木材加工机电一体化项目驱动式教学方法研究

张国梁 邢义虎 刘志军

摘 要 以河北农业大学木材加工机电一体化教学为对象，探索项目驱动式教学方法并应用于教学实践。首先分析项目设置的类型，其次重点阐述项目实践的具体内容和具体实施过程。教学实践表明，通过实验项目的完成和自主设备研发过程等项目驱动式教学方法的实施，激发了学生的学习兴趣，培养了学生的动手能力和创新应用能力，使学生掌握了木材加工行业机电一体化技术的基本实践技能。

关键词 木材加工；机电一体化；项目驱动式教学方法；实验室

中图分类号：G642.0 文献标识码：B

文章编号：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，机电一体化及自动化技术在木材和人造板加工行业所占比重逐日提高。如美克国际家私制造有限公司引进的意大利Morbidelli-SCM集团的4轴CNC加工中心、德国豪迈集团电子开料锯，以及从迪芬巴赫和辛贝尔康普集团到国内公司生产的人造板连续平压机等，诸多加工设备的共同特点即为自动化程度高，综合使用机械、电气、液压和气动技术[1-2]。

河北农业大学木材科学与工程系发展时间尚短，不论师资配置、专业方向，还是实验室条件，都不及传统林业院校的相关学科。例如：北京林业大学材料科学与技术学院设有木材加工装备与过程自动化研究方向；南京林业大学材料科学与工程学院更是有工业装备与自动化系，实验室建设也具有一定的规模。河北农业大学木材系机电一体化实验室刚成立不久，通过充分利用实验设备调动学生的积极性和学习兴趣，使之真正掌握自动化技术的基本实践能力是必然选择[3-6]。

本文探索项目驱动式木材加工机电一体化教学方法，重点研究创新型实验项目设置和自主设备研发，通过实验项目的完成和自主设备研发过程，培养学生的动手能力和创新应用能力，使学生掌握木材加工行业机电一体化技术的基本实践技能。

2 项目设置

学习实验设备，完成基本实验项目 引领学生分析木材系机电一体化实验室设备的机构组成、控制原理和使用方法，并以基本实验项目为载体，针对不同设备完成实验过程。木材加工一体化实验室现有设备包括QSYQ-YQ1型微机控制液压与气动试验教学平台、TYKJ-PLC2型可编程控制实验装置及单片机综合实验台、木工铣床电路电气故障试验台和三维数控实验教学系统等设备。实验室对学生开放，每台设备的实验指导书印发给学生，要求学生分组完成每一台实验设备的至少一个基本实验，每一组4～6人。如此，使学生熟悉实验设备，并对电气控制的基本知识有所掌握。

探索和设置探索型和创新型实验项目 以学生为主体建立学习兴趣小组，通过讨论、分析拟定具有一定创新性的实验项目，并以实验设备为载体完成自拟项目的实验环节。进一步，分析总结所做实验项目的特点和技术要点，做到对机、电、液、气基本技术的掌握。木材加工机电一体化学习兴趣小组的自拟项目要结合触摸屏组态、电气图纸绘制和PLC编程技术。在现有实验条件和资金范围内，触摸屏选择MCGS或西门子品牌，电气图纸绘制选择Eplan，PLC选择西门子S7-200系列。

研发实验室所需的自主设备，提升学生实践能力 以木材科学与工程系承担的河北省自然科学基金项目“面向实验室的纤维板铺装机构设计理论及实现方法研究”和河北省科技计划项目“精密转台式纤维板铺装成型技术及设备研发”为载体，通过机械建模、电气设计完成设备的开发文件，并利用可能条件完成设备加工和装备以及调试，以机电一体化技术的综合应用切实提高学生的实践能力。

3 项目实践

实践内容 在授课过程中，木材加工机电一体化辅助教学主要完成三项实践内容。

1）继电器-接触器基本控制单元搭建和连接。继电器-接触器控制是机床电气控制中最为常用的技术之一，熟悉并掌握其工作原理是电气控制的基本要求。为使学生能够掌握控制精髓和要点，特搭建出继电器—接触器控制基本单元。实验课上要求学生完成相关电气图纸的绘制和电气元件的接线，导线的两端需标注线号。图1所示为“木材加工自动化”实验课学生完成接线的继电器—接触器基本控制单元。

2）MCGS触摸屏基本组态。MCGS是当前应用较为广泛的触摸屏，本实践环节要求学生采用TPC7062KX触摸屏，基于三相异步电机的正反转控制完成HMI的界面组态。组态内容包括用户窗口图形设计，实时数据库中建立相关变量，并以西门子S7-200PLC为主控制器，在设备窗口中完成通道建立、变量连接和通信连接。图2所示为实验课学生完成的电机延时正反转的HMI。

3）木材加工实验室自主设备研发的控制系统设计。此项内容面向机电一体化兴趣小组，以承担的河北省自然科学基金青年科学基金项目“面向实验室的纤维板铺装机构设计理论及实现方法研究”和河北省科技计划自筹项目“精密转台式纤维板铺装成型技术及设备研发”为载体，完成转台式纤维板铺装成型机构控制系统的软件设计以及转台式纤维板铺装成型机构控制系统的单元控制柜设计和安装，见图3至图7所示。

实践对象 自木材加工机电一体化实验室建设至今，共经历一个学年的本科实践教学过程。选课班级：2013级木材科学与工程01、02、03班。选课时间：2015—2016学年第一、二学期。对应课程：木材加工自动化、木工机械。具体情况见表1。

具体实施过程 具体实施过程随项目的设置和实验内容的不同而改变。对继电器—接触器基本控制单元搭建和连接内容，要求学生定时练习，木材加工机电一体化实验室全程对学生开放，学生可以在与教师协商时间段内进入练习；MCGS触摸屏基本组态内容要求学生随学随练，实验课和讲授课皆可进行，学生自带笔记本计算机，随时学习，随时练习并仿真下载分析问题，进一步掌握组态技术；木材加工实验室自主设备研发的控制系统设计以教师所承担的课题时间节点为依据，逐步进行。

教学效果分析 针对2013级木材科学与工程专业共有学生70人，且全部选修“木材加工自动化”课程，课后问卷调查统计结果见表2。

4 结语

以河北农业大学木材科学与工程系木材加工机电一体化教学为对象，探索项目驱动式教学方法并应用于教学实践。实践表明，项目驱动式教学方法的应用既增强了课堂教学效果，又激发了学生的学习兴趣。随技术进步和行业的快速发展，木材加工自动化的知识将不断更新。为此，项目驱动式教学方法的内容和手段将与时俱进、不断革新。

参考文献

[1]苗虎，周玉成，盛振湘，等.连续平压机热压板升降系统控制算法[J].农业机械学报，2014，45（7）：333-339.

[2]张国梁，瞿国富，侯晓鹏，等.连续平压机入口角度动态控制方法[J].农业机械学报，2015，46（4）：372-378，343.

[3]唐中燕，韩庆瑶，郑海明，等.系统实验法在机电一体化实践教学中的应用[J].中国电力教学，2011（34）：139-140.

[4]闫虎民，李全利，郝立果.从世界技能大赛看机电一体化技术课程改革方向[J].职业教育研究，2014（6）：116-119.

[5]王仲民，刘朝华，祁宇明，等.机器人及机电一体化创新教育的研究与实践[J].中国现代教育装备，2014（7）：82-83.

[6]高秀蘭，史革盟.地方高校机械工程类大学生创新能力培养方式探究[J].中国教育技术装备，2013（21）：95-96.