郭立強(qiáng) 毛衛(wèi)平 顧永玉 薛青 程廣貴

【摘要】本文介紹了機(jī)電控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的重要意義、內(nèi)容，提出了面臨的現(xiàn)狀與問題及相應(yīng)的可行性改革方案。以期引發(fā)廣大教育管理者、教育者的共同關(guān)注，促進(jìn)提高機(jī)械工程類學(xué)生綜合素質(zhì)，加大學(xué)生就業(yè)率。

【關(guān)鍵詞】可編程控制器? 實(shí)踐課程? 機(jī)械工程

【基金項(xiàng)目】本文系江蘇大學(xué)高級(jí)人才基金資助項(xiàng)目“質(zhì)子導(dǎo)體膜及其在突觸晶體管中的應(yīng)用”（批準(zhǔn)號(hào)：14J DG049）國(guó)家自然科學(xué)基金“磷摻雜SiO2質(zhì)子導(dǎo)體膜及在多柵刺激耦合突觸晶體管中的應(yīng)用”（批準(zhǔn)號(hào)：51402321）。

【中圖分類號(hào)】G42 ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2021）21-0116-02

1.前言

機(jī)電控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)是機(jī)械工程類專業(yè)的一個(gè)綜合實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，其目的是鞏固和加深課堂教學(xué)的內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)計(jì)算機(jī)與機(jī)電控制方面知識(shí)的應(yīng)用能力，是一個(gè)重要的綜合訓(xùn)練環(huán)，因此完成該任務(wù)是可促進(jìn)學(xué)生直接就業(yè)的。目前，教學(xué)中的主要內(nèi)容是理論知識(shí)，一方面這些知識(shí)在實(shí)踐中不能有效得到落實(shí)，另一方面，缺乏大量的實(shí)例[1]。因此，通過本設(shè)計(jì)學(xué)生應(yīng)基本做到：（1）獨(dú)立構(gòu)建一個(gè)機(jī)電控制系統(tǒng);（2）編制其相應(yīng)控制軟件;（3）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)試。課時(shí)2分，學(xué)時(shí)30學(xué)時(shí)，兩周內(nèi)完成。其目的在于通過具體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，訓(xùn)練學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生掌握設(shè)計(jì)的方法和思路，掌握常用工具軟件的使用，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，為今后的畢業(yè)設(shè)計(jì)和實(shí)際工作打下良好的基礎(chǔ)。以江蘇大學(xué)該課程為例，課程具體包括：?jiǎn)握局鞒绦蚓帉?、觸摸屏畫面設(shè)計(jì)、組態(tài)王監(jiān)視畫面設(shè)計(jì)，說明書等。該課程成績(jī)?cè)u(píng)定分三部分：平時(shí)成績(jī)、答辯成績(jī)、說明書，各占30%、50%、20%。設(shè)備采用Fx2n小型可編程控制器（PLC）、威倫觸摸屏、電腦一臺(tái)及相關(guān)通訊線等。共分為六站：出料站、搬運(yùn)站、加工模擬站、安裝站、安裝搬運(yùn)站和分類儲(chǔ)藏站。該課程自開設(shè)以來(lái)取得了良好的學(xué)習(xí)效果，激發(fā)了學(xué)生對(duì)于機(jī)械類知識(shí)的領(lǐng)悟。例如，理論學(xué)習(xí)過后有的學(xué)生不知道PLC是什么，更不知道如何使用，通過課程設(shè)計(jì)后，小有成就感，本文旨在探討更進(jìn)一步的實(shí)際改革措施。

