新工科背景下《机电传动与PLC控制》实践教学与创新能力培养

周德强　陈延祥　盛卫锋　吕青　平雪良　宿磊

摘  要：伴随着“卓越计划”的推进实施，中国高校开启了新工科时代，高校正加快工程教育改革创新。本文以近几年江南大学机械电子工程专业《机电传动与PLC控制》的课程改革现状与实践教学为基础，简单介绍了江南大学《机电传动与PLC控制》课程教学改革措施与方法，重点探讨了面向机电专业的《机电传动与PLC控制》实践教学与创新能力培养。

关键词：机电传动与PLC控制  实践教学  创新能力  机械电子工程

中图分类号：G642                             文獻标识码：A                    文章编号：1674-098X（2020）12（b）-0170-04

Abstract： With the implementation of the "Excellence Plan "， Chinese colleges and universities have opened a new era of engineering， and colleges and universities are speeding up the reform and innovation of engineering education. This paper focuses on the practical teaching and innovation ability training of Electromechanical Transmission and PLC Control， which is based on the current situation and practical teaching of the course reform of electromechanical and electronic engineering major in Jiangnan University in recent years.

Key Words： Electromechanical Transmission and PLC Control; Practical teaching; Innovation ability; Mechanical and electronic engineering

伴随着《新工科研究与实践项目指导指南》发布以及“中国制造2025”等重大战略的实施，中国高校开启了新工科时代，高校必须加快工程教育改革创新，促使我国尽快完成从工程教育大国向工程教育强国的转变[1-2]。多所高校尝试采用不同的实践教学方法以提高教学效果，其中，西安交通大学李勇教授等在“力学测量与无损检测”实验教学中提出了PBL（问题导向式学习）教学法，实现课程实验教学效果的有力提升[3];内蒙古科技大学张春燕在电工学实践教学中提出了基于“雨课堂”的电工学混合式实验教学方法，取得了较好的实践教学效果[4]。针对机电传动与控制课程，各高校根据本校实际情况也进行了大量的课程改革与实践探索：中国矿业大学丁海港等建成了国内先进的《机电液综合实验》平台，培养了学生的创新精神和实践能力[5];济南大学刘海宁等提出了基于Matlab/Simulink构建系统完整的教学仿真试验平台，取得了较好的教学效果[6];杭州电子科技大学许明等将CDIO工程教育模式融入课程实践教学，开发综合实验平台，构成三层次实践即基本实验（“看中学”）、设计性实验（“做中学”）和开放性实验（“用中学”），与工程实际有较好的对接，锻炼了学生的系统设计及综合应用开发的能力[7]。

笔者所在江南大学机械电子工程专业作为首批“卓越计划”专业积极响应国家号召，以“高素质、强能力的机电融合卓越创新人才”为培养目标，系统深入地开展了工程教育改革创新的探索与实践[8]。《机电传动与PLC控制》是江南大学机械电子工程专业的专业核心课程，课程理论与实践并重且相互结合，培养学生掌握机电传动以及电气与PLC控制的基础理论知识。

本文以近几年教学实践经验为基础，归纳了机械电子工程专业《机电传动与PLC控制》的课程改革现状与实践教学特点，重点探讨了面向机电专业的《机电传动与PLC控制》实践教学体系完善与创新能力培养。

1  课程改革现状

《机电传动与PLC控制》是笔者所在学校的一门卓越课程，课程改革体现于通过教学形式的改变使学生更有效地掌握课程理论知识并投入于实践运用，将课程实践嵌入于教学中，注重培养学生的实践创新能力。课程改革后总分配学时为48学时，其中理论教学学时为38学时，实验学时为8学时，实践学时2学时。相比改革前的教学方案，改革后缩短理论教学学时限制至38学时，因此整合机电传动控制、电气与PLC控制等专业课内容，重新组织教学内容，使课程知识更加精炼详实。除课程内容改革进行了重组之外，作为卓越课程，采用小班教学、分组讨论、加强学生课后交流、多采用动画视频等方面进行了教学形式上的更新，在理论教学方面取得了一定的教学效果[1]。

2  深化课程实践教学

2.1 课堂实验教学

根据《机电传动与PLC控制》总学时要求，实验学时为8学时共四个实验，包括电机正反转与变频器控制实验、PLC认识实验、交通信号灯控制实验、皮带运输机的控制实验，每个实验2学时。其中，电动机正反转与变频器控制实验要求掌握继电器接触器控制方式的基本环节，运用行程控制或时间控制实现电机和相应执行机构的控制，了解交流电动机变频控制原理及使用方法;PLC认识实验主要为闪烁电路，移位寄存器应用，要求认识、熟悉PLC实验系统及编程软件的使用;十字路口交通信号灯的控制，要求掌握PLC定时器、计数器的应用，学习编程技巧;皮带运输机的控制实验，要求学生用定时器、移位寄存器等不同编程方法实现PLC对顺序控制的编程。8学时的课堂实验，有助于学生对课本基本知识的理解与掌握。

2.2 课外实践教学

除要求8学时课堂实验学时外，还安排有2学时的实践学时，共两项实践内容。（1）要求学生深入江南大学君远工程中心、学校实习工厂或相关企业的生产、实训用生产机械设备的电气控制系统，对照课程所学知识，选择性了解掌握相应的电气控制系统。（2）要求学生合作完成从设计到选型购买到制作编程的课程相关的专题制作。实践内容学生利用课外时间组队完成，最终在课程结束前安排2学时，以小组汇报的形式总结分享。

