基于应用型人才培养的自动化实训教学模式探索

王之坚, 钱晓龙

(东北大学 信息科学与工程学院, 沈阳 110819)

·实习与实训·

基于应用型人才培养的自动化实训教学模式探索

王之坚, 钱晓龙

(东北大学 信息科学与工程学院, 沈阳 110819)

为了切实加强学校学院推进的“双一流”建设，引导学生创新思维模式，培养应用型创新人才，以开放实验系统为平台，采用“教做学研”的综合教学模式，充分发挥学生的主动性和创新性。以实训系统中常用电器-电机正反转为例，从实验设计要求到实验调试验收进行了循序渐进的内容安排，使大部分学生能够从零基础开始逐渐转入深入的学习，通过对实际应用系统的实验训练，锻炼学生的工程思维模式。此方式经过几年的教学实践，学生积极性高，教学效果良好。

自动化； 应用型； 实训； 教学模式

0 引 言

随着我国作为世界上制造业[1]大国的兴起，企业对大学生实践能力的培养提出了更高的期望，要求学生不仅要牢固掌握理论知识，还要增加工程实践经验。鉴于此，各高校更加重视学生的工程实训[2]环节，学生在校期间通过亲自动手完成一系列与实际生活相关的工程实训项目[3]，不仅能提高学习兴趣，还可以获得对本专业相关技术的基本认识，提高个人综合素质。

针对我国工程训练的特点和发展现状，结合国际工程教育认证[4]的能力要求，我校信息科学与工程学院对自动化相关专业设置了电工电子实训环节，实训环节设置了4个实验内容[5]，包括：照明控制[6]系统设计、计算机组装实训、常用电器的应用[7]、数字万用表的焊接制作和综合布线[8]系统内容。实训内容来源于实际生活中，因此学生对实验充满兴趣， 并且能够很快上手，能自主积极地进行学习。本文以常用电器的应用内容为例，介绍工业实训的操作规范和用电安全、系统设计要求、系统设计方案和调试验收等方面工业实训的整体学习过程，让学生了解工程实训中应该注意的问题，及复杂工程的解决思路[9]。

1 工程实训的安全操作规范

自动化相关专业的实训项目多为强电，实验室中电源有220 V和380 V，属于危险电压，同时实验室中电动机的转动部分也容易引起事故。为了既保证按时完成电动机的实验又确保实验时的人身安全与设备安全，要求学生必须严格遵守实验室的安全操作规程[10]。这种训练对于学生以后步入企业，能够正确自觉的遵守安全操作规范，达到了良好的约束作用。

这里对实验室的安全操作规程进行简单描述，主要分为人身安全和设备安全。

人身安全：① 上课时不能赤脚，最好穿胶底鞋，女生注意发辫要扎好，实验时最好穿紧袖口衣服，注意衣角、头发、导线等不要被电动机的转动部分卷入。② 严禁接触带电线路，遵守先接线后送电源，先断电后再拆线的操作程序。③ 严禁带电操作，在必须带电检查线路时，要用万用表的手持表笔绝缘棒进行检查，不能用手去促使电动机起动或停止，以免发生意外。④ 焊接实验时，注意电烙铁的使用，不能烫伤自己和他人，不能用电烙铁接触实验室其他设备，造成设备的损坏。印制的电路板上有裸露的带点端子，通电后不能用手直接接触金属部分，以免触电或造成电路的短路。

设备安全：① 看懂实验电路图，实验前先观察实验平台[11]中电气元件实物与电路图中元器件的对应关系。② 遵守接线的原则，选择合理的接线步骤为：先串后并，先主后辅。有特殊说明例外。③ 接线要规范，美观，按工程实践要求，盘线要使用线槽，接线后面板布线整洁。④ 接线要牢固，以防止发生电动机超速或飞车等事故，损坏其他设备及人身安全。

2 系统设计内容与要求

学院的电工电子实训[12]课程，主要针对自动化相关专业大一学生，因此开设的实验内容，既要体现专业方向，又要内容基础实用。根据学生的兴趣方向，设计一系列跟实际生活贴近的实验项目[13]，本文以常用电器-电动机的正反转为例，阐述从这个简单的实验项目中如何让学生得到专业方面的技能训练。首先提出了基本的实验任务与要求，让学生能够明确自己的实验目的，其次提到相关领域的知识点，使学生能够知道从哪些方面入手去查阅资料。然后根据实验要求进行电路的设计，最后在实验室完成电路的连接与调试。项目内容设计方案由浅入深，适合所有学生的学习情况。

