機(jī)電控制創(chuàng)新平臺實踐應(yīng)用

機(jī)電控制創(chuàng)新平臺實踐應(yīng)用

科技創(chuàng)新是國家發(fā)展的關(guān)鍵，而創(chuàng)新人才是科技創(chuàng)新的基本。高等教育是培養(yǎng)創(chuàng)新能力的主體。國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）將培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力以及實踐能力放在重要的位置，近年來，社會對大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力需要不斷提高，為培養(yǎng)出創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的高素質(zhì)的工程人才，各大院校都制定相應(yīng)的教學(xué)方案和改革措施，比如華中科技大學(xué)的劉勃等在實際項目中來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和實踐能力；吉林大學(xué)的李曉春強(qiáng)調(diào)工程訓(xùn)練在實踐教學(xué)改革中的關(guān)鍵作用。目前的一些教學(xué)模式往往是以理論教學(xué)為主，實踐教學(xué)為輔，缺少創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)與實踐教學(xué)相結(jié)合。然而實踐教育對學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)不可或缺。上海理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院探索實驗教學(xué)方式，構(gòu)建機(jī)電控制創(chuàng)新實驗平臺，開展創(chuàng)新實驗課程和發(fā)展科技類競賽，有效的提高學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，取得了豐碩的成果。

構(gòu)建開放式的自主實踐與實驗教學(xué)平臺

上海理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院專業(yè)實驗中心為落實學(xué)院實驗教學(xué)在將本科人才培養(yǎng)作為重點，創(chuàng)精品本科教學(xué)，以學(xué)生為根本，提升理論、實踐、能力的協(xié)調(diào)發(fā)展，著重強(qiáng)調(diào)實驗、實踐教學(xué)的重要作用，結(jié)合機(jī)械類和控制類專業(yè)的各科優(yōu)勢，建立了機(jī)電控制創(chuàng)新實驗室，進(jìn)行全開放、自主學(xué)習(xí)式實驗課教學(xué)模式。圖1所示為機(jī)電控制創(chuàng)新實驗室室內(nèi)圖，分為實踐制作區(qū)、討論交流區(qū)、項目成果展示區(qū)、控制調(diào)試區(qū)。

機(jī)電控制創(chuàng)新實驗平臺在不斷的吸取教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，推出全開放模式，學(xué)生通過實驗教學(xué)網(wǎng)站提供實驗預(yù)約，預(yù)約說明中有詳細(xì)的實驗介紹。采用這種預(yù)約式和開放的實驗室運行模式，成功提高了實驗室利用率。同時學(xué)生也能更有效的分配時間。

實驗課程班和創(chuàng)新小組可自由進(jìn)入創(chuàng)新實驗室，學(xué)生自主的完成實驗任務(wù)和項目方案，可以有效的利用機(jī)電創(chuàng)新平臺的資源，學(xué)生可按自己的需求自由安排時間，查閱相關(guān)的文獻(xiàn)，遇到困難自行獨立的分析解決，有利于學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)，成立小組，學(xué)生獨立自主的完成項目方案的設(shè)計，學(xué)生遇到有疑問的部分，教師盡可能的詳細(xì)介紹，分析原因。由講授變?yōu)榇鹨珊蛦l(fā)。這種開放的實驗室運行模式可以有效的提高學(xué)生自學(xué)、查閱文獻(xiàn)和分析解決問題的能力，為以后進(jìn)行科學(xué)研究和項目研發(fā)打下扎實的基礎(chǔ)。目前機(jī)電控制創(chuàng)新實驗平臺承擔(dān)全校選修的兩門實驗課程，分別是機(jī)械結(jié)構(gòu)認(rèn)識實驗和機(jī)電創(chuàng)新實驗，實驗室對學(xué)生開發(fā)且學(xué)生自主的完成相應(yīng)的要求和任務(wù)，同事利用這兩門的機(jī)會，部分同學(xué)對機(jī)電創(chuàng)新項目感興趣，可以引導(dǎo)其參加機(jī)器人塞隊，成為賽隊成員后，可隨時來實驗室學(xué)習(xí)和完成項目。有利于學(xué)生利用課余時間學(xué)習(xí)和隊員們相互交流經(jīng)驗，互相學(xué)習(xí)。形成良好的創(chuàng)新思維實踐精神。

