以数控机床为主线的“机电传动控制”课程教学与实践

张志义

受科学技术发展、社会改革的压力，高等教育亟须研究大学生专业知识结构与就业市场的匹配度问题。基于此研究者提出了按照“技术+特色+创新”设置专业方向课程，从强调对学生综合能力的培养、密切联系产业出发，研究基于典型设备的“机电传动控制”课程教学内容体系和教学方法。

一、机电专业课程概述

机械设计及其自动化专业课程都与工程实际紧密相连，其特点是都可以以某一典型产品为主线，介绍课程的基本概念、原理、元件的结构功能、系统应用及典型产品。教师可以根据课程的具体要求选择一个或几个典型机电产品作为主线介绍课程内容，并结合工程实际讲解本课程理论在典型产品中的应用情况。下面以“机电传动控制”课程的教学与实践为例，介绍以典型产品为主线的教学体系与教学过程。

二、“机电传动控制”课程教学体系

作为机械设计及其自动化专业的主要课程之一的“机电传动控制”是一门应用性和专业性极强的课程。如何在一门课程中使学生了解机械设备所涉及的大部分控制内容，是我们要详细讨论的问题。“机电传动控制”教材主要以原《工厂电气控制》为蓝本，以普通机床控制为对象介绍继电—电接触器控制、PLC控制、电机原理等内容。为使该课程能适应科学技术的发展和课程体系的完善要求，选择数控机床作为教学对象，结合数控机床所涉及的控制知识，在教学大纲中新编入伺服电机原理、变频器原理和数控机床控制技术，力图以系统的观点和统一的框架讲授机电传动控制课程，并以数控机床为对象揭示各种控制技术的内在联系和统一关系。该教学内容体系旨在教学内容和方法与产业发展同步，以培养适应产业发展的合格的工程人才为目标。

课程内容优化是高等教育课程改革的重要内容，关系到高校的教育教学质量和人才培养质量。工程技术专业需要融合各专业技术知识，使各个阶段所学习内容连贯统一。因此，在实施方面需要对机电传动控制课程内容进行合理的组织，内容涵盖在机电控制领域工作所必须掌握的各相关学科基础知识。根据教学大纲中培养目的及课程需求，安排合适的学习单元。各个学习单元要以真实工作任务及典型的工作过程为依据，开发能力主题学习单元，考虑各能力单元之间的逻辑、递进关系，对主题学习单元进行序化并实施，最终达到课程的教学目标。

三、作为典型机电产品的数控机床课程内容及过程

目前许多机电传动控制课以介绍继电器、PLC控制为主，经过多年工程设计应用实践活动，必须以机械行业经常用到的数控机床的控制技术为研究对象，来增强学生的学习兴趣和实用性，切实培养学生的实践能力。

1.数控机床知识结构分析。数控机床是一个典型的机电产品，主要包括机床结构、机床控制两大部分，其中机床结构的相关内容在本专业的前期和后期课程中讲解。以前对于该专业学生开设了机电传动控制、传感器技术、机电接口技术，但没有介绍伺服驱动控制技术、变频器技术、数控控制技术，应将伺服驱动控制技术、变频器技术、数控控制技术编入机电传动控制教材中，使得机电传动控制教材内容更加完善、合理和统一。

2.分解数控机床控制技术内容。将数控机床控制系统分解为四大模块，数控机床的常规控制内容融入继电接触器和PLC控制章节内容中，数控机床的坐标轴控制融入伺服驱动控制章节内容中，数控机床的NCK组态等融入数控控制技术章节中，数控机床模拟主轴控制融入变频器控制章节中（见下图）。在讲授课程内容时，先讲授理论内容，再以数控机床的相关控制部分作为实例进行讲解，并在课程结束前做系统的介绍。

机电传动控制课程与数控机床之间关系

四、“机电传动控制”课程的教学方法和手段

1.将原有知识整合进新课程。机电传动控制课程讲授前已经讲授了机械、电子、液压等方面的基础课程，这些课程内容相对独立，但都与机电传动课程有着密切相关的联系，这就要求教师在讲授该课程时能将各课程相关内容联系起来，将所学知识前后贯穿，融于一个教学内容之中。

2.以模块方式讲解相关电气元件。机电传动课程是为机械类专业开设的一门电气控制类课程，在讲授时应将电气元件看成为黑匣子，只讲授电气元件的输入、输出及工作原理，使学生知道如何设计、使用该元件，为培养系统集成工程师做充分的准备。教学采用实物讲解、师生互动讨论、实例分析、启发教育等多种方式传授工程理念，培养学生成为机械设备自动化生产过程的维护或设计应用型人才。讲授内容理论联系实际，以典型实际机电工程项目设计开发为导向，使学生把专业知识与真实的产品研发实践结合起来。

3.课后教学延伸。在讲授机电传动课程内容时，课上如遇到相关的技术知识就及时给同学布置课外查询作业，并在下次课上用十分钟时间与同学交流，并将同学的讲述情况记入平时成绩。如讲授电机启动停止控制电路时，就将与电机有关的电机系列、电机功率、电机电流估算、所用电缆等内容布置给同学作为课外作业。通过查阅大量与机电传动控制工程相关资料，学生在工程技术的应用上得以训练并能感受真实的工程环境。

4.课内外实验与仿真。将实际的工程环境引入教学环境，采用多媒体、实物、录像来展示其原理技术，并对新技术补充；教师在课堂上通过工业案例的讲解仿真，对所学的全部知识进行汇总和整理，不断强化核心知识的应用和掌握，学生可在课后根据作业情况进行PLC的程序编制与仿真，同时注重周边相关科学技术知识的学习和积累。

总之，提出了“少教多学”“少说多练”“工业案例”“项目导入”的教学方法和策略，营造实际的工程环境，在潜移默化中增进学生的智慧、自信与分析能力，充分利用教学资源，优化教学效果。通过机电传动控制课程的教学建设与改革，在课程的教学大纲、教材、课件、教案、习题库等方面时时更新，形成了一套成熟的质量保证体系，有效地促进了教育思想观念的转变，有利于进一步形成和深化学生的工程意识，为培养合格的人才打下良好的基础。如何提升在校该专业毕业生在工作中的适应性，要进一步研究课程教学规划，让学生用有限的时间学习理论知识和实践技能，以更好地适应就业市场的需求。