绪论:写作既是个人情感的抒发,也是对学术真理的探索,欢迎阅读由发表云整理的11篇自动化生产线实训总结范文,希望它们能为您的写作提供参考和启发。
一体化课程是以国家职业标准为依据,以综合职业能力培养为目标,以典型工作任务为载体,以学生为中心,根据典型工作任务和工作过程设计课程体系和内容,按照工作过程的顺序和学生自主学习的要求进行教学设计并安排教学活动,实现理论教学与实践教学融通合一、能力培养与工作岗位对接合一、实习实训与顶岗工作学做合一。工作页是以学生为中心,通过规范自主学习过程,督促自主学习进度,引导学生独立完成工作,总结、疏理、评价完成该工作所需要的知识和技能点,反馈学生的综合职业能力发展情况,达到该教学项目的培养目标。工作页的开发质量是决定一体化课程最终实施效果因素之一。
本文以电气专业技师层级工作页开发为案例,研究以下两个问题:如何用鱼骨图技术分析工作过程、步骤、输出成果及相应的知识点和技能点,如何设计工作页。
一、如何用鱼骨图技术分析
1.分析工作任务
(1)分析自动化生产线电气联调典型工作任务。通过实践专家访谈会提炼出技师层级的典型工作任务,其中有一个典型工作任务是自动化生产线电气联调,描述如下:自动化生产线是能按照预定程序自动完成一系列生产动作,连续实现多工序生产过程的装置,通常由多个工作站及站间接口拼接组成。每个工作站由机械本体、动力驱动、信号测试、信息处理、执行机构五部分组成,都可独立完成某单一工序。
在制造自动化生产线的企业中,销售部接受订单后,交与生产部门,主管根据合同要求安排生产;在使用自动化生产线的企业中,当自动化生产线出现故障率高、能耗过大、器件老化时,设备维修人员向设备管理主管提出改造、大修申请,经批准后,由设备维修人员进行改造、大修。
在以上两种情况下,技师从负责人处接受任务,阅读分析技术资料,制订联调方案,带领中级工、高级工现场联合调试(电气参数、控制程序、工艺、稳定性等),参与验收,交付使用。
自动化生产线电气联调应遵循合同书或自动化生产线技术文件中的各项参数、指标。
(2)分析气压表外壳模型组装自动化生产线电气联调工作任务。通过实践专家访谈会提炼出的典型工作任务――自动化生产线电气联调中包含了若干具体工作任务,从中精选出有教学价值的工作任务,合并、归类后可分为二类如下:自动顺序动作生产线电气联调,工艺对象为固体;自动过程控制生产线电气联调,工艺对象为流体;
本文以自动顺序动作生产线电气联调(工艺对象为固体)类的气压表外壳组装自动化生产线电气联调为工作任务案例进行分析,利用鱼骨图分析工作任务的工作过程及每个工作过程对应的知识点和技能点。
2.分析工作任务的工作过程
利用鱼骨图技术,访谈企业实践专家后,可分析出气压表外壳组装自动化生产线电气联调工作任务的工作过程如下:
工作过程一:明确工作任务;
工作过程二:制订联调方案;
工作过程三:现场联调;
工作过程四:验收交付;
工作过程五:总结。
3.分析工作过程中的知识点和技能点
在确定气压表外壳组装自动化生产线电气联调工作任务的工作过程后,利用鱼骨图技术分析工作过程相应的知识点和技能点,具体步骤如下:分析完成工作过程的工作步骤;分析每个工作步骤对应的输出成果;分析需要掌握哪些技能,才能完成对应的输出成果;分析需要学习哪些知识,才能掌握对应的技能。
可对气压表外壳组装自动化生产线电气联调工作任务的工作过程、步骤、输出成果及相应的知识点和技能点进行分析。
二、如何设计工作页
利用鱼骨图技术分析气压表外壳组装自动化生产线电气联调工作任务的工作过程、步骤、输出成果及相应的知识点和技能点之后,开始设计工作页,将工作任务转换为学习任务。工作页是以学生为中心,通过规范自主学习过程,督促自主学习进度,引导学生独立完成工作,总结、疏理、评价完成该工作所需要的知识和技能点,反馈学生的综合职业能力发展情况,达到该教学项目的培养目标。工作页的设计开发质量是决定一体化课程最终实施效果的因素之一。
工作页的设计思路要遵循:学习过程设计工作系统化,知识点设计碎片化,技能点设计规范化,输出成果可评价化。
1.学习过程设计工作系统化
学习过程和工作过程一致,学习过程的设计要体现工作的系统化,确保学习过程即为真实的工作过程,培养学生的系统工作能力。设计工作页时,将工作过程转换为学习环节,在工作过程的总结环节,设计为总结拓展,拓展为编写同类任务的联调方案。具体学习环节如下:
学习环节一:明确工作任务;
学习环节二:制定联调方案;
学习环节三:现场联调;
学习环节四:验收交付;
学习环节五:总结拓展。
2.知识点设计碎片化
学生需要综合应用知识和技能才能要完成某一环节的输出成果,自主学习知识点后,能够更加有效地指导技能点的训练,从而能更好地学会知识点,做到手脑并用、知行合一。
为了更好地学会知识点,需要将知识点设计碎片化,逐个知识点设计引导问题。引导问题的设置由浅入深,逐次递进。例如:PFOFIBUS-DP总线参数配置方法知识点学习为案例,设计引导问题:有哪些硬件组成了本条生产线上PFOFIBUS-DP总线网络,需要在哪个软件中配置PFOFIBUS-DP总线网络参数,请选择本条生产线上需要配置的总线通信方案(1主多从MS、1主多从DX、多主1从)并说明理由,请说明你选择的PFOFIBUS-DP总线通信方案配置参数的步骤。
3.技能点设计规范化
