綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)在學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的應(yīng)用?

盧 倩，王福元，馬如宏，崔 治

（鹽城工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224051）

0 引言

目前國(guó)內(nèi)高校在機(jī)械工程自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)課程的開(kāi)設(shè)上普遍存在著重視理論教學(xué)而忽視動(dòng)手實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的現(xiàn)象，導(dǎo)致了很多該專(zhuān)業(yè)的學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)課程只是一知半解；學(xué)生也渴望能夠具有全面而扎實(shí)的動(dòng)手能力，從而為畢業(yè)后的就業(yè)增添砝碼，然而由于各高校普遍缺乏有效的自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)課程綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，使得專(zhuān)業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)始終停留在書(shū)本知識(shí)的簡(jiǎn)單再現(xiàn)、演示性實(shí)驗(yàn)教學(xué)和程序輸入教學(xué)這3個(gè)層次上，大大限制并降低了學(xué)生對(duì)單片機(jī)設(shè)計(jì)知識(shí)的學(xué)習(xí)熱情和積極性?；诖?，本文擬結(jié)合自行研制的機(jī)電綜合控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)，針對(duì)機(jī)械工程自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革展開(kāi)探討，重點(diǎn)探討機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)機(jī)制。

1 我國(guó)當(dāng)前機(jī)械工程自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)課程實(shí)驗(yàn)臺(tái)現(xiàn)狀

目前各高校的機(jī)械工程自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)都普遍開(kāi)設(shè)有機(jī)電一體化、機(jī)電傳動(dòng)控制、微機(jī)原理應(yīng)用等專(zhuān)業(yè)課程，但是配套的實(shí)驗(yàn)設(shè)備均是簡(jiǎn)單的演示性實(shí)驗(yàn)器材；另一方面，國(guó)內(nèi)一些教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器生產(chǎn)廠(chǎng)家所設(shè)計(jì)的機(jī)電控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其控制功能過(guò)于復(fù)雜，擴(kuò)展功能較差，只能夠進(jìn)行預(yù)先設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，對(duì)于學(xué)生的自主性設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的實(shí)施難度較大。因此為了更好地開(kāi)展機(jī)械工程自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)，迫切需要自行研制合適的綜合控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)。

2 機(jī)電綜合控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)

2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)電綜合控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)充分考慮到實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求，不能僅僅為了滿(mǎn)足某一門(mén)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)而開(kāi)發(fā)，筆者依托學(xué)校自制設(shè)備，進(jìn)行了充分的前期需求調(diào)研，融合了機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、機(jī)電傳動(dòng)控制、微機(jī)原理與應(yīng)用、PLC控制、測(cè)試技術(shù)等機(jī)械工程自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)核心課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了機(jī)電綜合控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

圖1 機(jī)電綜合控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)原理圖

如圖1所示，機(jī)電綜合控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用模塊化設(shè)計(jì)理念，將機(jī)械工程自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的各核心專(zhuān)業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊化，采用單元設(shè)計(jì)，按照各專(zhuān)業(yè)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求進(jìn)行有機(jī)集成；同時(shí)兼顧了不同專(zhuān)業(yè)課程之間的關(guān)聯(lián)性，借鑒了電氣工程面板的設(shè)計(jì)思路，能夠?qū)崿F(xiàn)不同專(zhuān)業(yè)課程模塊之間的級(jí)聯(lián)，從而達(dá)到了能夠開(kāi)展機(jī)械工程自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)綜合性實(shí)驗(yàn)，以及開(kāi)創(chuàng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐和創(chuàng)新訓(xùn)練的目的。

2.2 功能模塊設(shè)計(jì)

（1）輸入模塊：對(duì)機(jī)電控制而言，90%以上的系統(tǒng)輸入都是通過(guò)傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)的，因此，傳感檢測(cè)單元主要依靠不同的傳感器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入，包括溫度傳感器、壓力傳感器、力矩傳感器、位移傳感器等模塊，同時(shí)在設(shè)計(jì)傳感檢測(cè)單元時(shí)，也要考慮到模擬量輸入和數(shù)字量輸入的差別，兼顧兩種輸入模式的應(yīng)用。

