自动化生产线技术课程教学改革研究.pdf

196 科研课题 2024 年 第 1 期 总第 226 期 造纸装备及材料自动化生产线技术课程教学改革研究*彭 正，张立勇，张 华，张学通安徽科技学院，安徽 滁州 233100摘要：自动化生产线技术是以工程应用和工程实践为支撑的专业核心课程。为此，文章提出自动化生产线技术的课程应该以典型的、先进的、具有共性技术的工程案例分析、研究作为授课的主要手段，激发学生的学习兴趣和成就感，同时让教师不断更新自己的知识和技能，达到教学相长的目的。该课程涉及计算机辅助设计、常规制造、柔性制造、智能制造和测试等多方面的技术以及综合的集成方案设计等内容，需要高校教师深入企业一线调研，与资深工程师交流或者参与实际的设计方案或工程项目实践活动。文章分析了自动化生产线技术课程教学现存问题，并提出了教学改革路径，经验证，教学改革得到良好的成效，提高了课程教学质量。关键词：自动化生产线技术；工程案例；工程教育认证；终身学习分类号：G712；TP2781 自动化生产线技术课程概述自动化生产线技术课程是工科类机械电子工程专业学生的专业核心课程，主要研究的是自动化生产线的基础知识、工程分析方法和技术应用要点1。通过典型自动化生产线的设计与实践，使学生掌握自动化生产线的专业理论知识、机械设计、机械选型、控制程序设计与调试的基础知识，培养学生理论联系实际和分析解决一般工程技术问题的能力2。自动化生产线是当今世界工业发展的主要标志，是各个国家保证大规模物质生产重要形式，甚至是最主要的手段3。因此，进行自动化生产线技术的专业工程教育，对机械电子工程专业来说非常重要。自动化生产线技术是主要针对机械电子工程、机电一体化等工科类专业大三或大四开设的课程，以理论知识、控制程序设计与调试的基础知识，机械设计、机械选型、控制程序设计与调试的基础知识是对物理学、高等数学、机械原理、机械设计、电工学、单片机、PLC 编程等基础课程的深入学习，是学生在毕业后进行实际工程设计前重要桥梁。该课程在机械电子专业的工程教育过程体系中和其他专业核心一样，其专业性最强，应用范围最小，如图 1 所示。应用范围专业性专业核心课专业基础课基础课自动化生产线技术图 1 自动化生产线在工程教育体系中的定位2 自动化生产线技术课程教学现存的问题2.1 课程教材存在局限性我国改革开放已经 40 余年，拥有较为完善的工业体系，学科建设、专业设置以及对人才的培养也已经相对较为成熟。但是，自动化生产线技术课程的专业教材却不多。目前，李邵炎编著、清华大学出版社出版的自动机与自动线，肖维荣和齐蓉编著、机械工业出版社出版的装备自动化工程设计与实践等教材比较适合作为机械电子工程专业本科教育阶段的自动化生产线技术课程进行教授。但是，这些教材普遍存在一些问题，即机械和电子没有同时兼顾。自动化生产线技术的课程既要具备工程科学层面的理论的讲解，又要讲授工程技术的一些实践经验，因此教材的编著纵向上要求编著者既具备丰富的工程实践经验，又要具备深厚的理论研究功底。从机械电子工程专业的横向上分析，自动化生产线技术应用于典型的机械电子设备，该技术涵盖了机械技术、电子技术、信息技术、计算机技术和控制技术以及项目管理等技术的运用，无论对机械设备还是电子设备，既文章编号：2096-3092（2024）01-0196-03*基金项目：国家级大学生创新创业训练计划项目（202310879004）；安徽科技学院横向项目（881270）；安徽科技学院校企合作实践教育项目（Xj2023097）作者简介：彭正，男，硕士，助教，研究方向为自动化生产线的设计、调试。197造纸装备及材料 第 53 卷 总第 226 期 2024 年 1 月 科研课题不是对所有部件进行完全的设计，又不是完全的选型。这就要求编著者既掌握机械部分的设计和选型，又要求对电气部分进行选型和设计以及通信技术和控制技术非常熟悉。要同时在纵向和横向上满足上述编著要求是非常困难的，这也是符合该课程教材较少的原因，上述提到的教材也有类似的局限性。