加强工程素质培养的机电实践教学改革与研究

黄菊生+刘军安+蒋嵘

摘要：针对机电工程类专业机电实践教学存在的问题，探索加强工程素质培养的机电实践教学改革途径。通过建立与工程实际接轨的实践教学环境，优化实验项目，加强实践教学内容的整体设计，加强实践教学与课堂教学内容的优化整合，开展机电综合课程设计，引入现代化的实验教学思想，实施具有机电工程特色的人才培养，构建工程化、综合性、创新型的机电实践教学新模式。

关键词：工程素质;实践教学;机电类专业;综合课程设计

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2015）25-0160-03

一、前言

21世纪，现代工程的复杂性和系统性促使工程知识不断走向交叉与融合，如何培养大学生的工程素质和综合应用能力是我国工科高校目前亟待解决的关键问题。机电工程类专业集“机械、电气、控制”为一体，需要学生对机电装备的设计、制造与控制基础进行系统的学习和实践，与工程实际结合非常紧密，涉及面广，尤其需要理论联系实际，摒弃高校长期以来“重理论，轻实践”的弊端。

工程素质是指人们在考虑问题、从事某项工作时所表现出的内在品质和作风，它是工程技术人员应该而且必须具备的基本素质，包括工程知识、工程意识和工程实践能力。建设创新型国家的历史使命呼唤创新性工程技术人才，创新思维和创新能力的培养是工程应用型本科学校义不容辞的责任。注重未来工程技术人才工程素质和工程实践能力的培养，强化实践教学，形成专业特色，是我们开展机电实践教学改革的奋斗目标[1，2]。

二、机电实践教学存在的问题

机电工程类专业开设的机电方面的课程较多，有《工程测试技术》、《机电传动控制》、《机械控制工程基础》、《机电一体化系统设计》、《微机接口技术》、《PLC控制技术》等，是量大面广的专业基础课和专业课，构成机电课程群。通过机电课程的教学，使学生系统性的获得机电综合应用知识，能将机电知识有机融合，用于新型机电产品的开发设计。因此，学生的工程素质和创新能力的培养主要体现在综合应用机电知识的能力、创新设计的能力。教学实践表明，机电实践教学在学生机电综合知识的掌握、工程素质和创新能力培养中至关重要。但是，目前机电实践教学不能适应机电人才培养的需要，不能适应学生工程素质的培养、综合创新能力的培养，存在的主要问题有：

1.实践教学体系和课堂教学内容优化整合不够，机电特色不明显。

2.实验设备开发利用不够，内在潜力没有得到充分发挥，与工程实际结合紧密的实践条件有待加强。

3.实践教学环节缺乏系统性、综合性的整体设计与创新，应付教学的多、单一服务课程的多，突出机电知识有机融合、综合应用的少，研究与创新性实验项目缺乏。

4.开放式、网路化程度低，优质教学资源建设欠缺，没有实现资源共享机制。

随着现代制造业机电技术的飞速发展，社会对高素质工程应用型人才需求的提高，机电实践教学改革势在必行。在机电实践教学中突出工程实践、综合应用，加强实践项目的整体设计与创新，研究开放式、网络化教学方法和手段，突出机电特色，构建工程化、综合性、创新型的机电实践教学新模式，对于“卓越计划”的实施，机电工程类应用型本科人才的培养、教学质量的提高都具有重要意义。

三、加强工程素质培养，探索机电实践教学改革新途径

1.建立与工程实际接轨的实践教学环境。机电实验室建设是机电实践教学的物质基础，在选择实验设备时，着重考虑与工程实际接轨，有利于综合创新实践项目的开设，有利于学生工程实践能力、创新能力的培养，创建良好的实践教学环境。新进实验设备强调模块化设计、工程化对象、实物化运行、网络化管理。用技术先进、机电结合好、综合应用性强的实验设备代替原理性实验设备。经过几年的建设，机电实验室不断壮大，不断更新提高，先后建立了机电接口技术实验室、机电传动控制实验室、智能检测与故障诊断实验室、机电一体化实验室。随着实验室建设的开展，大量新的实验项目不断开发，满足了机电教学改革发展的需要[3]。