（2）公共外圍模塊：主要包括機(jī)電控制系統(tǒng)的電力電源部分、電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分和PC機(jī)控制部分。在設(shè)計(jì)時(shí)必須要保證這3部分模塊的獨(dú)立性，同時(shí)又要確保這3個(gè)部分能夠滿(mǎn)足不同的機(jī)電控制實(shí)驗(yàn)的需求。

（3）實(shí)驗(yàn)?zāi)K：內(nèi)含非常多的單元模塊，主要用來(lái)滿(mǎn)足不同課程實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)需求，每一個(gè)單元模塊都采用獨(dú)立的電氣連接方式，方便開(kāi)展綜合性、跨學(xué)科的機(jī)電控制實(shí)驗(yàn)，因此，每一個(gè)單元模塊都需要預(yù)留一部分接口，以備將來(lái)功能擴(kuò)展升級(jí)或者設(shè)計(jì)大型綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所用。

3 機(jī)電綜合控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)在學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的應(yīng)用

3.1 改變實(shí)驗(yàn)操作方式

機(jī)電綜合控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)的出現(xiàn)，改變了過(guò)去實(shí)驗(yàn)大多只能做重復(fù)性演示實(shí)驗(yàn)的局面，真正實(shí)現(xiàn)了學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，分析實(shí)驗(yàn)電路，搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，對(duì)于加深學(xué)生對(duì)課本知識(shí)的理解以及提高動(dòng)手實(shí)踐能力有著積極的影響。

3.2 改革實(shí)驗(yàn)考核方式

過(guò)去實(shí)驗(yàn)考評(píng)過(guò)分依賴(lài)于實(shí)驗(yàn)出勤和實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)，這種單一的考察方式扼殺了多數(shù)同學(xué)的創(chuàng)新熱情和動(dòng)手實(shí)踐的欲望。借助于機(jī)電綜合控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)，讓學(xué)生自己去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，自己完成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的全部搭建；教師依托實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)其進(jìn)行全程考察，不再憑一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果或者實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行片面考評(píng)。

3.3 擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)開(kāi)放程度

過(guò)去很多實(shí)驗(yàn)臺(tái)由于集成度高、造價(jià)昂貴，因此實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放程度不夠甚至完全不開(kāi)放，這令很多具有創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力的學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)望而卻步；現(xiàn)在開(kāi)發(fā)的機(jī)電綜合控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)由于采用了模塊化設(shè)計(jì)，各單元模塊彼此獨(dú)立，成本較低，因此完全可以向?qū)W生開(kāi)放，不僅可用于自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，還能夠用于工業(yè)實(shí)際產(chǎn)品的性能測(cè)試，以及工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的調(diào)試等，提前讓學(xué)生接觸機(jī)械工程自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試，為未來(lái)就業(yè)增加砝碼。

4 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械工程自動(dòng)化是目前全國(guó)各高校普遍開(kāi)設(shè)的一個(gè)專(zhuān)業(yè)，而機(jī)電專(zhuān)業(yè)核心基礎(chǔ)課程的普遍特點(diǎn)是理論性強(qiáng)、動(dòng)手要求高。對(duì)于如何開(kāi)展這樣的理論性強(qiáng)、實(shí)踐能力要求高的課程，是目前各高校都在探討的一個(gè)問(wèn)題。本文正是在這樣的背景下，重點(diǎn)探討了機(jī)械工程自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)課程如何實(shí)施教學(xué)改革，并結(jié)合自制的機(jī)電綜合控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)，詳細(xì)論述了實(shí)驗(yàn)臺(tái)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，結(jié)合學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的問(wèn)題，指出當(dāng)前在機(jī)械工程自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)中普遍存在的問(wèn)題，給出了具體的改革措施與意見(jiàn)。通過(guò)實(shí)際的改革應(yīng)用，這樣的教學(xué)是受到學(xué)生歡迎的，因此是值得大力推廣應(yīng)用的。

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