在完成上述知识点储备学习后,可设计技能点训练的引导问题,此类引导问题的设计要体现出训练的规范性。设计引导问题:根据《通过PROFIBUS―DP实现带集成DP接口CPU之间的主从通信byte作业指导书》,配置本生产线的PFOFIBUS-DP总线参数;撰写本生产线的PFOFIBUS-DP总线参数作业指导书;输出成果评价标准化。
通过理论知识的学习和实操技能的训练,需要输出一个成果,用于检验学习的质量。输出成果必须可测量、可评价,如:撰写《本生产线的PFOFIBUS-DP总线参数配置作业指导书》。
三、小结
鱼骨图技术是工作任务和学习任务转化的桥梁,通过鱼骨图技术分析出工作任务的工作过程、步骤、输出成果及相应的知识点和技能点之后,开始设计工作页,将工作任务转换为学习任务。
工作页的设计思路要遵循(四个化):学习过程设计工作系统化,知识点设计碎片化,技能点设计规范化,输出成果设计可评价化。
参考文献:
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889(2016)11C-0080-03
课程改革是高职“内涵式”发展中专业建设的重要内容和复合型技能人才培养的主要途径。如何深化高职课程改革,是当前高职实施“内涵式”发展、强化人才培养质量的重要内容。微课是近几年来兴起的一个“新鲜事物”,有些专家学者把它称为“微型课堂”、“微视频课堂”。尽管人们对微课概念、内涵没有统一的说法,但大多认为微课具有微视频的功能,通过内涵丰富的教学设计来向学习者传递课程中某个章节的知识点,可以是课程的重难点、易忘点、易混淆点,甚至可以是某个作业题、练习题和例题等。微课可以不受时间、地点、环境的限制,只要学习者有相应的端终(包括PC机、手机、平板电脑等)都可以进行个性化学习和自主学习,并且可以反复学习。自动化生产线安装与调试是电气自动化专业的核心课程,课程所涉及的“光、机、电、气、信”等核心技术知识对提高学生的专业技能和综合素质具有重要作用。本文将微课引入自动化生产线安装与调试课程改革,开发整门课程的系列微课资源,并以此示范作用引领课程改革的热潮,带动本专业其他课程的微课资源开发。
一、自动化生产线安装与调试课程现状及存在的问题
自动化生产线安装与调试课程经历了“基于工作过程”、“项目教学法”、“任务驱动法”等改革手段,打破了传统的“满堂灌”理论型授课方式,取而代之的是基于项目式教学法,基于工作过程,将专业知识融入具体的项目中,通过对项目的理论学习和动手实践,从而更好地获得对专业知识的理解和技能的掌握。从近年的教学实践看,改革获得了一定成功,学生学习积极性和效果有所改善,但是仍然存在两个方面的问题:一是课程资源单一、单调,不利于学生开展自主性学习和个性化学习。目前课程资源大多以实训指导书、课件、课后习题等为主,这些资源均为阅读性电子材料或纸质材料,对学生的吸引力有限,大多学生理解相对困难,导致课前预习、课后复习、课中学习难以真正落到实处。因此,大多情况依靠课堂老师的讲解、演示和操作示范进行学习,由于课堂学习时间有限,老师也不可能针对每一个知识点、每一个学生进行反复讲解,因而部分学生仍然会感觉学习困难。二是虽然课程采用项目式教学,但仍然没有摆脱向学生“灌知识”的传统教学方法,教师在课堂上依然是不断地“讲知识、讲技能”,而不是给学生“解惑”。
二、微课引入自动化生产线安装与调试课程
由上可见,自动化生产线安装与调试课程的课程资源单一、单调,已严重制约了教师在课堂解惑的主要功能和任务,同时也严重影响了学生的自主学习和个性化学习的开展。如何破解当前的课程改革瓶颈已成为课程进一步深化改革的主要任务。
微课是一种适合于“碎片化”、“个性化”学习的微型视频资源。首先,它是一种“视频”资源,具有吸引力,容易理解。其次,它是一种特殊的视频,它的特殊意义在于观看视频的过程就是仿佛置身于教师的课堂讲授和学生的学习过程,所以这种视频具有“课”的功能,因此特别适合于学生自主学习。再次,微课由学习者进行选择、控制,他们根据自己的学习状况和学习目标选择性地学习,可以跳过视频的某一段或从系列微课中选择所需要的微课进行学习,所以它非常适合于学生的碎片化学习。
微课的兴起给课程改革注入了新的动力,它的巨大优势正好可以弥补自动化生产线安装与调试课程当前存在各种问题和不足。因此,开发自动化生产线安装与调试课程的微课资源对于课程的进一步改革将有更大的促进作用。
三、自动化生产线安装与调试课程系列微课资源的设计开发
(一)课程系列微课资源开发思路。所谓课程“系列微课”,是指将课程设计为若干个系列(或专题、模块),同一系列的微课具有前后衔接和相互依存的关系,系列内的微课不再是单一、孤立的针对课程某个知识点而设计的微课,而是通过若干个微课的学习,系统性地掌握某个专题知识,自主学习和个性化学习得到满足。因此,系列微课资源的开发要从顶层考虑,根据课程大纲、人才培养方案的人才培养规格、职业岗位的能力要求,将课程设计为若干个专题,每个专题对应相应的知识目标、能力目标和素质目标。每个专题下面包含若干个微课选题,微课选题之间具有相对独立性和关联性,符合从易到难、从简单到复杂的认知规律。
(二)系列微课资源的组成结构。微课资源包括核心资源和辅助资源两大类,如图1所示。核心资源有微课视频、教学设计和微课件。教学设计是微课视频和微课件设计和制作的“纲领性文件”,同时微课件对微课视频的设计和制作也具有重要指导意义。辅助资源主要是与核心资源配套的微学习活动记录、微练习测试题、微课反思等教学资源。
