工程應用型人才培養(yǎng)模式的探討實踐教學平臺建設論文

時間：2023-05-02 18:08:53 論文范文我要投稿

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　　【摘要】現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展需要大量既掌握專業(yè)理論知識、又具有工程應用背景的的人才，這樣的人才還必須具備有再學習和自我知識更新的能力以適應應用技術的更新速度。傳統(tǒng)的傳授某方面專門知識的培養(yǎng)模式，已經(jīng)不能適應企業(yè)對人才的知識結構要求。本文從機械設計制造及其自動化(現(xiàn)代裝備與控制工程)專業(yè)的實驗教學為嵌入口，著重研究實驗教學平臺對理論教學的支撐作用，探討工程應用類高校培養(yǎng)模式的轉變途徑和方法。

工程應用型人才培養(yǎng)模式的探討實踐教學平臺建設論文

　　【關鍵詞】綜合性開放性機械電子教學改革培養(yǎng)模式

　　1 傳統(tǒng)的實踐教學模式不能適應現(xiàn)代教育的發(fā)展要求

　　我校機械設計制造及其自動化(現(xiàn)代裝備與控制工程)專業(yè)是根據(jù)上海地區(qū)產業(yè)格局調整，為適應未來10年制造業(yè)發(fā)展需求大量應用工程師規(guī)格人才的背景下設置，上海市教委將其列入2007年緊缺人才專業(yè)并以教育高地的形式予以資助。

　　辦好機械設計制造及其自動化(現(xiàn)代裝備與控制工程)專業(yè)，除師資隊伍建設、課程設置、教材建設以外，實踐教學(實驗室)平臺的建設非常重要，為了實現(xiàn)向制造業(yè)輸送未來優(yōu)秀工程師人才這一教學目標，就必須使學生在校期間就能夠接受高質量的工程訓練，解決的途徑有二條。

　　1.為教學提供盡可能真實的實驗、實習和實訓環(huán)境，實現(xiàn)的方法是必須建設高規(guī)格的實踐教學平臺;

　　2.開展和堅持產、學、研合作教育培養(yǎng)模式，方法是實行每年三學期教學制度(暑期的四周實踐教學期)。

　　1.1 傳統(tǒng)實驗教學平臺存在的問題

　　機械設計制造及其自動化(現(xiàn)代裝備與控制工程)專業(yè)研究的最終方向是機械部件的運動及其控制技術。經(jīng)過歸納，制造裝備的機械運動控制，主要指機電傳動控制系統(tǒng)，典型的有:調速系統(tǒng);伺服(隨動)系統(tǒng);張力控制系統(tǒng);多分部速度協(xié)調控制系統(tǒng)和穩(wěn)速系統(tǒng)。

　　實現(xiàn)上述眾多控制技術的實驗教學系統(tǒng)，目前還是空白。不同的高校，通常是由不同的實驗教學設備分別完成不同的實驗教學目的，造成控制對象——機械設備重復投資建設，占地多，管理困難。同時各單臺設備教學目的單一性，也不符合現(xiàn)代制造設備對控制技術的交叉運用要求，重點高校由于科研經(jīng)費充裕，通常是把教師的科研設備兼顧用于學生的實驗教學，一般普通高校很難將科研與教學設備統(tǒng)一調配，因此，基本不具備能夠模擬真實生產現(xiàn)場的實驗教學設備，大多數(shù)的機械運動控制類實驗，僅僅做到電動機級，無法實現(xiàn)真正意義上的機械運動控制，影響學生學習的積極性和學習效果。各實驗裝備生產企業(yè)，由于無法兼顧各高校的課程需要，且受自身技術力量的局限，無法提供能滿足各高校教學需要的多功能、準工業(yè)生產環(huán)境的實驗裝備。往往是交流調速與直流調速不能在同一實驗平臺完成，速度同步(協(xié)調)控制、張力控制、收/放卷控制、隨動控制和高精度的穩(wěn)速與位置控制需要各自的實驗平臺，設備占地大、投資高、實驗輔助人員多，設備利用率低，同時實驗內容和實驗環(huán)境與工業(yè)生產現(xiàn)場的實際情況相差甚遠，對學生的學習容易造成認識上的誤導，不能達到最初的教學目的。

