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计算机教学与教育信息化
转型背景下高校实验室建设研究
段雷，侯洪海
（洛阳理工学院，河南洛阳471000）
摘要：地方本科高校向应用型高校转变，实验室建设是其中重要内容，通过先进控制技术综合实训中心的建设，从实验设
备到实验项目，进行了总体设计，为应用型高校实验室建设进行了探索和实践。关键词：应用型高校；先进控制技术综合实训中心；实验室建设中图分类号：G642
文献标识码：A
文章编号：1009-3044(2021)08-0114-02
开放科学（资源服务）标识码（OSID ）：
2015年政府工作报告中提出，要“引导部分地方本科高校向应用型转变”。此前，在2015年全国教育工作会上也提出，地方高校要把办学思路真正转到服务地方经济发展上来，转到产教融合校企合作上来[1]，转到培养应用型技术技能型人才上来，转到增强学生就业创业能力上来。可见，部分地方本科高校的转型发展已成为国家战略，也是中国高等教育深化改革的重大举措，这对地方本科高校的发展具有重要的指导意义。
加强实验实习实训基地建设，是国家在《关于地方本科高校转型发展的指导意见》明确指出的试点高校的主要任务之一。我校于2016年被河南省政府入选河南省示范性应用技术类型本科院校建设单位，这是上级主管部门和社会对我校转型发展实践探索成效的充分肯定，也是我校全面提升应用型本科院校办学水平的重大战略机遇[2]。作为高校重要资源的高校实验室是进行实验、科研以及社会服务等多项工作的平台，如何在新形势下积极应对，创新发展是实验室工作的重大课题。
1有针对性地进行实验室建设，提高服务社会的能力
1.1机械学院实验室现状与不足
机械工程学院实验室现有机电基础实验中心、车辆工程实验中心、制造技术实验中心、过程装备实验
中心、机电技术实验中心、机械制作实习基地6个实验中心25个实验室；仪器设备1217台、资产价值3107万元，实验室面积5415平方米，共可开出实验202个，在豫西地区，处于领先水平。作为学生实验、实训平台，取得了良好的教学效果。但在学校进行应用型院校转型的过程中，仍然难以满足要求。应用型本科教育对机械专业而言重在应用，培养学生的目标是满足未来新兴产业和新经济的人才需求，是高素质、复合型新机械人才，使其具备较强的工程实际能力、创新能力和前沿视野。在新机械人才培养中，实验室的建设和应用起到关键作用，也是机械专业发展的平台和支柱。因此，应用型院校机械专业都应该通过实验室进行重新规划、改造和升级，建设全新模式的新机械实验室，以实现促进
新机械人才的培养。
随着机械工业技术的迅速发展，新机械专业成为综合性系统，没用一个完整的机械专业实验室系统难以进行开展各种贴近实际应用的实验，从而难以培养出高水平的机械人才，同时与机械行业对应用型才需求不相适应[3]。以往在实验室建设中只注重课程实验，演示实验，验证实验较多，设计性和综合性实验项目比例较少，创新性实验项目更少，无法实现新机械对应用型人才培养目标。
1.2新建实验室的设计思路与实践
要改变以上问题，就要进行实验室建设，实验室建设包括
硬件部分（实验室设备），软件部分（实验项目、实践课程的开发建设），人员支撑的提升（师资力量），实验室运行模式、校企共同管理模式、实验室各项制度的制定（政策支撑）和实验室企业
文化建设[4]
。其指导思想为：深入贯彻落实科学发展观，以培养应用型人才为目标，以建设应用型示范高校为主线，以建设新型实验室为载体，以改革创新为动力，推进产教融合，创新校企合作体制和育人机制，显著提升提供应用型人才支撑和技术服务支持的能力[5]，实现学院与中原经济融合发展、共生共赢。按照总体设计、分类推进的原则，创新驱动、项目引领，对地方本科高校向应用型转变进行探索与实践[6]。
