加強工程素質培養的機電實踐教學改革與研究

黃菊生+劉軍安+蔣嶸

摘要：針對機電工程類專業機電實踐教學存在的問題，探索加強工程素質培養的機電實踐教學改革途徑。通過建立與工程實際接軌的實踐教學環境，優化實驗項目，加強實踐教學內容的整體設計，加強實踐教學與課堂教學內容的優化整合，開展機電綜合課程設計，引入現代化的實驗教學思想，實施具有機電工程特色的人才培養，構建工程化、綜合性、創新型的機電實踐教學新模式。

關鍵詞：工程素質;實踐教學;機電類專業;綜合課程設計

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）25-0160-03

一、前言

21世紀，現代工程的復雜性和系統性促使工程知識不斷走向交叉與融合，如何培養大學生的工程素質和綜合應用能力是我國工科高校目前亟待解決的關鍵問題。機電工程類專業集“機械、電氣、控制”為一體，需要學生對機電裝備的設計、制造與控制基礎進行系統的學習和實踐，與工程實際結合非常緊密，涉及面廣，尤其需要理論聯系實際，摒棄高校長期以來“重理論，輕實踐”的弊端。

工程素質是指人們在考慮問題、從事某項工作時所表現出的內在品質和作風，它是工程技術人員應該而且必須具備的基本素質，包括工程知識、工程意識和工程實踐能力。建設創新型國家的歷史使命呼喚創新性工程技術人才，創新思維和創新能力的培養是工程應用型本科學校義不容辭的責任。注重未來工程技術人才工程素質和工程實踐能力的培養，強化實踐教學，形成專業特色，是我們開展機電實踐教學改革的奮斗目標[1，2]。

二、機電實踐教學存在的問題

機電工程類專業開設的機電方面的課程較多，有《工程測試技術》、《機電傳動控制》、《機械控制工程基礎》、《機電一體化系統設計》、《微機接口技術》、《PLC控制技術》等，是量大面廣的專業基礎課和專業課，構成機電課程群。通過機電課程的教學，使學生系統性的獲得機電綜合應用知識，能將機電知識有機融合，用于新型機電產品的開發設計。因此，學生的工程素質和創新能力的培養主要體現在綜合應用機電知識的能力、創新設計的能力。教學實踐表明，機電實踐教學在學生機電綜合知識的掌握、工程素質和創新能力培養中至關重要。但是，目前機電實踐教學不能適應機電人才培養的需要，不能適應學生工程素質的培養、綜合創新能力的培養，存在的主要問題有：

1.實踐教學體系和課堂教學內容優化整合不夠，機電特色不明顯。

2.實驗設備開發利用不夠，內在潛力沒有得到充分發揮，與工程實際結合緊密的實踐條件有待加強。

3.實踐教學環節缺乏系統性、綜合性的整體設計與創新，應付教學的多、單一服務課程的多，突出機電知識有機融合、綜合應用的少，研究與創新性實驗項目缺乏。

4.開放式、網路化程度低，優質教學資源建設欠缺，沒有實現資源共享機制。

隨著現代制造業機電技術的飛速發展，社會對高素質工程應用型人才需求的提高，機電實踐教學改革勢在必行。在機電實踐教學中突出工程實踐、綜合應用，加強實踐項目的整體設計與創新，研究開放式、網絡化教學方法和手段，突出機電特色，構建工程化、綜合性、創新型的機電實踐教學新模式，對于“卓越計劃”的實施，機電工程類應用型本科人才的培養、教學質量的提高都具有重要意義。

三、加強工程素質培養，探索機電實踐教學改革新途徑

1.建立與工程實際接軌的實踐教學環境。機電實驗室建設是機電實踐教學的物質基礎，在選擇實驗設備時，著重考慮與工程實際接軌，有利于綜合創新實踐項目的開設，有利于學生工程實踐能力、創新能力的培養，創建良好的實踐教學環境。新進實驗設備強調模塊化設計、工程化對象、實物化運行、網絡化管理。用技術先進、機電結合好、綜合應用性強的實驗設備代替原理性實驗設備。經過幾年的建設，機電實驗室不斷壯大，不斷更新提高，先后建立了機電接口技術實驗室、機電傳動控制實驗室、智能檢測與故障診斷實驗室、機電一體化實驗室。隨著實驗室建設的開展，大量新的實驗項目不斷開發，滿足了機電教學改革發展的需要[3]。