創(chuàng)新類實驗課程和科技類競賽結(jié)合

機(jī)電控制創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗課程

根據(jù)機(jī)電控制平臺的特點，結(jié)合考慮機(jī)械類和控制類專業(yè)的學(xué)科特點，學(xué)院專業(yè)實驗中心老師們相互討論，最終決定對全校學(xué)生開設(shè)兩門公選課。分別是機(jī)械結(jié)構(gòu)認(rèn)識實驗和機(jī)電創(chuàng)新實驗，兩門實驗實踐課程各有側(cè)重，機(jī)械結(jié)構(gòu)認(rèn)識強(qiáng)調(diào)對基本零件和機(jī)構(gòu)的認(rèn)識和設(shè)計，機(jī)電控制創(chuàng)新注重機(jī)械產(chǎn)品和電子產(chǎn)品的交叉和控制，創(chuàng)新精神是原則，將創(chuàng)新的意識貫穿在整個課程中。

㈠機(jī)械結(jié)構(gòu)認(rèn)識實驗

課程內(nèi)容簡介

1.了解慧魚模型，加強(qiáng)對機(jī)械結(jié)構(gòu)及機(jī)械傳動的感性認(rèn)識。

2.機(jī)電產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和控制設(shè)計，加深鞏固理論知識，培養(yǎng)動手能力，使其對機(jī)電一體化有進(jìn)一步了解。

3.機(jī)電產(chǎn)品從設(shè)計到裝配調(diào)試，使學(xué)生能夠從整體和系統(tǒng)的二個角度來認(rèn)識和了解機(jī)電產(chǎn)品的實際結(jié)構(gòu)，掌握產(chǎn)品的設(shè)計原理和運動規(guī)律，融會貫通機(jī)電一體化的相關(guān)知識。

實驗教學(xué)目的與任務(wù)

機(jī)械結(jié)構(gòu)認(rèn)識實驗是機(jī)械類和控制類專業(yè)的專業(yè)必修課。通過對機(jī)電創(chuàng)新模型的組建，使學(xué)生對機(jī)械裝配，氣路配管，電器元件配置，傳感器電器連接，PLC相關(guān)知識有了進(jìn)一步的了解，培養(yǎng)學(xué)生能夠從實物的整體和系統(tǒng)的角度來分析和設(shè)計并訓(xùn)練動手能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新意識。

㈡機(jī)電控制創(chuàng)新實驗課程

課程內(nèi)容簡介

1.了解機(jī)械結(jié)構(gòu)、機(jī)械傳動特點，利用模型圖紙組建模型，掌握慧魚模型組裝技能，培養(yǎng)動手能力；同時了解模型的機(jī)電控制原理及特點，用計算機(jī)編制程序并控制模型的運動軌跡。

2.進(jìn)一步了解機(jī)電產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、運動控制和一體化工作實現(xiàn)，在典型模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，培養(yǎng)設(shè)計能力與改進(jìn)創(chuàng)新能力。

3.創(chuàng)新模型。機(jī)電產(chǎn)品從概念設(shè)計到模型設(shè)計，從裝配調(diào)試到功能實現(xiàn)，使學(xué)生能夠從系統(tǒng)的 角度掌握機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計，通過答辯的形式展示自己的創(chuàng)意模型，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力。

實驗教學(xué)目的與任務(wù)

本實驗是面向全校各專業(yè)的創(chuàng)新選修課。利用慧魚模型的基本構(gòu)件，結(jié)合傳感器、控制器、執(zhí)行器和軟件，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新意識的重要性，巧妙地設(shè)計方案和實驗，將設(shè)想方案實現(xiàn)，完美實現(xiàn)對實際生活中機(jī)械和控制部件的模擬。首先對機(jī)電創(chuàng)新模型進(jìn)行搭建，接著提出創(chuàng)新方案，實驗平臺對學(xué)生開放，使學(xué)生自主的學(xué)習(xí)機(jī)械裝配，氣路 配管，電器電路，傳感器件，機(jī)電控制相關(guān)知識，培養(yǎng)學(xué)生實踐能力，從模仿到改進(jìn)，再到創(chuàng)新的過程。

