机电控制技术课程实践教学改革与探索

2019-10-12明瑞李湾蔡颂张勇明兴祖

中国教育技术装备 2019年6期

明瑞李湾蔡颂张勇明兴祖

摘要机电控制技术课程实践教学是培养机械类学生机电控制综合实践能力和创新能力的重要环节。通过构建多层次、模块化的实践教学内容新体系，进行实践教学内容调整，探索灵活多样的实践教学方法、混合式教学手段和实践教学网络平台的运用，形成多元化的实践教学综合考核方式，取得良好的实践教学效果。

关键词机械类专业;机电控制技术;实践教学;开放实验室;CAI课件

中图分类号：G642.0 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2019）06-0129-04

Reform and Exploration on Practical Teaching of Mechanical & Electrical Control Technology Curriculum//MING Rui， LI Wan， CAI Song， ZHANG Yong， MING Xingzu

Abstract The practice teaching of mechanical & electrical control

technology curriculum is the importance link of training mechanical students？comprehensive practice and innovation ability of mecha-

nical and electrical control. Based on the construction of a new prac-

tice teaching content system of multi-levels and modularization， adjustment of practice teaching contents， flexible and diversified methods of practice teaching， application of hybrid teaching means

and practice teaching network platform are explored. A comprehen-sive examination methods of diversified practice teaching are formed，

and the good results of practice teaching have been achieved.

Key words mechanical specialty; mechanical & electrical control

technology; practice teaching; open laboratory; CAI courseware

1 前言

機电控制技术是机械类专业的一门专业技术基础和必修课程，通过本课程的教学，使学生了解机电传动控制的一般原理和基础知识，掌握分析、设计和使用机电传动控制系统和装置、器件的基本技能，获得必备的知识和能力训练。为提高学生的机电控制综合实践能力和创新能力，实践教学是必不可少的环节，并贯穿于机械类专业教学过程的始终[1]，须进行机电控制技术课程实践教学改革与探索，主要包括本课程实践教学体系改革与内容调整、教学方法与手段探索、考核方式改革等。

2 实践教学体系改革与内容调整

机电控制技术课程实践教学环节一般包括课程内实验、课程设计（第六学期）、毕业实习与设计（第八学期）等。为加强学生机电控制实践和创新能力的培养，在上述实践教学环节的基础上增加开放性实验（第六学期及以后）、机电控制技术竞赛、大学生研究性学习与创新性实验等环节，对实践教学内容进行大胆改革，构建多层次、模块化的机电控制技术课程实践教学体系与内容，如图1所示。

多层次是指每个模块按照其实践内容属性，设置类型分为基础性、综合性、设计性和创新性实践等四个层次，根据学生需要和个性发展兴趣，在不同学期开设和选择相应的实践项目模块[2]。模块化是指按照机电控制技术课程教学大纲要求，将实践教学内容分成若干实践教学项目模块。课程内实验环节分为三相异步电动机正反转控制、控制交流异步电动机正反转PLC编程设计等两个实验项目模块，四课时实验。课程设计包括数控车床工作台二维运动伺服进给系统设计，机械手液压系统的电气控制，平面磨床、组合机床的电气控制，压力机液压系统的电气控制等设计项目模块。开放性实验既可以自行设计实验项目，也可选择实验项目，如三相异步电动机Y-Δ降压起动控制、三相异步电动机变频调速等项目模块。毕业实习与设计、机电控制技术竞赛、大学生研究性学习与创新性实验等环节则根据企业需要、竞赛命题和学生兴趣，自行设计实践项目内容和方案。

在四个层次的实践类型中，基础性实践的教学目的是以传授和加强机电控制技术的基础知识为主，注重配合理论课循序渐进地教学，增强学生对理论知识的理解，以基础性实验操作为主，熟悉和掌握电器元件及仪器的使用，培养学生认知、分析和解决基本问题的能力、严谨的科学态度以及基本的实验操作技能。因此，基础性实践的教学模式采用现场演示、学生动手和教师辅导的方式，主要在课程内实验、开放性实验等实践环节进行。

综合性实践、设计性实践应综合集成机械、电气控制等学科的知识与技术，开设应用性、综合性、先进性、实用性强的实践项目，培养学生综合把握和运用学科群知识、分析和解决实际问题的能力。其教学模式采用以学生动手和自学为主的方式，主要在开放性实验、课程设计、毕业实习与设计、机电控制技术竞赛等实践环节进行。

