機電控制系統(tǒng)課程設(shè)計實踐教學研究

郭立強 毛衛(wèi)平 顧永玉 薛青 程廣貴

【摘要】本文介紹了機電控制系統(tǒng)課程設(shè)計的重要意義、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，促進提高機械工程類學生綜合素質(zhì)，加大學生就業(yè)率。

【關(guān)鍵詞】可編程控制器? 實踐課程? 機械工程

【基金項目】本文系江蘇大學高級人才基金資助項目“質(zhì)子導體膜及其在突觸晶體管中的應(yīng)用”（批準號：14J DG049）國家自然科學基金“磷摻雜SiO2質(zhì)子導體膜及在多柵刺激耦合突觸晶體管中的應(yīng)用”（批準號：51402321）。

【中圖分類號】G42 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）21-0116-02

1.前言

機電控制系統(tǒng)課程設(shè)計是機械工程類專業(yè)的一個綜合實踐性教學環(huán)節(jié)，其目的是鞏固和加深課堂教學的內(nèi)容，培養(yǎng)學生綜合運用所學計算機與機電控制方面知識的應(yīng)用能力，是一個重要的綜合訓練環(huán)，因此完成該任務(wù)是可促進學生直接就業(yè)的。目前，教學中的主要內(nèi)容是理論知識，一方面這些知識在實踐中不能有效得到落實，另一方面，缺乏大量的實例[1]。因此，通過本設(shè)計學生應(yīng)基本做到：（1）獨立構(gòu)建一個機電控制系統(tǒng);（2）編制其相應(yīng)控制軟件;（3）現(xiàn)場實際調(diào)試。課時2分，學時30學時，兩周內(nèi)完成。其目的在于通過具體系統(tǒng)的設(shè)計，訓練學生獨立進行計算機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計，讓學生掌握設(shè)計的方法和思路，掌握常用工具軟件的使用，增強學生的動手能力，為今后的畢業(yè)設(shè)計和實際工作打下良好的基礎(chǔ)。以江蘇大學該課程為例，課程具體包括：單站主程序編寫、觸摸屏畫面設(shè)計、組態(tài)王監(jiān)視畫面設(shè)計，說明書等。該課程成績評定分三部分：平時成績、答辯成績、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、電腦一臺及相關(guān)通訊線等。共分為六站：出料站、搬運站、加工模擬站、安裝站、安裝搬運站和分類儲藏站。該課程自開設(shè)以來取得了良好的學習效果，激發(fā)了學生對于機械類知識的領(lǐng)悟。例如，理論學習過后有的學生不知道PLC是什么，更不知道如何使用，通過課程設(shè)計后，小有成就感，本文旨在探討更進一步的實際改革措施。

