以工程案例引进机电控制类课程的研究

雷利 冯嵩 孙雪

摘要：以工程案例引进机电控制类课程的研究从以成果为导向的人才培养方案出发，通过课程大纲理清课程之间的衔接性，阐述研究的必要，然后合理选择工程案例，研究该工程案例引进该类课程的教学方法和具体的实施过程。

关键词：工程案例;人才培养方案;教学方法

引言：

机械电子工程专业培养学生掌握机械电子工程专业产品的设计和制造机械电子工程专业设备以及系统的调试，维护与检测，以及机械现场的生产组织管理与协调等综合的能力。因此结合机电一体化系统的发展趋势和机电企业人才技能需求，建立适应机械电子工程行业的人才培养目标的课堂教学模式。以OBE为成果导向的人才培养方案为引导，针对理论性比较强的专业课，将工程案例引进以机电传动与控制、电气控制与PLC应用、机床电气控制技术等课程中，结合工业机器人应用、智能装备应用等课程，建立系统的知识体系。

一、机电控制类课程现状

我校机械电子工程专业目前分为机器人技术与应用方向和智能制造应用方向两个方向。按照以成果为导向的人才培养方案的课程体系分为通识教育课程群、学科基础教育课程群、专业必修课程群、专业方向课程群、选修课程群、实践课程群等。机电控制类课程群是在通识教学课程群以及学科基础教育课程群之后的大三学年陆续开课的。因此它需要学生在上课之前清楚明白各个课程之间的关联性，但通识教学课程群、学科基础教育课程群很多为全校课程，很多都是从知识的角度出发，专业的紧密度不够深刻，很多学生不知道学习这门课程的目的是什么，只是为了学习而学习。尽管在第一学年有专业认知，第二学年有专业认知和实训课程，但学生对以成果为导向的人才培养的目的性，认识仍然不够深刻。因此大三学年的专业课学习期间，部分同学基础知识的综合应用能力较差。

根据机械电子工程专业的人才培养方案，发现专业必修课和专业选修课、专业实践课的学时和学分都在发生变化。如下表1列举了以机电传动与控制为中心的部分控制类课程的学时和学分对比。

从上述表格中发现，专业课的学时和学分都在缩短。说明课堂教学时间在减少，课内实践的学时也在减小，课程实验、实践环节的学时在增加;充分说明了其对学生设计能力、综合设计能力的要求在提高。这些实验课是在专业课程学习完成之后开设的，一般在第三学年的春季学期;但是专业课程在第三年的秋季学期已经开设，时间跨度较大;此外实验从有针对性的课内实验变为单独开设的实验课程，实验课程的综合性程度更高，更加需要学生掌握这一系列的控制类课程，因此将案例分析法引进课堂十分必要。

二、工程案例引进课程的研究

机电控制类课堂教学比较多，且分布时间比较长，如大一学年的大学物理，大二学年的电工电子技术、机械设计基础、单片机应用，大三上半学年的机电传动与控制、传感与检测技术、电气控制与PLC应用、机床电气控制技术;大三下半年的工业机器人应用、工业现场总线、智能制造装备应用等，即全面、系统地传授机器人应用方向和智能制造应用方向的基础知识以及设计方法。课程与课程之间衔接关系大，但实例教学只是针对本门课程本身零散的应用，即对教材某个知识点的应用，在课堂上采取项目式教学方法和案例分析法，实例缺乏系统性及完整性，不能将本门课程同其它课程进行有效的衔接，无法达到工程案例教学的目的。因此，以机电传动与控制课为中心，探讨在机电控制类的课堂教学中如何开展工程案例教学。

1、工程案例的选择

工程案例的教学内容应用以成果为导向的人才培养方案为引导，与课程的理论教学内容以及实践教学内容紧密结合，在理论知识和实践知识之间搭座桥梁，让学生学会用知识，而不是背诵和记忆知识。因此工程案例的选择是十分严谨的。首先，该工程案例的需求的知识至少和3门以上的机电控制类课程匹配，也就说该工程案例的教学内容具有可分解性。其次该工程案例教学内容的具有通用性和真实性，通过对工程案例的分析，学生掌握基础理论知识，掌握机电控制类产品的设计能力和应用能力。然后该工程案例要有一定的操作性和可扩展性，能够在学生掌握基础知识的前提下，提升学生主动思考的能力和创新创造的能力，充分认识实际案例的复杂性和多样性，提高学生的多维思考能力。

2、教学方法的研究

工程案例以进课堂教学，例如某智能工程物料的运输搬运到入库的生产线，首先第一步就是将该工程案例和机电专业认知课程进行联系，学生通过在大二学年通过看以及操作知道本专业人才培养的方向，以及该工程实例中涉及的课程。采用分组讨论法，引导学生查阅资料找出该项目涉及的知识，对比课程体系，寻找相关课程。第二步就是改变课堂教学的内容，充分利用网络资源。可以将拆解后的工程案例制作成视频，在上课之前学生观看，让学生带着问题和目标完成课堂学习。第三步就是實操练习，以往的课堂教学的操作练习，要么是课内实验课，要么是实践类的课程设计等。这个理论知识和实践能力的锻炼都有一定的时差，可以利用仿真软件然后学校提供的开放实验室或者其它设备进行课后实操练习。第四步就是学科竞赛，现在机械电子工程专业同学可以参加的学科竞赛种类较多，每一个学科竞赛的知识的综合性都比较强，鼓励学生参加竞赛，不仅能提高学生的设计能力、综合应用能力;也能提高学生的自主学习能力。

例如某智能工厂物料搬运的工程案例，首先涉及了机电传动与控制课程，该项目涉及了异步电动机、直流电动机、伺服电动机、步进电动机，要求学生充分的掌握这四类电动机，学会选型、计算、接线等。其次涉及了电气控制与PLC应用课程，该项目要求学生掌握西门子S7-1200 PLC的编程以及接线，不仅掌握基础的基础指令、逻辑指令的应用，还需要掌握运动控制电机同PLC等设备的应用。然后涉及了ABB机器人的编程与操作，需要学生掌握工业机器人与PLC的通信，以及工业机器人完成搬运工作。

三、总结

该文对工程案例引进课堂教学的原因，工程案例选择的方法，教学的方法三方面进行了阐述。工程案例引进课堂教学是提高学生设计能力和应用能力的有效有段，不仅可以提高学生掌握专业知识的能力，也能提高学生大四学年学生完成毕业设计的综合设计能力，更能提高学生对专业的认可度。

参考文献：

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[2]李洪波 、韩 天 、张佳明、 孙 浩，机电传动控制课程教学改革，中国冶金教育，2021.6.

[3]陶平，工程案例教学在机械类课程中的运用，中国冶金教育，2013，06