淺析機(jī)電控制系統(tǒng)的應(yīng)用與創(chuàng)新

陳濤

【摘要】隨著科技的進(jìn)步，機(jī)電控制方面的產(chǎn)品已經(jīng)融入了很多現(xiàn)代科技，但仍需不斷創(chuàng)新來(lái)滿(mǎn)足日益高漲的社會(huì)需求。創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)力因素中最重要的一點(diǎn)是人才，因此創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)對(duì)高校的專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)提出了更高的要求。結(jié)合本校的機(jī)電控制原理及應(yīng)用課程的教學(xué)，探討機(jī)電控制系統(tǒng)的應(yīng)用與創(chuàng)新發(fā)展，促進(jìn)課程體系和教學(xué)內(nèi)容的完善，突出技能培養(yǎng)，從而培養(yǎng)出符合社會(huì)需求的技能型和高層次創(chuàng)新型人才。

【關(guān)鍵詞】機(jī)電控制原理及應(yīng)用 理論 實(shí)踐 創(chuàng)新

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的交叉與滲透以及工程領(lǐng)域的技術(shù)改革。在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電控制系統(tǒng)，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化。而隨著數(shù)字化、物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展，工業(yè)4.0被提上日程。其中，創(chuàng)新和改革貫穿了從第一次工業(yè)革命到工業(yè)4.0的整個(gè)過(guò)程。作為為生產(chǎn)第一線(xiàn)的高級(jí)技能型崗位培養(yǎng)人才的高校機(jī)電專(zhuān)業(yè)，承擔(dān)著重要的任務(wù)和使命。然而，目前高校培養(yǎng)的機(jī)電控制專(zhuān)業(yè)方面的學(xué)生與社會(huì)、市場(chǎng)的需要還有不小的距離。

隨著我國(guó)后經(jīng)濟(jì)危機(jī)時(shí)代產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與升級(jí)大潮的來(lái)臨，企業(yè)產(chǎn)品、設(shè)備正在經(jīng)歷一個(gè)更新?lián)Q代的頻繁時(shí)期和迫切需要?jiǎng)?chuàng)新的時(shí)代，因此對(duì)高技能的機(jī)電一體化人才和高技術(shù)含量的機(jī)電產(chǎn)品需求越來(lái)越大。機(jī)電控制系統(tǒng)是從系統(tǒng)的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用了機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、信息技術(shù)和傳感測(cè)控技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)要求，對(duì)各功能單元進(jìn)行合理配置與布局，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值，并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。因此，機(jī)電控制系統(tǒng)所涵蓋的技術(shù)是基于上述各技術(shù)有機(jī)融合的一種綜合技術(shù)，富含了融合、創(chuàng)新、多元等特點(diǎn)，而不是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)及其它新技術(shù)的簡(jiǎn)單組合、拼湊。本校所設(shè)置的機(jī)電控制原理及應(yīng)用是一門(mén)綜合性實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，涉及知識(shí)面廣，容量大，教與學(xué)都不容易。結(jié)合技術(shù)應(yīng)用發(fā)展與創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的要求，對(duì)機(jī)電控制原理及應(yīng)用課程進(jìn)行進(jìn)一步的教學(xué)探討。

