機電控制技術(shù)課程實踐教學(xué)改革與探索

明瑞 李灣 蔡頌 張勇 明興祖

摘? 要 機電控制技術(shù)課程實踐教學(xué)是培養(yǎng)機械類學(xué)生機電控制綜合實踐能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。通過構(gòu)建多層次、模塊化的實踐教學(xué)內(nèi)容新體系，進行實踐教學(xué)內(nèi)容調(diào)整，探索靈活多樣的實踐教學(xué)方法、混合式教學(xué)手段和實踐教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺的運用，形成多元化的實踐教學(xué)綜合考核方式，取得良好的實踐教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 機械類專業(yè);機電控制技術(shù);實踐教學(xué);開放實驗室;CAI課件

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）06-0129-04

Reform and Exploration on Practical Teaching of Mechanical & Electrical Control Technology Curriculum//MING Rui， LI Wan， CAI Song， ZHANG Yong， MING Xingzu

Abstract The practice teaching of mechanical & electrical control

technology curriculum is the importance link of training mechanical students？comprehensive practice and innovation ability of mecha-

nical and electrical control.? Based on the construction of a new prac-

tice teaching content system of multi-levels and modularization， adjustment of practice teaching contents， flexible and diversified methods of practice teaching， application of hybrid teaching means

and practice teaching network platform are explored. A comprehen-sive examination methods of diversified practice teaching are formed，

and the good results of practice teaching have been achieved.

Key words mechanical specialty; mechanical & electrical control

technology; practice teaching; open laboratory; CAI courseware

1 前言

機電控制技術(shù)是機械類專業(yè)的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)和必修課程，通過本課程的教學(xué)，使學(xué)生了解機電傳動控制的一般原理和基礎(chǔ)知識，掌握分析、設(shè)計和使用機電傳動控制系統(tǒng)和裝置、器件的基本技能，獲得必備的知識和能力訓(xùn)練。為提高學(xué)生的機電控制綜合實踐能力和創(chuàng)新能力，實踐教學(xué)是必不可少的環(huán)節(jié)，并貫穿于機械類專業(yè)教學(xué)過程的始終[1]，須進行機電控制技術(shù)課程實踐教學(xué)改革與探索，主要包括本課程實踐教學(xué)體系改革與內(nèi)容調(diào)整、教學(xué)方法與手段探索、考核方式改革等。

2 實踐教學(xué)體系改革與內(nèi)容調(diào)整

機電控制技術(shù)課程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)一般包括課程內(nèi)實驗、課程設(shè)計（第六學(xué)期）、畢業(yè)實習(xí)與設(shè)計（第八學(xué)期）等。為加強學(xué)生機電控制實踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在上述實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上增加開放性實驗（第六學(xué)期及以后）、機電控制技術(shù)競賽、大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)與創(chuàng)新性實驗等環(huán)節(jié)，對實踐教學(xué)內(nèi)容進行大膽改革，構(gòu)建多層次、模塊化的機電控制技術(shù)課程實踐教學(xué)體系與內(nèi)容，如圖1所示。

多層次是指每個模塊按照其實踐內(nèi)容屬性，設(shè)置類型分為基礎(chǔ)性、綜合性、設(shè)計性和創(chuàng)新性實踐等四個層次，根據(jù)學(xué)生需要和個性發(fā)展興趣，在不同學(xué)期開設(shè)和選擇相應(yīng)的實踐項目模塊[2]。模塊化是指按照機電控制技術(shù)課程教學(xué)大綱要求，將實踐教學(xué)內(nèi)容分成若干實踐教學(xué)項目模塊。課程內(nèi)實驗環(huán)節(jié)分為三相異步電動機正反轉(zhuǎn)控制、控制交流異步電動機正反轉(zhuǎn)PLC編程設(shè)計等兩個實驗項目模塊，四課時實驗。課程設(shè)計包括數(shù)控車床工作臺二維運動伺服進給系統(tǒng)設(shè)計，機械手液壓系統(tǒng)的電氣控制，平面磨床、組合機床的電氣控制，壓力機液壓系統(tǒng)的電氣控制等設(shè)計項目模塊。開放性實驗既可以自行設(shè)計實驗項目，也可選擇實驗項目，如三相異步電動機Y-Δ降壓起動控制、三相異步電動機變頻調(diào)速等項目模塊。畢業(yè)實習(xí)與設(shè)計、機電控制技術(shù)競賽、大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)與創(chuàng)新性實驗等環(huán)節(jié)則根據(jù)企業(yè)需要、競賽命題和學(xué)生興趣，自行設(shè)計實踐項目內(nèi)容和方案。

