木材加工機電一體化項目驅動式教學方法研究

張國梁 邢義虎 劉志軍

摘 要 以河北農業大學木材加工機電一體化教學為對象，探索項目驅動式教學方法并應用于教學實踐。首先分析項目設置的類型，其次重點闡述項目實踐的具體內容和具體實施過程。教學實踐表明，通過實驗項目的完成和自主設備研發過程等項目驅動式教學方法的實施，激發了學生的學習興趣，培養了學生的動手能力和創新應用能力，使學生掌握了木材加工行業機電一體化技術的基本實踐技能。

關鍵詞 木材加工；機電一體化；項目驅動式教學方法；實驗室

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）04-0082-04

Abstract Taking teaching of wood processing mechatronics in Hebei Agricultural University as example， the paper explored project-dri-ven teaching method and applied this method on teaching practice. Firstly， types of projects set up was analyzed. Secondly， specific con-tents and implementation process were elaborated emphatically. It was indicated in teaching practice that by implementation of project-driven teaching methods such as completion of experimental projects and development of independent equipment， learning interest of stu-dents was motivated， practical ability and innovative application abi-lity were cultivated and basic practical skill of wood processing me-chatronics was learned by students.

Key words wood processing； mechatronics； project-driven teaching method； laboratory

1 前言

當今，機電一體化及自動化技術在木材和人造板加工行業所占比重逐日提高。如美克國際家私制造有限公司引進的意大利Morbidelli-SCM集團的4軸CNC加工中心、德國豪邁集團電子開料鋸，以及從迪芬巴赫和辛貝爾康普集團到國內公司生產的人造板連續平壓機等，諸多加工設備的共同特點即為自動化程度高，綜合使用機械、電氣、液壓和氣動技術[1-2]。

河北農業大學木材科學與工程系發展時間尚短，不論師資配置、專業方向，還是實驗室條件，都不及傳統林業院校的相關學科。例如：北京林業大學材料科學與技術學院設有木材加工裝備與過程自動化研究方向；南京林業大學材料科學與工程學院更是有工業裝備與自動化系，實驗室建設也具有一定的規模。河北農業大學木材系機電一體化實驗室剛成立不久，通過充分利用實驗設備調動學生的積極性和學習興趣，使之真正掌握自動化技術的基本實踐能力是必然選擇[3-6]。

本文探索項目驅動式木材加工機電一體化教學方法，重點研究創新型實驗項目設置和自主設備研發，通過實驗項目的完成和自主設備研發過程，培養學生的動手能力和創新應用能力，使學生掌握木材加工行業機電一體化技術的基本實踐技能。

2 項目設置

學習實驗設備，完成基本實驗項目 引領學生分析木材系機電一體化實驗室設備的機構組成、控制原理和使用方法，并以基本實驗項目為載體，針對不同設備完成實驗過程。木材加工一體化實驗室現有設備包括QSYQ-YQ1型微機控制液壓與氣動試驗教學平臺、TYKJ-PLC2型可編程控制實驗裝置及單片機綜合實驗臺、木工銑床電路電氣故障試驗臺和三維數控實驗教學系統等設備。實驗室對學生開放，每臺設備的實驗指導書印發給學生，要求學生分組完成每一臺實驗設備的至少一個基本實驗，每一組4～6人。如此，使學生熟悉實驗設備，并對電氣控制的基本知識有所掌握。

探索和設置探索型和創新型實驗項目 以學生為主體建立學習興趣小組，通過討論、分析擬定具有一定創新性的實驗項目，并以實驗設備為載體完成自擬項目的實驗環節。進一步，分析總結所做實驗項目的特點和技術要點，做到對機、電、液、氣基本技術的掌握。木材加工機電一體化學習興趣小組的自擬項目要結合觸摸屏組態、電氣圖紙繪制和PLC編程技術。在現有實驗條件和資金范圍內，觸摸屏選擇MCGS或西門子品牌，電氣圖紙繪制選擇Eplan，PLC選擇西門子S7-200系列。

研發實驗室所需的自主設備，提升學生實踐能力 以木材科學與工程系承擔的河北省自然科學基金項目“面向實驗室的纖維板鋪裝機構設計理論及實現方法研究”和河北省科技計劃項目“精密轉臺式纖維板鋪裝成型技術及設備研發”為載體，通過機械建模、電氣設計完成設備的開發文件，并利用可能條件完成設備加工和裝備以及調試，以機電一體化技術的綜合應用切實提高學生的實踐能力。

3 項目實踐

實踐內容 在授課過程中，木材加工機電一體化輔助教學主要完成三項實踐內容。

1）繼電器-接觸器基本控制單元搭建和連接。繼電器-接觸器控制是機床電氣控制中最為常用的技術之一，熟悉并掌握其工作原理是電氣控制的基本要求。為使學生能夠掌握控制精髓和要點，特搭建出繼電器—接觸器控制基本單元。實驗課上要求學生完成相關電氣圖紙的繪制和電氣元件的接線，導線的兩端需標注線號。圖1所示為“木材加工自動化”實驗課學生完成接線的繼電器—接觸器基本控制單元。

2）MCGS觸摸屏基本組態。MCGS是當前應用較為廣泛的觸摸屏，本實踐環節要求學生采用TPC7062KX觸摸屏，基于三相異步電機的正反轉控制完成HMI的界面組態。組態內容包括用戶窗口圖形設計，實時數據庫中建立相關變量，并以西門子S7-200PLC為主控制器，在設備窗口中完成通道建立、變量連接和通信連接。圖2所示為實驗課學生完成的電機延時正反轉的HMI。

3）木材加工實驗室自主設備研發的控制系統設計。此項內容面向機電一體化興趣小組，以承擔的河北省自然科學基金青年科學基金項目“面向實驗室的纖維板鋪裝機構設計理論及實現方法研究”和河北省科技計劃自籌項目“精密轉臺式纖維板鋪裝成型技術及設備研發”為載體，完成轉臺式纖維板鋪裝成型機構控制系統的軟件設計以及轉臺式纖維板鋪裝成型機構控制系統的單元控制柜設計和安裝，見圖3至圖7所示。

實踐對象 自木材加工機電一體化實驗室建設至今，共經歷一個學年的本科實踐教學過程。選課班級：2013級木材科學與工程01、02、03班。選課時間：2015—2016學年第一、二學期。對應課程：木材加工自動化、木工機械。具體情況見表1。

具體實施過程 具體實施過程隨項目的設置和實驗內容的不同而改變。對繼電器—接觸器基本控制單元搭建和連接內容，要求學生定時練習，木材加工機電一體化實驗室全程對學生開放，學生可以在與教師協商時間段內進入練習；MCGS觸摸屏基本組態內容要求學生隨學隨練，實驗課和講授課皆可進行，學生自帶筆記本計算機，隨時學習，隨時練習并仿真下載分析問題，進一步掌握組態技術；木材加工實驗室自主設備研發的控制系統設計以教師所承擔的課題時間節點為依據，逐步進行。

教學效果分析 針對2013級木材科學與工程專業共有學生70人，且全部選修“木材加工自動化”課程，課后問卷調查統計結果見表2。

4 結語

以河北農業大學木材科學與工程系木材加工機電一體化教學為對象，探索項目驅動式教學方法并應用于教學實踐。實踐表明，項目驅動式教學方法的應用既增強了課堂教學效果，又激發了學生的學習興趣。隨技術進步和行業的快速發展，木材加工自動化的知識將不斷更新。為此，項目驅動式教學方法的內容和手段將與時俱進、不斷革新。

參考文獻

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