一、機(jī)電控制原理及應(yīng)用教材及內(nèi)容設(shè)置

機(jī)電控制原理及應(yīng)用課程綜合了多門(mén)學(xué)科，因此所涉及的概念、專(zhuān)業(yè)名詞較多。目前使用的教材是2006年出版的，包含了機(jī)電系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、傳感器、繼電器、PLC、電機(jī)、微機(jī)等多個(gè)章節(jié)的內(nèi)容，其中每章的內(nèi)容尤其電機(jī)、PLC、微機(jī)等均是需要開(kāi)設(shè)專(zhuān)門(mén)的專(zhuān)業(yè)課進(jìn)行詳細(xì)講述的內(nèi)容。例如在電機(jī)知識(shí)的介紹中，概念抽象，理論繁瑣，跟數(shù)學(xué)、物理及電路等相關(guān)課程的聯(lián)系很緊密；在電氣控制電路的原理分析、基本控制環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)思想的敘述一般都較清楚，但由于原理圖多、文字?jǐn)⑹鲚^抽象，學(xué)生又無(wú)實(shí)物接觸，在學(xué)習(xí)過(guò)程中普遍感到枯燥乏味，理論教學(xué)與實(shí)際的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求存在著一定的差距。在章節(jié)銜接方面，比如前一章是運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方面的，后一章是機(jī)電控制應(yīng)用中傳感器的介紹，再下一章又變成了繼電器與接觸器的介紹等等。各個(gè)章節(jié)的內(nèi)容沒(méi)有有機(jī)的聯(lián)系起來(lái)，學(xué)生在學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)過(guò)程中不能夠從總體去把握這門(mén)課程，只是覺(jué)得每個(gè)章節(jié)都似乎在復(fù)習(xí)以往所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)。這對(duì)教師上課時(shí)教授的內(nèi)容和方式提出了很高的要求。

二、教學(xué)課時(shí)與實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)置

機(jī)電控制原理及應(yīng)用的課程設(shè)置為36學(xué)時(shí)，最初幾年有2個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課時(shí)，后來(lái)取消了。以往的實(shí)驗(yàn)課時(shí)由于學(xué)時(shí)短，一般安排學(xué)生進(jìn)行觀(guān)摩式或者通過(guò)播放視頻的方式對(duì)部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)。這些實(shí)驗(yàn)主要是認(rèn)識(shí)性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。也就是說(shuō)，對(duì)于每一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生不需要提前去思考去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中學(xué)生精力大多集中在如何按照老師的詳細(xì)指導(dǎo)，照抄照搬地完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，而這些視頻或者觀(guān)摩的實(shí)驗(yàn)一般不會(huì)有錯(cuò)，學(xué)生沒(méi)有機(jī)會(huì)自己去分析、思考如果實(shí)驗(yàn)失敗的話(huà)其中的原因是什么。學(xué)生的主動(dòng)性和積極性難以得到充分的發(fā)揮。

以PLC章節(jié)為例。目前的工業(yè)生產(chǎn)開(kāi)發(fā)中，PLC技術(shù)被廣泛地應(yīng)用，而且隨著生產(chǎn)需求在迅速發(fā)展中?；赑LC的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)無(wú)論其運(yùn)行過(guò)程還是運(yùn)行結(jié)果只能通過(guò)對(duì)控制對(duì)象的觀(guān)察得以了解，而教學(xué)環(huán)節(jié)中主要以原理和編程內(nèi)容為主，因此PLC教學(xué)的實(shí)踐環(huán)節(jié)更應(yīng)強(qiáng)調(diào)對(duì)象模型的實(shí)例化與控制流程的動(dòng)態(tài)演示。但PLC的大多數(shù)系統(tǒng)往往由于其體積大、重量重、價(jià)格高等因數(shù)難以大量裝備于實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生在觀(guān)摩性或視頻播放的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中無(wú)法感受到工程實(shí)踐中的趣味性、知識(shí)性和實(shí)驗(yàn)成功后的成就感，在很大程度上挫傷了學(xué)生的積極性，也被認(rèn)為是一種形式而得不到重視。