创新性实践以提高素质和能力为主线，应充分应用新概念、新工艺、新技术，鼓励学生自拟实验方案进行探索性、研究性、创造性实验。其教学模式是采用学生自行提出课题、独立完成的方式，主要在毕业设计、机电控制技术竞赛、大学生研究性学习与创新性实验等实践环节进行。

根据机械类专业人才培养方案的要求，课程内实验、课程设计、毕业实习与设计等为必修实践环节，开放性实验、机电控制技术竞赛、大学生研究性学习与创新性实验等为选修实践环节，评定合格后可抵通识选修课学分和得创新活动学分。这样既可以满足不同层次学生的需求，又可以对机电控制技术课程内容进行综合应用，极大提高学生的实践和创新能力。

3 实践教学方法探索

根据实践项目模块类型和教学模式的不同，教学方法也不同[3]。机电控制技术基础性实践一般采用现场演示、合作学习式、讨论互动式、任务驱动式、仿真式等教学方法;对于综合性实践、设计性实践和创新性实践，需积极探索开放式、目标竞赛式、校企合作式、研究式等新型的教学方法。

开放式教学方法为了对机电控制技术实验项目感兴趣的部分学生提供进一步实验学习的机会，延伸课堂教学，加深知识理解，提高实验动手能力，采用开放式教学是一种有效方法[4]。开放实验室面向学校所有学生，实行全天候开放制度。近三年机械类专业在机电一体化柔性实验室、机械综合与创新实验室等进行了实验室开放，主要进行综合性、设计性和创新性实验项目等“三性”实验内容，使开放实验室“三性”实验所占比例、对学生的覆盖面平均每年分别达到56%和23%以上。

目标竞赛式教学方法通过组织不同层次、不同档次的多种实验竞赛、学科竞赛，充分发挥学生主观能动性，培养學生良好的竞争意识与自主学习、综合应用和创新能力。机械类专业近三年先后组织参加大学生机械创新设计大赛、工程训练综合能力竞赛、三维数字化创新设计大赛、全国信息技术应用水平大赛、全国大学生工业设计大赛、“芙蓉杯”国际工业设计创新大赛等竞赛活动，机械类本科生参加学科竞赛人数占总人数的比例超过25%，通过校级、省级和国家级不同层次的选拔和训练，机电控制技术应用能力大大提高，取得良好教学效果。

校企合作式教学方法针对企业的岗位需求和要求，以企业导师指导为主，进行毕业实习与设计、定岗训练、大学生研究性学习与创新性实验等，解决企业的实际技术问题，根据双向选择可就地就业。该教学方法最贴近社会生产实际，使学校、企业和学生三方都会受益。

湖南工业大学作为中国包装总公司唯一的一所省部共建高校，充分发挥机械行业优势，于2009年至今，与广东省中山市、湖北省宜昌市等地的60余家企业一起，建立了校企实习与培训基地，集实习、就业、产学研为一体，推行“专业教育+创新实践”的人才培养模式。利用这些实践教学基地进行校企合作式教学，深入生产第一线对学生开展机电控制技术训练和毕业实习，将企业生产和发展过程中面临的机电控制技术实际问题和企业产品开发、技术革新项目作为实习、毕业设计课题，其成果直接用于企业生产。通过多年的实践，有效地推动校企合作教学，全面提高学生的创新能力与机电工程实践能力，又为学生就业提供了平台。近三年机械类专业学生毕业设计来自教师科研和企业生产实际的课题比例达到42%以上，本科毕业生就业率平均为97.3%。

研究式教学方法为使学生的课外科技文化活动更加丰富多彩，开阔学生的专业视野，增加学生参加机电技术科研课题和技术服务工作的机会，对学生实行导师制，共同开发项目，以培养学生的创新性思维及实践能力。该教学方法适用于毕业设计、大学生研究性学习与创新性实验计划项目等实践教学环节，近五年机械类学生进行的大学生研究性学习与创新性实验计划项目有国家级项目“管道清灰机器人的结构设计及运动学仿真研究”、省级项目“面齿轮传动轮齿的温度模拟及过程参数的影响分析”、校级项目“新型全自动餐饮设备的设计”“宿舍专用全方位智能吊扇”“道路交通信号与标识中的人机工程学研究”等42项。