如机电接口实验设备综合了基础接口控制与小型步进电机控制、直流电机控制、温度控制于一个平台上，方便开展综合性的实验。工程检测技术实验设备由基础平台+测控模块组成，配备的测控模块多样化，有多功能转子实验台，环形输送线、无损检测对象、环境检测模块等。而且测控对象采用工业级传感器和工程设备小型化产品，既方便在实验室环境展示实验，又与工程实际接轨。具体实验时可以自由选择模块开展实验、组成不同的测控系统，可以通过网络进行实验和分析处理，输出结果。机电传动控制实验设备设计为电气控制、PLC控制平台+数控加工对象，其中数控加工对象有多轴小型数控机床、微型加工中心，使电气控制、PLC控制与数控加工有机结合，融运动控制、位置控制、联动控制、刀库管理于一体，是一个对象工程化、实物化结合，机电融合好的实验设备。机电一体化实验室采用现代装备制造业最典型的机电一体化环形生产线实验实训设备，各工位模块化设计，可重构工业生产线，模拟自动化生产的上料、冲压、加工、搬运、落料、喷涂烘干、检测、加盖、穿销、分拣、入库、搬运等工艺过程。该实验设备融机、光、电、气、液于一体，综合应用了传感检测、气压传动、机械传动、计算机控制、PLC控制等多种工程技术，很好的实现了机电知识的综合应用与交叉融合。汽车电子实验台全部采用实物，可实际运行操作，能通过设置故障、观察现象、分析排除故障，真实感强。

2.优化实验项目，注重实践教学内容的整体设计。采用“以电为用，机电融合”的原则，构建机电实践教学新模式。不断优化实验项目、注重实验项目和内容的整体设计与创新，淘汰一批、合并一批、新开一批、加强调整一批，不断提高设计性、综合性、创新性实验的比重。同时，实践教学环节设置上注意循序渐进、形成梯度，有基础性的、有提高综合性的，切忌拔苗促长。实施多样化实践教学，采用多实验模块、实验模块的多功能化，丰富及创新实践教学内容。endprint

如在工程检测技术实验教学中，随着实验设备的更新换代，淘汰了原有的传感器原理性实验，用现代的测控系统实验代替，加强了多传感器的综合应用。微机接口实验将认知操作与基本程序合并，加强接口实验项目，设计一定的选做实验和思考题变形实验，让学有余力的学生有更多的学习提高机会。机电传动控制实验，一部分在机电接口技术实验室进行（如直流电机转速测量、步进电机控制），一部分在机电传动控制实验室进行（如步进电机、交流伺服电机单轴定位控制），以充分发挥不同实验设备在实践教学环节中的优势互补作用。机电一体化实验改演示参观性实验为模拟工业生产综合性实验。将机械控制工程基础实验与部分工程测试技术实验结合，利用工程检测技术实验平台和多样化的工程对象，开发新的机械控制工程实验项目，使机械控制工程基础实验有了具体的工程应用对象，拓宽了实验领域。

多功能转子试验台是工程检测技术课程重要的综合性实验模块，是典型的实验模块多功能化代表，如图1所示。该模块配上不同的工业化传感器可以构成不同的测试系统，开展多种实验项目。如加速度传感器/速度传感器振动测量实验、磁电传感器/光电传感器转速测量实验、三点加重法转子动平衡实验、转子轴心轨迹测量实验、噪声测量实验等。除了多功能转子实验模块，测试技术其他实验模块如环形输送线、无损检测对象、环境检测模块等都具有多传感器综合应用功能，学生可以自主选择实验模块开展实验，使实践教学多样化、多模块化。

3.引入现代化的实验教学思想。网络化实验教学可以充分共享资源，最大限度的发挥现有实验条件的功能，加强网络、计算机控制在机电实践教学中的作用。在智能检测与故障诊断实验室，将实验模块和工程化实验对象通过联网进行实验，共享实验资源、共享实验对象，构建开放式网路化实践教学模式。用Labview等能“虚实结合”的优秀仿真软件搭建机电测控系统，仿真后在实物机电系统上调试、分析处理，将虚拟仿真与实物机电系统有机结合，创新实践教学方法和手段。

检测技术实验设备配置了工程测试和信号检测与分析平台——虚拟仪器，引入现代化的实验教学思想，以软件代替硬件、软硬件结合，可实现快速重组，构成新的测控仪器。通过虚拟仪器与实验台的数据采集卡等硬件结合，使我们以前没有办法开设的实验（如波形的合成和分解、信号幅度调制与解调等）现在可以顺利实现了。这种既有传统仪器的特征，又有一般仪器所不具备的特殊功能的虚拟仪器技术引入实验教学，丰富了教学内涵，也促进了课堂教学。

4.加强工程应用与教学内容的优化整合。机电课堂教学要注重工程素质培养，加强教学内容的优化整合，加强课堂教学与实践教学内容的融合，突出工程应用，将工程实例引入教材、引入课堂，积极推进实例、案例教学。通过分析机电课程的内在联系与交叉，理顺课程的前后关系，注重机电知识的交叉与融合。不断更新教学内容，将新技术、新知识、新成果引入课堂，确保教学内容的先进性、工程化，理论与工程实际结合紧密[4]。