　　1.2 產、學、研合作教育平臺存在的問題

　　實踐證明，產、學、研合作教育平臺可以為在校學生提供社會教育的實踐舞臺，學生在該平臺上可以學到課堂教學無法學到的教學內容。隨著對產、學、研合作教育認識的深入，要求企業(yè)積極科學地規(guī)劃產、學、研合作教育，配合學校制定行之有效的培養(yǎng)計劃，是提高產、學、研合作教育成效的關鍵。沒有企業(yè)的積極參與，忽視企業(yè)在產、學、研合作教育階段的主導地位，產、學、研合作教育也不可避免地會流于形式。

　　2 實踐教學模式的設想

　　2.1 實驗教學平臺的構架

　　為了提高實驗教學的質量，在原有的實驗設備上進行改革，將驗證性實驗改造成綜合性實驗，是大多數(shù)學校采取的簡單方法。這在一定程度上緩解了理論教學與應用實踐嚴重脫節(jié)的矛盾。但是，傳統(tǒng)的實驗裝備在設計階段存在認識上的局限和技術陳舊等原因，使得這種改造無法徹底，改造后的綜合性實驗與驗證性實驗沒有根本區(qū)別。這是從事實驗教學的教師共同認識的難題。

　　要對學生實現(xiàn)真正意義上的工程訓練，應該盡可能模擬真實的生產環(huán)境，使實驗和生產設備在技術上盡可能保持一致。同時，考慮到經(jīng)濟性，實驗平臺應該可以為不同年級、不同課程服務。為此，我們擬將軋鋼、印染、印刷、線帶和包裝等制造業(yè)的典型機械運動控制技術著手，提煉出多單元速度協(xié)調、收、放卷恒張力卷繞與齊邊(對中)位置控制的仿真實驗平臺構架如圖1。

　　該仿真實驗平臺將實際工業(yè)生產設備微型化，設計的6分部驅動準生產(實驗)單元，模擬真實的生產環(huán)境，提供仿真的實驗平臺。其中:第1、第6單元分別為收/放卷單元，實現(xiàn)恒張力收放卷;第2-4單元分別為速度同步(協(xié)調)控制單元;以模擬鋼卷、印染、造紙和線帶等生產工藝的控制環(huán)境;全部6單元可以獨立工作，可以組成聯(lián)合機形式工作;采用觸摸屏人機界面和現(xiàn)場總線技術。

　　(1)實驗教學平臺擬采取的研究方法

　　根據(jù)優(yōu)秀工程師的培養(yǎng)目標，研究“機械設計制造及其自動化(現(xiàn)代裝備與控制工程)”專業(yè)課程設置，分析課程之間的銜接關系，明確各課程對自動控制技術的掌握要求，并針對高校現(xiàn)有同類型實驗教學設備的特點，結合軋鋼、印染、印刷、線帶和包裝等機械等生產設備工藝流程對自動控制技術的要求，對“機械運動自動控制系統(tǒng)實驗裝置”實現(xiàn)的各實驗教學目的，進行先期的實物控制和實驗研究，并據(jù)此制定機械設計方案，機械部件的設計，可以參照工業(yè)生產實際使用的設備進行微型化設計，設計過程中，排除因為復雜的工業(yè)生產環(huán)境而保留的設計參數(shù)余量，盡可能以電氣控制技術，代替復雜的機械部件，從而簡化機械結構，降低工作嘈聲和能源消耗。

　　2.2 實驗教學平臺的特點

　　上述實驗系統(tǒng)分別將“氣動控制技術”、“液壓傳動控制技術”、“機電傳動控制”、“PLC應用技術”、“機械系統(tǒng)自動控制技術“、“計算機控制”和“測試與傳感技術”等課程的知識進行了交叉應用，綜合性很強。實驗裝置對學生全方位開放后，可以大大提升實驗教學效果。其特色是:

　　(1)開放性

　　機械運動控制系統(tǒng)實驗裝置是以適應:多學科、多專業(yè)、不同年級和不同層次的學生進行專業(yè)基礎、專業(yè)課程的實驗教學與創(chuàng)新設計的需要進行規(guī)劃，開放性體現(xiàn)在:

　　1)實驗平臺可以滿足:機械設計制造及其自動化、機械工程及自動化、能源與環(huán)境系統(tǒng)工程、電氣工程及自動化、電氣自動化、機車車輛工程等專業(yè)的實驗需要。

　　2)實驗平臺可以開設的專業(yè)基礎和專業(yè)課程有:傳感器技術與應用、測試與傳感技術、機電傳動與控制、PLC應用技術、氣動控制技術、液壓控制技術、流體傳動控制技術、機械系統(tǒng)自動控制技術等課程。

　　3)實驗平臺可以開設的專業(yè)拓展課程有:流體傳動控制技術、液壓伺服控制、自動控制系統(tǒng)和計算機控制等課程。

　　4)實驗平臺可以進行:專業(yè)課程設計、專業(yè)認識實習、結構創(chuàng)新設計和畢業(yè)設計等。

　　5)實驗平臺可重構，硬件和軟件全部對學生開放，學生可以根據(jù)實驗指導書進行學習研究，也可以自構系統(tǒng)進行創(chuàng)新學習。

　　(2)綜合性

　　本實驗平臺集氣、液、機械、電子、傳感器、PLC等技術于一體，開設的實驗集多門學科、多門知識，綜合性強，需要學生動手的實驗環(huán)節(jié)多，便于學生發(fā)散性思維，注重培養(yǎng)的動手和創(chuàng)新能力。

　　(3)研究性

　　教師在指導學生的過程中，必須掌握氣、液、機、電系統(tǒng)集成的相關知識，對教師拓寬知識結構，提高專業(yè)知識和理論水平具有促進作用。隨著教育的發(fā)展和競爭，綜合性的人才越來越受到社會的歡迎。從學校教師隊伍的現(xiàn)狀來看:具有理論、實踐綜合能力的教師較少，大部分教師從事教學的時間較長，缺乏生產實踐的機會，不能適應現(xiàn)代教育發(fā)展創(chuàng)新的需要，有綜合能力強的教師，才能培養(yǎng)出綜合能力強的學生。該實驗裝備為教師提供了技術研究的平臺，可以增強教師的實踐動手能力，提高教師的綜合素質。

　　2.3 實驗教學平臺的創(chuàng)新

　　本系統(tǒng)包含:機械運動部件、氣動/液壓部件、速度、位置和張力檢測部件、交/直流電動機及其驅動器、步進電動機及其驅動器、PLC、單片機(或工業(yè)控制器)、遠程I/O部件、工業(yè)現(xiàn)場總線、人機界面等等。其中:

　�、俚�2-4單元的準入由隨動控制系統(tǒng)完成，亦可以氣動完成;

　�、隍寗与妱訖C交/直流兼用，裝拆方便;

　　③模擬/數(shù)字兼用角位移檢測，同步控制;

　�、塥毩⑹�/放卷控制;

　　⑤收/放卷張力閉環(huán)控制，卷徑計算的張力開環(huán)控制;

　　⑥A/D、D/A轉換模擬控制與數(shù)字控制兼用;

　　⑦PLC、工控機與單片機控制兼用;

　　⑧PROFIBUS總線控制;

　�、嵘a管理系統(tǒng)。

　　2.4 實驗教學平臺支撐科學研究

　　1)研究目標和研究內容

　　①實際工業(yè)生產設備的微型化方法;

　�、谕簧a單元實現(xiàn)交/直流電動機驅動的裝拆方法;

　　③同一生產單元實現(xiàn)PLC、工控機與單片機控制器的系統(tǒng)布線方法;

　　④同一實驗平臺上實現(xiàn)多控制技術的系統(tǒng)布局和協(xié)調方法;

　　2)擬解決的關鍵技術問題

　�、匐S動控制與氣動控制的切換技術;

　　②交/直流驅動電動機的裝拆技術;

　�、鄱喾N數(shù)字角位移傳感器與控制器的接口技術;

　�、苁�/放卷張力開環(huán)(無張力傳感器)控制技術;

　　⑤變頻器、直流調速器與上位機(PLC)的通信技術;

　　⑥PROFIBUS總線控制技術;

　�、逷C104工控機總線技術;

　　⑧單片機主從控制總線技術;