4 实践教学手段探索

现代教育技术与机电控制技术的发展使得新的教学手段不断出现，教学手段也趋于多样化、现代化，需积极探索多种教学手段、混合式教学手段和实践教学网络平台的运用。

实践教学CAI课件、电子教材等应用精心设计与制作的实践教学CAI课件或网络课件以及电子教材等，图文并茂，生动形象，可以使学生更好地理解实验原理、仪器操作、实验过程等，提高实践教学质量。在使用机电控制技术课程实验教学CAI课件的同时适时使用传统板书，避免讲解员式的讲课效果，使实验课堂气氛生动、活泼和富有启发性。

各种工具软件的仿真应用在机电控制技术实验教学中，强调充分利用Protel、OrCAD、VisualC++、Step 7、MATLAB、MathCAD、Pro/E等工具软件进行设计仿真，使学生更好地理解实验内容和设计结果[5]，如实验室制作了PLC编程设计仿真系统等实践教学资源。

混合式教学手段的运用机电控制技术的混合式教学手段，其中教学基本资源包括微课、翻转课堂视频，实践教学CAI课件，电子教材，媒体素材，虚拟仿真，教学软件，例题，习题作业和其他等，可进行网络线上线下的课前预习、课中引导学习、课后拓展学习。微课、翻转课堂视频是5～15分钟的核心实践教学内容的微视频，翻转传统的教学过程（教师讲、学生听），让学生完成针对知识点和概念的自主学习，课堂成为教师与学生之间互动的场所，从而达到更好的教学效果。实践教学CAI课件指出课程内实验、课程设计、毕业实习与设计的内容，及其重点和难点，并对其进行说明，包括实践指导、过程、步骤、方法。本实践教学特别注重媒体素材、虚拟仿真、教学软件的应用，用来帮助理解学习内容，对问题和设计方案结果进行分析和验证。例题、习题作业提供了参考答案。其他资源还有：网上提问与网上答疑，可随时解答学生在学习中的问题，了解学习困难;网上讨论，是由学生和教师共同参与的自由论坛，学生也可相互交流经验;以及网上提交作业和实验报告等。

实践教学网络平台应用在省级机械基础示范中心的专用网站平台上提供丰富的网上教学资源，包括该实践教学的课程概要、教学基本资源和教学拓展资源等。课程概要包括实践教学简介、大纲、教学日历、考评方式与标准、学习指南等。实践教学拓展资源包括案例库，专题讲座库，机电控制技术竞赛、大学生研究性学习与创新性实验环节的典型案例等。

5 实践教学考核方式改革

根据机电控制技术课程不同的实践教学环节和内容，对学生实践教学质量应采取不同的考核方式[6]。近年来通过不断探索，已形成多元化的综合考核方式。

1）制定考核标准，主要依据机械类专业培养目标及机电控制技术课程教学大纲，采取平时实践过程控制考核与实践项目最终考核相结合的方法，从学生对实践基本原理和知识的了解、基本操作技能以及实践综合性、设计性和创新性等层次全面考核学生。

2）分类制定考核内容。

①实践基本理论知识考核（笔试），包括常用电器元件、电动机、接触器与继电器、万用表等常用仪器的使用方法及注意事项，实验基本原理、操作方法，对实验结果的分析等。

②实践操作技能考核（实操）：针对实验项目，现场进行操作，教师根据评分标准对学生的操作水平及结果进行考评。

③综合性、设计性实践考核（面试或答辩），包括实践项目的应用性、综合性、先进性、实用性等方面，实验方案是否具有科学性、可行性，立题依据是否充分，观察指标是否客观明确，每个学生在整个过程中的具体表现（参与程度、动手能力）等。

④创新性实践考核，包括实践是否具有先进性和创新性等。

⑤平时考核，主要根据平时表现、作业和实践报告质量等进行考评。

实践考核的评分标准，按照基础性、综合性、设计性和创新性等不同实践项目类型的要求，将笔试、实操、面试或答辩、创新性考核、平时考核等部分，按不同的权重计入实践考核总成绩。

3）开放性实验采用预约制，面向全校所有学生，考核合格后可抵通识选修课学分。

4）机电控制技术竞赛、大学生研究性学习与创新性实验项目。机电控制技术竞赛获得省级和全国比赛奖励，可抵通识选修学分和获得创新活动学分。