工程应用型人才培养模式的探讨实践教学平台建设论文

时间：2021-09-10 13:43:35 论文范文我要投稿

　　【摘要】现代制造业的发展需要大量既掌握专业理论知识、又具有工程应用背景的的人才，这样的人才还必须具备有再学习和自我知识更新的能力以适应应用技术的更新速度。传统的传授某方面专门知识的培养模式，已经不能适应企业对人才的知识结构要求。本文从机械设计制造及其自动化(现代装备与控制工程)专业的实验教学为嵌入口，着重研究实验教学平台对理论教学的支撑作用，探讨工程应用类高校培养模式的转变途径和方法。

工程应用型人才培养模式的探讨实践教学平台建设论文

　　【关键词】综合性开放性机械电子教学改革培养模式

　　1 传统的实践教学模式不能适应现代教育的发展要求

　　我校机械设计制造及其自动化(现代装备与控制工程)专业是根据上海地区产业格局调整，为适应未来10年制造业发展需求大量应用工程师规格人才的背景下设置，上海市教委将其列入2007年紧缺人才专业并以教育高地的形式予以资助。

　　办好机械设计制造及其自动化(现代装备与控制工程)专业，除师资队伍建设、课程设置、教材建设以外，实践教学(实验室)平台的建设非常重要，为了实现向制造业输送未来优秀工程师人才这一教学目标，就必须使学生在校期间就能够接受高质量的工程训练，解决的途径有二条。

　　1.为教学提供尽可能真实的实验、实习和实训环境，实现的方法是必须建设高规格的实践教学平台;

　　2.开展和坚持产、学、研合作教育培养模式，方法是实行每年三学期教学制度(暑期的四周实践教学期)。

　　1.1 传统实验教学平台存在的问题

　　机械设计制造及其自动化(现代装备与控制工程)专业研究的最终方向是机械部件的运动及其控制技术。经过归纳，制造装备的机械运动控制，主要指机电传动控制系统，典型的有:调速系统;伺服(随动)系统;张力控制系统;多分部速度协调控制系统和稳速系统。

　　实现上述众多控制技术的实验教学系统，目前还是空白。不同的高校，通常是由不同的实验教学设备分别完成不同的实验教学目的，造成控制对象——机械设备重复投资建设，占地多，管理困难。同时各单台设备教学目的单一性，也不符合现代制造设备对控制技术的交叉运用要求，重点高校由于科研经费充裕，通常是把教师的科研设备兼顾用于学生的实验教学，一般普通高校很难将科研与教学设备统一调配，因此，基本不具备能够模拟真实生产现场的实验教学设备，大多数的机械运动控制类实验，仅仅做到电动机级，无法实现真正意义上的机械运动控制，影响学生学习的积极性和学习效果。各实验装备生产企业，由于无法兼顾各高校的课程需要，且受自身技术力量的局限，无法提供能满足各高校教学需要的多功能、准工业生产环境的实验装备。往往是交流调速与直流调速不能在同一实验平台完成，速度同步(协调)控制、张力控制、收/放卷控制、随动控制和高精度的稳速与位置控制需要各自的实验平台，设备占地大、投资高、实验辅助人员多，设备利用率低，同时实验内容和实验环境与工业生产现场的实际情况相差甚远，对学生的学习容易造成认识上的误导，不能达到最初的教学目的。

　　1.2 产、学、研合作教育平台存在的问题

　　实践证明，产、学、研合作教育平台可以为在校学生提供社会教育的实践舞台，学生在该平台上可以学到课堂教学无法学到的教学内容。随着对产、学、研合作教育认识的深入，要求企业积极科学地规划产、学、研合作教育，配合学校制定行之有效的培养计划，是提高产、学、研合作教育成效的关键。没有企业的积极参与，忽视企业在产、学、研合作教育阶段的主导地位，产、学、研合作教育也不可避免地会流于形式。

　　2 实践教学模式的设想

　　2.1 实验教学平台的'构架

　　为了提高实验教学的质量，在原有的实验设备上进行改革，将验证性实验改造成综合性实验，是大多数学校采取的简单方法。这在一定程度上缓解了理论教学与应用实践严重脱节的矛盾。但是，传统的实验装备在设计阶段存在认识上的局限和技术陈旧等原因，使得这种改造无法彻底，改造后的综合性实验与验证性实验没有根本区别。这是从事实验教学的教师共同认识的难题。

