不僅僅是對(duì)于學(xué)生而言，筆者學(xué)校也在加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和教學(xué)模式上的創(chuàng)新，不斷對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備進(jìn)行了更新，淘汰了原先的S7-200和200SMART， 統(tǒng)一采購(gòu)時(shí)下熱門的西門子S7-1200PLC，并在每個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)電腦上安裝了博圖V15，創(chuàng)新前沿的硬件平臺(tái)，不僅有助于提高實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的創(chuàng)造性，拓展學(xué)生的思維和視野，也能夠提高學(xué)生的主動(dòng)性和學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)他們的創(chuàng)新意識(shí)。

4? 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合筆者近幾年教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，歸納了機(jī)械電子工程專業(yè)《機(jī)電傳動(dòng)與PLC控制》的課程改革現(xiàn)狀與實(shí)踐教學(xué)特點(diǎn)，重點(diǎn)探討了面向機(jī)電專業(yè)的《機(jī)電傳動(dòng)與PLC控制》實(shí)踐教學(xué)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)。通過(guò)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)以及PLC綜合自動(dòng)化實(shí)踐訓(xùn)練，逐步鍛煉學(xué)生的綜合分析能力、實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力和工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題、分析和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、探索創(chuàng)新、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的精神，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。為下一步學(xué)生進(jìn)入企業(yè)實(shí)習(xí)在較短時(shí)間內(nèi)都能適應(yīng)和勝任機(jī)電裝備、生產(chǎn)線等機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試等任務(wù)。

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