机电控制创新平台实践应用

机电控制创新平台实践应用

科技创新是国家发展的关键，而创新人才是科技创新的基本。高等教育是培养创新能力的主体。国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）将培养学生自主学习能力、创新能力以及实践能力放在重要的位置，近年来，社会对大学生创新创业能力需要不断提高，为培养出创新能力强、适应经济社会发展需要的高素质的工程人才，各大院校都制定相应的教学方案和改革措施，比如华中科技大学的刘勃等在实际项目中来培养学生的创新和实践能力；吉林大学的李晓春强调工程训练在实践教学改革中的关键作用。目前的一些教学模式往往是以理论教学为主，实践教学为辅，缺少创新创业与实践教学相结合。然而实践教育对学生创新创业能力的培养不可或缺。上海理工大学机械学院探索实验教学方式，构建机电控制创新实验平台，开展创新实验课程和发展科技类竞赛，有效的提高学生创新创业能力，取得了丰硕的成果。

构建开放式的自主实践与实验教学平台

上海理工大学机械学院专业实验中心为落实学院实验教学在将本科人才培养作为重点，创精品本科教学，以学生为根本，提升理论、实践、能力的协调发展，着重强调实验、实践教学的重要作用，结合机械类和控制类专业的各科优势，建立了机电控制创新实验室，进行全开放、自主学习式实验课教学模式。图1所示为机电控制创新实验室室内图，分为实践制作区、讨论交流区、项目成果展示区、控制调试区。

机电控制创新实验平台在不断的吸取教学经验的基础上，推出全开放模式，学生通过实验教学网站提供实验预约，预约说明中有详细的实验介绍。采用这种预约式和开放的实验室运行模式，成功提高了实验室利用率。同时学生也能更有效的分配时间。

实验课程班和创新小组可自由进入创新实验室，学生自主的完成实验任务和项目方案，可以有效的利用机电创新平台的资源，学生可按自己的需求自由安排时间，查阅相关的文献，遇到困难自行独立的分析解决，有利于学生创新实践能力的培养，成立小组，学生独立自主的完成项目方案的设计，学生遇到有疑问的部分，教师尽可能的详细介绍，分析原因。由讲授变为答疑和启发。这种开放的实验室运行模式可以有效的提高学生自学、查阅文献和分析解决问题的能力，为以后进行科学研究和项目研发打下扎实的基础。目前机电控制创新实验平台承担全校选修的两门实验课程，分别是机械结构认识实验和机电创新实验，实验室对学生开发且学生自主的完成相应的要求和任务，同事利用这两门的机会，部分同学对机电创新项目感兴趣，可以引导其参加机器人塞队，成为赛队成员后，可随时来实验室学习和完成项目。有利于学生利用课余时间学习和队员们相互交流经验，互相学习。形成良好的创新思维实践精神。

创新类实验课程和科技类竞赛结合

机电控制创新创业实验课程

根据机电控制平台的特点，结合考虑机械类和控制类专业的学科特点，学院专业实验中心老师们相互讨论，最终决定对全校学生开设两门公选课。分别是机械结构认识实验和机电创新实验，两门实验实践课程各有侧重，机械结构认识强调对基本零件和机构的认识和设计，机电控制创新注重机械产品和电子产品的交叉和控制，创新精神是原则，将创新的意识贯穿在整个课程中。

㈠机械结构认识实验

课程内容简介

1.了解慧鱼模型，加强对机械结构及机械传动的感性认识。

2.机电产品结构和控制设计，加深巩固理论知识，培养动手能力，使其对机电一体化有进一步了解。

3.机电产品从设计到装配调试，使学生能够从整体和系统的二个角度来认识和了解机电产品的实际结构，掌握产品的设计原理和运动规律，融会贯通机电一体化的相关知识。

实验教学目的与任务

机械结构认识实验是机械类和控制类专业的专业必修课。通过对机电创新模型的组建，使学生对机械装配，气路配管，电器元件配置，传感器电器连接，PLC相关知识有了进一步的了解，培养学生能够从实物的整体和系统的角度来分析和设计并训练动手能力，激发学生的学习兴趣，培养创新意识。

㈡机电控制创新实验课程

课程内容简介

1.了解机械结构、机械传动特点，利用模型图纸组建模型，掌握慧鱼模型组装技能，培养动手能力；同时了解模型的机电控制原理及特点，用计算机编制程序并控制模型的运动轨迹。

2.进一步了解机电产品结构、运动控制和一体化工作实现，在典型模型的基础上进行改进设计，培养设计能力与改进创新能力。

3.创新模型。机电产品从概念设计到模型设计，从装配调试到功能实现，使学生能够从系统的 角度掌握机电产品的设计，通过答辩的形式展示自己的创意模型，培养学生创造力。

实验教学目的与任务

本实验是面向全校各专业的创新选修课。利用慧鱼模型的基本构件，结合传感器、控制器、执行器和软件，强调创新意识的重要性，巧妙地设计方案和实验，将设想方案实现，完美实现对实际生活中机械和控制部件的模拟。首先对机电创新模型进行搭建，接着提出创新方案，实验平台对学生开放，使学生自主的学习机械装配，气路 配管，电器电路，传感器件，机电控制相关知识，培养学生实践能力，从模仿到改进，再到创新的过程。