总体任务:了解常用电器的结构与特性，利用实验面板上提供的电气元器件，完成实验电路的设计，实现电动机正反转控制。

基本内容:① 了解常用控制电器定义及分类，了解控制电器在电气控制系统中的作用； ② 掌握常用电磁式控制电路的基本结构和原理，掌握电磁式控制器3个组成部分：触点、灭弧原理和灭弧装置及电磁机构的工作过程；③ 掌握接触器的规格型号及继电器的分类方法，观察生活中常用电器的类型； ④ 掌握按钮开关、断路器、熔断器等电气元件的结构及工作原理；⑤ 撰写总结报告，通过小组讨论、交流提出改进的不同实验设计方案。

扩展内容:① 利用热磁断路器和接触器直接启动电动机的起动控制；② 完成电动机星-三角形起动控制。

3 系统设计方案及连接调试

3.1 系统总体设计思想

电动机的正反转在日常生活中广泛使用。例如行车、木工用的电刨床、台钻、刻丝机、甩干机、车床等。对于三相笼型异步电动机来说，可以通过两个接触器来改变电动机定子绕组的电源相序来实现电动机的正、反转。工作原理是：电动机旋转时，转子转动方向和旋转磁场的旋转方向一致，而旋转磁场方向是由三相电流的相序控制的，所以改变电动机转子的旋转方向就是改变定子三相电流的相序。将电动机同电源相接的三根导线中的任意两根互换，即可实现电动机的反转。

3.2 系统设计方案

系统设计采用了断路器(空气开关)、正向接触器、反向接触器、起动按钮和端子排等电气元件。电路设计方案及实现简单、易操作。但包括多个知识点，如：控制电动机换向、电气自锁、电气互锁和机械互锁等。系统设计方案如图1所示。

图1 系统设计方案图

该主电路中：Q1为三路热磁断路器，Q2为两路热磁断路器，接触器KM1为正向接触器，控制电动机M正转，接触器KM2为反向接触器，控制电动机M反转，KR1为热继电器，M为电动机。控制电路中：SA1为正转回路起动按钮，SA2为反转回路起动按钮，SA3为紧急停止按钮，可保持常闭状态。

起动过程：① 闭合三路热磁断路器Q1，接通380V电压；② 闭合二路热磁断路器Q2，接通220 V电压；③ 按下起动按钮SA1，接触器KM1线圈通电，KM1主触头闭合，KM1常开辅助触头闭合，电动机M接通电源开始正向转动。

停止过程：按下停止按钮SA3，KM1线圈主触头和辅助常开触头断开，电动机M断电停转。

电动机反向转动过程同上面相似，只是按下起动按钮SA2，接触器KM2动作后，调换了两根电源线U、W相(即改变了电源相序)，从而达到反转的目的。

在连续控制中，当起动按钮SA1松开后，接触器KM1的线圈通过其辅助常开触头的闭合仍继续保持通电，从而保证电动机的连续运行。这种依靠接触器自身的辅助常开触头而使线圈保持通电的控制方式，称为自锁或自保。而控制电路中要求KM1和KM2不能同时通电，否则会引起主电路电源短路。为此，要求在电路中设置连锁环节，常用的有电气互锁和机械互锁两种。将其中一个接触器的常闭触头串入另一个接触器线圈电路中，则任何一个接触器先通电后，即使按下相反方向的起动按钮，另一个接触器也无法通电，这种利用两个接触器的辅助常闭触头互相控制的方式，叫做电气互锁。利用复合按钮组成“正-反-停”或“反-正-停”的互锁控制，既有接触器常闭触头的电气互锁，也有复合按钮常闭触头的机械互锁，即双重互锁。该电路操作方便，安全可靠，且包含知识点多，因此作为自动化专业启蒙工程教育最为合适。

3.3 系统连接与调试

系统的连接与调试部分，是真正考验学生动手能力的环节。利用对系统电路的设计分析，将电路图中电气元件与面板实物相对应，通过实验过程验收和实验质量方面能够看出学生对工业工程操作是否符合规范[15]；在查阅资料、系统设计和连线调试的过程中，要求学生记录实验过程笔记，让学生在刚入学开始就养成学习中常记笔记的好习惯；最后要求学生写实验报告，锻炼学生的书写能力，为以后的学生和工作奠定良好的基础。具体验收步骤如下：