(三)系列微课资源开发方法。如何开发微课资源,特别是课程的系列微课资源,需要从课程的微课选题、微课教学设计、微课的视频制作和微课的辅助教学资源等方面来考虑。
1.课程的微课选题。课程的微课选题需要根据教学大纲、人才培养方案和职业岗位需求进行统筹安排,精心选择本专业学生必须掌握的、对学生今后工作就业有帮助的、能够提升学生专业综合技能的内容设计选题。每个选题不能太大,也不能太小,一般每个微课的视频时长为3-10分钟。选题可以是重点难点、易忘点、易混淆点等,也可以是某个操作步骤或实例。具有前后承接关系或同一类型的选题作为一个专题,专题和专题之间具有相对独立的知认结构体系,但又满足本门课程的教学需要。依据上述原则,将自动化生产安装与调试课程设计成5个专题(这里也称之为模块或系列),包括生产线的整体认识、各工作站的电路安装、气路安装、编程设计和联机调试等五个模块,每个专题包含若干个微课,共计29个微课选题,如图2所示。
2.课程的微课教学设计。教学设计是微课的精髓,它是微课区别于微小视频的重要特征。没有教学设计的视频不是微课,反之,微课必定内含有丰富的教学设计。教学设计主要包括教学设计思路、学情分析、教学策略、教学过程和教学反思等几个方面。
(1)设计思路。是对本微课教学设计的一个整体构思,首先要回答为什么要设计这个选题,其作用和意义在哪里,包含有哪些知识和技能。其次要回答通过什么方式或途径来达到上述目标。
(2)学情分析。进行教学设计时还要对学习的对象进行分析,对象不同,其教学策略也不同。
(3)教学策略。微课的教学策略包括教学目标、教学内容、教学的重点和难点、学习环境和学习资源设计、教学方法手段等几个方面。
(4)教学过程。微课的教学过程是微课视频制作的“理论指导”,是微课视频拍摄、录制和制作过程的文字表述。整个过程一般包括片头、课题引入、任务描述、任务展开、小结和片尾等几个步骤。
(5)微课的教学反思。教学反思是对微课教学过程的反馈和思考。根据教学的效果进行反思,存在哪些问题,还有哪些需要改进,需要怎样去进一步解决,同时思考如何更进一步将本微课应用于教学,提高学生的积极性和学习兴趣。
3.课程的微课视频制作。具体如下:
(1)微课视频制作原则。一是要以教学设计为理论指导,视频制作相对简单;二是视频时长为3-10分钟为宜,视频文件不能太大,要适合于网络传输,方便在手机、平板电脑、PC机等终端播放;三是视频画面、配音清晰,音、视频同步;四是视频画面配有适当的字幕,有利于学习对象对视频的理解,同时又不影响对视频学习的专注性。
(2)微课视频制作方法、工具及流程。微课视频的制作方法有PPT录屏、纯视频拍摄、录屏+视频拍摄相结合等三种方法。录屏常用的工具有“Camtasia Studio”录屏软件和“屏幕录像专家”软件。视频的拍摄可根据需要用手机、平板电脑、照相机、摄像机等来完成。拍摄的视频后期需要进行加工、处理。常用的视频处理工具有“会声会影”、“格式工厂”等软件。每个微课视频虽然微小,但其制作过程需要精心设计和团队的通力合作,其制作流程如图3所示。
4.课程的微课辅助教学资料。微课辅助教学资料可根据实际情况设计与微课视频相配套的练习测试题、教学反思和学习活动记录等,帮助学习者课后进一步巩固学习知识,总结学习经验和吸取教训,也可以进行相应的思考提出更好的建议和意见,为进一步完善微课资源的开发提供一些有益的帮助。
综上,自动化生产线安装与调试课程微课资源的开发,进一步使基于微课的教学改革成为可能。同时,开发自动化生产线安装与调试课程的微课资源,为专业课程的系列微课资源开发作了引领和示范作用,对电气自动化专业其他课程,以及其他专业课程的微课资源开发起到模范带头作用。
【参考文献】
[1]王雪.高校微课视频设计与应用的实验研究[J].实验技术与管理,2015(3)
[2]郑炜冬.微课情感化设计:理念、内涵、模型与策略[J].中国电化教育,2014(6)
[3]雷声勇.自动化生产线安装与调试综合实训教程[M].北京:机械工业出版社,2014
[4]李广军. 项目教学法在自动化生产线安装与调试课程中的应用[J].教育教学论坛,2015(12)
[5]刘志强.基于工作过程的《自动化生产线的安装与调试》课程开发[J].晋城职业技术学院学报,2013(2)
[6]钟绍春,张琢,唐烨伟.微课设计和应用的关键问题思考[J].中国电化教育,2014(12)
[7]孟祥增,刘瑞梅,王广新.微课设计与制作的理论与实践[J].远程教育杂志,2014(6)
一、绪论
PLC技能课程作为职业院校里电气自动化技术专业类的一门的专业课程,其重要性不言而喻。它将继电器技术、计算机技术、控制技术、网络通信技术集于一体,是一门综合性、应用性课程。作为学院骨干院校建设重点专业:电气自动化技术专业(工业机器人应用方向)中的一门专业核心课程,本课程主要为培养工业机器人电气设计工程师、制造工程师、销售工程师、服务工程师、品质管理工程师、系统集成工程师等职业岗位的人才服务,故课程设计开发要突出培养学生使用PLC解决实际控制问题的动手能力,使学生掌握最新的技能,并为后续的较复杂的自动化设备及生产线的学习打下坚实的基础。
二、课程内容设计
