以數控機床為主線的“機電傳動控制”課程教學與實踐

張志義

受科學技術發展、社會改革的壓力，高等教育亟須研究大學生專業知識結構與就業市場的匹配度問題。基于此研究者提出了按照“技術+特色+創新”設置專業方向課程，從強調對學生綜合能力的培養、密切聯系產業出發，研究基于典型設備的“機電傳動控制”課程教學內容體系和教學方法。

一、機電專業課程概述

機械設計及其自動化專業課程都與工程實際緊密相連，其特點是都可以以某一典型產品為主線，介紹課程的基本概念、原理、元件的結構功能、系統應用及典型產品。教師可以根據課程的具體要求選擇一個或幾個典型機電產品作為主線介紹課程內容，并結合工程實際講解本課程理論在典型產品中的應用情況。下面以“機電傳動控制”課程的教學與實踐為例，介紹以典型產品為主線的教學體系與教學過程。

二、“機電傳動控制”課程教學體系

作為機械設計及其自動化專業的主要課程之一的“機電傳動控制”是一門應用性和專業性極強的課程。如何在一門課程中使學生了解機械設備所涉及的大部分控制內容，是我們要詳細討論的問題。“機電傳動控制”教材主要以原《工廠電氣控制》為藍本，以普通機床控制為對象介紹繼電—電接觸器控制、PLC控制、電機原理等內容。為使該課程能適應科學技術的發展和課程體系的完善要求，選擇數控機床作為教學對象，結合數控機床所涉及的控制知識，在教學大綱中新編入伺服電機原理、變頻器原理和數控機床控制技術，力圖以系統的觀點和統一的框架講授機電傳動控制課程，并以數控機床為對象揭示各種控制技術的內在聯系和統一關系。該教學內容體系旨在教學內容和方法與產業發展同步，以培養適應產業發展的合格的工程人才為目標。

課程內容優化是高等教育課程改革的重要內容，關系到高校的教育教學質量和人才培養質量。工程技術專業需要融合各專業技術知識，使各個階段所學習內容連貫統一。因此，在實施方面需要對機電傳動控制課程內容進行合理的組織，內容涵蓋在機電控制領域工作所必須掌握的各相關學科基礎知識。根據教學大綱中培養目的及課程需求，安排合適的學習單元。各個學習單元要以真實工作任務及典型的工作過程為依據，開發能力主題學習單元，考慮各能力單元之間的邏輯、遞進關系，對主題學習單元進行序化并實施，最終達到課程的教學目標。

三、作為典型機電產品的數控機床課程內容及過程

目前許多機電傳動控制課以介紹繼電器、PLC控制為主，經過多年工程設計應用實踐活動，必須以機械行業經常用到的數控機床的控制技術為研究對象，來增強學生的學習興趣和實用性，切實培養學生的實踐能力。

1.數控機床知識結構分析。數控機床是一個典型的機電產品，主要包括機床結構、機床控制兩大部分，其中機床結構的相關內容在本專業的前期和后期課程中講解。以前對于該專業學生開設了機電傳動控制、傳感器技術、機電接口技術，但沒有介紹伺服驅動控制技術、變頻器技術、數控控制技術，應將伺服驅動控制技術、變頻器技術、數控控制技術編入機電傳動控制教材中，使得機電傳動控制教材內容更加完善、合理和統一。

2.分解數控機床控制技術內容。將數控機床控制系統分解為四大模塊，數控機床的常規控制內容融入繼電接觸器和PLC控制章節內容中，數控機床的坐標軸控制融入伺服驅動控制章節內容中，數控機床的NCK組態等融入數控控制技術章節中，數控機床模擬主軸控制融入變頻器控制章節中（見下圖）。在講授課程內容時，先講授理論內容，再以數控機床的相關控制部分作為實例進行講解，并在課程結束前做系統的介紹。

機電傳動控制課程與數控機床之間關系

四、“機電傳動控制”課程的教學方法和手段

1.將原有知識整合進新課程。機電傳動控制課程講授前已經講授了機械、電子、液壓等方面的基礎課程，這些課程內容相對獨立，但都與機電傳動課程有著密切相關的聯系，這就要求教師在講授該課程時能將各課程相關內容聯系起來，將所學知識前后貫穿，融于一個教學內容之中。

2.以模塊方式講解相關電氣元件。機電傳動課程是為機械類專業開設的一門電氣控制類課程，在講授時應將電氣元件看成為黑匣子，只講授電氣元件的輸入、輸出及工作原理，使學生知道如何設計、使用該元件，為培養系統集成工程師做充分的準備。教學采用實物講解、師生互動討論、實例分析、啟發教育等多種方式傳授工程理念，培養學生成為機械設備自動化生產過程的維護或設計應用型人才。講授內容理論聯系實際，以典型實際機電工程項目設計開發為導向，使學生把專業知識與真實的產品研發實踐結合起來。

3.課后教學延伸。在講授機電傳動課程內容時，課上如遇到相關的技術知識就及時給同學布置課外查詢作業，并在下次課上用十分鐘時間與同學交流，并將同學的講述情況記入平時成績。如講授電機啟動停止控制電路時，就將與電機有關的電機系列、電機功率、電機電流估算、所用電纜等內容布置給同學作為課外作業。通過查閱大量與機電傳動控制工程相關資料，學生在工程技術的應用上得以訓練并能感受真實的工程環境。

4.課內外實驗與仿真。將實際的工程環境引入教學環境，采用多媒體、實物、錄像來展示其原理技術，并對新技術補充；教師在課堂上通過工業案例的講解仿真，對所學的全部知識進行匯總和整理，不斷強化核心知識的應用和掌握，學生可在課后根據作業情況進行PLC的程序編制與仿真，同時注重周邊相關科學技術知識的學習和積累。

總之，提出了“少教多學”“少說多練”“工業案例”“項目導入”的教學方法和策略，營造實際的工程環境，在潛移默化中增進學生的智慧、自信與分析能力，充分利用教學資源，優化教學效果。通過機電傳動控制課程的教學建設與改革，在課程的教學大綱、教材、課件、教案、習題庫等方面時時更新，形成了一套成熟的質量保證體系，有效地促進了教育思想觀念的轉變，有利于進一步形成和深化學生的工程意識，為培養合格的人才打下良好的基礎。如何提升在校該專業畢業生在工作中的適應性，要進一步研究課程教學規劃，讓學生用有限的時間學習理論知識和實踐技能，以更好地適應就業市場的需求。