以先进控制技术综合实训中心为例，该实验中心是学院重点实验中心，承担机械设计制造及其自动化、机械电子工程类专业的实验实训教学，其组成如图1所示：主要有数控中心实验室，CAD/CAM 实验室，智能制造实验室等。中心面积1000平方米，已先后投入了2000多万元设备费，购置了一批先进的大型仪器设备，在软硬件各方面都达到了制造业领先水平。数控中心有数控车床、数控铣床、普通数控加工中心、DMG 5轴联动加工中心、数控电加工机床、FDM 快速成型设备、三维扫描仪、智慧工厂等设备（如图1所示）30余台套。
收稿日期：2020-09-23
作者简介：段雷（1971—），男，河南新乡人，讲师，学士，主要研究方向为机械制造；侯洪海（1964—），男，河南洛阳人，副教授，学士，
主要研究方向为测量技术。
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图1
智慧工厂组成
图2工作流程
智慧工厂由加工中心、数控车床、3D 打印机、AGV 搬运车、上下料机器人、装配机器人、立体车库和物料输送系统、总控台、MES 软件和CAD 、CAM 软件等组成先进制造实训平台。其工作流程为：启动→取原材料→CNC 加工→雕刻机→在线测量→在线组装→成品入库。该项目为一体化的智能生产
线项目，可以实现从下单到拿货的全自动、可视化、一体化及闭环更新数据信息的生产流程，并通过数据的逻辑计算单元，使系统分散决策并达到自由化的智能工厂。该平台通过MES 软件，可以按照设定的生产节拍，完成物料的自动存取和运输、在数控机床的加工、机器人在线检测和装配等方面达到优化工艺规划，提高产品加工效率和质量的目的。体现当下工厂的实际生产状况，符合国家工业4.0智能制造自动化的趋势；设备组配灵活，可自由组建模式，每台单机设备具备离线单机工作模式和在线联机工作模式；系统具备可集成新的设备，快速升级为新的生产工艺。
2实验项目的开发建设
为充分发挥先进控制技术综合实训中心平台的作用，需要
开发相应的实验项目及实训课程。目前以该中心为依托，开发了四门课程的37个实验，如表一所示。其中包括创新性实验三个。综合性实验1个。以数控加工中心计算机辅助编程综合实验（6个工序）为例，该实验内容为加工一个笔筒，如图3所示。首先进行三维造型设计，数控编程，然后通过MES 软件，按照设定的生产节拍依次控制数控车床操作、加工中心操作，雕刻机操作，其中物料的自动存取和运输通过传送带及码垛机器人完成，成品放入货架通过AGV 小车完成，通过该实验，可以
学习并掌握多门课程的知识。
图3笔筒
表1先进控制技术综合实训中心开设的实验项目
课程名称
数控技术及装备
电气控制与PLC 应用技术
机器人应用技术
三维造型设计
实验项目名称数控机床认知实验
数控车床计算机辅助编程实验一（端面加工）数控车床计算机辅助编程实验二（孔加工）
数控加工中心计算机辅助编程实验一（平面加工）数控加工中心计算机辅助编程实验二（型腔加工）数控加工中心计算机辅助编程实验三（轮廓加工）数控加工中心计算机辅助编程实验四（孔加工）数控加工中心计算机辅助编程综合实验（6个工序）
三相异步电动机联锁正反转控制可编程控制器基本指令编程练习
交通灯的模拟控制水塔水位模拟控制液体混合的模拟控制
输送带与气动机械手臂控制系统设计
温度检查与数据处理系统设计PLC 与触摸屏通讯模拟实验
变频器实训
步进电机在PLC 控制系统中的应用可编程控制器基本指令编程练习可编程控制器基本指令编程练习
触摸屏基础实验触摸屏图像移动实验自动搬运车（AGV ）认知实验报告
AGV 小车的应用编程
机器人认识实验报告
搬运机器人在线编程练习（一）6R 机器人简易示教再现6R 机器人模拟码垛操作
UG NX12.0界面及基本操作
草图设计零件设计（一）零件设计（二）
零件设计综合练习（二）曲面设计（一）：椭圆球形曲面设计曲面设计（二）：曲面的链接
装配体设计工程图设计实验性质演示性设计性设计性设计性设计性设计性设计性综合性设计性设计性设计性设计性设计性创新性创新性设计性设计性设计性设计性设计性设计性创新性演示性设计性演示性设计性设计性设计性设计性设计性设计性设计性设计性设计性设计性设计性设计性
实验指导书
