机电控制系统课程设计实践教学研究

郭立强 毛卫平 顾永玉 薛青 程广贵

【摘要】本文介绍了机电控制系统课程设计的重要意义、内容，提出了面临的现状与问题及相应的可行性改革方案。以期引发广大教育管理者、教育者的共同关注，促进提高机械工程类学生综合素质，加大学生就业率。

【关键词】可编程控制器  实践课程  机械工程

【基金项目】本文系江苏大学高级人才基金资助项目“质子导体膜及其在突触晶体管中的应用”（批准号：14J DG049）国家自然科学基金“磷掺杂SiO2质子导体膜及在多栅刺激耦合突触晶体管中的应用”（批准号：51402321）。

【中图分类号】G42   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）21-0116-02

1.前言

机电控制系统课程设计是机械工程类专业的一个综合实践性教学环节，其目的是巩固和加深课堂教学的内容，培养学生综合运用所学计算机与机电控制方面知识的应用能力，是一个重要的综合训练环，因此完成该任务是可促进学生直接就业的。目前，教学中的主要内容是理论知识，一方面这些知识在实践中不能有效得到落实，另一方面，缺乏大量的实例[1]。因此，通过本设计学生应基本做到：（1）独立构建一个机电控制系统;（2）编制其相应控制软件;（3）现场实际调试。课时2分，学时30学时，两周内完成。其目的在于通过具体系统的设计，训练学生独立进行计算机应用系统的设计，让学生掌握设计的方法和思路，掌握常用工具软件的使用，增强学生的动手能力，为今后的毕业设计和实际工作打下良好的基础。以江苏大学该课程为例，课程具体包括：单站主程序编写、触摸屏画面设计、组态王监视画面设计，说明书等。该课程成绩评定分三部分：平时成绩、答辩成绩、说明书，各占30%、50%、20%。设备采用Fx2n小型可编程控制器（PLC）、威伦触摸屏、电脑一台及相关通讯线等。共分为六站：出料站、搬运站、加工模拟站、安装站、安装搬运站和分类储藏站。该课程自开设以来取得了良好的学习效果，激发了学生对于机械类知识的领悟。例如，理论学习过后有的学生不知道PLC是什么，更不知道如何使用，通过课程设计后，小有成就感，本文旨在探讨更进一步的实际改革措施。

2.现状与存在问题

教师在该课程设计中起到启蒙鼓励的作用，其任务为课程设计全体总动员、设备讲解、触摸屏讲解、组态王讲解以及联网讲解。学生在本课程设计中担当对课程领悟、设备使用、触摸屏使用、组态王使用、联网使用的主要角色。在课程中采用的设备为六站分离、联合的模式，是目前小型自动化车间模拟生产线，具有极大的应用潜力，然而目前教与学、学成与实际产业应用存在一些亟待解决的问题。（1）教学设备昂贵且数量极少、课时短。本课程设计共计六站，各班人数在20～30人数不等，同时专业内多班级同时使用，造成设备相对紧缺。使用过程中，个别同学存在乱拔通讯数据线等行为，造成设备数据线损毁，使用时来不及购买，另外购买需要相应经费支持和购买时间。为解决设备少、时间短的问题，目前采用将学生分为六个团队，每个团队使用一个站点，多班级上下午、晚上岔开的方式。为尽量保证设备的正常使用，教师一般全程现场指导，及时发现设备的使用不当之处，提出避免措施。（2）学与急学之矛盾。课程设计往往被作为一门实习课程，安排在实践周，实践周已然是假期，学生心思回乡！此时，课程设计过程中，学生很少会做前期练习，直奔课设主题，期望早日答辩，忽略了实践课程的亲身实践的实际意义。在实际操作过程中需要用到PLC技术进行编程[2]，并且由于修改程序方便、运算能力较强，因此其应用日益广泛[3-4]。但让教师无奈的是学生编写完程序，不能运行，会直接向教师逼问：“我的程序为什么不行？”等等意念性操作。众所周知，每个人编程的方式、习惯可能存在一定的差异，对此教师一般会直接告诉学生问题所在，而不是具体不能运行卡在哪里。（3）实施要求跟进与抄袭的矛盾。自课程开设以来，设备已有十多年未曾更新，尤其采用的触摸屏处于停产状态。因此在课设的具体任务上存在抄袭网络（注：同名该设计电子版，截至目前网络百度可查）。比如搜索机电控制系统课程设计将出现大批网络半成品版说明书，更有个别学生课设封面连校徽已更改成新校徽，都全然不知。因此抄袭现象加重了教师的答辩负担，教师往往针对学生逐一提问，耗时耗力！（4）成绩评定问题。成绩按照等级制评定：优秀、良好、中等、及格和不及格。一门课程成绩按照教学规律是应当符合正态分布的，全优秀或全不及格将被作为教学事故追求责任。这对于迫于要求高分升学、求职的学生的心理提出极大的考验，同为一个团队，可能存在全部积极向上的学生，然工作量有限，不能发挥其潜能，更不可能突破一人一站的新局面;同时对于新时代教师师德与思政改革提出了极大的挑战。