　　⑨生產管理技術。

　　3 產、學、研合作教育培養(yǎng)模式的創(chuàng)新

　　3.1 優(yōu)化先進制造技術產學研合作基地

　　為了適應學校創(chuàng)辦現(xiàn)代化特色大學的要求，學院以產學研戰(zhàn)略聯(lián)盟為目標，緊緊依托工業(yè)辦學，走產、學、研三結合的道路。并以此作為學院的辦學“特色”，通過學科鏈、專業(yè)鏈對接產業(yè)鏈，建立面向現(xiàn)代裝備制造業(yè)為目標的先進制造技術產學研合作基地，先后與新日奔工機(南京)有限公司、北京北航海爾軟件有限公司、深圳盛博科技嵌入式計算機有限公司、上海日立家用電器有限公司、上海人民電器股份有限公司、上海鍋爐研究所等26家單位建立長期穩(wěn)定的“產、學、研”戰(zhàn)略聯(lián)盟，并賦予企業(yè)應有的教學主導地位，企業(yè)根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標，指定出科學的學工計劃，落實合理的學工崗位，并指派認真負責的工程技術人員擔任指導教師，上海人民電器股份有限公司每年向學院提供“上聯(lián)”獎教、獎學金，極大地支持了產、學、研辦學模式。

　　3.2 引進國外優(yōu)質資源，建設先進實驗實訓基地

　　作為先進的工業(yè)大國，德國企業(yè)在對從業(yè)人員的崗位訓練方面有獨到的訓練模式，其提供的實訓裝備與真實的工業(yè)應用環(huán)境比較吻合，具有技術先進性。2005年初上海工程技術大學與德國博世力士樂集團達成協(xié)議，共建《現(xiàn)代裝備及其控制技術》聯(lián)合實驗中心。2007年，液壓傳動與控制技術實驗室、氣動控制技術實驗室、機電一體化模塊實驗室、機電一體化標準實驗室和博世-力士樂制造裝備新產品教學演示廳已經(jīng)投入應用。中德聯(lián)合實驗中心的建設和使用過程，體現(xiàn)了具有現(xiàn)代意義的“工業(yè)知識”的培訓模式，走出了一條產、學、研合作辦學的新途徑。

　　3.3 建立了重點突出、層次分明的實踐體系

　　先進制造技術產學研合作基地的建立，尤其是中德聯(lián)合實驗中心的建立使學院的整個教學硬件環(huán)境適應了系統(tǒng)化、模塊化和網(wǎng)絡化教學的發(fā)展，營造了一個良好的育人環(huán)境，并逐漸形成了校內實踐為主，校外實踐和科研實踐為輔，層次分明的實踐體系，使學生得到綜合性的現(xiàn)代化工程素質教育的訓練。學生不僅接受教學計劃安排的課程實習、課程設計和畢業(yè)設計等實踐教育，部分優(yōu)秀學生有機會在工學期內，接受產、學、研合作單位組織的科研實踐，從而既保證了產、學、研合作教育的覆蓋面，又突出了重點。

　　4 體會

　　面向2l世紀的人才，不但要有較扎實的理論基礎，還要有較強的獨立工作和解決問題的能力。實踐教學是培養(yǎng)面向新世紀人才的根本保證，是對學生能力和素質教育的重要環(huán)節(jié)，是學生獲得工作能力的重要手段，對于知識的獲取和能力的培養(yǎng)有著其它教學形式不可替代的作用。實驗教學平臺的評判標準，應該是:

　　(1)盡可能綜合應用多課程專業(yè)基礎和專業(yè)知識，有助于提高學生分析問題、解決問題的能力;

　　(2)盡可能將實驗系統(tǒng)模塊化，通過提供實驗組件的方法，實現(xiàn)實驗系統(tǒng)的可組裝和可重構。以滿足不同年級、不同專業(yè)和不同課程的教學需要;

　　(3)容有助于提高學生獨立思考、發(fā)散思維和實際動手操作的能力;

　　(4)統(tǒng)具有開設創(chuàng)新型實驗和開展科學研究的的軟、硬件擴展條件;

　　(5)學平臺應該滿足經(jīng)濟、安全、可靠、節(jié)能、低消耗、低嘈聲和環(huán)保的技術要求。

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