2.2 课程教学与实际脱节目前国家很多高校都开展了工程教育认证，对工程教育的发展有着巨大的帮助。工程教育认证的核心理念之一就是以结果为导向的教育（OBE）。但是目前自动化生产线技术的教学内容和设计项目设计应用技术脱节严重，教师教的内容很多已经不在实际的工程项目上使用，或者有更好的替代方案。比如，目前生产线设计中气路部分的集中式阀岛，应用 EPLAN 软件进行三维电路设计。这些新技术、新软件、新功能等在实际工程项目当中已经广泛应用，成为主流，大幅加快了工程进度、效率和准确度，以及减少了成本。但是课程教学内容却远远没有跟上时代发展，与实际生产脱节。2.3 学生难以适应部分课程内容自动化生产线技术这门课相对于其他的课程，其最主要的特点就是功能集成设计。它包括项目整体方案的技术、单个工位的技术、单个功能的技术，每一个层次的技术都涉及机械、电路、气路、信息等方面。学生需要摆脱过去对于单个阀、气缸、丝杠、PLC 和电机等器件的学习方法，而是要统筹每个部件的功能特点，根据任务或者问题的需求结合其他约束条件选择或者设计最符合这些约束和要求的方案。由于学生没有接触过实际复杂的工程项目设计，不太理解对于自动化生产线来说，机械设计、电气设计以及通信和软件设计等既要有其各自独立的设计特点，又得受彼此之间的设计约束。学生学习自动化生产线技术是为了毕业以后能够胜任包括自动化生产线在内的自动化生产设备的机械设计任务、电气设计任务乃至整体的设计任务。因此，如果不能从系统的角度考虑问题，会使学生既达不到工程认证的要求，也会在职业发展上受到很大的阻碍。3 自动化生产线技术课程的教学改革路径3.1 遵循以学生为中心理念在新工科背景下，开展专业教育认证，其中一个重要理念就是“以学生为中心”，一切的教学过程和环节都是应该基于这个理念之下。传统的授课形式仅仅依靠书本、黑板、PPT 等形式进行讲解，无法满足该课程的授课要求，特别是无法调动学生的积极性。在课堂教学上，通过数学模型、图纸、技术文档、视频、照片让学生充分挖掘典型实际工程案例的共性技术特点，甚至现场连线资深的工程师或者邀请资深的工程师对实际在设计或者生产的项目进行剖析，等等。一方面可以让学生可以摆脱枯燥、被动地接受知识，让枯燥的知识在学生的探索中鲜活起来，增加学生学习的兴趣；另一方面学生课下自主对软件的学习、练习，对资料的多种查阅方式，都能够大幅增加学生学习的体验感和收获感4。独立思考的学习方式是学生成长以及未来投入实际生产过程中一个重要的学习方式。自动化生产线技术课程的学习，由于涉及机、电、液、气、计算机辅助设计、制造和测试等多方面的知识，而且技术更新速度非常快，这就要求学生不仅熟悉每种设备和技术的特点，还要能够将它们系统性地有机整合从而满足的功能要求。在这个过程中，独立思考占据非常重要的位置，而丰富的实践形式可以激发学生的这种独立思考的兴趣，从而带来更好的学习效果。3.2 与工程案例相结合结合自动化生产线技术课程的特点，充分理解教育认证的科学内涵，及时对教学大纲和教学方案进行调整和修订。针对教材不能及时跟上的实际情况，在大纲的制订上，就要对教育认证目标进行明确。要让学生知道，学生是学习的中心，该课程的结束是学生必须达成的目标。针对这个中心和目标进行编写教案，而教案的编写又要体现持续改进，即使用目前最新的工程案例作为教学资源，比如刚刚投产的“XXX 生产线”，在案例分析中将其实物、照片、视频、图纸等作为主要载体，分析使用了哪些机械方面的知识、电气方面的知识、计算机方面的知识、接口技术的知识，各个技术之间又是如何互相约束、实现协同的5。把学习的主观能动性交还给学生，让学生在工程教育阶段就尽可能从“工程”实践中来，到“工程”实践去。让学生去寻找最新的共性技术，授课教师则担任引导、辅助、辅导、的角色，并且将这些共性技术进一步进行系统和完善。这样一方面就使教材的更新速度不受传统书本的影响，来源更加广泛，更加具有实践性和前沿性，另一方面让学生更加贴近实际的工程实践。198 科研课题 2024 年 第 1 期 总第 226 期 造纸装备及材料3.3 提高授课教师能力自动化生产线技术属于典型的工程技术，因此该课程知识的来源既有基础科学的理论，也有工程实践经验的科学总结。