大学生科技类赛事

大学实践教学的根本就是培养学生能够研究、探索的思维习惯。通过引导大学生参加各类科技类竞赛，竞赛项目方案的来源主要由学生或小组讨论后提出。通过设计方案、分析结果、对比解决问题的方法。学生的主动思维、发散思维、直觉思维、批判性思维都得到了充分的锻炼，最后做出自己的方案或作品，整个项目下来，学生利用所学的理论知识相互讨论，进行分析、判断，不断的学习新的知识，学生的实践能力、学生创新思维和创新实验技能进行有机的结合，实践能力和科学素养得到了提高。

机械控制创新类教学体系包含科研创新训练和课外科技活动，针对卓越工程师培养计划及拔尖人才，训练重点放在综合创新及科研实验上，同时融入企业实际科研问题。在科研创新训练中，学生可以到相关实验室完成校、院大学生创新基金项目、开放实验室项目和参与教师科研课题等；在课外科技活动中，学生在创新实验室进行创新设计与制作，以各类大学生创新大赛为平台进行创新活动。随着机械学院学科的建设及科研项目的不断创新，基于此的科研创新实验项目将会越来越多，为培养学生创新能力奠定基础，同时为实验室不断发展注入活力。

创新类实验课程和科技类竞赛的结合

机械学院专业实验中心“大学生机电控制创新实验室”实行完全开放运行，开设了必做实验和选做实验，必做实验在完成教学的任务的同时提高学生基本能力；选做实验则由学生按自己兴趣选修，在一系列的创新创业课题中选择。除教学实验内容外，学生还可在课余时间进入实验中心进行自主实验或研究。优秀学生还可通过选拔参加上海理工大学机器人塞队进入机电创新实验室进行方案设计和研究开发。对于课内外结合实验，学生可以将实验课程时间内没有完成的实验内容，在课余时间利用自己领取的工具、元器件等进行装配调试，极大的增加了实验教学的灵活性。

同事学生可随时进入创新实验室进行创新实验，成为我校学生参加全国、上海市大学生机械设计竞赛、工程问题竞赛、机器人竞赛、汽车设计竞赛的基地。

图1　机电控制创新实验室

图2　家用剥瓜子机和多功能娱乐机器人

机电控制创新实验室取得的成效

现代信息技术与传统实验教学结合

通过机电控制创新实验室的项目展示区的环境条件，老师将传统教学法“主次分明、突出重点、深入浅出”及多媒体教学法“信息丰富、生动形象、新颖别致”的优势，充分发挥传统教学手段的调控优势，结合多媒体新颖别致的视觉冲击，坚持以启发式教学为指导思想，层层深入，唤起学生的学习兴趣，激发学生的求知欲，培养学生的创新能力。

师生相互交流讨论教学模式

每一次实验课程，实验课程指导教师介绍有关实验原理和实验任务，通过现场实际的演示操作，学生能够认识仪器设备的使用性能与操作方法，结合课程提出一系列的问题，学生和老师互相交流、讨论，调动学生的兴趣和热情，在实验过程中，小组成员之间进行方案讨论，比较不同方案的优缺点；然后在与老师的指导下进行实验，实验完成后，需要对实验结果进行分析，写出实验感悟，。通过学生和老师的反馈，表面这种交流式实践教学方法对学生创新和实践能力的培养是有效的。

创新实验平台上的大学生科技类竞赛获奖情况

以大学生创新大赛为载体，以机电控制创新实验室为平台，通过创新科研项目引导学生创新想法和科学素养，在实践项目中提升学生创新创业能力和意识，不断将创新意识及设计转化为创新成果。近5年参加的赛事主要有中国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛、中国机器人大赛RoboCup公开赛、全国大学生机械创新设计大赛、中国机器人旅游大赛和全国大学生节能减排社会实践和科技竞赛等一系列大学生科技类赛事。表1为机电控制创新实验室的主要成就。

表1　电控制创新实验室的主要成就

目前已开发200多个创新实验项目，开发出了“家用剥瓜子机、家庭清洁机器人、多功能娱乐机器人、硬币分拣计数机”等200多个创新实践项目，图2为家用剥瓜子机示意图和多功能娱乐机器人。其中100多个在上海市机械创新大赛和国家创新大赛上获奖，60多个创新项目转化为创新成果，形成创新成果反哺实验教学的良性循环。

结语

工程类大学生创新教育的实践教学要突出创新和实践，要以培养学生创新工程意识和能力为核心，将知识传授、能力培养、素质提高融为一体，构建起先进的开放型机电控制创新实验教学平台。经过几年的努力，上海理工大学机械学院利用机电控制创新平台来培养学生创新能力和实践能力取得了显著的效果，学生利用机电控制创新实验学习理论知识、并结合先进技术、创新思维解决实际的工程问题，将培养科学思维、实践能力、创新能力和探索精神落实到创新实验课程之中。在课程设计上，以创新研究的方式将一系列实验和项目有机衔接，引导大学生参加各类科技赛事，取得了丰硕的成果，极大的促进卓越工程技术人才和高素质工程人才的培养，激发了学生实践创新意识，学生的创新创业能力得到有效提升。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.15.022