为了落实“以学生为主体”的思想,课程建设调研期间,对自动化专业的40多位学生进行了PLC课程教学情况的调研。为了实现“以学生就业为导向”,对常州周边4个自动化相关企业进行了调研,并邀请企业专家进校召开课程建设研讨会(有欧姆龙自动化上海有限公司,天地自动化股份有限公司,星宇车灯有限公司、上海ABB公司等企业工程师),根据这些专家对电气自动化专业所涵盖的岗位群进行了任务和职业能力分析。
课程设计时以企业生产岗位典型工作任务为主线,以电气自动化专业应共同具备的岗位职业能力为依据,确定课程主要任务是:培养学生具备分析实际PLC控制系统的能力,能完成简单控制系统的设计、安装、编程和调试工作,并能对PLC控制系统进行日常维护。
课程内容以亚龙科技集团有限公司生产的YL-335B自动化生产线设备[1]为载体,配备欧姆龙CX-one编程软件与西门子STEP7软件,将课程的教学活动分解设计成若干项目或工作情景,主要有:供料站与加工站的控制[2]、装配站控制、分拣站控制、输送站控制、自动线PLC通信、搅拌机的设计等。以这些项目为单元组织教学,将PLC的常用指令分解到各个项目中去。在每一个项目的教学过程中,遵循学生认知规律,融入相关的指令、编程方法、控制系统构建、硬件接线方法、系统调试运行和优化等相关知识和技能。通过对各个项目的学习、训练和具体操作,掌握典型PLC指令的格式、基本用法、功能,了解和掌握PLC系统的结构、地址分配、程序设计以及每个应用项目的软硬件调试的全过程。让学生在做中学,在学中做,加深对专业知识、技能的理解和应用,培养学生的综合职业能力,满足学生职业生涯发展的需要。这充分体现任务引领、实践导向的课程思想。
三、课程考核
本课程的考核有两大特点:第一个特点,本课程将学历教育与职业资格证书体系衔接起来,以就业为导向、以职业技能发展为目标,实施课证融合,实现高职教育专业课程体系与职业标准的衔接[3]。将以骨干院校建设为契机,计划与国际型PLC生产大企业联合开发基于YL-335B自动线设备及CX-ONE编程软件的PLC职业资格证书,要求学生通过校企合作开发的工业自动化技术(PLC)的考核,并获得证书。同时为学生考取维修电工高级证书以及电工技术证书等打下基础。第二个特点,考核由理论考核与实践考核组成,理论考核采用试卷形式,实践考核采用单元考核方式,包括成果、工作态度、工作规范、团队合作等表现。
四、以赛促学
在课程建设过程中,主要老师积极组织学生参加各项与自动化生产线或PLC相关的比赛并获得好成绩。在2012全国高职技能大赛高职组亚龙杯自动化生产线安装与调试比赛中获得一等奖。在2011年首届“亚龙杯”全国高职院校“电气控制系统安装与调试“技能大赛中获二等奖,在自动化生产线安装与调试比赛中获得一等奖。学生对参加此类大赛都非常积极,认真。在选拔选手的过程中,大赛相关信息在学生中流传开来,激起了学生对PLC技术的关注;在准备比赛的过程中,选手突击、强化学习PLC技术,将相关技术应用到自动化生产线上,极大地提高了解决问题的能力;在比赛的过程中,与其他学校选手切磋、竞争,考验了临场应变能力与对PLC技术掌握的熟练程度;赛后,尤其是获得大奖后,增强了学习PLC技术的信心,更激发同学对PLC技术的学习热情[4]。
五、总结
本文就PLC课程设计的教学内容载体、课程考核、以赛促学等相关方面提出了见解。今后还将对该课程的网络教学资源建设、教学评价机制等进行进一步的探索和完善。
参考文献
[1]亚龙YL-335B型自动生产线实训考核装备说明书..
[2]朱林.高职专业课程体系与职业资格认证如何有效衔接[J].职业,2011(24).
[3]廖常初.可编程控制器的编程方法与工程实践[M].重庆:重庆大学出版社,2003.
一、前言
行动导向教学法是一种基于实际工作项目的教学方法,它以工作能力为本位,由一系列教学技术所组成。这种方法对于培养人的全面素质和综合能力起着非常重要和十分有效的作用,所以被世界职业教育界专家所认可和推崇。
行动导向教学打破了解释、示范、模仿、联系这种以四步为教学过程的传统式的教学模式。它是依据实际完整工作行为模式来设计学生的学习环节。一个完整的学习领域由咨询、计划、决策、实施、检查、评估这六个行动过程组成。因此,行动导向教学法又称为六步教学法。两种教学方法最大的区别是传统的教学模式依据学科开展教学活动,而行动导向教学模式依据的则是行为模式。
二、行动导向教学法在《自动化生产线安装与调试》课程中的应用
在专业课的教学中,一般都是将实训、实习安排在课程讲授后进行,这样做法往往是不利于学生对知识的理解、掌握和应用的。而且对于学生智力的开发和能力的培养也起不到应有的作用。为此,我在《自动化生产线安装与调试》课程中打破常规教学方法,充分发挥学生的主体作用和教师的主导作用,注重学生分析问题,解决问题能力的培养和挖掘,设置工作场景,从完成某一“工作任务”着手,通过引导学生完成“工作任务”,以达到教学的目的。从学生接受知识的过程看,知识来源于实践,在实践中得到感性认识,经过反复实践才能上升到理性认识,并回到实践中去。具体方法为:
1.课前准备:教师课前做好详实具体的课前准备,比如:场景的准备,多媒体教学设备的准备、教学任务书的准备、学生完成任务所必需的资料、元器件准备等。学生通过前导课程和查询资料了解这节课工作任务所需的知识能力。比如各I/O分配、电气接线图连接、端子排接线等。