数控编程操作实验指导与报告电气控制与PLC 应用技术实验指导书（SMART
版）电气控制与PLC 应用技术实验指导书（1500版）机器人实验指导与报告
书三维造型设计实验指导与报告（UG NX12.0）3新型实验室取得的教学及科研效果
按照应用型本科教育要求设立的先进控制技术综合实训中心是教师开展数字控制技术、先进制造技术、制造业信息化等科研与实验实训教学的平台，同时开展CAD/CAM 软件操作认证培训，为装备制造业培养了大量的专业知识能力强的应用型工程技术人才。不同专业的学生在先进制造技术中心，可以学习的侧重点有所不同。比如机械设计制造及其自动化专业学生从中了解机械结构、各轴模组结构的公差与配合，机架设计，材料的选型，表面处理，热处理，对工程力学、机械制图、机
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（5）实验项目答辩成绩；（6）期末考试。最终成绩分配比例为网
络学习及练习测试20%，课堂面授综合评价10%，课程讨论10%，实验项目答辩30%，期末考试30%。相比传统教学，大大增加了过程性考核，使成绩评定更加立体、合理化。
4总结
移动教学背景下的“翻转课堂”教学模式拓宽了知识容量、打破了时空限制，使学习更具有个性化，从知识的“传递接受”
推进至“吸收内化”[10]
。基于翻转课堂的“课前自学-课中内化-课后升化”的三步式教学模式，增加了学生学习互动，学生可以自主掌控学习，提高了学生的学习热情，也调动了学生学习的积极性，弥补了传统教学的不足。在新的模式下，教学内容的取舍、视频制作、课堂活动的设计等对教师也是一个新的挑战。课前预习质量、课堂讨论效果都直接关系到课程教学效果的优劣。翻转课堂作为一种新兴的教学模式，应该在今后中的教学中大力推广和探索，为提高教学质量做进一步努力。
参考文献：
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【通联编辑：王力】
（上接第115页）械设计基础，机械工程材料、制造技术基础等课程的实际应用进一步了解学习，开拓创新视野，积淀前沿技术；对于机器人专业学生，可以从中了解机械手结构、运行模式以及控制系统，学生可以学习和掌握ABB 机器人通讯，机械手与各设备通讯。C++或C#等进行上位机软件开发。对于机械电子工程专业学生，还可学习主控通讯，AGV 与主控PLC 通讯，主控发送任务码给AGV ，实现点位控制等知识，PLC 应用和数据通信、Ethernet 技术、CCLIMK 总线技术，上位机（PC 端人机交互软件）应用，C#语言应用，可以培养开发智能产线整线上位机控制程序技术人才。还有三维造型设计与制造、数控编程、机械设计与制造、PLC 控制、机器人编程操作以及3D 打印等操作，提高学生的智能制造水平。中心教学效果显著，使用效益高，满足了综合性、设计性、创新性等现代实验教学的要求，中心除完成正常的实验教学任务外，还可满足课外实践、创新活动、各类大学生学科竞赛等需要。
实验室是高校培养应用型人才的一大重要基地。培养应用型人才是高校建设的一项基本任务，而更易于培养学生创新思维及动手实践能力的实验教学恰恰是培养应用型人才的一个重要手段[7]。因此，实验室便成了高校开展应用型人才培养工作的主要阵地。学生在实验室里可以通过学习实验课程并参与
实验项目研究等获得更多的动脑、动手机会，既有效掌握了分析和解决问题的基本方法，也锻炼了自己的创新意识及思维[8]。也是从这个意义上来说，先进控制技术综合实训中心实验室的建设为应用型教育转型做了有益的探索，这个多功能平
台的使用使其成为当之无愧的应用型人才培养重地，为应用型
中国在线编程高校教育教学质量和科研水平的提升提供了重要保障。
参考文献：
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【通联编辑：王力】
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