　　要对学生实现真正意义上的工程训练，应该尽可能模拟真实的生产环境，使实验和生产设备在技术上尽可能保持一致。同时，考虑到经济性，实验平台应该可以为不同年级、不同课程服务。为此，我们拟将轧钢、印染、印刷、线带和包装等制造业的典型机械运动控制技术着手，提炼出多单元速度协调、收、放卷恒张力卷绕与齐边(对中)位置控制的仿真实验平台构架如图1。

　　该仿真实验平台将实际工业生产设备微型化，设计的6分部驱动准生产(实验)单元，模拟真实的生产环境，提供仿真的实验平台。其中:第1、第6单元分别为收/放卷单元，实现恒张力收放卷;第2-4单元分别为速度同步(协调)控制单元;以模拟钢卷、印染、造纸和线带等生产工艺的控制环境;全部6单元可以独立工作，可以组成联合机形式工作;采用触摸屏人机界面和现场总线技术。

　　(1)实验教学平台拟采取的研究方法

　　根据优秀工程师的培养目标，研究“机械设计制造及其自动化(现代装备与控制工程)”专业课程设置，分析课程之间的衔接关系，明确各课程对自动控制技术的掌握要求，并针对高校现有同类型实验教学设备的特点，结合轧钢、印染、印刷、线带和包装等机械等生产设备工艺流程对自动控制技术的要求，对“机械运动自动控制系统实验装置”实现的各实验教学目的，进行先期的实物控制和实验研究，并据此制定机械设计方案，机械部件的设计，可以参照工业生产实际使用的设备进行微型化设计，设计过程中，排除因为复杂的工业生产环境而保留的设计参数余量，尽可能以电气控制技术，代替复杂的机械部件，从而简化机械结构，降低工作嘈声和能源消耗。

　　2.2 实验教学平台的特点

　　上述实验系统分别将“气动控制技术”、“液压传动控制技术”、“机电传动控制”、“PLC应用技术”、“机械系统自动控制技术“、“计算机控制”和“测试与传感技术”等课程的知识进行了交叉应用，综合性很强。实验装置对学生全方位开放后，可以大大提升实验教学效果。其特色是:

　　(1)开放性

　　机械运动控制系统实验装置是以适应:多学科、多专业、不同年级和不同层次的学生进行专业基础、专业课程的实验教学与创新设计的需要进行规划，开放性体现在:

　　1)实验平台可以满足:机械设计制造及其自动化、机械工程及自动化、能源与环境系统工程、电气工程及自动化、电气自动化、机车车辆工程等专业的实验需要。

　　2)实验平台可以开设的专业基础和专业课程有:传感器技术与应用、测试与传感技术、机电传动与控制、PLC应用技术、气动控制技术、液压控制技术、流体传动控制技术、机械系统自动控制技术等课程。

　　3)实验平台可以开设的专业拓展课程有:流体传动控制技术、液压伺服控制、自动控制系统和计算机控制等课程。

　　4)实验平台可以进行:专业课程设计、专业认识实习、结构创新设计和毕业设计等。

　　5)实验平台可重构，硬件和软件全部对学生开放，学生可以根据实验指导书进行学习研究，也可以自构系统进行创新学习。

　　(2)综合性

　　本实验平台集气、液、机械、电子、传感器、PLC等技术于一体，开设的实验集多门学科、多门知识，综合性强，需要学生动手的实验环节多，便于学生发散性思维，注重培养的动手和创新能力。

　　(3)研究性

　　教师在指导学生的过程中，必须掌握气、液、机、电系统集成的相关知识，对教师拓宽知识结构，提高专业知识和理论水平具有促进作用。随着教育的发展和竞争，综合性的人才越来越受到社会的欢迎。从学校教师队伍的现状来看:具有理论、实践综合能力的教师较少，大部分教师从事教学的时间较长，缺乏生产实践的机会，不能适应现代教育发展创新的需要，有综合能力强的教师，才能培养出综合能力强的学生。该实验装备为教师提供了技术研究的平台，可以增强教师的实践动手能力，提高教师的综合素质。

　　2.3 实验教学平台的创新

　　本系统包含:机械运动部件、气动/液压部件、速度、位置和张力检测部件、交/直流电动机及其驱动器、步进电动机及其驱动器、PLC、单片机(或工业控制器)、远程I/O部件、工业现场总线、人机界面等等。其中:

　　①第2-4单元的准入由随动控制系统完成，亦可以气动完成;

　　②驱动电动机交/直流兼用，装拆方便;

　　③模拟/数字兼用角位移检测，同步控制;

　　④独立收/放卷控制;