2.下达任务:教师下达本次课程要完成的任务,并下发任务书,任务书包括:职业岗位能力、工作任务、素质要求、规范标准、注意事项和评价表等内容。比如:
(1)设备安装。完成FESTO自动生产线送料单元、机械手搬运单元、物料传送单元和分拣单元的部分器件装配工作,并把这些工作单元安装在MPS模块化生产单元上。
(2)控制要求。在触摸屏上按复位按扭后,装置进行复位过程,当装置复位到位后,由PLC启动送料电机驱动放料盘旋转,物料由送料盘滑到物料检测位置,物料检测光电传感器检测;如果送料电机运行若干秒钟后,物料检测光电传感器仍未检测到物料,则说明送料机构已经无物料或故障,这时要停机并报警。当物料检测光电传感器检测到有物料,将给PLC发出信号,由PLC驱动机械手臂伸出手爪下降抓物,然后手爪提升臂缩回,手臂向右旋转到右限位,手臂伸出,手爪下降,将物料放到传送带上,落料口的物料检测传感器检测到物料后启动传送带输送物料,同时机械手按原来位置返回,进行下一个流程;传感器则根据物料的材料特性、颜色等特性进行辨别,分别由PLC控制相应电磁阀使气缸动作,对物料进行分拣。
(3)电路设计和电路连接。①根据控制要求,设计电气控制电路,并根据所设计的电路图连接电路。②按照给定的I/O分配表,连接送料、机械手搬运、物料传送和分拣单元控制电路。对于分拣单元,按照给定I/O分配表预留给变频器的I/0端子,设计和连接变频器主电路和控制电路,并连接分拣单元的控制电路。
(4)程序编制和程序调试。①根据该生产线正常生产的动作要求和特殊情况下的动作要求,编写PLC的控制程序和设置变频器参数。②调试机械部件、气动元件、检测元件的位置和编写的PLC控制程序,满足设备的生产和控制要求.
3.完成任务:此阶段是行动导向教学法十分重要的环节。通过前一阶段的教师的讲授学生以掌握完成任务的基本思路和方法,按学生的具体情况,分成若干小组,以小组为单位进行分工和协作,完成本次的“工作任务”。
4.检查学生任务完成情况:此阶段分为三个环节,“自评”、“互评”和“点评”。首先,以小组为单位,对本次“工作任务”的完成情况进行自我评价,包括分工情况、完成情况以及在完成过程中遇到实际问题的解决情况和自我打分。然后,教师组织学生进行组与组之间的相互评价,包括“作品”是否符合规范标准情况和相互打分,最后由教师引导学生对此次“工作任务”进行讨论,进行教师点评,找出规律,并对学生作出评价。
三、《自动化生产线安装与调试》课程应用行动导向教学法的特点和作用
1.让学生即学即用,不但激发学生的学习兴趣还可以培养学生的思考能力和解决问题的能力。采用行动导向教学,可以变抽象为具体,变枯燥为兴趣,让学生乐于去实践、去思考。当学生完成了某一工作任务后,会从内心就产生一种喜悦感,一种成功感,一种冲击力,这种力量不仅会增强学生的自信心,还大大提高了学生学习知识和技能的兴趣。最可贵的是可以通过这种教学形式让学生知道团队的力量,增强学生的集体荣誉感和团队凝聚力。
中图分类号:G712文献标识码:B文章编号:1006-5962(2013)02-0027-02
高职机电一体化专业课程设置的培养目标是:面向工业企业生产现场,电气控制系统制造公司、机电设备制造公司、机电设备、电气设备、工控设备制造公司或公司、科技开发公司,培养适应社会需要,全面发展,适应本专业相对应职业岗位的高等技术应用性专门人才,主要岗位群定位是自动化设备安装员、自动化设备调试员、中高级维修电工等,本专业有五个主干学科:电气工程、电子工程、机械工程、计算机科学与技术、控制科学与工程,都是为了岗位需要设置的专业知识。其中《自动化生产线安装与调试》作为一门核心专业课在第四学期进行了贯穿和综合。
1自动化生产线的课程设置
机电一体化专业人才培养能力有:识图绘图能力、机电安装调试维修能力、电控系统调试检修能力、自动线调试维护能力、机电设备管理能力及机电产品营销能力等。《自动化生产线安装与调试》前序课程有PLC技术、传感器技术、电机与控制,后序课程有机床维修等。在我们所要实现的教学目标中知识目标涉及到:机械手工作原理、握机械手控制原理、机械手气动原理、熟悉安全操作规程;能力目标有:对已安装的机械手机械部件进行测量;对机械手的气路进行基本调试;根据故障现象判断故障部位;检查分析、找到故障点并分析解决故障;遵守安全操作规程;素质目标有严谨的职业态度、规范的操作习惯、创新精神、团结协作精神、自主学习精神及沟通能力。
此核心课程以项目驱动教学开展课程教学,提升学生的职业能力,以具体自动化生产线为载体,融合认知、安装、调试和检测等内容,实现教、学、做、评一体化教学,突出课程的职业性、实践性和开放性。以学生为主体,采取多样化教学方法。以自动化设备改造为工作过程,涉及电路图分析、电气图设计、程序设计、设备组装、设备运行调试、设备检测、设备维护等行动领域,设置六个学习情境:零配件拆装、传感器检测、气路检测、异步电机检测、步进电机检测、整体检测调试,分成20个任务。
项目一:供料站的安装,有机械拆装、气路拆装、电器拆装三个任务;项目二:加工站的安装,设计任务有加工站组装、光电传感器检测、限位传感器检测三个任务;项目三:装配站的安装,设计任务有装配站组装、电磁阀检测、气缸检测三个任务;项目四 :分拣站的安装,设计任务有分拣站组装、传送带的检测、异步电机的检测、变频器的检测四个任务;项目五:输送站的安装,设计任务有输送站组装、光纤传感器检测、机械手检测、步进电机的检测、溜板检测四个任务;项目六:整体运行调试,有PLC控制网络构建、程序编写、综合调试三个任务。