如在机械卓越班的课程教学改革中，将原来独立开设的《机电传动控制》与《PLC控制技术》整合为一门课，在教学中将各电机控制与PLC控制结合起来，使PLC控制的工程应用具体化。在机械电子工程专业的PLC控制技术课堂教学中，适当补充机床电器控制的继电器接触器控制部分的内容，使后面PLC控制的教学有类比和具体的工程应用基础。同时在课堂教学中用具有典型代表的实物继电器、接触器讲解具体接线方法、触点类型和动作方式，并配合大量其他电器实物照片多媒体展示，强化学生的工程意识。

5.依托机电大平台，强化个性化培养。机设专业“卓越计划”班按人才培养要求，对机电课程教学内容优化整合幅度大，强化了工程实践、综合素质、能力培养。因此机电实践教学环节主要从工程、综合的角度出发，紧密围绕机、电、液、气、控制有机结合开展，更好的突出综合应用，构建更具机设专业特色的机电实践教学。机械电子工程专业向“大专业、小方向、多特色”人才培养模式转变，在实践教学环节设置上，“机电系统方向”面向先进装备制造业，主要以机电一体化环形生产线实验设备为依托;“汽车电器方向”面向汽车制造业，主要以汽车电器与电子实训实验设备为依托，注重具有专业方向特色实践项目的开设。采用“大平台、个性化、实用性”的原则，为卓越班及机类其他专业设计个性化实践项目，做到实践项目与专业相结合，实验内容与工程应用相结合，强化机电工程特色，实现人才培养多样化，如图2所示。

6.实施机电综合课程设计，加强不同课程知识的交叉融合。综合课程设计依托综合性强的机电实验室，以综合应用为主，进行包括机械、液压、气动、控制为一体的机电系统设计，引入多方案创新设计机制。我们先后在机械电子工程专业实施了机电一体化综合课程设计，在机械卓越班实施了机电液气综合课程设计，通过综合课程设计，有利于建立不同课程知识的联系、交叉融合，有利于系统性的灵活应用机电知识。如机械设计卓越班将原来各两周单独服务课程的液压气动课程设计、PLC课程设计进行整合，设置为3周的机电液气综合课程设计。综合课程设计的课题和内容不是原来两个课程设计的简单拼接，而是进行了重新设计、有机融合。学生以某个液压气动系统为对象，先开展液压气动系统设计，时间大约为1.5周，然后以自己设计的液压气动系统为对象开展控制系统设计。这样学生对控制对象非常了解，工艺流程非常熟悉，设计的控制系统针对性强、真实感强。液压气动部分设计主要内容包括两部分，一部分是液压缸等纯机械设计，另一部分是液压气动控制原理图设计，后一部分的设计与PLC控制联系非常紧密，包括元器件选择、电磁阀动作、工艺流程等都是PLC设计的基础和依据，只有将两部分设计和知识有机融合，才能设计出合理的控制系统。

综合课程设计一般由两位教师共同指导，一位是精通和担任液压气动设计的教师，另一位是精通和担任PLC控制设计的教师。而这两门课程的老师分属不同的教研室，一方面需要加强协调合作，另一方面也需要专业知识有一定的交叉互补。搞PLC设计的老师需要懂一些液压气动的知识，搞液压气动的老师需要懂一些PLC控制的知识，这样才能更好的合作指导好综合课程设计。

在课程设计指导过程中，进行PLC设计时，首先要求学生说清楚液压气动原理、电磁阀动作过程、工艺流程，以检验学生前段的设计成果，并为后续设计铺平道路。有些功能在PLC设计过程中为了控制的需要反过来还要对液压气动进行适当的修改，教师在指导时机电液气必须联动，综合解决。这体现了综合课程设计与单独课程设计重要的差别，也是综合课程设计的优势所在。有时在进行PLC设计时还能发现液压气动设计中的错误，或者矛盾的地方。有些功能（如卸荷）既可以用液压完成又可以用PLC控制完成，指导时必须让学生自己决定设计方法，给其独立思考学习、综合实现的空间，培养学生综合应用机电知识、独立分析问题解决问题的能力。

四、结束语

机电实践教学改革紧紧围绕学生工程素质及工程实践能力培养，将综合、应用、创新理念贯穿于实践教学全过程，构建了工程化、综合性、创新型的机电实践教学模式，为机电工程类应用型人才培养奠定了良好的基础。

参考文献：

[1]王辉，浦剑涛.工科院校学生工程素质培养探微[J].中共郑州市委党校学报，2013，124（4）：100-102.

[2]王贵成，符永宏，卢章平，等.实施“四位一体”教学改革，培养学生工程意[识J].高校教育管理，2009，3（3）：90-92.

[3]席平，杨洋，王春洁.机械类课程实验教学改革与实践[J].实验技术与管理，2010，27（7）：14-18.

[4]李小朋，刘永红.从工程意识培养的角度谈“机械制造工艺学”教学[J].中国大学教学，2011，（5）：44-46.endprint