2.現(xiàn)狀與存在問題

教師在該課程設(shè)計(jì)中起到啟蒙鼓勵(lì)的作用，其任務(wù)為課程設(shè)計(jì)全體總動(dòng)員、設(shè)備講解、觸摸屏講解、組態(tài)王講解以及聯(lián)網(wǎng)講解。學(xué)生在本課程設(shè)計(jì)中擔(dān)當(dāng)對(duì)課程領(lǐng)悟、設(shè)備使用、觸摸屏使用、組態(tài)王使用、聯(lián)網(wǎng)使用的主要角色。在課程中采用的設(shè)備為六站分離、聯(lián)合的模式，是目前小型自動(dòng)化車間模擬生產(chǎn)線，具有極大的應(yīng)用潛力，然而目前教與學(xué)、學(xué)成與實(shí)際產(chǎn)業(yè)應(yīng)用存在一些亟待解決的問題。（1）教學(xué)設(shè)備昂貴且數(shù)量極少、課時(shí)短。本課程設(shè)計(jì)共計(jì)六站，各班人數(shù)在20～30人數(shù)不等，同時(shí)專業(yè)內(nèi)多班級(jí)同時(shí)使用，造成設(shè)備相對(duì)緊缺。使用過程中，個(gè)別同學(xué)存在亂拔通訊數(shù)據(jù)線等行為，造成設(shè)備數(shù)據(jù)線損毀，使用時(shí)來(lái)不及購(gòu)買，另外購(gòu)買需要相應(yīng)經(jīng)費(fèi)支持和購(gòu)買時(shí)間。為解決設(shè)備少、時(shí)間短的問題，目前采用將學(xué)生分為六個(gè)團(tuán)隊(duì)，每個(gè)團(tuán)隊(duì)使用一個(gè)站點(diǎn)，多班級(jí)上下午、晚上岔開的方式。為盡量保證設(shè)備的正常使用，教師一般全程現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的使用不當(dāng)之處，提出避免措施。（2）學(xué)與急學(xué)之矛盾。課程設(shè)計(jì)往往被作為一門實(shí)習(xí)課程，安排在實(shí)踐周，實(shí)踐周已然是假期，學(xué)生心思回鄉(xiāng)！此時(shí)，課程設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生很少會(huì)做前期練習(xí)，直奔課設(shè)主題，期望早日答辯，忽略了實(shí)踐課程的親身實(shí)踐的實(shí)際意義。在實(shí)際操作過程中需要用到PLC技術(shù)進(jìn)行編程[2]，并且由于修改程序方便、運(yùn)算能力較強(qiáng)，因此其應(yīng)用日益廣泛[3-4]。但讓教師無(wú)奈的是學(xué)生編寫完程序，不能運(yùn)行，會(huì)直接向教師逼問：“我的程序?yàn)槭裁床恍?？”等等意念性操作。眾所周知，每個(gè)人編程的方式、習(xí)慣可能存在一定的差異，對(duì)此教師一般會(huì)直接告訴學(xué)生問題所在，而不是具體不能運(yùn)行卡在哪里。（3）實(shí)施要求跟進(jìn)與抄襲的矛盾。自課程開設(shè)以來(lái)，設(shè)備已有十多年未曾更新，尤其采用的觸摸屏處于停產(chǎn)狀態(tài)。因此在課設(shè)的具體任務(wù)上存在抄襲網(wǎng)絡(luò)（注：同名該設(shè)計(jì)電子版，截至目前網(wǎng)絡(luò)百度可查）。比如搜索機(jī)電控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)將出現(xiàn)大批網(wǎng)絡(luò)半成品版說明書，更有個(gè)別學(xué)生課設(shè)封面連?；找迅某尚滦；?，都全然不知。因此抄襲現(xiàn)象加重了教師的答辯負(fù)擔(dān)，教師往往針對(duì)學(xué)生逐一提問，耗時(shí)耗力?。?）成績(jī)?cè)u(píng)定問題。成績(jī)按照等級(jí)制評(píng)定：優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格。一門課程成績(jī)按照教學(xué)規(guī)律是應(yīng)當(dāng)符合正態(tài)分布的，全優(yōu)秀或全不及格將被作為教學(xué)事故追求責(zé)任。這對(duì)于迫于要求高分升學(xué)、求職的學(xué)生的心理提出極大的考驗(yàn)，同為一個(gè)團(tuán)隊(duì)，可能存在全部積極向上的學(xué)生，然工作量有限，不能發(fā)揮其潛能，更不可能突破一人一站的新局面;同時(shí)對(duì)于新時(shí)代教師師德與思政改革提出了極大的挑戰(zhàn)。