三、機(jī)電控制系統(tǒng)的應(yīng)用與創(chuàng)新思路

1.教材與教學(xué)方式

結(jié)合機(jī)電專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，對(duì)教材進(jìn)行多元化優(yōu)化，在現(xiàn)有教材基礎(chǔ)上增加對(duì)特定章節(jié)特定內(nèi)容的“鏈接型”提示。例如通過(guò)指定具體其它專(zhuān)業(yè)類(lèi)書(shū)籍、指定特定網(wǎng)站等方式，讓學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容有拓展性的學(xué)習(xí)和認(rèn)識(shí)，加深知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展更新，教學(xué)資源越來(lái)越豐富，尤其是視頻類(lèi)資源的日益豐富。傳統(tǒng)的“黑板加粉筆”教學(xué)方式已不能滿(mǎn)足學(xué)生的需求。多媒體教學(xué)不僅能夠提供圖文聲像并茂的知識(shí)表達(dá)形式，還能夠提供界面友好，形象直觀(guān)的交互式學(xué)習(xí)環(huán)境，提高了課堂教學(xué)效果，豐富了課堂的生動(dòng)性，同時(shí)，精彩的多媒體課件也能激發(fā)學(xué)生的興趣，提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力。

在上述基礎(chǔ)上，可以在教學(xué)過(guò)程中引入項(xiàng)目教學(xué)式的方式。方式一，將傳統(tǒng)的學(xué)科體系中的知識(shí)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為若干個(gè)教學(xué)項(xiàng)目，圍繞著項(xiàng)目組織和展開(kāi)教學(xué)，使學(xué)生直接參與項(xiàng)目過(guò)程。老師和學(xué)生通過(guò)共同實(shí)施一個(gè)完整的項(xiàng)目工作而進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)，這種方式對(duì)課時(shí)的要求較高，需要增加更多的實(shí)踐學(xué)時(shí)?；蛘邔⒔滩闹心巢糠謨?nèi)容結(jié)合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)思考，例如講加速度傳感器前，讓學(xué)生進(jìn)行汽車(chē)安全氣囊設(shè)計(jì)或者手機(jī)搖一搖功能的設(shè)計(jì)思考。方式二，將現(xiàn)有項(xiàng)目中的問(wèn)題細(xì)分后布置給學(xué)生，讓學(xué)生對(duì)當(dāng)前實(shí)際問(wèn)題有深入理解。教師一般都有國(guó)家級(jí)或省級(jí)項(xiàng)目的科研任務(wù)，可以將項(xiàng)目中的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行細(xì)化，摘出部分作為小項(xiàng)目，在課堂中與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)和交流，讓學(xué)生在思考和表達(dá)的同時(shí)，對(duì)教師的思路也是一種開(kāi)闊。

2.實(shí)踐環(huán)節(jié)

在工業(yè)4.0時(shí)代，機(jī)電控制系統(tǒng)比以往的關(guān)聯(lián)度更高?；仡櫃C(jī)電控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史，每一個(gè)進(jìn)步都是源于人們?cè)跈C(jī)電控制系統(tǒng)中創(chuàng)新性的引入了各種先進(jìn)技術(shù)。對(duì)于相關(guān)行業(yè)發(fā)展來(lái)說(shuō)，創(chuàng)新是重中之重。而機(jī)電行業(yè)中最重要的是實(shí)踐和應(yīng)用。一切理論的學(xué)習(xí)和模擬仿真的訓(xùn)練，最終都要落腳到實(shí)踐應(yīng)用中，應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)中。產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的創(chuàng)新都離不開(kāi)對(duì)當(dāng)代新技術(shù)的應(yīng)用。機(jī)電控制系統(tǒng)技術(shù)從最初簡(jiǎn)單的機(jī)械與電子技術(shù)結(jié)合，發(fā)展到與計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成技術(shù)、通信技術(shù)等的集合，最重要的是對(duì)每個(gè)階段的尖端技術(shù)進(jìn)行了深入研究并引入到機(jī)電行業(yè)實(shí)踐中。因此加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng)和鍛煉，提高行業(yè)科技含量是機(jī)電控制技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵。

