以數(shù)控機(jī)床為主線的“機(jī)電傳動控制”課程教學(xué)與實(shí)踐

張志義

受科學(xué)技術(shù)發(fā)展、社會改革的壓力，高等教育亟須研究大學(xué)生專業(yè)知識結(jié)構(gòu)與就業(yè)市場的匹配度問題。基于此研究者提出了按照“技術(shù)+特色+創(chuàng)新”設(shè)置專業(yè)方向課程，從強(qiáng)調(diào)對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)、密切聯(lián)系產(chǎn)業(yè)出發(fā)，研究基于典型設(shè)備的“機(jī)電傳動控制”課程教學(xué)內(nèi)容體系和教學(xué)方法。

一、機(jī)電專業(yè)課程概述

機(jī)械設(shè)計及其自動化專業(yè)課程都與工程實(shí)際緊密相連，其特點(diǎn)是都可以以某一典型產(chǎn)品為主線，介紹課程的基本概念、原理、元件的結(jié)構(gòu)功能、系統(tǒng)應(yīng)用及典型產(chǎn)品。教師可以根據(jù)課程的具體要求選擇一個或幾個典型機(jī)電產(chǎn)品作為主線介紹課程內(nèi)容，并結(jié)合工程實(shí)際講解本課程理論在典型產(chǎn)品中的應(yīng)用情況。下面以“機(jī)電傳動控制”課程的教學(xué)與實(shí)踐為例，介紹以典型產(chǎn)品為主線的教學(xué)體系與教學(xué)過程。

二、“機(jī)電傳動控制”課程教學(xué)體系

作為機(jī)械設(shè)計及其自動化專業(yè)的主要課程之一的“機(jī)電傳動控制”是一門應(yīng)用性和專業(yè)性極強(qiáng)的課程。如何在一門課程中使學(xué)生了解機(jī)械設(shè)備所涉及的大部分控制內(nèi)容，是我們要詳細(xì)討論的問題。“機(jī)電傳動控制”教材主要以原《工廠電氣控制》為藍(lán)本，以普通機(jī)床控制為對象介紹繼電—電接觸器控制、PLC控制、電機(jī)原理等內(nèi)容。為使該課程能適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和課程體系的完善要求，選擇數(shù)控機(jī)床作為教學(xué)對象，結(jié)合數(shù)控機(jī)床所涉及的控制知識，在教學(xué)大綱中新編入伺服電機(jī)原理、變頻器原理和數(shù)控機(jī)床控制技術(shù)，力圖以系統(tǒng)的觀點(diǎn)和統(tǒng)一的框架講授機(jī)電傳動控制課程，并以數(shù)控機(jī)床為對象揭示各種控制技術(shù)的內(nèi)在聯(lián)系和統(tǒng)一關(guān)系。該教學(xué)內(nèi)容體系旨在教學(xué)內(nèi)容和方法與產(chǎn)業(yè)發(fā)展同步，以培養(yǎng)適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的合格的工程人才為目標(biāo)。

課程內(nèi)容優(yōu)化是高等教育課程改革的重要內(nèi)容，關(guān)系到高校的教育教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)質(zhì)量。工程技術(shù)專業(yè)需要融合各專業(yè)技術(shù)知識，使各個階段所學(xué)習(xí)內(nèi)容連貫統(tǒng)一。因此，在實(shí)施方面需要對機(jī)電傳動控制課程內(nèi)容進(jìn)行合理的組織，內(nèi)容涵蓋在機(jī)電控制領(lǐng)域工作所必須掌握的各相關(guān)學(xué)科基礎(chǔ)知識。根據(jù)教學(xué)大綱中培養(yǎng)目的及課程需求，安排合適的學(xué)習(xí)單元。各個學(xué)習(xí)單元要以真實(shí)工作任務(wù)及典型的工作過程為依據(jù)，開發(fā)能力主題學(xué)習(xí)單元，考慮各能力單元之間的邏輯、遞進(jìn)關(guān)系，對主題學(xué)習(xí)單元進(jìn)行序化并實(shí)施，最終達(dá)到課程的教學(xué)目標(biāo)。

三、作為典型機(jī)電產(chǎn)品的數(shù)控機(jī)床課程內(nèi)容及過程

目前許多機(jī)電傳動控制課以介紹繼電器、PLC控制為主，經(jīng)過多年工程設(shè)計應(yīng)用實(shí)踐活動，必須以機(jī)械行業(yè)經(jīng)常用到的數(shù)控機(jī)床的控制技術(shù)為研究對象，來增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)用性，切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。

1.數(shù)控機(jī)床知識結(jié)構(gòu)分析。數(shù)控機(jī)床是一個典型的機(jī)電產(chǎn)品，主要包括機(jī)床結(jié)構(gòu)、機(jī)床控制兩大部分，其中機(jī)床結(jié)構(gòu)的相關(guān)內(nèi)容在本專業(yè)的前期和后期課程中講解。以前對于該專業(yè)學(xué)生開設(shè)了機(jī)電傳動控制、傳感器技術(shù)、機(jī)電接口技術(shù)，但沒有介紹伺服驅(qū)動控制技術(shù)、變頻器技術(shù)、數(shù)控控制技術(shù)，應(yīng)將伺服驅(qū)動控制技術(shù)、變頻器技術(shù)、數(shù)控控制技術(shù)編入機(jī)電傳動控制教材中，使得機(jī)電傳動控制教材內(nèi)容更加完善、合理和統(tǒng)一。