在四個層次的實踐類型中，基礎(chǔ)性實踐的教學(xué)目的是以傳授和加強機電控制技術(shù)的基礎(chǔ)知識為主，注重配合理論課循序漸進地教學(xué)，增強學(xué)生對理論知識的理解，以基礎(chǔ)性實驗操作為主，熟悉和掌握電器元件及儀器的使用，培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)知、分析和解決基本問題的能力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度以及基本的實驗操作技能。因此，基礎(chǔ)性實踐的教學(xué)模式采用現(xiàn)場演示、學(xué)生動手和教師輔導(dǎo)的方式，主要在課程內(nèi)實驗、開放性實驗等實踐環(huán)節(jié)進行。

綜合性實踐、設(shè)計性實踐應(yīng)綜合集成機械、電氣控制等學(xué)科的知識與技術(shù)，開設(shè)應(yīng)用性、綜合性、先進性、實用性強的實踐項目，培養(yǎng)學(xué)生綜合把握和運用學(xué)科群知識、分析和解決實際問題的能力。其教學(xué)模式采用以學(xué)生動手和自學(xué)為主的方式，主要在開放性實驗、課程設(shè)計、畢業(yè)實習(xí)與設(shè)計、機電控制技術(shù)競賽等實踐環(huán)節(jié)進行。

創(chuàng)新性實踐以提高素質(zhì)和能力為主線，應(yīng)充分應(yīng)用新概念、新工藝、新技術(shù)，鼓勵學(xué)生自擬實驗方案進行探索性、研究性、創(chuàng)造性實驗。其教學(xué)模式是采用學(xué)生自行提出課題、獨立完成的方式，主要在畢業(yè)設(shè)計、機電控制技術(shù)競賽、大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)與創(chuàng)新性實驗等實踐環(huán)節(jié)進行。

根據(jù)機械類專業(yè)人才培養(yǎng)方案的要求，課程內(nèi)實驗、課程設(shè)計、畢業(yè)實習(xí)與設(shè)計等為必修實踐環(huán)節(jié)，開放性實驗、機電控制技術(shù)競賽、大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)與創(chuàng)新性實驗等為選修實踐環(huán)節(jié)，評定合格后可抵通識選修課學(xué)分和得創(chuàng)新活動學(xué)分。這樣既可以滿足不同層次學(xué)生的需求，又可以對機電控制技術(shù)課程內(nèi)容進行綜合應(yīng)用，極大提高學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力。

3 實踐教學(xué)方法探索

根據(jù)實踐項目模塊類型和教學(xué)模式的不同，教學(xué)方法也不同[3]。機電控制技術(shù)基礎(chǔ)性實踐一般采用現(xiàn)場演示、合作學(xué)習(xí)式、討論互動式、任務(wù)驅(qū)動式、仿真式等教學(xué)方法;對于綜合性實踐、設(shè)計性實踐和創(chuàng)新性實踐，需積極探索開放式、目標(biāo)競賽式、校企合作式、研究式等新型的教學(xué)方法。