授课教师需要及时更新自己的知识库，知识来源也要基于这两种渠道。对于科学理论，高校教师自身知识储备较为充分，而且可查的资料比较多。对于工程实践经验，教师则存在不足。实际工程活动中的自动化生产线涉及机、电、液、气、计算机辅助设计、常规制造、柔性制造、智能制造和测试等多方面的技术以及综合的集成方案设计，其更新速度快、涉及内容广，对高校教师的能力提出了较高的要求6。为了实现这种能力的提高，高校教师需要走出校门，走进自动化设备设计制造企业、产品生产企业、工业展会等具有行业技术特点的现场，调研、梳理、总结共性技术。同时，也可以发挥技术优势，与企业开展横向交流，亲身参与到具有典型特点和发展潜力的工程项目中。4 自动化生产线技术课程教学改革成效4.1 培养学生理论知识与工程活动相结合的意识工程教育专业认证的产出导向，强调学生的课程目标对应该专业相应的培养目标。专业的培养目标，又是为了将来学生从事该专业相关的工程活动。因此对于已经进行 2 年半或者 3 年本科工程教育的学生来说，更早地让学生将学过的和正在学的知识与工程活动实践相结合，大量工程案例的讲解、练习，培养学生遵从“工程目的功能方案约束因素技术参数选型”的设计过程。结合实际的现场设备让学生绘制三维数字模型、二维施工图纸、电路图纸、气路图纸，并编辑逻辑程序。在这个过程当中讲解设计意图，器件选型的依据等。这种方式可以让学生学习到这些工程案例中共性技术，深刻理解自动化生产线技术这门课程的知识，也能在学习过程中自然接受工程设计的特有流程，将理论知识和实际的工程设计更好地结合7。4.2 为学生终身学习打下坚实的基础非标自动化课程设计与工程案例的相结合，在专业工程教育阶段就开始大力进行的这种方法，能够让学生以问促学。在这个知识爆炸的时代，学习本身有着很多的学习方法、学习手段、学习资源，但是问题在于学生还不能及时了解自己缺少何种知识。结合工程案例的教学方法，在课程开展工程中，不断引导学生自主去寻找问题点、知识点、学习点。通过发现问题，解决问题，总结知识和方法的这种自主学习方式，从而培养学生良好的终身学习习惯。包括现阶段及毕业后都要不断地、持续地去更新自己的知识以满足不断发展的自动化生产线技术8。5 结束语自动化生产线技术课程作为工科机械电子工程专业高年级学生的专业核心课，多种技术的集成是这门课程的特点。为了优化该课程的教学质量，文章提出将实际工程案例与课堂教学相结合，帮助学生提起对该课的学习兴趣，特别是技术协议、数学模型、电路图纸、逻辑程序以及现场视频和照片等。让学生、教师和未来的应用企业同时参与到培养学生的活动当中去。以学生为主体，以企业的共性技术需求为引导，以教师持续更新的资源作为保障，共同实现对学生本科工程教育认证阶段的培养。参考文献1 温国强,赵俊英,杨芳,等.STEM理念下自动化生产线设计实践课改革与探索J.实验室研究与探索,2022,41(10):211-215.2 梁军,侯迪波,张光新.新工科背景下自动化专业课程教学体系的优化重构J.中国大学教学,2019(9):15-21.3 周纯杰,何顶新,张耀,等.新工科背景下自动化专业实践课程思政的设计与实施J.高等工程教育研究,2022(4):31-37.4 刘尚雅.软件测试课程自动化训练平台的设计与实现D.绵阳:西南科技大学,2021.5 潘梦莎.云班课在自动化生产线安装与调试课程中的应用J.造纸装备及材料,2021,50(2):165-166,171.6 温国强,关志伟,常文爽,等.CBE-CDIO理念下机电类专业留学生实践类课程构建:以“自动化生产线设计与调试”课程为例J.实验技术与管理,2021,38(3):214-218.7 杜丽萍,石龙,孙福才,等.高职院校线上线下混合式“金课”的探索与实践:以自动化生产线安装与调试课程为例J.职业技术教育,2020,41(26):58-61.8 杨静.基于任务驱动教学法中职 办公自动化 课程的教学设计D.湘潭:湖南科技大学,2020.