3.改革措施

2016年，中国成为国际本科工程学位权威互认协议——《华盛顿协议》的正式成员。深刻理解和把握复杂工程问题并培养出具有解决复杂工程问题能力的 毕业生，是中国高等教育所有本科工程专业当前和今后必须重视和做好的重要工作[5-6]。该课程的应用涉及军事[7-9]、航空航天、企业生产研发等重大领域。自专业认证申请、通过以来，课程在不断的摸索更加符合企业需求的可持续改进。针对现状与问题，可進行以下可行性的改革探试：（1）相关经费支持是基础。设备陈旧、数量少，所造成的问题是经费的短缺所致。假如每个学生一站，将是考验学生自己是否真是投入、真正接受了技术的一大进步。若一个学生负责六个站点不太现实。作为高校应实时更新设备，保证课设的顺利开展。（2）现有条件下，临时提出任务内的某项新细节。例如，设备运行先后动作顺序、触摸屏和组态王特色画面等。诚然每一次新环节都凝聚了每一位老师的心血，在不增加设备的条件下，30个课时每个学生一个小时的问题讲解，基本就面临结束了，可以考虑增加教师的待遇。（3）切实跟踪课程学习，达到课程完成后能及时投入实践，不一定在假期。正常课程结束马上操作更能加深印象，还可以提高相关课程的接受能力。假期的一次课设不经意间还受过领导批评，严重降低了教学激情。因此教育管理者应给予一线教育人员足够的尊重。（4）减少讲解任务，发挥学生主观能动性。秉承“授人渔，而不授人鱼”的教学原则，讲解以点到为止，不再过多细化，给学生留出领悟和操作的时间。（5）通过文献查阅、技术调研、问题分析以及课堂讨论等方法，能提出工程控制领域复杂问题的解决方案。该过程可提前通知学生去完成。（6）评价考核兼顾知识与能力的双重考核功效，突出学习过程性，获得能反映学生真实学习情况的成绩。培养学生综合动手实践能力，培养应用型人才[10]。说明书内容中，有图要有图的说明;心得与体会是可以不一样的，凡是“千里之行始于足下”的词语皆来自于网络抄袭;曾经1位学生把心得与体会洋洋洒洒地写成近千字的文言文，而且内容真实可靠。参考文献可以在中国知网查阅，要有数量限制。成绩答辩采用两步走，增加学生团队、个人的竞争意识。第一步团队互评，指定五个优秀名额，互评出非优秀组合。第二步小组内互评，评定优良、良好、中等、及格和不及格等五个级别，发挥学生相互监督的作用，挖掘学生贡献度。通过以上方案，日前课程设计及学生的真实水平表露无疑。当然经费的支持还需要一定的时间和学院的发展才能做到，是一个客观的现实。

4.结论

本科生教育仍是教育的重中之重，尤其机械类学生的能力提高是国内生产行业的一大臂力。本文指出现实教与学中的现状与问题，提出可行性改革措施，以达到所涉及人员广泛关注，改革成功将是走向人工智能的一个进步。

参考文献：

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