　　⑤收/放卷张力闭环控制，卷径计算的张力开环控制;

　　⑥A/D、D/A转换模拟控制与数字控制兼用;

　　⑦PLC、工控机与单片机控制兼用;

　　⑧PROFIBUS总线控制;

　　⑨生产管理系统。

　　2.4 实验教学平台支撑科学研究

　　1)研究目标和研究内容

　　①实际工业生产设备的微型化方法;

　　②同一生产单元实现交/直流电动机驱动的装拆方法;

　　③同一生产单元实现PLC、工控机与单片机控制器的系统布线方法;

　　④同一实验平台上实现多控制技术的系统布局和协调方法;

　　2)拟解决的关键技术问题

　　①随动控制与气动控制的切换技术;

　　②交/直流驱动电动机的装拆技术;

　　③多种数字角位移传感器与控制器的接口技术;

　　④收/放卷张力开环(无张力传感器)控制技术;

　　⑤变频器、直流调速器与上位机(PLC)的通信技术;

　　⑥PROFIBUS总线控制技术;

　　⑦PC104工控机总线技术;

　　⑧单片机主从控制总线技术;

　　⑨生产管理技术。

　　3 产、学、研合作教育培养模式的创新

　　3.1 优化先进制造技术产学研合作基地

　　为了适应学校创办现代化特色大学的要求，学院以产学研战略联盟为目标，紧紧依托工业办学，走产、学、研三结合的道路。并以此作为学院的办学“特色”，通过学科链、专业链对接产业链，建立面向现代装备制造业为目标的先进制造技术产学研合作基地，先后与新日奔工机(南京)有限公司、北京北航海尔软件有限公司、深圳盛博科技嵌入式计算机有限公司、上海日立家用电器有限公司、上海人民电器股份有限公司、上海锅炉研究所等26家单位建立长期稳定的“产、学、研”战略联盟，并赋予企业应有的教学主导地位，企业根据专业培养目标，指定出科学的学工计划，落实合理的学工岗位，并指派认真负责的工程技术人员担任指导教师，上海人民电器股份有限公司每年向学院提供“上联”奖教、奖学金，极大地支持了产、学、研办学模式。

　　3.2 引进国外优质资源，建设先进实验实训基地

　　作为先进的工业大国，德国企业在对从业人员的岗位训练方面有独到的训练模式，其提供的实训装备与真实的工业应用环境比较吻合，具有技术先进性。2005年初上海工程技术大学与德国博世力士乐集团达成协议，共建《现代装备及其控制技术》联合实验中心。2007年，液压传动与控制技术实验室、气动控制技术实验室、机电一体化模块实验室、机电一体化标准实验室和博世-力士乐制造装备新产品教学演示厅已经投入应用。中德联合实验中心的建设和使用过程，体现了具有现代意义的“工业知识”的培训模式，走出了一条产、学、研合作办学的新途径。

　　3.3 建立了重点突出、层次分明的实践体系

　　先进制造技术产学研合作基地的建立，尤其是中德联合实验中心的建立使学院的整个教学硬件环境适应了系统化、模块化和网络化教学的发展，营造了一个良好的育人环境，并逐渐形成了校内实践为主，校外实践和科研实践为辅，层次分明的实践体系，使学生得到综合性的现代化工程素质教育的训练。学生不仅接受教学计划安排的课程实习、课程设计和毕业设计等实践教育，部分优秀学生有机会在工学期内，接受产、学、研合作单位组织的科研实践，从而既保证了产、学、研合作教育的覆盖面，又突出了重点。

　　4 体会

　　面向2l世纪的人才，不但要有较扎实的理论基础，还要有较强的独立工作和解决问题的能力。实践教学是培养面向新世纪人才的根本保证，是对学生能力和素质教育的重要环节，是学生获得工作能力的重要手段，对于知识的获取和能力的培养有着其它教学形式不可替代的作用。实验教学平台的评判标准，应该是:

　　(1)尽可能综合应用多课程专业基础和专业知识，有助于提高学生分析问题、解决问题的能力;

　　(2)尽可能将实验系统模块化，通过提供实验组件的方法，实现实验系统的可组装和可重构。以满足不同年级、不同专业和不同课程的教学需要;

　　(3)容有助于提高学生独立思考、发散思维和实际动手操作的能力;

　　(4)统具有开设创新型实验和开展科学研究的的软、硬件扩展条件;

　　(5)学平台应该满足经济、安全、可靠、节能、低消耗、低嘈声和环保的技术要求。

　　参考文献

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