傳統(tǒng)的理論教學(xué)方法，一般是教師在課堂上按知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行授課，然后在課程理論教學(xué)結(jié)束后進(jìn)入實(shí)踐環(huán)節(jié)，使用現(xiàn)成機(jī)電控制系統(tǒng)的產(chǎn)品，指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)。這種教學(xué)過(guò)程缺少授課內(nèi)容與實(shí)踐內(nèi)容的緊密結(jié)合，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力及綜合運(yùn)用知識(shí)的能力收效甚微。筆者認(rèn)為，針對(duì)課程中的各個(gè)章節(jié)，例如傳感器應(yīng)用、繼電器、典型機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)在每章結(jié)束后即加入實(shí)踐或?qū)嵱?xùn)環(huán)節(jié)，促進(jìn)學(xué)生更加及時(shí)系統(tǒng)的領(lǐng)會(huì)和掌握該章節(jié)內(nèi)容，給學(xué)生提供一個(gè)典型的綜合科技環(huán)境。

為進(jìn)一步加強(qiáng)與社會(huì)實(shí)踐的接軌，應(yīng)充分利用學(xué)校優(yōu)勢(shì)，與企業(yè)或者研究機(jī)構(gòu)建立聯(lián)合培養(yǎng)基地，有計(jì)劃的組織學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)實(shí)習(xí)。在適當(dāng)時(shí)間建立課題或畢業(yè)設(shè)計(jì)方面的合作，為企業(yè)進(jìn)行一些研究型或分析型的項(xiàng)目合作研究，同時(shí)為學(xué)生，尤其是即將畢業(yè)的學(xué)生提供接觸實(shí)際工程項(xiàng)目的機(jī)會(huì)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生就業(yè)能力和素養(yǎng)起到促進(jìn)作用。目前隨著國(guó)家對(duì)專(zhuān)業(yè)型人才培養(yǎng)的重視，社會(huì)上涌現(xiàn)出很多研制教學(xué)型機(jī)器人自動(dòng)化線(xiàn)的公司和廠(chǎng)家，所設(shè)計(jì)的教學(xué)自動(dòng)化產(chǎn)線(xiàn)可以滿(mǎn)足機(jī)電系統(tǒng)課程中所需要的幾乎所有實(shí)踐環(huán)節(jié)的需要。因此，可以考慮建立類(lèi)似的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，引入類(lèi)似產(chǎn)線(xiàn)，并將公司內(nèi)的產(chǎn)線(xiàn)課程納入到教學(xué)課程中來(lái)，一些基本的教學(xué)系統(tǒng)，甚至交給學(xué)生自己管理。打破傳統(tǒng)的學(xué)生按照教師事先布置好內(nèi)容和程序，按部就班地進(jìn)行操作的實(shí)踐教學(xué)模式，學(xué)生可以自由選擇實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目和設(shè)備進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，充分發(fā)揮其主動(dòng)性和創(chuàng)造性。專(zhuān)業(yè)實(shí)踐必須在與實(shí)際工作環(huán)境基本類(lèi)似的實(shí)踐環(huán)境中進(jìn)行。最后，在一專(zhuān)多能的前提下，必須確保學(xué)生獲得綜合性訓(xùn)練。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合目前科技發(fā)展的創(chuàng)新需求，對(duì)機(jī)電控制系統(tǒng)方面課程的應(yīng)用和創(chuàng)新教學(xué)進(jìn)行了探討，通過(guò)理論結(jié)合實(shí)踐、教程多元化、引入項(xiàng)目教學(xué)等模式對(duì)機(jī)電控制原理及應(yīng)用教學(xué)進(jìn)行了分析?？傊虒W(xué)應(yīng)堅(jiān)持以學(xué)生未來(lái)就業(yè)為目標(biāo)，以創(chuàng)新發(fā)展為前提，加強(qiáng)理論、實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)和社會(huì)實(shí)踐等環(huán)節(jié)教育，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，使人才培養(yǎng)方案更加符合社會(huì)需求，增強(qiáng)畢業(yè)生對(duì)崗位的適應(yīng)性，提升畢業(yè)生就業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

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