2自动化生产线的教学方法与评价设计
2.1教学方法。
(1)讲授法:讲解项目任务,传授项目任务相关的知识点,针对学生实施过程中出现的不足进行知识点的说明。
(2)现场教学法:在符合生产要求的工作环境中进行操作技能和维修应用能力实践,提高职业氛围,在工作过程中提升学生的职业道德、职业素养和岗位适应能力。
(3)任务驱动法:将教学过程融入项目任务中,让学生自主讨论分析实施,学生在工作过程中得到知识。
(4)小组讨论法:学生每六~八人为一个小组,小组讨论分析,讨论解决,分工协作完成项目任务。
六步教学实施:明确任务、讨论分析、制定方案、检测故障、检验效果、总结分析。老师交代目标,注意观察和记录小组对现象分析情况,解答学生提出的问题,对跟主题分析偏离太远的小组予以引导,让学生自行摸索,在后期对学生可能会引起事故或损坏设备和工具的异常操作给予纠正,最后老师组织小组进行故障排除工作汇报,互评,并对每组进行考核评价,再引导学生自行总结。
2.2评价设计。
课程采用过程考核与期终考核相结合、企业考核与校内项目考核相结合、教师考核与学生考核相结合的多元化考核方式,利于理论联系实际,有利于学生的学习创新和思考,更督促他们到实际中去发现和改进,去寻找合适自己的项目和课题。
课程考核为:校内项目,企业,综合实训三大类。当堂课的考核有:教师考核、小组互评、小组自评;教师考核内容为五项:任务分析情况,实施方案制定,任务完成质量、分工协作精神、故障检测手段、安全操作规范、小组总结。
和很多专业课一样,多种教学方法和全面的评价方案,有效保证了教学效果。
3相关课教学
3.1电机与电气控制的教学。
本课程以发电机为主题,以工作任务为导向,以工厂实用型电气控制系统设计、安装、调试与维护情景教学为主线贯穿全课程,用实物进行直观性教学,使学生感性认识强,理性认识够。
典型的教学任务有三相异步电动机全压启动、三相异步电动机长动控制、三相异步电动机正反转控制、三相异步电动机延时启动控制(或三相异步电动机Y-降压启动)、机械手控制等。
课程特色是学生充分利用所学知识、网络资源、闲瑕时间作为期三个月的“继电控制课程设计”。任务书要求能够根据功能要求选择个元器件的类型及其型号;了解个元器件的工作原理和使用方法;把各元器件连接起来实现本课程设计的要求。设计内容和要求:两台电动机都存在重载启动的可能,任何一级传送带停止工作时,其他传送带都必须停止工作,控制线路有必要的保护环节,有故障报警装置。课程设计书要有课题介绍、题目、摘要、总体方案设计、设计目的、控制要求、设计要求、 硬件选型、主电路原理图的设计、 控制电路原理图的设计、重载保护电路设计、欠压保护电路设计、总结。
3.2PLC教学。
PLC是可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller)的简称,早期是一种开关逻辑控制装置,随着计算机技术和通信技术的发展,其控制核心采用微处理器,功能有了极大扩展,除了最广泛的取代传统的继电器-接触器控制的开关量逻辑控制外,还有过程控制,数据处理,通信联网与显示打印,PLC接口采用光电隔离,实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离,减小了电磁干扰。
PLC有5种编程语言:
(1)顺序功能图(SFC)。
顺序功能图常用来编制顺序控制类程序,包含步、动作、转换三个要素。顺序功能编程法是将一个复杂的控制过程分解为小的工作状态,这些状态按顺序连接组合成整体的控制程序。
(2)梯形图(LD)。
梯形图沿袭了继电器控制电路的形式,是在常用的继电器、接触器逻辑控制基础上简化了符号演变而来的,形象、直观、实用,电气技术人员容易接受,要求用带CRT屏幕显示的图形编程器才能输入图形符号,是目前用得最多的一种PLC编程语言。
(3)功能块图(FBD)。
功能图编程语言是用逻辑功能符号组成的功能块来表达命令的图形语言,与数字电路中的逻辑图一样,极易表现条件与结果之间的逻辑功能。
(4)指令表(IL)。
采用经济便携的编程器将程序输入到可编程控制器就用指令表,使用的指令语句类似微机中的汇编语言。指令表程序较难阅读,其中的逻辑关系很难一眼看出,所以在设计时一般使用梯形图语言。如果使用手持式编程器,必须将梯形图转换成指令表后再写入PLC,在用户程序存储器中,指令按步序号顺序排列。
(5)结构文本(ST)是文字语言。
编程语言的学习是PLC教学的一项重要内容,中间加以不同的应用实例:顺序控制电路、常闭触点输入信号的处理,使用多个定时器接力定时的时序控制电路、三相异步电动机正反转控制电路、钻床刀架运动控制系统的设计,LED数码管显示设计,还经常根据继电器电路图设计梯形图。
增加的学习情境还常有如下任务:洗手间的冲水清洗控制、进库物品的统计、竞赛抢答器装置设计、彩灯或喷泉PLC控制;寻找数组最大值并求和运算、电热水炉温度控制等。
3.3单片机。
