小议实行机电一体化综合试验对学生的影响
以前我们的教学对学生综合知识应用能力的锻炼很少,大多数课程只是孤立地开设一些实验,而且多以验证性为主。实验时以教师指导为中心,方法陈旧单一,模式机械呆板,教师课前依据内容准备好仪器设备,上课时的指导面面俱到,无所不包,学生只是按教师所说或实验指导书被动地操作,模仿和依赖性很强,满足于完成实验报告,实验效果很差。为了适应时代的发展和企业对机电人才知识综合的应用能力的要求,近年来山东建筑工程学院机电工程系在这方面做了一定的尝试,设置了机电综合实验周,其目的是通过学生自己动手实践,得以在数控技术、微电子技术、电器控制与PLC等方面进行综合的训练,取得了明显的效果。
1 时间安排
综合实验周的时间安排是在第七学期,共两个周的时间。在总的安排上这两个周与学生该学期所进行的参观实习和生产实习结合起来,统筹安排。学生有两个周的时间安排到工厂去实习,另有两个周的时间安排实验。这样一方面减轻了实验室辅导教师要同时面对全班学生的压力,从而保证了综合实验的指导质量,另一方面也减轻了到工厂实习带队教师的压力,使带队教师所带的学生数减半,这样有利于提高实习的指导质量。同时,由于将工厂实习和综合实验周结合起来,学生在工厂看到的可能就是综合实验周他们要做到的,这样就能对实习和综合实验起到了互相补充、双向促进的作用。
2 实验内容
综合实验周的内容按其所需场地和知识相互融合度的关系,分为数控技术、硕士论文微电子技术和电器控制与PLC三大部分。这三部分相互独立,同时又相互联系,使学生的训练始终置于一个机电综合技术应用的环境中,从微电子技术、电气控制与PLC及数控技术逐步地练习一遍。
2.1 微电子技术
微电子技术主要是电子元器件的辨识和单片机技术在测控系统中的应用训练。虽然是机电一体化方向的学生,但因以前动手实践的时间很少,接触基本电子元器件的机会也少,很多学生到了大三仍然不认识课本上的“与门”、“非门”等所对应着的集成电路,到了市场却买不到“与非门”,因为课本上只有原理图却没有真实的集成电路型号和图样。针对这种情况,我们准备了二极管、三极管、电感、电阻、电容、TL/COMS集成电路等多种元器件的多种封装形式和型号给学生讲解,使他们把电路原理图上的符号与现实中的实物对应起来,以利他们的学习和应用。
由于每个学生在单片机技术应用方面的动手训练只有十天左右的时间,因此,我们采用了教师设计好PCB板,只让学生进行焊接和编程调试的训练。具体内容是让学生调试一只温控仪,同时在硬件设计上使其通过编程可以用作计数器、转速表、时间继电器和脉冲发生器等五种功能。采取了每组学生调一种功能的安排,既让学生受到了训练,又可避免某些学生相互抄袭。在仪器制作之前,我们先带领学生到电子市场上观看温控仪和计数器。由于商品化的温控仪和计数器一般价格在300元～1200元之间,使他们认识到了该项技术的实用价值,激发了他们制作的积极性。在学生制作的过程中,由于不发制作指导书,他们需要不断地查阅资料,相互学习和请教,从而使他们通过资料来学习的能力得到了提高。
实验结束时,同学们拿着调试好的仪器,很有成就感。多数学生认为,这样让他们从头到尾亲手做一遍,使他们对单片机的应用开发过程熟悉了,这就有利于他们今后从事这方面的开发工作。
2.2 电器控制与PLC技术
传统的电气控制与PLC实验是在实验箱上完成的。学生面对的是一布满各种旋钮的面板,看不到交流接触器、继电器、限流保护器、PLC等基本的器件。因此,课程学完了,实验也做了不少,但很多同学到了工厂仍然不认识继电器、限流控制器、PLC等。
针对这种情况,在电器控制与PLC的训练方面,我们准备了很多的基础元件和电缆,让同学们根据教师布置的任务,先自己设计电路图,然后寻找元器件和电缆,采用一点一点垒积木的方式搭制电路,在教师检查无误后再上电调试。面对220V的电压,同学们的操作一点也不敢马虎,这样不仅让同学们识别了所用到的电器元件,还养成了做事认真的习惯。针对实验室装备不足的情况,我们从工厂里搜集了一些拆机下来的电气元件,这些元件有些是好的,有些却是坏的,这样又锻炼了同学们检查电器元好坏的能力。通过这样的训练,再加上到工厂的实习,就能使同学们对电控控制与PLC知识的掌握上了一个台阶。