開放式教學(xué)方法? 為了對機電控制技術(shù)實驗項目感興趣的部分學(xué)生提供進一步實驗學(xué)習(xí)的機會，延伸課堂教學(xué)，加深知識理解，提高實驗動手能力，采用開放式教學(xué)是一種有效方法[4]。開放實驗室面向?qū)W校所有學(xué)生，實行全天候開放制度。近三年機械類專業(yè)在機電一體化柔性實驗室、機械綜合與創(chuàng)新實驗室等進行了實驗室開放，主要進行綜合性、設(shè)計性和創(chuàng)新性實驗項目等“三性”實驗內(nèi)容，使開放實驗室“三性”實驗所占比例、對學(xué)生的覆蓋面平均每年分別達(dá)到56%和23%以上。

目標(biāo)競賽式教學(xué)方法? 通過組織不同層次、不同檔次的多種實驗競賽、學(xué)科競賽，充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生良好的競爭意識與自主學(xué)習(xí)、綜合應(yīng)用和創(chuàng)新能力。機械類專業(yè)近三年先后組織參加大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽、工程訓(xùn)練綜合能力競賽、三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計大賽、全國信息技術(shù)應(yīng)用水平大賽、全國大學(xué)生工業(yè)設(shè)計大賽、“芙蓉杯”國際工業(yè)設(shè)計創(chuàng)新大賽等競賽活動，機械類本科生參加學(xué)科競賽人數(shù)占總?cè)藬?shù)的比例超過25%，通過校級、省級和國家級不同層次的選拔和訓(xùn)練，機電控制技術(shù)應(yīng)用能力大大提高，取得良好教學(xué)效果。

校企合作式教學(xué)方法? 針對企業(yè)的崗位需求和要求，以企業(yè)導(dǎo)師指導(dǎo)為主，進行畢業(yè)實習(xí)與設(shè)計、定崗訓(xùn)練、大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)與創(chuàng)新性實驗等，解決企業(yè)的實際技術(shù)問題，根據(jù)雙向選擇可就地就業(yè)。該教學(xué)方法最貼近社會生產(chǎn)實際，使學(xué)校、企業(yè)和學(xué)生三方都會受益。

湖南工業(yè)大學(xué)作為中國包裝總公司唯一的一所省部共建高校，充分發(fā)揮機械行業(yè)優(yōu)勢，于2009年至今，與廣東省中山市、湖北省宜昌市等地的60余家企業(yè)一起，建立了校企實習(xí)與培訓(xùn)基地，集實習(xí)、就業(yè)、產(chǎn)學(xué)研為一體，推行“專業(yè)教育+創(chuàng)新實踐”的人才培養(yǎng)模式。利用這些實踐教學(xué)基地進行校企合作式教學(xué)，深入生產(chǎn)第一線對學(xué)生開展機電控制技術(shù)訓(xùn)練和畢業(yè)實習(xí)，將企業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展過程中面臨的機電控制技術(shù)實際問題和企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)、技術(shù)革新項目作為實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計課題，其成果直接用于企業(yè)生產(chǎn)。通過多年的實踐，有效地推動校企合作教學(xué)，全面提高學(xué)生的創(chuàng)新能力與機電工程實踐能力，又為學(xué)生就業(yè)提供了平臺。近三年機械類專業(yè)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計來自教師科研和企業(yè)生產(chǎn)實際的課題比例達(dá)到42%以上，本科畢業(yè)生就業(yè)率平均為97.3%。

研究式教學(xué)方法? 為使學(xué)生的課外科技文化活動更加豐富多彩，開闊學(xué)生的專業(yè)視野，增加學(xué)生參加機電技術(shù)科研課題和技術(shù)服務(wù)工作的機會，對學(xué)生實行導(dǎo)師制，共同開發(fā)項目，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維及實踐能力。該教學(xué)方法適用于畢業(yè)設(shè)計、大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)與創(chuàng)新性實驗計劃項目等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，近五年機械類學(xué)生進行的大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)與創(chuàng)新性實驗計劃項目有國家級項目“管道清灰機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計及運動學(xué)仿真研究”、省級項目“面齒輪傳動輪齒的溫度模擬及過程參數(shù)的影響分析”、校級項目“新型全自動餐飲設(shè)備的設(shè)計”“宿舍專用全方位智能吊扇”“道路交通信號與標(biāo)識中的人機工程學(xué)研究”等42項。