单片微型计算机就是将CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。用于示波器、报警系统、移动电话、彩电等日常方面,在智能仪器仪表、工业控制、家用电器、计算机网络和通信领域、医用设备领域、工商,金融,科研、教育,国防航空航天等领域也都有广泛应用。
数据大都在单片机内部传送,运行速度快,抗干扰能力强,可靠性高,微型单片化集成了如看门狗、AD/DA等更多的其它资源。教学内容以80C51为核心讲授单片机的的引脚、存储器组织结构、典型语句,以实例应用为线索:单灯受控闪烁、P1口外接8只LED发光二极管模拟彩灯、单片机做加、减、乘、除运算等项目。各子任务都作硬件电路及工作原理分析、主程序流程图设计、源程序的编辑、编译、下载、单片机的I/O接口分配及连接。
教学采用ISP-4单片机实验开发板,可以完成大量的单片机学习、开发实验,对学习单片机有极大的帮助。该板采用在线可编程的AT89S51单片机,有程序下载功能,可将编辑、编译、调试好的单片机代码下载到AT89S51单片机中。
3.4变频器技术及应用。
变频技术让学生熟练掌握各种电力电子器件的工作原理、主要参数、驱动电路与保护技术;掌握交-直-交变频器、交-交变频器、谐振型变频的工作原理和应用范围;掌握脉宽调制控制、矢量控制和直接转矩控制等先进技术;了解变频器与感应电动机组成变频调速系统、变频器与双馈电机组成调速系统、变频器与同步电动机组成变频调速系统,掌握电力电子电机系统的组成、工作原理、控制方法、运行特性等,是强电应用和现代技术推广的有力体现。
3.5传感器与自动检测技术。
传感器技术代替人的感观,在各种环境下应用,检测技术是一套有效的反应体系,包括信息的获得、测量方法、信号的变换、处理和显示、误差的分析以及干扰的抑制、可靠性问题等。因此掌握常用传感器的工作原理、结构、性能,并能正确选用,了解传感器的基本概念和自动检测系统的组成,对常用检测系统有相应的分析与维护能力。对工业生产过程中主要工艺参数的测量能提出合理的检测方案,能正确选用传感器及测量转换电路组成实用检测系统的初步能力。
教学过程进行小论文制作,让学生提高计算机应用水平,使学生从文字处理水平提高到办公处理水平。对分节、目录、文献标识作严格要求。题目如数字显示电子称、基于霍尔传感器的转速表、单片机电子秤研究、光纤测温仪、烟雾报警器、小车寻迹设计、电熨斗自动恒温系统、电涡流探伤、电感测厚仪等。
4毕业论文指导分析
毕业论文专业联系实际,通常小型自动化系统以单片机为主,大型自动化生产线以PLC为主,系统运行动力离不开电机,观察离不开传感器,调速可用变频器,综合所学,学生的论文涉及广泛,有效教学可对应从如下方面侧重指导。
4.1立意选题。
根据实际和研究方向做好侧重和体现,如“触摸屏控制的碱液配置系统”和“两种液体混合装置的PLC控制系统”的系统性和方向性,“车库自动门的PLC自动控制”和“测速雷达信号处理系统”的检测指标要求等。
4.2材料整合。
在任务要求明确的基础上,首先确定相关技术指标,对应查找并列出论文结构,一份毕业论文至少含有三到五门课的内容,对应于研究方向进行相应编排和取舍。
4.3技术处理。
所搜集图片的背景往往有水印,要去掉,图片按要求进行不同方向的剪切。图表里的文字应是五号或小五,注意表格标题要单独标出等等格式要求。流程图、梯形图的设计与表现。
多种教学方法和理论联系实际教出具有学习能力和创新能力的学生,系统的学习与应用创造练就出具有竞争力的学生,专业课的有效教学和毕业论文的顺利设计将显示本专业沉甸甸的含金量。
参考文献
[1]吕景全.《自动化生产线安装与调试》,中国铁道出版社,2010年7月
[2]马玉春.《电机与电气控制》,北京交通大学出版社,2011年1月
关键词:高职院校;机电一体化专业;毕业设计;教学改革
作者:曾思通
1前言
《教育部办公厅关于加强普通高等学校毕业设计(论文)工作的通知》(教高厅〔2004〕14号)指出,毕业设计实践环节是实现培养目标的重要教学环节,在培养大学生探求真理、强化社会意识、进行科学研究基本训练、提高综合实践能力与素质等方面具有不可替代的作用,是教育与生产劳动和社会实践相结合的重要体现,是培养大学生的创新能力、实践能力和创业精神的重要实践环节。高职院校的毕业实践教学环节有别于一般专业课程中的实验实训实践教学,在实践内容、实践教学方式、考核方式、评价体系等各方面都没有统一的规范和标准,因而如何实施这一实践教学环节,历来是各高职院校研究和探索的重点和难点。
台湾技职教育在毕业设计特别是实务专题制作上颇有建树。2017年,笔者赴台进行为期33天的教学改革学习,深入了解了台北城市科技大学毕业设计(实务专题)的设计及制作过程,观摩了台湾科技大学、正修科技大学等电机工程系的专题成果展;再通过对大陆相关院校的调研,以及根据自身多年从事机电一体化专业毕业设计指导的经验,总结目前高职院校毕业教学环节存在的不足,并提出相应的教学改革和实践方法。
2高职院校毕业设计存在的不足
以毕业论文取代毕业设计实践环节毕业论文是为获得学位资格而撰写的学术性较强的研究论文,是衡量可否毕业及申请和授予相应学位的基本依据,要求在一定的研究方向内选择论题或课题,对相应的学术问题进行研究论证[1]。针对本科教育的毕业设计(论文)并不适合于培养高素质技术技能型人才为目标的高职教育。高职院校毕业设计环节要求体现以“职业能力培养”为主线,沿用本科院校的毕业设计(论文)模式,势必不能达到高职院校毕业设计环节的培养目标和要求。