大學(xué)生科技類賽事

大學(xué)實踐教學(xué)的根本就是培養(yǎng)學(xué)生能夠研究、探索的思維習(xí)慣。通過引導(dǎo)大學(xué)生參加各類科技類競賽，競賽項目方案的來源主要由學(xué)生或小組討論后提出。通過設(shè)計方案、分析結(jié)果、對比解決問題的方法。學(xué)生的主動思維、發(fā)散思維、直覺思維、批判性思維都得到了充分的鍛煉，最后做出自己的方案或作品，整個項目下來，學(xué)生利用所學(xué)的理論知識相互討論，進(jìn)行分析、判斷，不斷的學(xué)習(xí)新的知識，學(xué)生的實踐能力、學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新實驗技能進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，實踐能力和科學(xué)素養(yǎng)得到了提高。

機(jī)械控制創(chuàng)新類教學(xué)體系包含科研創(chuàng)新訓(xùn)練和課外科技活動，針對卓越工程師培養(yǎng)計劃及拔尖人才，訓(xùn)練重點放在綜合創(chuàng)新及科研實驗上，同時融入企業(yè)實際科研問題。在科研創(chuàng)新訓(xùn)練中，學(xué)生可以到相關(guān)實驗室完成校、院大學(xué)生創(chuàng)新基金項目、開放實驗室項目和參與教師科研課題等；在課外科技活動中，學(xué)生在創(chuàng)新實驗室進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計與制作，以各類大學(xué)生創(chuàng)新大賽為平臺進(jìn)行創(chuàng)新活動。隨著機(jī)械學(xué)院學(xué)科的建設(shè)及科研項目的不斷創(chuàng)新，基于此的科研創(chuàng)新實驗項目將會越來越多，為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力奠定基礎(chǔ)，同時為實驗室不斷發(fā)展注入活力。

創(chuàng)新類實驗課程和科技類競賽的結(jié)合

機(jī)械學(xué)院專業(yè)實驗中心“大學(xué)生機(jī)電控制創(chuàng)新實驗室”實行完全開放運行，開設(shè)了必做實驗和選做實驗，必做實驗在完成教學(xué)的任務(wù)的同時提高學(xué)生基本能力；選做實驗則由學(xué)生按自己興趣選修，在一系列的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課題中選擇。除教學(xué)實驗內(nèi)容外，學(xué)生還可在課余時間進(jìn)入實驗中心進(jìn)行自主實驗或研究。優(yōu)秀學(xué)生還可通過選拔參加上海理工大學(xué)機(jī)器人塞隊進(jìn)入機(jī)電創(chuàng)新實驗室進(jìn)行方案設(shè)計和研究開發(fā)。對于課內(nèi)外結(jié)合實驗，學(xué)生可以將實驗課程時間內(nèi)沒有完成的實驗內(nèi)容，在課余時間利用自己領(lǐng)取的工具、元器件等進(jìn)行裝配調(diào)試，極大的增加了實驗教學(xué)的靈活性。

同事學(xué)生可隨時進(jìn)入創(chuàng)新實驗室進(jìn)行創(chuàng)新實驗，成為我校學(xué)生參加全國、上海市大學(xué)生機(jī)械設(shè)計競賽、工程問題競賽、機(jī)器人競賽、汽車設(shè)計競賽的基地。