4 實踐教學(xué)手段探索

現(xiàn)代教育技術(shù)與機電控制技術(shù)的發(fā)展使得新的教學(xué)手段不斷出現(xiàn)，教學(xué)手段也趨于多樣化、現(xiàn)代化，需積極探索多種教學(xué)手段、混合式教學(xué)手段和實踐教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺的運用。

實踐教學(xué)CAI課件、電子教材等應(yīng)用? 精心設(shè)計與制作的實踐教學(xué)CAI課件或網(wǎng)絡(luò)課件以及電子教材等，圖文并茂，生動形象，可以使學(xué)生更好地理解實驗原理、儀器操作、實驗過程等，提高實踐教學(xué)質(zhì)量。在使用機電控制技術(shù)課程實驗教學(xué)CAI課件的同時適時使用傳統(tǒng)板書，避免講解員式的講課效果，使實驗課堂氣氛生動、活潑和富有啟發(fā)性。

各種工具軟件的仿真應(yīng)用? 在機電控制技術(shù)實驗教學(xué)中，強調(diào)充分利用Protel、OrCAD、VisualC++、Step 7、MATLAB、MathCAD、Pro/E等工具軟件進行設(shè)計仿真，使學(xué)生更好地理解實驗內(nèi)容和設(shè)計結(jié)果[5]，如實驗室制作了PLC編程設(shè)計仿真系統(tǒng)等實踐教學(xué)資源。

混合式教學(xué)手段的運用? 機電控制技術(shù)的混合式教學(xué)手段，其中教學(xué)基本資源包括微課、翻轉(zhuǎn)課堂視頻，實踐教學(xué)CAI課件，電子教材，媒體素材，虛擬仿真，教學(xué)軟件，例題，習(xí)題作業(yè)和其他等，可進行網(wǎng)絡(luò)線上線下的課前預(yù)習(xí)、課中引導(dǎo)學(xué)習(xí)、課后拓展學(xué)習(xí)。微課、翻轉(zhuǎn)課堂視頻是5～15分鐘的核心實踐教學(xué)內(nèi)容的微視頻，翻轉(zhuǎn)傳統(tǒng)的教學(xué)過程（教師講、學(xué)生聽），讓學(xué)生完成針對知識點和概念的自主學(xué)習(xí)，課堂成為教師與學(xué)生之間互動的場所，從而達(dá)到更好的教學(xué)效果。實踐教學(xué)CAI課件指出課程內(nèi)實驗、課程設(shè)計、畢業(yè)實習(xí)與設(shè)計的內(nèi)容，及其重點和難點，并對其進行說明，包括實踐指導(dǎo)、過程、步驟、方法。本實踐教學(xué)特別注重媒體素材、虛擬仿真、教學(xué)軟件的應(yīng)用，用來幫助理解學(xué)習(xí)內(nèi)容，對問題和設(shè)計方案結(jié)果進行分析和驗證。例題、習(xí)題作業(yè)提供了參考答案。其他資源還有：網(wǎng)上提問與網(wǎng)上答疑，可隨時解答學(xué)生在學(xué)習(xí)中的問題，了解學(xué)習(xí)困難;網(wǎng)上討論，是由學(xué)生和教師共同參與的自由論壇，學(xué)生也可相互交流經(jīng)驗;以及網(wǎng)上提交作業(yè)和實驗報告等。