2.現(xiàn)狀與存在問題

教師在該課程設(shè)計中起到啟蒙鼓勵的作用，其任務(wù)為課程設(shè)計全體總動員、設(shè)備講解、觸摸屏講解、組態(tài)王講解以及聯(lián)網(wǎng)講解。學生在本課程設(shè)計中擔當對課程領(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、學成與實際產(chǎn)業(yè)應(yīng)用存在一些亟待解決的問題。（1）教學設(shè)備昂貴且數(shù)量極少、課時短。本課程設(shè)計共計六站，各班人數(shù)在20～30人數(shù)不等，同時專業(yè)內(nèi)多班級同時使用，造成設(shè)備相對緊缺。使用過程中，個別同學存在亂拔通訊數(shù)據(jù)線等行為，造成設(shè)備數(shù)據(jù)線損毀，使用時來不及購買，另外購買需要相應(yīng)經(jīng)費支持和購買時間。為解決設(shè)備少、時間短的問題，目前采用將學生分為六個團隊，每個團隊使用一個站點，多班級上下午、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)場指導，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的使用不當之處，提出避免措施。（2）學與急學之矛盾。課程設(shè)計往往被作為一門實習課程，安排在實踐周，實踐周已然是假期，學生心思回鄉(xiāng)！此時，課程設(shè)計過程中，學生很少會做前期練習，直奔課設(shè)主題，期望早日答辯，忽略了實踐課程的親身實踐的實際意義。在實際操作過程中需要用到PLC技術(shù)進行編程[2]，并且由于修改程序方便、運算能力較強，因此其應(yīng)用日益廣泛[3-4]。但讓教師無奈的是學生編寫完程序，不能運行，會直接向教師逼問：“我的程序為什么不行？”等等意念性操作。眾所周知，每個人編程的方式、習慣可能存在一定的差異，對此教師一般會直接告訴學生問題所在，而不是具體不能運行卡在哪里。（3）實施要求跟進與抄襲的矛盾。自課程開設(shè)以來，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)計電子版，截至目前網(wǎng)絡(luò)百度可查）。比如搜索機電控制系統(tǒng)課程設(shè)計將出現(xiàn)大批網(wǎng)絡(luò)半成品版說明書，更有個別學生課設(shè)封面連校徽已更改成新?；眨既徊恢?。因此抄襲現(xiàn)象加重了教師的答辯負擔，教師往往針對學生逐一提問，耗時耗力?。?）成績評定問題。成績按照等級制評定：優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格。一門課程成績按照教學規(guī)律是應(yīng)當符合正態(tài)分布的，全優(yōu)秀或全不及格將被作為教學事故追求責任。這對于迫于要求高分升學、求職的學生的心理提出極大的考驗，同為一個團隊，可能存在全部積極向上的學生，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;同時對于新時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，中國成為國際本科工程學位權(quán)威互認協(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，是中國高等教育所有本科工程專業(yè)當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)認證申請、通過以來，課程在不斷的摸索更加符合企業(yè)需求的可持續(xù)改進。針對現(xiàn)狀與問題，可進行以下可行性的改革探試：（1）相關(guān)經(jīng)費支持是基礎(chǔ)。設(shè)備陳舊、數(shù)量少，所造成的問題是經(jīng)費的短缺所致。假如每個學生一站，將是考驗學生自己是否真是投入、真正接受了技術(shù)的一大進步。若一個學生負責六個站點不太現(xiàn)實。作為高校應(yīng)實時更新設(shè)備，保證課設(shè)的順利開展。（2）現(xiàn)有條件下，臨時提出任務(wù)內(nèi)的某項新細節(jié)。例如，設(shè)備運行先后動作順序、觸摸屏和組態(tài)王特色畫面等。誠然每一次新環(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個課時每個學生一個小時的問題講解，基本就面臨結(jié)束了，可以考慮增加教師的待遇。（3）切實跟蹤課程學習，達到課程完成后能及時投入實踐，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)導批評，嚴重降低了教學激情。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)揮學生主觀能動性。秉承“授人漁，而不授人魚”的教學原則，講解以點到為止，不再過多細化，給學生留出領(lǐng)悟和操作的時間。（5）通過文獻查閱、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生去完成。（6）評價考核兼顧知識與能力的雙重考核功效，突出學習過程性，獲得能反映學生真實學習情況的成績。培養(yǎng)學生綜合動手實踐能力，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;心得與體會是可以不一樣的，凡是“千里之行始于足下”的詞語皆來自于網(wǎng)絡(luò)抄襲;曾經(jīng)1位學生把心得與體會洋洋灑灑地寫成近千字的文言文，而且內(nèi)容真實可靠。參考文獻可以在中國知網(wǎng)查閱，要有數(shù)量限制。成績答辯采用兩步走，增加學生團隊、個人的競爭意識。第一步團隊互評，指定五個優(yōu)秀名額，互評出非優(yōu)秀組合。第二步小組內(nèi)互評，評定優(yōu)良、良好、中等、及格和不及格等五個級別，發(fā)揮學生相互監(jiān)督的作用，挖掘?qū)W生貢獻度。通過以上方案，日前課程設(shè)計及學生的真實水平表露無疑。當然經(jīng)費的支持還需要一定的時間和學院的發(fā)展才能做到，是一個客觀的現(xiàn)實。

4.結(jié)論

本科生教育仍是教育的重中之重，尤其機械類學生的能力提高是國內(nèi)生產(chǎn)行業(yè)的一大臂力。本文指出現(xiàn)實教與學中的現(xiàn)狀與問題，提出可行性改革措施，以達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進步。

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