如機電接口實驗設備綜合了基礎接口控制與小型步進電機控制、直流電機控制、溫度控制于一個平臺上，方便開展綜合性的實驗。工程檢測技術實驗設備由基礎平臺+測控模塊組成，配備的測控模塊多樣化，有多功能轉子實驗臺，環形輸送線、無損檢測對象、環境檢測模塊等。而且測控對象采用工業級傳感器和工程設備小型化產品，既方便在實驗室環境展示實驗，又與工程實際接軌。具體實驗時可以自由選擇模塊開展實驗、組成不同的測控系統，可以通過網絡進行實驗和分析處理，輸出結果。機電傳動控制實驗設備設計為電氣控制、PLC控制平臺+數控加工對象，其中數控加工對象有多軸小型數控機床、微型加工中心，使電氣控制、PLC控制與數控加工有機結合，融運動控制、位置控制、聯動控制、刀庫管理于一體，是一個對象工程化、實物化結合，機電融合好的實驗設備。機電一體化實驗室采用現代裝備制造業最典型的機電一體化環形生產線實驗實訓設備，各工位模塊化設計，可重構工業生產線，模擬自動化生產的上料、沖壓、加工、搬運、落料、噴涂烘干、檢測、加蓋、穿銷、分揀、入庫、搬運等工藝過程。該實驗設備融機、光、電、氣、液于一體，綜合應用了傳感檢測、氣壓傳動、機械傳動、計算機控制、PLC控制等多種工程技術，很好的實現了機電知識的綜合應用與交叉融合。汽車電子實驗臺全部采用實物，可實際運行操作，能通過設置故障、觀察現象、分析排除故障，真實感強。

2.優化實驗項目，注重實踐教學內容的整體設計。采用“以電為用，機電融合”的原則，構建機電實踐教學新模式。不斷優化實驗項目、注重實驗項目和內容的整體設計與創新，淘汰一批、合并一批、新開一批、加強調整一批，不斷提高設計性、綜合性、創新性實驗的比重。同時，實踐教學環節設置上注意循序漸進、形成梯度，有基礎性的、有提高綜合性的，切忌拔苗促長。實施多樣化實踐教學，采用多實驗模塊、實驗模塊的多功能化，豐富及創新實踐教學內容。endprint

如在工程檢測技術實驗教學中，隨著實驗設備的更新換代，淘汰了原有的傳感器原理性實驗，用現代的測控系統實驗代替，加強了多傳感器的綜合應用。微機接口實驗將認知操作與基本程序合并，加強接口實驗項目，設計一定的選做實驗和思考題變形實驗，讓學有余力的學生有更多的學習提高機會。機電傳動控制實驗，一部分在機電接口技術實驗室進行（如直流電機轉速測量、步進電機控制），一部分在機電傳動控制實驗室進行（如步進電機、交流伺服電機單軸定位控制），以充分發揮不同實驗設備在實踐教學環節中的優勢互補作用。機電一體化實驗改演示參觀性實驗為模擬工業生產綜合性實驗。將機械控制工程基礎實驗與部分工程測試技術實驗結合，利用工程檢測技術實驗平臺和多樣化的工程對象，開發新的機械控制工程實驗項目，使機械控制工程基礎實驗有了具體的工程應用對象，拓寬了實驗領域。

多功能轉子試驗臺是工程檢測技術課程重要的綜合性實驗模塊，是典型的實驗模塊多功能化代表，如圖1所示。該模塊配上不同的工業化傳感器可以構成不同的測試系統，開展多種實驗項目。如加速度傳感器/速度傳感器振動測量實驗、磁電傳感器/光電傳感器轉速測量實驗、三點加重法轉子動平衡實驗、轉子軸心軌跡測量實驗、噪聲測量實驗等。除了多功能轉子實驗模塊，測試技術其他實驗模塊如環形輸送線、無損檢測對象、環境檢測模塊等都具有多傳感器綜合應用功能，學生可以自主選擇實驗模塊開展實驗，使實踐教學多樣化、多模塊化。

3.引入現代化的實驗教學思想。網絡化實驗教學可以充分共享資源，最大限度的發揮現有實驗條件的功能，加強網絡、計算機控制在機電實踐教學中的作用。在智能檢測與故障診斷實驗室，將實驗模塊和工程化實驗對象通過聯網進行實驗，共享實驗資源、共享實驗對象，構建開放式網路化實踐教學模式。用Labview等能“虛實結合”的優秀仿真軟件搭建機電測控系統，仿真后在實物機電系統上調試、分析處理，將虛擬仿真與實物機電系統有機結合，創新實踐教學方法和手段。

檢測技術實驗設備配置了工程測試和信號檢測與分析平臺——虛擬儀器，引入現代化的實驗教學思想，以軟件代替硬件、軟硬件結合，可實現快速重組，構成新的測控儀器。通過虛擬儀器與實驗臺的數據采集卡等硬件結合，使我們以前沒有辦法開設的實驗（如波形的合成和分解、信號幅度調制與解調等）現在可以順利實現了。這種既有傳統儀器的特征，又有一般儀器所不具備的特殊功能的虛擬儀器技術引入實驗教學，豐富了教學內涵，也促進了課堂教學。

4.加強工程應用與教學內容的優化整合。機電課堂教學要注重工程素質培養，加強教學內容的優化整合，加強課堂教學與實踐教學內容的融合，突出工程應用，將工程實例引入教材、引入課堂，積極推進實例、案例教學。通過分析機電課程的內在聯系與交叉，理順課程的前后關系，注重機電知識的交叉與融合。不斷更新教學內容，將新技術、新知識、新成果引入課堂，確保教學內容的先進性、工程化，理論與工程實際結合緊密[4]。