2.3 数控技术
数控技术包括CAD/CAM一体化和数控设备的维修技术两部分内容。CAD/CAM是由学生根据教师布置的题目,用三维软件进行造型,应用计算机软件对造型自动数控编程,然后将编好的G代码下载到数控机床中,应用腊模进行加工。在实验中教师分配的任务就是同学们在工厂中常见到的加工对象,甚至有些就是工厂委托实验室加工的工件,因此学生对所分配的任务比较重视,操作起来相当认真,从刀具、工艺性、效率等各方面对加工方法和程序进行优化,力求达到最好的效果。
数控设备的维修技术主要就是让学生明白数控设备里面的机械结构及电器配置。虽然同学们到工厂实习时看到很多的数控设备,但对于设备里面的构造却没有机会观察。因此,无论从数控设备的设计,还是从简单的数控设备识别的角度来看,都有必要让学生对数控设备内部的构造加以了解。对于这方面实验室充分利用旧机床改造所淘汰的伺服电机、控制器等让学生对数控设备的电器部分进行辨识,还准备了一台三维雕刻机,拆开来让学生对其机械设计进行观察,并且要求学生应用三维软件对雕刻机的机械结构进行设计以加深印象。
3 综合实验周的教师指导和考核
3.1 指导方式
综合实验周的指导与以往的实验和课程设计的指导有很大的不同。首先,综合实验周的目的是锻炼学生的应用能力,特别是动手实践的能力。由于综合实验周所作的训练都是学生以前学过的知识的综合运用,因而没有实验指导书,学生没有了可模仿和依赖的东西,必须自己根据任务和学过的知识来完成。在学生制作的过程中,教师更注重于学生制作过程中的检查和启发性指导。
制作过程的检查一方面是安全检查,因为有些实验是在强电环境下进行的;有些是设备应用上的检查,比如数控机床的安全操作等,以及进度的检查,当然也检查学生的工作态度以免教师及时指导被问题难住的同学,告诉他们相应的知识模块所在,让其查阅资料自己解决相应的问题,而不是直接给出答案,使学生一方面建立信心,一方面又熟悉了课本上的知识。
3.2 考核方式
开设了机电综合实验周后,该实验周就成为了一门课程,就必须进行考核。与以往的实验考核不同的是,综合实验周由于每个教师面对的学生很少,因此采用了人人过关单独考核的方式。比如在单片机综合训练的考核中,我们采用让学生回答制作中的问题的办法,这些问题是随机的,可能问电路干扰方面的,也可能问集成电路方面的,也可能问编程方面的,由于难以预见到会问到什么,学生无法做准备,只能在制作的过程中处处留心。
教师还采用把学生自己编写的程序中增加一些错误让学生再改回来并调试通过的方式,这样只要是自己制作的同学都很容易地回答所有问题,将教师改过的程序改回,而靠抄袭和模仿别人而又没有理解的同学则难以回答。从而可公正地评定学生的实验成绩。硕士论文由于采取了这样的考核方式,在综合实验周的制作过程中,同学们个个都认认真真,不敢马虎,从而保证了综合实验周的教学效果。
4 结束语
通过综合实验周的设立,对学生的综合的机电一体化应用知识进行了训练,提高了学生发现问题、解决问题和综合应用的能力,收到了以往那种验证性的实验所不能达到的效果。在整个实验过程中,以教师布置的任务为驱动,让学生通过自己的操作将书上“死”的理论变成活的应用。
综合试验较好地解决了以往学生被动操作的情况,充分体现了学生在实验中主体地位和教师的启发式引导作用,充分调动了学生学习的积极性,可以在较短的时间内提高学生学习和应用综合知识的能力,是温故而知新的传统教学法的刷新与发展。
参考文献:
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[3] 孙晓华.加强设计性实验,改革现代测试技术课程实验[J].南京:电气电子教学学报,2002,24(1)
摘 要:学生的学习和实验是以提高其知识的综合应用能力为目标的。本文针对以往实验课的弊端,介绍了设置机电一体化综合实验周的优越性,简述了综合实验周的微电子技术,电器控制与PLC技术及数控技术等部分的实验内容,以及综合实验周的指导方式与考核方式,指出设置综合实验周是提高学生机电知识综合应用能力的有效途径。
关键词:机电一体化;综合实验;微电子技术;电器控制与PLC;数控技术