主页 > 技术文章 > 利用光机电一体化实训设备培养学生创新能力 2022-04-14

利用光机电一体化实训设备培养学生创新能力

摘要：光机电一体化实训设备融合了机械、电气、PLC、气动、传感、计算机等多项技术,采用了开放式和模块式可拆卸结构,为学生实践动手、分析解决问题等能力的培养提供了很好的实践平台。借助于此实训装置,精心设计了教学案例、实训项目,以及毕业实践课题,然后采用基于行动导向的分组实施教学方法锻炼学生的综合能力,取得了很好的效果。这不仅培养了学生的专业技能,同时也使得学生的表达能力、团队协作能力、创新能力等综合能力得到了提升,提高了学生的社会竟争力。
一、前言：
　　对机电一体化课程群而言，实践教学是培养学生实践能力、创新能力、创业意识和创业能力的极为重要的环节。但是，目前在机电一体化实践教学中仍普遍存在以下问题：
　　（1）机电一体化课程群各知识模块之间具有较强的融通性和连贯性，但在实践教学体系上仍存在各门课程教学实验单一、孤立等问题，难以实现各知识模块的有机衔接。教学实践体系没有完全实现课程实验、课程设计、生产实习、毕业设计、科技活动等有机结合，很少深化到创业意识和创业能力的培养环节。
　　（2）机电一体化实验设备、平台以购买商品化的成套系统为主，因而部分实验仍以示教、演示为主，开放扩展性有限，不利于学生综合实践能力、工程能力、创新能力的培养，机电、信息科技前沿技术在实验平台上难以及时体现和应用。
　　（3）学校有限投入与学生对实践教学资源需求存在较大矛盾。如何把科研成果快速转化为实践教学资源，实现科研成果效益最大化，保持实践教学平台的技术先进性及可持续发展性仍是一个急需深入研究和实践的课题。
　（4）如何将工科学生工科思维与创业素质培养有机融合是一个急需研究的问题。
二、机电一体化课程群实践教学体系构建：
　　针对上述问题，在分析机电一体化课程群知识模块，以及实践教学各环节特点的基础上，我们对实践教学体系进行了改革，构建了涵盖四个层面六个环节的实践教学新体系，提出四个层面的实践教学体系包括：课程实验（点）、综合实验（线）、创新实践（面）、创业实践（体）。“点”为课程实验，为相关课程的理论教学而设置的基本实验单元，包括20余个涵盖“机械制造工艺与装备”、“机床数控技术”、“机电一体化”、“计算机集成与柔性制造”、“计算机网络技术”、“数据采集与控制”、“可编程逻辑控制”等课程的基本实验。“线”为综合实验，是在打破课程界限的基础上，兼顾技术、课程特点，按“装备”、“测控”、“信息”知识模块组织的５个综合实验。“面”为创新实践，旨在通过各知识模块在课程设计、毕业设计、生产实习、科技活动中的综合应用，培养学生的研究和创新能力。“体”为创业实践，以组建虚拟公司的形式，通过对机电一体化实验教学设备完整生命周期各个环节的亲身实践，体验产品开发、生产组织、对外协作、售后服务等过程，培养学生的创业意识和创新能力。
　　该机电一体化实践教学体系由“点”串成“线”，铺成“面”，构成“体”，融会贯通，学以致用，凸显了分层递进、多样性、开放性的思想。
三、机电一体化设备实践教学环境建设：
　　作为实践教学体系的有力支撑，构建了由8个实验平台和8个产学研实践基地两个层次组成的实践教学环境。
　　1．机电一体化设备实践教学平台的建设：
实践教学平台是课程实验、课程设计、综合实验等实践环节的基础平台。在机电一体化实践教学平台建设中，采用“教改驱动-快速转化-增值创值”的创新模式进行科研成果的快速转化，并突出先进技术的应用及实践教学平台的开放性、重构性。
（1）“教改驱动-快速转化-增值创值”的创新模式