圖1　機(jī)電控制創(chuàng)新實驗室

圖2　家用剝瓜子機(jī)和多功能娛樂機(jī)器人

機(jī)電控制創(chuàng)新實驗室取得的成效

現(xiàn)代信息技術(shù)與傳統(tǒng)實驗教學(xué)結(jié)合

通過機(jī)電控制創(chuàng)新實驗室的項目展示區(qū)的環(huán)境條件，老師將傳統(tǒng)教學(xué)法“主次分明、突出重點、深入淺出”及多媒體教學(xué)法“信息豐富、生動形象、新穎別致”的優(yōu)勢，充分發(fā)揮傳統(tǒng)教學(xué)手段的調(diào)控優(yōu)勢，結(jié)合多媒體新穎別致的視覺沖擊，堅持以啟發(fā)式教學(xué)為指導(dǎo)思想，層層深入，喚起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的求知欲，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

師生相互交流討論教學(xué)模式

每一次實驗課程，實驗課程指導(dǎo)教師介紹有關(guān)實驗原理和實驗任務(wù)，通過現(xiàn)場實際的演示操作，學(xué)生能夠認(rèn)識儀器設(shè)備的使用性能與操作方法，結(jié)合課程提出一系列的問題，學(xué)生和老師互相交流、討論，調(diào)動學(xué)生的興趣和熱情，在實驗過程中，小組成員之間進(jìn)行方案討論，比較不同方案的優(yōu)缺點；然后在與老師的指導(dǎo)下進(jìn)行實驗，實驗完成后，需要對實驗結(jié)果進(jìn)行分析，寫出實驗感悟，。通過學(xué)生和老師的反饋，表面這種交流式實踐教學(xué)方法對學(xué)生創(chuàng)新和實踐能力的培養(yǎng)是有效的。

創(chuàng)新實驗平臺上的大學(xué)生科技類競賽獲獎情況

以大學(xué)生創(chuàng)新大賽為載體，以機(jī)電控制創(chuàng)新實驗室為平臺，通過創(chuàng)新科研項目引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新想法和科學(xué)素養(yǎng)，在實踐項目中提升學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和意識，不斷將創(chuàng)新意識及設(shè)計轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新成果。近5年參加的賽事主要有中國大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車競賽、中國機(jī)器人大賽RoboCup公開賽、全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽、中國機(jī)器人旅游大賽和全國大學(xué)生節(jié)能減排社會實踐和科技競賽等一系列大學(xué)生科技類賽事。表1為機(jī)電控制創(chuàng)新實驗室的主要成就。

表1　電控制創(chuàng)新實驗室的主要成就

目前已開發(fā)200多個創(chuàng)新實驗項目，開發(fā)出了“家用剝瓜子機(jī)、家庭清潔機(jī)器人、多功能娛樂機(jī)器人、硬幣分揀計數(shù)機(jī)”等200多個創(chuàng)新實踐項目，圖2為家用剝瓜子機(jī)示意圖和多功能娛樂機(jī)器人。其中100多個在上海市機(jī)械創(chuàng)新大賽和國家創(chuàng)新大賽上獲獎，60多個創(chuàng)新項目轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新成果，形成創(chuàng)新成果反哺實驗教學(xué)的良性循環(huán)。

結(jié)語

工程類大學(xué)生創(chuàng)新教育的實踐教學(xué)要突出創(chuàng)新和實踐，要以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新工程意識和能力為核心，將知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高融為一體，構(gòu)建起先進(jìn)的開放型機(jī)電控制創(chuàng)新實驗教學(xué)平臺。經(jīng)過幾年的努力，上海理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院利用機(jī)電控制創(chuàng)新平臺來培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實踐能力取得了顯著的效果，學(xué)生利用機(jī)電控制創(chuàng)新實驗學(xué)習(xí)理論知識、并結(jié)合先進(jìn)技術(shù)、創(chuàng)新思維解決實際的工程問題，將培養(yǎng)科學(xué)思維、實踐能力、創(chuàng)新能力和探索精神落實到創(chuàng)新實驗課程之中。在課程設(shè)計上，以創(chuàng)新研究的方式將一系列實驗和項目有機(jī)銜接，引導(dǎo)大學(xué)生參加各類科技賽事，取得了豐碩的成果，極大的促進(jìn)卓越工程技術(shù)人才和高素質(zhì)工程人才的培養(yǎng)，激發(fā)了學(xué)生實踐創(chuàng)新意識，學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力得到有效提升。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.15.022