3.改革措施

2016年，中國(guó)成為國(guó)際本科工程學(xué)位權(quán)威互認(rèn)協(xié)議——《華盛頓協(xié)議》的正式成員。深刻理解和把握復(fù)雜工程問題并培養(yǎng)出具有解決復(fù)雜工程問題能力的 畢業(yè)生，是中國(guó)高等教育所有本科工程專業(yè)當(dāng)前和今后必須重視和做好的重要工作[5-6]。該課程的應(yīng)用涉及軍事[7-9]、航空航天、企業(yè)生產(chǎn)研發(fā)等重大領(lǐng)域。自專業(yè)認(rèn)證申請(qǐng)、通過以來(lái)，課程在不斷的摸索更加符合企業(yè)需求的可持續(xù)改進(jìn)。針對(duì)現(xiàn)狀與問題，可進(jìn)行以下可行性的改革探試：（1）相關(guān)經(jīng)費(fèi)支持是基礎(chǔ)。設(shè)備陳舊、數(shù)量少，所造成的問題是經(jīng)費(fèi)的短缺所致。假如每個(gè)學(xué)生一站，將是考驗(yàn)學(xué)生自己是否真是投入、真正接受了技術(shù)的一大進(jìn)步。若一個(gè)學(xué)生負(fù)責(zé)六個(gè)站點(diǎn)不太現(xiàn)實(shí)。作為高校應(yīng)實(shí)時(shí)更新設(shè)備，保證課設(shè)的順利開展。（2）現(xiàn)有條件下，臨時(shí)提出任務(wù)內(nèi)的某項(xiàng)新細(xì)節(jié)。例如，設(shè)備運(yùn)行先后動(dòng)作順序、觸摸屏和組態(tài)王特色畫面等。誠(chéng)然每一次新環(huán)節(jié)都凝聚了每一位老師的心血，在不增加設(shè)備的條件下，30個(gè)課時(shí)每個(gè)學(xué)生一個(gè)小時(shí)的問題講解，基本就面臨結(jié)束了，可以考慮增加教師的待遇。（3）切實(shí)跟蹤課程學(xué)習(xí)，達(dá)到課程完成后能及時(shí)投入實(shí)踐，不一定在假期。正常課程結(jié)束馬上操作更能加深印象，還可以提高相關(guān)課程的接受能力。假期的一次課設(shè)不經(jīng)意間還受過領(lǐng)導(dǎo)批評(píng)，嚴(yán)重降低了教學(xué)激情。因此教育管理者應(yīng)給予一線教育人員足夠的尊重。（4）減少講解任務(wù)，發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性。秉承“授人漁，而不授人魚”的教學(xué)原則，講解以點(diǎn)到為止，不再過多細(xì)化，給學(xué)生留出領(lǐng)悟和操作的時(shí)間。（5）通過文獻(xiàn)查閱、技術(shù)調(diào)研、問題分析以及課堂討論等方法，能提出工程控制領(lǐng)域復(fù)雜問題的解決方案。該過程可提前通知學(xué)生去完成。（6）評(píng)價(jià)考核兼顧知識(shí)與能力的雙重考核功效，突出學(xué)習(xí)過程性，獲得能反映學(xué)生真實(shí)學(xué)習(xí)情況的成績(jī)。培養(yǎng)學(xué)生綜合動(dòng)手實(shí)踐能力，培養(yǎng)應(yīng)用型人才[10]。說明書內(nèi)容中，有圖要有圖的說明;心得與體會(huì)是可以不一樣的，凡是“千里之行始于足下”的詞語(yǔ)皆來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)抄襲;曾經(jīng)1位學(xué)生把心得與體會(huì)洋洋灑灑地寫成近千字的文言文，而且內(nèi)容真實(shí)可靠。參考文獻(xiàn)可以在中國(guó)知網(wǎng)查閱，要有數(shù)量限制。成績(jī)答辯采用兩步走，增加學(xué)生團(tuán)隊(duì)、個(gè)人的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。第一步團(tuán)隊(duì)互評(píng)，指定五個(gè)優(yōu)秀名額，互評(píng)出非優(yōu)秀組合。第二步小組內(nèi)互評(píng)，評(píng)定優(yōu)良、良好、中等、及格和不及格等五個(gè)級(jí)別，發(fā)揮學(xué)生相互監(jiān)督的作用，挖掘?qū)W生貢獻(xiàn)度。通過以上方案，日前課程設(shè)計(jì)及學(xué)生的真實(shí)水平表露無(wú)疑。當(dāng)然經(jīng)費(fèi)的支持還需要一定的時(shí)間和學(xué)院的發(fā)展才能做到，是一個(gè)客觀的現(xiàn)實(shí)。

4.結(jié)論

本科生教育仍是教育的重中之重，尤其機(jī)械類學(xué)生的能力提高是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)行業(yè)的一大臂力。本文指出現(xiàn)實(shí)教與學(xué)中的現(xiàn)狀與問題，提出可行性改革措施，以達(dá)到所涉及人員廣泛關(guān)注，改革成功將是走向人工智能的一個(gè)進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉浩.工程教育認(rèn)證背景下的機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革研究[J].裝備制造技術(shù)，2020（6）：149-151.

[2]房浩.基于 PLC 技術(shù)的自動(dòng)化機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2021，44（6）：24-27.

[3]Xue Bao，Li Chen，Chang Xiaoli，et al. Ghrelin reduces a-type potassium currents in dopaminergic nigral neurons via the PLC/PKCδpathway[J].Neuroscience bullet？鄄in，2020，36（8）：947-950.

[4]李明時(shí)，馬躍，尹震宇，等.一種異構(gòu)處理架構(gòu)的PLC集成安全控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，2019，40（4）：856-860.

[5]吳濤.工程教育背景下控制工程基礎(chǔ)課程建設(shè)與改革[J].教育教學(xué)論壇，2019（24）：80-82.

[6]林健.如何理解和解決復(fù)雜工程問題——基于《華盛頓協(xié)議》的界定和要求[J].高等工程教育研究，2016（5）：17-26.

[7]王俊杰，徐建文.基于 MODBUS-RTU 通訊協(xié)議的變頻器 PLC 控制設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2016，29（2）：15-16.

[8]HUO Junzhou，WU Hanyang，SUN Wei，et al. Electromechanical coupling dynamics of TBM main drive system [J].Nonlinear dynamics，2017，90（4）：2687-2710.

[9]鄧鷹飛.基于 S7-300PLC 的電鍍行車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2017，45（4）：788-792.

[10]卜勻.基于工程認(rèn)證的“機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)”課程考核方法改革探討[J].教育現(xiàn)代化，2019，6（97）：63-65.