實踐教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺應(yīng)用? 在省級機械基礎(chǔ)示范中心的專用網(wǎng)站平臺上提供豐富的網(wǎng)上教學(xué)資源，包括該實踐教學(xué)的課程概要、教學(xué)基本資源和教學(xué)拓展資源等。課程概要包括實踐教學(xué)簡介、大綱、教學(xué)日歷、考評方式與標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)習(xí)指南等。實踐教學(xué)拓展資源包括案例庫，專題講座庫，機電控制技術(shù)競賽、大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)與創(chuàng)新性實驗環(huán)節(jié)的典型案例等。

5 實踐教學(xué)考核方式改革

根據(jù)機電控制技術(shù)課程不同的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)和內(nèi)容，對學(xué)生實踐教學(xué)質(zhì)量應(yīng)采取不同的考核方式[6]。近年來通過不斷探索，已形成多元化的綜合考核方式。

1）制定考核標(biāo)準(zhǔn)，主要依據(jù)機械類專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)及機電控制技術(shù)課程教學(xué)大綱，采取平時實踐過程控制考核與實踐項目最終考核相結(jié)合的方法，從學(xué)生對實踐基本原理和知識的了解、基本操作技能以及實踐綜合性、設(shè)計性和創(chuàng)新性等層次全面考核學(xué)生。

2）分類制定考核內(nèi)容。

①實踐基本理論知識考核（筆試），包括常用電器元件、電動機、接觸器與繼電器、萬用表等常用儀器的使用方法及注意事項，實驗基本原理、操作方法，對實驗結(jié)果的分析等。

②實踐操作技能考核（實操）：針對實驗項目，現(xiàn)場進行操作，教師根據(jù)評分標(biāo)準(zhǔn)對學(xué)生的操作水平及結(jié)果進行考評。

③綜合性、設(shè)計性實踐考核（面試或答辯），包括實踐項目的應(yīng)用性、綜合性、先進性、實用性等方面，實驗方案是否具有科學(xué)性、可行性，立題依據(jù)是否充分，觀察指標(biāo)是否客觀明確，每個學(xué)生在整個過程中的具體表現(xiàn)（參與程度、動手能力）等。

④創(chuàng)新性實踐考核，包括實踐是否具有先進性和創(chuàng)新性等。

⑤平時考核，主要根據(jù)平時表現(xiàn)、作業(yè)和實踐報告質(zhì)量等進行考評。

實踐考核的評分標(biāo)準(zhǔn)，按照基礎(chǔ)性、綜合性、設(shè)計性和創(chuàng)新性等不同實踐項目類型的要求，將筆試、實操、面試或答辯、創(chuàng)新性考核、平時考核等部分，按不同的權(quán)重計入實踐考核總成績。

3）開放性實驗采用預(yù)約制，面向全校所有學(xué)生，考核合格后可抵通識選修課學(xué)分。

4）機電控制技術(shù)競賽、大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)與創(chuàng)新性實驗項目。機電控制技術(shù)競賽獲得省級和全國比賽獎勵，可抵通識選修學(xué)分和獲得創(chuàng)新活動學(xué)分。

5）實踐考核管理。課程內(nèi)實驗考核成績單列，納入機電控制技術(shù)課程成績總分;其余實踐環(huán)節(jié)單列成績和學(xué)分。該實踐教學(xué)均要登記，建立完整檔案資料。

6 結(jié)語

1）構(gòu)建多層次、模塊化的機電控制技術(shù)課程實踐教學(xué)內(nèi)容體系，進行實踐教學(xué)內(nèi)容調(diào)整，加強學(xué)生機電控制綜合實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2）改革實踐教學(xué)方法與手段，重點探索目標(biāo)競賽式、開放式、校企合作式、研究式等新型的教學(xué)方法，通過混合式教學(xué)手段和實踐教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺的運用，增強實踐教學(xué)效果。

3）改革實踐教學(xué)考核方式，制定該課程實踐教學(xué)考核標(biāo)準(zhǔn)、內(nèi)容，加強實踐考核管理，形成多元化的實踐教學(xué)綜合考核方式?！?/p>

參考文獻

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