通过机电一体化设备创新实践，我们成功地探索出了将科研成果快速转化为实践教学资源的模式：“教改驱动-快速转化-增值创值”。即以教改项目为驱动源，采用科研开发平台与实践教学平台统筹设计、统一团队、统一开发等措施，达到快速转化的目的。并采用边开发、边应用、边推广的方式，实现良性循环。例如，在建设“机电一体化综合实验平台”中，我们首先利用科研过程中积累的设备创新的经验和科研成果，通过二次开发实验设备完成实践教学平台的初步建设；然后，将富有创意的实验设备在其他高校进行推广应用，所得的效益作为进一步的投入，实现增值创值，形成了“成果不断转化、设备不断更新、平台不断扩大、水平不断提高”的良性循环。
（2）突出先进技术的应用：
　　实践教学平台开发中融入了现代工艺与装备、机电控制、信息集成等先进技术，体现了实践教学平台的先进性、前沿性。如基于Internet的远程控制和视频监控、基于OPC技术的集成应用、嵌入式ARM系统、DSP等开发平台的应用，高速、高精数控系统及驱动器的应用等。
　　强调装备、测控、信息技术的集成，将设计、工艺、测量、驱动、控制、网络通信、系统集成等机电一体化的核心技术整合在一起，并同CAD、CAE、虚拟现实、信息化技术等有机结合。
在平台建设中，我们采用模块化设计思想和方法，从而使平台具有很好的可扩展性、可重构性、开放性。如“机电一体化创意组合实验平台”采用模块化单元，不同模块单元之间可以方便组合，克服了实验的单一性和验证性，有利于培养学生的创新意识。由于平台的开放性，学生在实验中可充分体验机械设计、装配，电气设计与接线，控制系统设计与程序编写、调试等实际操作过程。
2．产、学、研实践基地的建设：
　　产、学、研实践基地是生产实习、毕业设计、科技活动等实践环节的扩展平台。我们利用在产、学、研合作方面具备的良好的基础与条件，与十几家企业建立了良好的合作关系，
　　合作研究内容涉及数控车铣床、加工中心、开放式数控系统、大型物流控制系统、机电控制、工装优化设计等。以此为基础，深化建成了8个产、学、研基地作为实践教学的扩展平台，涵盖了机械设计、工艺、制造、机电控制、数控技术、工艺装备、软硬件系统等机电一体化课程群所涉及的知识领域和实践内容。
　　长期培育的产、学、研基地扩展和深化了实践教学环境的建设，进一步拓展了学生创新、创业能力培养的途径，也丰富了毕业设计、生产实习、科技活动等环节的内容。
　　3.以实践教学环境为基础，探索工科学生创业素质培养模式：
　　学生创业能力培养是实践教学的一项重要工作，针对工科学生的工科思维特点，以实践教学环境为基础，实验设备订单为驱动，通过构建和运行虚拟公司，体验真实过程，培养了学生的创业意识和创业能力。
　　（1）组建虚拟公司，培养学生的创业实践能力：
　　以机电一体化实验设备订单为驱动，吸引学生积极参与，通过设立虚拟岗位，以学生为主体，全程参与，以项目管理方法，完全按照企业的产品开发、生产、组织、管理模式及流程进行实验教学设备的开发。通过全程参与、真实的过程体验，不仅提高了学生创新能力，强化了专业知识的掌握，还通过了解和熟悉产品开发流程和组织实施，培养了学生开拓创新、组织管理、人际协调等创业能力。同时，该方式实现了边开发、边应用、边推广的良性循环。
　　（2）基于产、学、研实践基地，拓展创业实践能力，培养创业意识：
　　结合生产实习、毕业设计环节，选派学生深入产、学、研基地，在了解企业实际运作过程的基础上，体验创业过程，学习创业思路，培养创业意识。通过产、学、研实践基地的建设，为学生创业能力的培养提供了更广阔的空间和渠道。
　　（3）以科研产品为依托，积极扶持学生的初期创业
　　针对学生在创业初期面临的项目、产品开发等方面的困难，积极利用科研成果形成的产品作为学生创业公司的初期产品，做到“扶上马、送一程”。
四、结束语：
　　目前，我们建设的中职机电一体化教学实践环境在机械工程及其自动化专业实验教学、生产实习、毕业设计、综合开放实验、创新项目、课外创新活动中得到广泛应用，在中职学生创新和创业能力的培养方面起到了重要作用。

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