如在機械卓越班的課程教學改革中，將原來獨立開設的《機電傳動控制》與《PLC控制技術》整合為一門課，在教學中將各電機控制與PLC控制結合起來，使PLC控制的工程應用具體化。在機械電子工程專業的PLC控制技術課堂教學中，適當補充機床電器控制的繼電器接觸器控制部分的內容，使后面PLC控制的教學有類比和具體的工程應用基礎。同時在課堂教學中用具有典型代表的實物繼電器、接觸器講解具體接線方法、觸點類型和動作方式，并配合大量其他電器實物照片多媒體展示，強化學生的工程意識。

5.依托機電大平臺，強化個性化培養。機設專業“卓越計劃”班按人才培養要求，對機電課程教學內容優化整合幅度大，強化了工程實踐、綜合素質、能力培養。因此機電實踐教學環節主要從工程、綜合的角度出發，緊密圍繞機、電、液、氣、控制有機結合開展，更好的突出綜合應用，構建更具機設專業特色的機電實踐教學。機械電子工程專業向“大專業、小方向、多特色”人才培養模式轉變，在實踐教學環節設置上，“機電系統方向”面向先進裝備制造業，主要以機電一體化環形生產線實驗設備為依托;“汽車電器方向”面向汽車制造業，主要以汽車電器與電子實訓實驗設備為依托，注重具有專業方向特色實踐項目的開設。采用“大平臺、個性化、實用性”的原則，為卓越班及機類其他專業設計個性化實踐項目，做到實踐項目與專業相結合，實驗內容與工程應用相結合，強化機電工程特色，實現人才培養多樣化，如圖2所示。

6.實施機電綜合課程設計，加強不同課程知識的交叉融合。綜合課程設計依托綜合性強的機電實驗室，以綜合應用為主，進行包括機械、液壓、氣動、控制為一體的機電系統設計，引入多方案創新設計機制。我們先后在機械電子工程專業實施了機電一體化綜合課程設計，在機械卓越班實施了機電液氣綜合課程設計，通過綜合課程設計，有利于建立不同課程知識的聯系、交叉融合，有利于系統性的靈活應用機電知識。如機械設計卓越班將原來各兩周單獨服務課程的液壓氣動課程設計、PLC課程設計進行整合，設置為3周的機電液氣綜合課程設計。綜合課程設計的課題和內容不是原來兩個課程設計的簡單拼接，而是進行了重新設計、有機融合。學生以某個液壓氣動系統為對象，先開展液壓氣動系統設計，時間大約為1.5周，然后以自己設計的液壓氣動系統為對象開展控制系統設計。這樣學生對控制對象非常了解，工藝流程非常熟悉，設計的控制系統針對性強、真實感強。液壓氣動部分設計主要內容包括兩部分，一部分是液壓缸等純機械設計，另一部分是液壓氣動控制原理圖設計，后一部分的設計與PLC控制聯系非常緊密，包括元器件選擇、電磁閥動作、工藝流程等都是PLC設計的基礎和依據，只有將兩部分設計和知識有機融合，才能設計出合理的控制系統。

綜合課程設計一般由兩位教師共同指導，一位是精通和擔任液壓氣動設計的教師，另一位是精通和擔任PLC控制設計的教師。而這兩門課程的老師分屬不同的教研室，一方面需要加強協調合作，另一方面也需要專業知識有一定的交叉互補。搞PLC設計的老師需要懂一些液壓氣動的知識，搞液壓氣動的老師需要懂一些PLC控制的知識，這樣才能更好的合作指導好綜合課程設計。

在課程設計指導過程中，進行PLC設計時，首先要求學生說清楚液壓氣動原理、電磁閥動作過程、工藝流程，以檢驗學生前段的設計成果，并為后續設計鋪平道路。有些功能在PLC設計過程中為了控制的需要反過來還要對液壓氣動進行適當的修改，教師在指導時機電液氣必須聯動，綜合解決。這體現了綜合課程設計與單獨課程設計重要的差別，也是綜合課程設計的優勢所在。有時在進行PLC設計時還能發現液壓氣動設計中的錯誤，或者矛盾的地方。有些功能（如卸荷）既可以用液壓完成又可以用PLC控制完成，指導時必須讓學生自己決定設計方法，給其獨立思考學習、綜合實現的空間，培養學生綜合應用機電知識、獨立分析問題解決問題的能力。

四、結束語

機電實踐教學改革緊緊圍繞學生工程素質及工程實踐能力培養，將綜合、應用、創新理念貫穿于實踐教學全過程，構建了工程化、綜合性、創新型的機電實踐教學模式，為機電工程類應用型人才培養奠定了良好的基礎。

參考文獻：

[1]王輝，浦劍濤.工科院校學生工程素質培養探微[J].中共鄭州市委黨校學報，2013，124（4）：100-102.

[2]王貴成，符永宏，盧章平，等.實施“四位一體”教學改革，培養學生工程意[識J].高校教育管理，2009，3（3）：90-92.

[3]席平，楊洋，王春潔.機械類課程實驗教學改革與實踐[J].實驗技術與管理，2010，27（7）：14-18.

[4]李小朋，劉永紅.從工程意識培養的角度談“機械制造工藝學”教學[J].中國大學教學，2011，（5）：44-46.endprint