数字化技术背景下机电传动控制课程教学研究

智库 (23) 2021-04-09 18:37:43

0 引言
当前,我国正处于加快转变发展方式、推动产业结构调整升级的关键时期,以新技术、新业态、新产业、新模式为特点的新经济蓬勃发展,数字化技术在经济领域的应用越来越广泛[1-3],根据专家预测,到2020年世界经济的25%将来源于数字化经济[4],因此,迫切需要培养大批新兴卓越数字化工程科技人才。
机电传动控制是一项集低压控制技术、继电器控制技术、传感器技术、电机技术、PLC技术等为一体的控制技术,涉及机械、力学、电子、控制、计算机等多门学科[5、6]。机电传动控制课程被全国高等院校机械工程类专业教学指导委员会指定为“机械设计制造及其自动化”专业的主要技术基础课,列为核心知识领域课程,也是我校机械设计制造及其自动化专业的一门必修专业方向课程。该课程是机电一体化高素质复合创新型人才所需全部知识结构与机电结合的纽带,占据着重要的学术地位。本课程的教学目标是使学生了解机电传动控制的一般知识,掌握各种类型电动机、电器等电气元件的工作原理、特性,以及应用和选用的方法,掌握可编程控制器原理与应用,掌握各种类型的调速控制系统。通过本课程的教学,使学生具有分析、设计和使用机电传动控制系统和装置、器件的基本技能,具有机电新产品科技开发的逻辑思维能力[7、8]。
在数字化技术背景下,如何创新机电传动控制课程的教学改革,使学生理解逻辑数字理论知识和逻辑数字应用技能,达成培养学生工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力要求。
1 课程教学存在的问题
1.1 教材内容亟待改进
井冈山大学的机电传动控制课程教材主要选择邓星钟主编的华中科技大学出版社出版的《机电传动控制》(第五版)和廖映华主编的重庆大学出版社出版的《机械电气自动控制》,这些教材内容与其他课程有部分重叠,如电力电子学基础章节内容与课程电工电子技术相关内容相似;可编程控制器原理与应用章节内容是课程GE自动化试验、PLC技术等课程的缩影。这就要求教师对整个课程体系要有良好的掌握,在讲述时对相关知识点进行侧重,突出这些内容在机电传动控制方面的应用特点。另外,机电传动控制涉及的内容繁多,知识点零碎,有些教材章节与章节之间缺乏逻辑性、系统性,不易于学生自学和掌握重点难点。
1.2 课程理论比较抽象
机电传动控制课程的重点内容为设计接触器-继电器控制系统或者可编程控制器(PLC)控制系统,实现对直流电动机、交流电动机和步进电机的启动、正反转、调速、制动等功能的控制,其中涉及的理论知识较抽象,特别是对于机械类专业的学生而言,如果电工电子技术课程没有学好,很难理解接触器-继电器控制系统,也很难理解可编程控制器(PLC)工作原理和输入输出电路。机电传动与控制工程课程要求学生要有较强的逻辑分析能力,能够模拟设备的实际运行各种工况,如果没有实际操作经验,这部分知识学习起来就比较困难。
1.3 实验教学缺乏设备
实验设备条件是机电传动控制课程教学质量的重要保障。机电传动控制实验设备相对来说价格昂贵,如一台现代化的五轴数控机床价格需要几百万元,即使是一台机电传动控制实验台也在几万元以上,往往造成实验室中设备台(套)数较少,很难满足教学要求。较早建设的机电传动控制实验室设备较陈旧,功能单一,没有更新换代;有些学校由于资金不到位或专业成立的较晚,机电传动与控制工程课程只以PLC实验箱代替全部实验。
1.4 教学模式有待研究
随着多媒体技术的发展,越来越多的教师采用PPT课件上课,相对传统的板书教学模式,一节课讲授的内容较多,学生在课堂上还没有来得及理解,就进入到新知识点的学习。如果学生课前没有预习,太多的新知识会使学生疲倦;课后没有复习,太多问题的累积会使学生失去兴趣。根据学生的特点,如何控制一节课的新知识点内容以及现代和传统两种教学模式的结合,有待进一步研究。
2 课程教学改革设计
2.1 优化课程内容,突出课程重点难点
机电传动控制课程主要涉及机电传动系统的动力学、系统的稳定运行条件、电动机、继电器—接触器控制系统、可编程控制器、电力电子技术、直流调速系统、交流调速系统、步进电动机驱动系统等。该课程内容多,需对其进行优化并突出重点难点。在讲授电动机(直流电动机、交流电动机)机械特性方程时,其推导过程可以简单讲解,重点讨论机械特性方程中涉及的启动、制动、正反转、调速等功能的应用;在讲授继电器—接触器控制系统知识点时,尽可能多的介绍各种基本电路以及电路优化案例,让学生掌握各种功能应用的电路设计;可编程控制器是电动机的另一种控制系统,对于没有编程思维的学生而言,可以多分析一些典型案例程序;而对于调速系统,面对复杂的电路原理,学生往往很难理解,可以将应用作为突破口,激发学生的学习兴趣。总之,在讲授时应根据课程体系实际情况,优化课程内容,突出课程重点难点。
2.2 增设机电传动控制课程设计
机电传动控制是一门理论抽象的课程,仅仅通过上课很难让学生理解知识内容,为此,我校机械设计制造及其自动化专业增设了一门机电传动控制课程设计。通过为期一周的课程设计,可以培养学生综合运用机电传动控制的专业理论知识,分析机电传动控制系统的组成及工作原理,提高设计电气控制系统的能力。   在课程设计中,可以设计一个功能较复杂的机电传动控制系统,如各种常用低压电器组成的控制系统,或者基于可编程控制器PLC的控制系统,功能可包含点动、自锁、星三角换接启动、正反转、制動、调速等。通过课程设计,使学生掌握设计电气原理图和编写其说明书的步骤和方法,独立完成一个完整的设计,培养严谨的工作作风和勇于探索的创新精神。
2.3 开展各类竞赛活动,培养学习兴趣
学科竞赛有利于培养学生发现问题、分析问题和解决问题的工程素质,也有利于对学生创新意识、创新思维及创新能力的培养,从而激发学生的学习兴趣。
我校鼓励学生参加“全国大学生机械产品数字化设计大赛”、“全国大学生机械创新设计大赛”和“挑战杯”等学科竞赛。通过这些学科竞赛活动,能极大地提升学生工程素质和团队协作能力,提高学生适应工厂企业环境,达到进一步运用机电传动控制理论知识的效果。
3 结论
随着数字化技术新经济领域的迅猛发展,产业结构调整快速升级,机电传动控制课程教学改革建设势在必行。本文从课程内容、课程性质、实验设备和教学模式分析了机电传动控制课程教学存在的问题,重点探讨了优化课程内容、增设课程设计以及开展竞赛活动等方面的改革措施。机电传动控制是一门理论性及实践性都非常强且具有重要工程应用价值的课程,在机械设计制造及其自动化专业里占有极其重要的地位,要想进一步提升该课程的教学质量,还有很长的路需要探索。

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