(1) 实验过程验收。要求每组的学生要合作完成电气元件的认知与连线工作。实验过程中要分工明确；掌握安全用电措施及操作步骤；工程操作过程规范，遵守实验室规章。

(2) 实验质量验收。要求连线正确；接线牢固；布局合理；走线设计美观，评价设计方案的合理性。

(3) 实验笔记验收。要求笔记中体现查阅资料的

途径；掌握的知识点；实验设计方案；实验过程中遇到的问题及解决方法；对方案的改进及创新思路。

(4) 实验报告验收。要求学生对所完成的实训内容，以论文的形式书写实验报告，让学生尽早掌握科学论文的书写格式及书写方法。

通过以上实际项目的验收要求，提高了学生的学习兴趣，规范了学生的现场操作，让学生能够在工业工程现场环境中有安全操作和规范操作意识，增强信心，锻炼能力。

4 结 语

工程训练是我国特有的工程实践教育方式，是落实工程教育、实现工程教育认证能力标准的重要环节。经过多年不断的改进与探索，自动化实训教学模式实行了10余年，实验内容与生产实际应用相结合，实验效果良好。使学生既掌握了理论基础知识，又培养专业的实际操作能力，还可以让学生接触到工程系统的分析和管理，因此，工程训练具有专业教育无法取代的实践性、整合性和创新性特点。

[1] 曹其新, 李翠超, 张培艳. 中国特色的工程训练教学模式与内容思考[J]. 实验室研究与探索, 2016,35(1): 129-131.

[2] 左建勇. 面向工程的实训教学模式与案例分析[J]. 实验室研究与探索, 2011, 30(7): 157-161.

[3] 曾向阳, 吴 猛. 高职院校校内实训室建设的思考与实践[J]. 实验室研究与探索, 2011,30(12): 217-220.

[4] 林 健.工程教育认证与工程教育改革和发展[J].高等工程教育研究, 2015(2):10-19.

[5] 钱晓龙. 电工电子实训教程[M]. 北京：机械工业出版社, 2009: 1-33.

[6] 梁人杰.智能照明控制技术发展现状与未来展望[J].照明工程学报,2014,25(2):15-25.

[7] Meirong D, Shaoming C. Design and realization of SOA based management system for open experiment lab[C]∥2012 2nd International Conference on Consumer Electronics, Communications and Networks (CECNet). 2012: 3182 - 3185.

[8] 王志民. 关于综合布线教学研究[J]. 电脑知识与技术,2015,11(5):67-69.

[9] Cao Danyang, Xi Junlin. Design and implementation of opening experiment information platform for colleges[C]∥2010 International Conference on Educational and Information Technology (ICEIT). 2010, 2: 13-15.

[10] 祝雪梅, 黄泽伟. 高职院校实训室安全教育探讨[J].实验室研究与探索, 2015,34(3): 295-300.

[11] 丛 蕾, 蒋家慧, 郭恩棉,等. 实验教学平台运行机制与管理模式研究[J]. 实验技术与管理, 2014, 31(2): 117-125.

[12] 曹海平, 管图华. 基于CDIO 理念的电工电子实训教学改革与实践[J]. 实验室研究与探索, 2013, 32(1): 140-142.

[13] 卢铁城. 加强实验教学培养科技创新人才[J]. 中国大学教学, 2005(3): 10-11.

The Exploration on Automatic Practical Teaching Model Based on Applied Talent Training

WANGZhijian,QIANXiaolong

(College of Information Science and Engineering, Northeastern University, Shenyang 110819, China)

In order to strengthen the "two first-class" that college and university promoted, guide students' innovative thinking modes, and cultivate innovative field-working oriented talents, based on opened laboratory system, the paper uses comprehensive teaching model - "combined by teaching, making, learning and studying", to develop the students' initiative and innovation. In this paper, uses CW/CCW rotation of motor, commonly used in electrical training systems, as an example, arranges the content teaching step by step from the experimental design requirements to the debugging and acceptance. The experiment makes most students who start from non-foundation gradually transfer to thoroughly learning. The experimental training practical application system trains students’ engineering thinking. This way has experienced several years of teaching practice, students’ motivation enhances and teaching effect is good.

automation; application-oriented teaching mode; practical training

2016-04-25

国家自然科学基金资助项目(11273001)；中国航天科技集团公司卫星应用研究院创新基金(2014-CXJJ-TX-11)

王之坚(1959-)，男，吉林长春人，学士，工程师，主要研究方向为自动控制、网络监控等。

Tel.:18642045750; E-mail:wangzhijian59@163.com

TP 393

A

1006-7167(2017)03-0235-03