引導(dǎo)學(xué)生改造實驗室設(shè)備和開發(fā)實驗項目的實踐

秦春節(jié)， 謝林君， 鄭勁松

(浙江工業(yè)大學(xué) a.之江學(xué)院，浙江杭州 310024;b.機械工程學(xué)院，浙江 杭州 310014)

0 引言

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》明確指出［1］:“支持學(xué)生參與科學(xué)研究，強化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。”自制或改進(jìn)實驗設(shè)備是高校實驗室建設(shè)和改革的重要內(nèi)容之一［2-4］，也是機械工程省級實驗教學(xué)示范中心建設(shè)內(nèi)容之一。引導(dǎo)學(xué)生積極參與實驗室改造和實驗設(shè)備開發(fā)，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合實踐與創(chuàng)新能力和豐富實驗教學(xué)內(nèi)容的目的。

1 學(xué)生參與實驗室改造的任務(wù)

1.1 參與實驗室改造項目的選定原則

學(xué)生參與實驗室改造項目要具有綜合性和可操作性，有利于培養(yǎng)和提升學(xué)生工程實踐能力。

(1)實驗室需要的設(shè)備和實驗教學(xué)項目。在目前實驗教學(xué)中發(fā)現(xiàn)儀器設(shè)備存在的缺陷和不足，并針對實驗教學(xué)中急需的項目對儀器設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)或研制，當(dāng)學(xué)生和指導(dǎo)教師看到自己的研發(fā)成果明顯改善實驗教學(xué)效果時，必定會激起師生教與學(xué)的熱情，形成實驗教與學(xué)的良性循環(huán)［5-6］。

(2)注重學(xué)生能力的可行性。指導(dǎo)教師必須了解學(xué)生的理論知識基礎(chǔ)與實踐能力基礎(chǔ)［7］，所選項目必須符合學(xué)生的實際情況，是學(xué)生經(jīng)過努力可以完成的，既不會挫傷學(xué)生的積極性，又保證自制設(shè)備的研制順利進(jìn)行。

(3)具有一定的創(chuàng)新性。具有自制設(shè)備功能、設(shè)計方案創(chuàng)新等，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目的［8-10］。

1.2 研發(fā)背景

“現(xiàn)代生產(chǎn)與物流實驗室”始建于2003年。2007年進(jìn)行擴建與改造?，F(xiàn)擁有物流成套設(shè)備1套，包括自動貨柜系統(tǒng)，自動物流作業(yè)系統(tǒng)及機器人搬運系統(tǒng)等，采用2套西門子控制器來完成整個系統(tǒng)的控制，1臺PC機完成系統(tǒng)的操作及監(jiān)控，1臺POS機完成終端服務(wù)?！艾F(xiàn)代生產(chǎn)與物流實驗室”為學(xué)院的工業(yè)工程專業(yè)和其他相關(guān)專業(yè)提供了較好的實驗環(huán)境，作用明顯。但隨著市場對人才的要求變化，其功能的單一性就凸現(xiàn)出來，“現(xiàn)代生產(chǎn)與物流實驗室”沒能充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用，主要原因有:

(1)實驗室側(cè)重于工業(yè)工程專業(yè)，實驗項目開出率低，設(shè)備利用率低，優(yōu)勢實驗資源不能充分發(fā)揮其在人才培養(yǎng)中的作用;

(2)實驗類型和方式較單一，實驗類型多以驗證性和演示型實驗為主，缺乏綜合性、創(chuàng)新性實驗，不利于學(xué)生綜合實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)［11-12］;

(3)現(xiàn)代生產(chǎn)與物流系統(tǒng)上缺少自動分揀系統(tǒng)，功能不完整。

1.3 “現(xiàn)代生產(chǎn)與物流實驗室”的改造目標(biāo)

針對這些問題，結(jié)合機械工程實驗教學(xué)示范中心建設(shè)要求，在原有系統(tǒng)基礎(chǔ)上，對“現(xiàn)代生產(chǎn)與物流實驗室”進(jìn)行改造和開發(fā):①增加自動分揀系統(tǒng)，充實與豐富物流系統(tǒng)，② 開發(fā)綜合性、設(shè)計性實驗項目，③把“現(xiàn)代生產(chǎn)與物流實驗室”作為示范中心的一個開放性的綜合實驗平臺，各類相關(guān)專業(yè)學(xué)生可以利用該平臺進(jìn)行實踐和實訓(xùn)，從而強化學(xué)生分析問題和解決實際工程問題的能力。