通过以上课堂实验教学与课外实践环节培养，培养了学生的实践动手和灵活运用知识的能力，有助于彻底理解课本知识，并使学生具有一定的创新能力。

3  基于综合实训的实践创新能力培养

卓越工程师计划对高校人才培养提出了更深刻的要求，除学习系统的专业知识外，也应具有过硬的基本专业技能，具备实践创新能力，具有作为工程师的基本素质，因此为进一步使教学与工程实际接轨、增强学生实践创新能力培养，在传统课堂教学以外，江南大学机械电子工程专业在实践教学方面，增加了集中实训环节，主要进行了三大方面的实践创新能力培养，即PLC综合自动化实践、检测与控制实践、机器人应用实践。其中，PLC综合自动化实践主要面向《机电传动与PLC控制》课程的实践创新能力培养。

3.1 综合实训内容体系

PLC综合自动化实训环节的总时间为2周，实际有效天数10d，依托亚龙YL235APLC综合实践平台以工程项目为导向进行开展，综合实践平台如图1所示，包括了生产实践中常用的理料、机械手抓取搬运、传送带输送检测分选、触摸屏人机交互、PLC控制编程等环节，整机工作模拟还原了实际生产环节。

实践任务安排包括认识熟悉平台装置、组装与调整、程序设计与软件调试、设备联机调试、考核验收等环节。通过综合实训使同学们能够针对机电一体化领域复杂工程问题进行系统或工艺流程设计，在设计中培养创新意识。在实践任务的安排中，采用由点及面，由环节到整体的实验设计思路。

在实训开始阶段，通过一系列的设计性实验，如针对传感器、驱动部件、多设备TCP/IP通讯等小环节的实验，引导学生运用课程所学的知识进行思考设计和编程工作;针对实训中遇到的问题鼓励学生主动思考，引导学生查阅文献和相关资料，激励学生探究未知，自行解决问题，在发现问题、解决问题的过程中，不断强化理论知识和创新能力。

完成初阶段的任务导向型实验后，学生已具备对于常用机电元器件基本的使用能力和对PLC较强的程序设计和编程调试能力。之后学生将以2人小组的形式完成整个实验装置的编程调试工作，整机调试着重于整个系统间的任务协调、数据传输等，两人合作也将培养学生的分析解决问题能力和团队协作能力。

3.2 全面化考评体系

在考核方面，笔者不断完善综合实践考评体系。丰富考核形式，不再局限于实验报告，而是从多个方面进行考核：（1）首先更注重实验的过程，对实验过程中各功能块的成果进行验收，确保实验的顺利进展;（2）注重实验纪律和实验态度的评价;（3）实验报告和各阶段的答辩的考评。通过以上考核内容，达到对学生的综合评定，从而培养学生的实践创新能力，为学生下一步进入企业实习在较短时间内都能适应和胜任机电装备、生产线等机电系统设计、调试等任务。

3.3 实践平台创新

创新不仅仅是对于学生而言，笔者学校也在加强实验教学体系和教学模式上的创新，不断对实验室设备进行了更新，淘汰了原先的S7-200和200SMART， 统一采购时下热门的西门子S7-1200PLC，并在每个实验台电脑上安装了博图V15，创新前沿的硬件平台，不仅有助于提高实验内容的创造性，拓展学生的思维和视野，也能够提高学生的主动性和学习兴趣，激发他们的创新意识。

4  结语

本文结合笔者近几年教学实践经验为基础，归纳了机械电子工程专业《机电传动与PLC控制》的课程改革现状与实践教学特点，重点探讨了面向机电专业的《机电传动与PLC控制》实践教学与创新能力培养。通过课程实验教学、实践教学以及PLC综合自动化实践训练，逐步锻炼学生的综合分析能力、实验动手能力和工程实践中发现问题、分析和解决问题的能力，培养学生严谨求实、探索创新、团队协作的精神，从而达到培养学生的实践创新能力。为下一步学生进入企业实习在较短时间内都能适应和胜任机电装备、生产线等机电系统设计、调试等任务。

参考文献

[1] 吕青，平雪良.新工科背景下“机電传动与PLC控制”卓越课程改革[J].教育教学论坛，2020（12）：132-133.

[2] 杨丙辉，丁慧萍，闫树军，等.机电传动与控制课程实验教学改革与探索[J].科技视界，2019（11）：97-98.

[3] 李勇，张改慧，陈振茂.PBL教学法在“力学测量与无损检测”实验教学中的应用初探—以金属构件涡流测厚为例[J].科技创新导报，2019（33）：196-197.

[4] 张春燕.基于“雨课堂”的电工学混合式实验教学的研究与实践[J].科技创新导报，2020（17）：208-210.

[5] 丁海港，赵继云，沈刚，等.《机电液控制综合实验》课程教学研究与探索[J].教育现代化，2018，9（39）：191-193.

[6] 刘海宁，张金凯，王娜，等.《机电传动与控制》教学仿真试验平台的建设与应用[J].科技视界，2018（19）：150-151.

[7] 许明，倪敬，孙珺，等.机电传动与控制开放式综合实验平台开发及实践教学应用[J].实验室研究与探索，2017，36（6）：196-200.

[8] 蒋毅，章军，平雪良，等. 机械电子工程专业嵌入式系统教学初探[J]. 科技视界，2015（19）：114.