主頁 > 技術文章 > 利用光機電一體化實訓設備培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力 2024-10-27

利用光機電一體化實訓設備培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力

摘要：光機電一體化實訓設備融合了機械、電氣、PLC、氣動、傳感、計算機等多項技術,采用了開放式和模塊式可拆卸結構,為學生實踐動手、分析解決問題等能力的培養(yǎng)提供了很好的實踐平臺。借助于此實訓裝置,精心設計了教學案例、實訓項目,以及畢業(yè)實踐課題,然后采用基于行動導向的分組實施教學方法鍛煉學生的綜合能力,取得了很好的效果。這不僅培養(yǎng)了學生的專業(yè)技能,同時也使得學生的表達能力、團隊協作能力、創(chuàng)新能力等綜合能力得到了提升,提高了學生的社會竟爭力。
一、前言：
　　對機電一體化課程群而言，實踐教學是培養(yǎng)學生實踐能力、創(chuàng)新能力、創(chuàng)業(yè)意識和創(chuàng)業(yè)能力的極為重要的環(huán)節(jié)。但是，目前在機電一體化實踐教學中仍普遍存在以下問題：
　�。�1）機電一體化課程群各知識模塊之間具有較強的融通性和連貫性，但在實踐教學體系上仍存在各門課程教學實驗單一、孤立等問題，難以實現各知識模塊的有機銜接。教學實踐體系沒有完全實現課程實驗、課程設計、生產實習、畢業(yè)設計、科技活動等有機結合，很少深化到創(chuàng)業(yè)意識和創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)環(huán)節(jié)。
　�。�2）機電一體化實驗設備、平臺以購買商品化的成套系統為主，因而部分實驗仍以示教、演示為主，開放擴展性有限，不利于學生綜合實踐能力、工程能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，機電、信息科技前沿技術在實驗平臺上難以及時體現和應用。
　　（3）學校有限投入與學生對實踐教學資源需求存在較大矛盾。如何把科研成果快速轉化為實踐教學資源，實現科研成果效益最大化，保持實踐教學平臺的技術先進性及可持續(xù)發(fā)展性仍是一個急需深入研究和實踐的課題。
�。�4）如何將工科學生工科思維與創(chuàng)業(yè)素質培養(yǎng)有機融合是一個急需研究的問題。
二、機電一體化課程群實踐教學體系構建：
　　針對上述問題，在分析機電一體化課程群知識模塊，以及實踐教學各環(huán)節(jié)特點的基礎上，我們對實踐教學體系進行了改革，構建了涵蓋四個層面六個環(huán)節(jié)的實踐教學新體系，提出四個層面的實踐教學體系包括：課程實驗（點）、綜合實驗（線）、創(chuàng)新實踐（面）、創(chuàng)業(yè)實踐（體）。“點”為課程實驗，為相關課程的理論教學而設置的基本實驗單元，包括20余個涵蓋“機械制造工藝與裝備”、“機床數控技術”、“機電一體化”、“計算機集成與柔性制造”、“計算機網絡技術”、“數據采集與控制”、“可編程邏輯控制”等課程的基本實驗。“線”為綜合實驗，是在打破課程界限的基礎上，兼顧技術、課程特點，按“裝備”、“測控”、“信息”知識模塊組織的５個綜合實驗。“面”為創(chuàng)新實踐，旨在通過各知識模塊在課程設計、畢業(yè)設計、生產實習、科技活動中的綜合應用，培養(yǎng)學生的研究和創(chuàng)新能力。“體”為創(chuàng)業(yè)實踐，以組建虛擬公司的形式，通過對機電一體化實驗教學設備完整生命周期各個環(huán)節(jié)的親身實踐，體驗產品開發(fā)、生產組織、對外協作、售后服務等過程，培養(yǎng)學生的創(chuàng)業(yè)意識和創(chuàng)新能力。
　　該機電一體化實踐教學體系由“點”串成“線”，鋪成“面”，構成“體”，融會貫通，學以致用，凸顯了分層遞進、多樣性、開放性的思想。
三、機電一體化設備實踐教學環(huán)境建設：
　　作為實踐教學體系的有力支撐，構建了由8個實驗平臺和8個產學研實踐基地兩個層次組成的實踐教學環(huán)境。
　　1．機電一體化設備實踐教學平臺的建設：
實踐教學平臺是課程實驗、課程設計、綜合實驗等實踐環(huán)節(jié)的基礎平臺。在機電一體化實踐教學平臺建設中，采用“教改驅動-快速轉化-增值創(chuàng)值”的創(chuàng)新模式進行科研成果的快速轉化，并突出先進技術的應用及實踐教學平臺的開放性、重構性。
（1）“教改驅動-快速轉化-增值創(chuàng)值”的創(chuàng)新模式
通過機電一體化設備創(chuàng)新實踐，我們成功地探索出了將科研成果快速轉化為實踐教學資源的模式：“教改驅動-快速轉化-增值創(chuàng)值”。即以教改項目為驅動源，采用科研開發(fā)平臺與實踐教學平臺統籌設計、統一團隊、統一開發(fā)等措施，達到快速轉化的目的。并采用邊開發(fā)、邊應用、邊推廣的方式，實現良性循環(huán)。例如，在建設“機電一體化綜合實驗平臺”中，我們首先利用科研過程中積累的設備創(chuàng)新的經驗和科研成果，通過二次開發(fā)實驗設備完成實踐教學平臺的初步建設；然后，將富有創(chuàng)意的實驗設備在其他高校進行推廣應用，所得的效益作為進一步的投入，實現增值創(chuàng)值，形成了“成果不斷轉化、設備不斷更新、平臺不斷擴大、水平不斷提高”的良性循環(huán)。