2.分解數(shù)控機(jī)床控制技術(shù)內(nèi)容。將數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)分解為四大模塊，數(shù)控機(jī)床的常規(guī)控制內(nèi)容融入繼電接觸器和PLC控制章節(jié)內(nèi)容中，數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)軸控制融入伺服驅(qū)動控制章節(jié)內(nèi)容中，數(shù)控機(jī)床的NCK組態(tài)等融入數(shù)控控制技術(shù)章節(jié)中，數(shù)控機(jī)床模擬主軸控制融入變頻器控制章節(jié)中（見下圖）。在講授課程內(nèi)容時，先講授理論內(nèi)容，再以數(shù)控機(jī)床的相關(guān)控制部分作為實(shí)例進(jìn)行講解，并在課程結(jié)束前做系統(tǒng)的介紹。

機(jī)電傳動控制課程與數(shù)控機(jī)床之間關(guān)系

四、“機(jī)電傳動控制”課程的教學(xué)方法和手段

1.將原有知識整合進(jìn)新課程。機(jī)電傳動控制課程講授前已經(jīng)講授了機(jī)械、電子、液壓等方面的基礎(chǔ)課程，這些課程內(nèi)容相對獨(dú)立，但都與機(jī)電傳動課程有著密切相關(guān)的聯(lián)系，這就要求教師在講授該課程時能將各課程相關(guān)內(nèi)容聯(lián)系起來，將所學(xué)知識前后貫穿，融于一個教學(xué)內(nèi)容之中。

2.以模塊方式講解相關(guān)電氣元件。機(jī)電傳動課程是為機(jī)械類專業(yè)開設(shè)的一門電氣控制類課程，在講授時應(yīng)將電氣元件看成為黑匣子，只講授電氣元件的輸入、輸出及工作原理，使學(xué)生知道如何設(shè)計、使用該元件，為培養(yǎng)系統(tǒng)集成工程師做充分的準(zhǔn)備。教學(xué)采用實(shí)物講解、師生互動討論、實(shí)例分析、啟發(fā)教育等多種方式傳授工程理念，培養(yǎng)學(xué)生成為機(jī)械設(shè)備自動化生產(chǎn)過程的維護(hù)或設(shè)計應(yīng)用型人才。講授內(nèi)容理論聯(lián)系實(shí)際，以典型實(shí)際機(jī)電工程項(xiàng)目設(shè)計開發(fā)為導(dǎo)向，使學(xué)生把專業(yè)知識與真實(shí)的產(chǎn)品研發(fā)實(shí)踐結(jié)合起來。

3.課后教學(xué)延伸。在講授機(jī)電傳動課程內(nèi)容時，課上如遇到相關(guān)的技術(shù)知識就及時給同學(xué)布置課外查詢作業(yè)，并在下次課上用十分鐘時間與同學(xué)交流，并將同學(xué)的講述情況記入平時成績。如講授電機(jī)啟動停止控制電路時，就將與電機(jī)有關(guān)的電機(jī)系列、電機(jī)功率、電機(jī)電流估算、所用電纜等內(nèi)容布置給同學(xué)作為課外作業(yè)。通過查閱大量與機(jī)電傳動控制工程相關(guān)資料，學(xué)生在工程技術(shù)的應(yīng)用上得以訓(xùn)練并能感受真實(shí)的工程環(huán)境。

4.課內(nèi)外實(shí)驗(yàn)與仿真。將實(shí)際的工程環(huán)境引入教學(xué)環(huán)境，采用多媒體、實(shí)物、錄像來展示其原理技術(shù)，并對新技術(shù)補(bǔ)充；教師在課堂上通過工業(yè)案例的講解仿真，對所學(xué)的全部知識進(jìn)行匯總和整理，不斷強(qiáng)化核心知識的應(yīng)用和掌握，學(xué)生可在課后根據(jù)作業(yè)情況進(jìn)行PLC的程序編制與仿真，同時注重周邊相關(guān)科學(xué)技術(shù)知識的學(xué)習(xí)和積累。

總之，提出了“少教多學(xué)”“少說多練”“工業(yè)案例”“項(xiàng)目導(dǎo)入”的教學(xué)方法和策略，營造實(shí)際的工程環(huán)境，在潛移默化中增進(jìn)學(xué)生的智慧、自信與分析能力，充分利用教學(xué)資源，優(yōu)化教學(xué)效果。通過機(jī)電傳動控制課程的教學(xué)建設(shè)與改革，在課程的教學(xué)大綱、教材、課件、教案、習(xí)題庫等方面時時更新，形成了一套成熟的質(zhì)量保證體系，有效地促進(jìn)了教育思想觀念的轉(zhuǎn)變，有利于進(jìn)一步形成和深化學(xué)生的工程意識，為培養(yǎng)合格的人才打下良好的基礎(chǔ)。如何提升在校該專業(yè)畢業(yè)生在工作中的適應(yīng)性，要進(jìn)一步研究課程教學(xué)規(guī)劃，讓學(xué)生用有限的時間學(xué)習(xí)理論知識和實(shí)踐技能，以更好地適應(yīng)就業(yè)市場的需求。