1.4 改造步驟

①指導(dǎo)教師提出任務(wù)，提供要改造的設(shè)備及相關(guān)資料和實驗場地;② 學(xué)生熟悉任務(wù)、熟練掌握現(xiàn)代生產(chǎn)與物流實驗室設(shè)備運行情況及相關(guān)參數(shù);③學(xué)生查閱文獻(xiàn)資料、指導(dǎo)教師參與研討，擬訂初步實施方案和計劃，指導(dǎo)教師審核，專家組對方案進(jìn)行論證;④ 確定實施方案，制定具體實施計劃并研制;⑤ 設(shè)備調(diào)試、成果驗證、答辯;⑥ 設(shè)備驗收并形成固定資產(chǎn)。在學(xué)生自制設(shè)備的整個實踐過程中完全遵循以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的原則，使學(xué)生從構(gòu)思、設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試、使用各個環(huán)節(jié)經(jīng)歷一個完整產(chǎn)品的開發(fā)過程，使學(xué)生對理論知識有了更深刻的理解，實踐和理論知識緊密結(jié)合，掌握科學(xué)研究和解決實際工程問題的一般方法［13-14］。

1.5 實施方案

(1)總體設(shè)計方案。“現(xiàn)代生產(chǎn)與物流實驗室改造與開發(fā)”主要研究的內(nèi)容是如何在現(xiàn)有的現(xiàn)代生產(chǎn)與物流系統(tǒng)上增加自動分揀模塊，來實現(xiàn)生產(chǎn)與物流的自動分揀，總體設(shè)計框架如圖1。

圖1 總體設(shè)計框架圖

(2)詳細(xì)設(shè)計方案。該項目所要解決的關(guān)鍵性技術(shù)包括兩個部分:機械部分的設(shè)計和控制系統(tǒng)的設(shè)計。首先要對機械結(jié)構(gòu)及其傳動部件進(jìn)行設(shè)計，通過對現(xiàn)有的流水線的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行測量來確定機械部分的總體結(jié)構(gòu)，然后對機械傳動方案及部件進(jìn)行設(shè)計與選擇，最后進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計包括電氣原理圖設(shè)計和各個模塊之間的接線圖設(shè)計以及控制程序的編寫。最后，把條形碼掃描模塊、位置控制模塊和機械部件系統(tǒng)地結(jié)合起來，形成一個完整的自動分揀裝置，通過可編程邏輯控制器的控制，來實現(xiàn)生產(chǎn)與物流的自動分揀。機械部分實物見圖2，控制系統(tǒng)實物見圖3。

圖2 機械部分實物圖

圖3 控制系統(tǒng)實物圖

2 學(xué)生參與實驗室改造的成果

2.1 學(xué)生開發(fā)的實驗項目

學(xué)生自制設(shè)備項目“現(xiàn)代生產(chǎn)與物流實驗室改造與開發(fā)”可以提供機械制造及其自動化、工業(yè)工程等相關(guān)專業(yè)一個具有真實生產(chǎn)環(huán)境的開放的綜合實踐平臺，在本項目建設(shè)過程中，開發(fā)出了綜合性、設(shè)計性實驗項目5個，累計實踐教學(xué)課時為34課時，見表1。充分發(fā)揮了該實驗室的優(yōu)勢作用，改善了學(xué)生實驗條件，運行情況良好。

表1 開發(fā)實驗項目表

2.2 學(xué)生在項目中的實踐情況

“現(xiàn)代生產(chǎn)與物流實驗室改造與開發(fā)”項目以工程項目的要求開展各項工作，由4位四年級學(xué)生組成的一個小團(tuán)隊負(fù)責(zé)，各成員分工合作，定期研討，歷時3個月完成了項目的設(shè)計、制作和調(diào)試，并完成了后續(xù)實驗項目的操作說明書和指導(dǎo)書的撰寫。

項目期間，在指導(dǎo)教師的引導(dǎo)下，學(xué)生從查閱文獻(xiàn)資料入手，向?qū)＜一驅(qū)I(yè)技術(shù)人員咨詢等，討論和確定項目的方案，在此基礎(chǔ)上，學(xué)生完成了設(shè)計工作。項目涉及的零部件都是由學(xué)生自行采購、加工、制作與安裝。程序也是由學(xué)生編寫和調(diào)試完成。在實踐過程中，學(xué)生遇到過很多難題，如步進(jìn)電機的控制，PLC與條形碼的通訊，PLC與讀碼器的通訊等，都經(jīng)過理論學(xué)習(xí)和提高、反復(fù)實踐，最后順利完成任務(wù)。完成本項目的學(xué)生深切體會:參與這樣的項目要求他們具有較廣的知識面、很強的實踐動手能力和吃苦耐勞的精神。

3 結(jié)語

引導(dǎo)學(xué)生參與實驗室改革和實驗項目的開發(fā)，不僅改善了實驗設(shè)備的性能，增添了實驗項目，擴大了受益面，更重要的是通過鼓勵學(xué)生自制設(shè)備建設(shè)模式的探索，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，增強了學(xué)生的自信心，培養(yǎng)了學(xué)生的科研方法、創(chuàng)新意識、團(tuán)隊合作精神，為學(xué)生將來走向社會打下了堅實的基礎(chǔ)。

［1］教育部，財政部.關(guān)于實施高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程的意見［Z］.(教高［2007］1 號).

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