（2）突出先進技術的應用：
　　實踐教學平臺開發(fā)中融入了現代工藝與裝備、機電控制、信息集成等先進技術，體現了實踐教學平臺的先進性、前沿性。如基于Internet的遠程控制和視頻監(jiān)控、基于OPC技術的集成應用、嵌入式ARM系統、DSP等開發(fā)平臺的應用，高速、高精數控系統及驅動器的應用等。
　　強調裝備、測控、信息技術的集成，將設計、工藝、測量、驅動、控制、網絡通信、系統集成等機電一體化的核心技術整合在一起，并同CAD、CAE、虛擬現實、信息化技術等有機結合。
在平臺建設中，我們采用模塊化設計思想和方法，從而使平臺具有很好的可擴展性、可重構性、開放性。如“機電一體化創(chuàng)意組合實驗平臺”采用模塊化單元，不同模塊單元之間可以方便組合，克服了實驗的單一性和驗證性，有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。由于平臺的開放性，學生在實驗中可充分體驗機械設計、裝配，電氣設計與接線，控制系統設計與程序編寫、調試等實際操作過程。
2．產、學、研實踐基地的建設：
　　產、學、研實踐基地是生產實習、畢業(yè)設計、科技活動等實踐環(huán)節(jié)的擴展平臺。我們利用在產、學、研合作方面具備的良好的基礎與條件，與十幾家企業(yè)建立了良好的合作關系，
　　合作研究內容涉及數控車銑床、加工中心、開放式數控系統、大型物流控制系統、機電控制、工裝優(yōu)化設計等。以此為基礎，深化建成了8個產、學、研基地作為實踐教學的擴展平臺，涵蓋了機械設計、工藝、制造、機電控制、數控技術、工藝裝備、軟硬件系統等機電一體化課程群所涉及的知識領域和實踐內容。
　　長期培育的產、學、研基地擴展和深化了實踐教學環(huán)境的建設，進一步拓展了學生創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的途徑，也豐富了畢業(yè)設計、生產實習、科技活動等環(huán)節(jié)的內容。
　　3.以實踐教學環(huán)境為基礎，探索工科學生創(chuàng)業(yè)素質培養(yǎng)模式：
　　學生創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)是實踐教學的一項重要工作，針對工科學生的工科思維特點，以實踐教學環(huán)境為基礎，實驗設備訂單為驅動，通過構建和運行虛擬公司，體驗真實過程，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)業(yè)意識和創(chuàng)業(yè)能力。
　�。�1）組建虛擬公司，培養(yǎng)學生的創(chuàng)業(yè)實踐能力：
　　以機電一體化實驗設備訂單為驅動，吸引學生積極參與，通過設立虛擬崗位，以學生為主體，全程參與，以項目管理方法，完全按照企業(yè)的產品開發(fā)、生產、組織、管理模式及流程進行實驗教學設備的開發(fā)。通過全程參與、真實的過程體驗，不僅提高了學生創(chuàng)新能力，強化了專業(yè)知識的掌握，還通過了解和熟悉產品開發(fā)流程和組織實施，培養(yǎng)了學生開拓創(chuàng)新、組織管理、人際協調等創(chuàng)業(yè)能力。同時，該方式實現了邊開發(fā)、邊應用、邊推廣的良性循環(huán)。
　�。�2）基于產、學、研實踐基地，拓展創(chuàng)業(yè)實踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)業(yè)意識：
　　結合生產實習、畢業(yè)設計環(huán)節(jié)，選派學生深入產、學、研基地，在了解企業(yè)實際運作過程的基礎上，體驗創(chuàng)業(yè)過程，學習創(chuàng)業(yè)思路，培養(yǎng)創(chuàng)業(yè)意識。通過產、學、研實踐基地的建設，為學生創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)提供了更廣闊的空間和渠道。
　�。�3）以科研產品為依托，積極扶持學生的初期創(chuàng)業(yè)
　　針對學生在創(chuàng)業(yè)初期面臨的項目、產品開發(fā)等方面的困難，積極利用科研成果形成的產品作為學生創(chuàng)業(yè)公司的初期產品，做到“扶上馬、送一程”。
四、結束語：
　　目前，我們建設的中職機電一體化教學實踐環(huán)境在機械工程及其自動化專業(yè)實驗教學、生產實習、畢業(yè)設計、綜合開放實驗、創(chuàng)新項目、課外創(chuàng)新活動中得到廣泛應用，在中職學生創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)方面起到了重要作用。

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