以综合性实验报告或说明书作为毕业设计终结材料有些院校考虑到学生综合能力特别是理论水平不够,无法完成较高质量的毕业设计,于是索性放弃毕业设计环节,直接让学生提交一份综合性实验报告或说明书作为毕业设计材料。这些综合性实验报告或说明书往往又有教材、网络资料可查阅、参考,于是一部分学生有恃无恐,很少把精力放在毕业设计上,最终提交的材料质量往往让人大失所望。
以下企业实习的实习报告作为毕业设计以毕业顶岗实习报告代替毕业设计的高职院校也不在少数。通过调研和下企业检查,毕业顶岗实习也存在一定的不足,很难达到期望的效果和目标。企业鉴于自身经济效益、管理模式以及实习学生能力的考虑,往往让学生从事相对简单,重复性、专业性不高的工作。在毕业顶岗实习还不尽如人意之际,简单地让毕业生全部以实习报告顶替毕业设计,往往导致学生为完成任务而虚构实习内容或网络抄袭相关实习报告。
以实务专题形式开展毕业设计以实务专题的形式开展毕业设计是近年来一些高职院校采取的方式。实务专题是借鉴台湾技职院校各学科专业普遍推行的专题制作课程,通过专题制作过程培养学生发现问题、分析问题、解决问题能力,整合应用专业知识及综合技能,还能提升团队合作、独立思考、逻辑思维、论文撰写与口头报告等诸多能力[2]。实务专题环节主要包括:根据学生的生活、工作实际情况,收集信息、查阅资料,确定具有一定实际意义的选题;提交方案的可行性报告、实施计划、耗材清单预算、采购方案、预期成效;按计划开展实务专题制作;提交设计说明书、答辩PPT、视频;展示产品的功能等。
实务专题制作相比于传统的毕业设计(论文)具有一定的优势,取得较好的效果,但在实施过程中也逐渐暴露一些问题。目前实务专题面临的主要瓶颈有选题难度逐年增大、专题工作量差异大、考核标准不统一、教师指导工作量大、资金有限等。
毕业答辩流于形式通过广泛调研,不少高职院校存在毕业答辩不规范、流于形式,毕业设计通过率百分百甚至没有毕业答辩环节的现象。于是不少学生心存侥幸心理,简单随意应付毕业设计,在学生中产生不良影响。教师对于这样的现象难以遏制,对学生越来越没信心,最终使毕业答辩越来越流于形式,失去应有的作用。
3高职院校毕业设计理念
《教育部办公厅关于加强普通高等学校毕业设计(论文)工作的通知》(教高厅〔2004〕14号)提出,高职高专学生的毕业设计要与所学专业及岗位需求紧密结合,可以采取岗前实践和毕业综合训练等形式,由学校教师与企业的专业技术人员共同指导,结合企业的生产实际选题,确定训练内容和任务要求;时间应不少于半年;对高职高专学生要加强毕业设计环节的规范管理,加强过程监控,严格考核,采取评阅、答辩、实际操作等形式,检查和验收毕业设计成果。基于高职院校人才培养目标、高职学生的特点以及毕业设计实践教学环节的特殊性,毕业设计实践教学环节的基本理念有:以“职业能力培养”为主线,坚持以高职教育培养目标为依据,遵循“以应用为目的,以必需、够用为度”的原则,以“掌握概念、强化应用、培养技能”为重点,力图做到“降低理论要求、精选设计内容、加强基础技能训练、突出应用实践”,注重学生应用能力、创新意识、创新素质的培养。
4高职院校机电一体化专业毕业设计实践教学改革
强化毕业设计教学环节的各级管理毕业设计工作涉及学校培养目标、科研水平、教学管理、教师教学以及学生能力提升等多方面因素,在所有教学工作中占有极其重要的地位。学校应建立职责清晰的毕业设计管理体系,明确相关管理机构、系部、教研室及相关人员职责;各系部、教研室应根据自身专业特点建立毕业设计管理和实施方案,并上报相关管理机构审批。相关规章制度应包括:选题审批制度;开题报告环节,建立过程考核特别是中期检查制度;答辩资格审查制度;答辩制度等。
将技能大赛与毕业设计结合高职院校职业技能竞赛旨在培养和检验学生的动手实践能力、团队协作能力、发现问题及解决问题的能力、创新能力、安全意识等职业素养[3]。相关高职院校都在机电一体化竞赛仪器设备上做了大量投入,而很多机电一体化竞赛平台在培养学生综合职业技能、素质上可以发挥非常好的作用。
近年来,高职院校机电一体化专业省级、国家级相关的技能竞赛主要有自动化生产线的安装与调试、数控机床装调与技术改造、机械设备的安装与调试、工业机器人技术应用等。各院校的硬件设备都较为丰富,通过充分利用这些综合性硬件平台,可以为机电一体化专业学生的毕业设计提供很好的平台。通过多年的摸索,福建船政交通职业学院通过竞赛平台开展毕业设计取得较好的效果,积累了一些经验。下面以学院机电一体化专业利用自动化生产线的安装与调试技能竞赛平台开展毕业设计为例,进行说明。
福建船政交通职业学院作为福建省自动化生产线实训基地,拥有多套不同系列自动化生产线平台。为了使学生在毕业设计过程中较为系统地应用所学机电一体化专业知识,培养和提升学生的综合职业素养,在机电一体化专业毕业设计过程中,选择基于自动化生产线平台设计与实现的、学生需要完成的基本任务有:通过调研和查阅相关资料,了解自动化生产线相关背景、发展现状、发展趋势等;学习和掌握亚龙三菱335B自动化生产线平台,涉及PLC技术、传感器技术、气液动技术、变频器技术、组态技术和电机驱动等;根据生产实践案例,设计基于亚龙335B平台的仿真实践系统,自行设计自动化生产线的工作目标和控制要求;完成工作任务细节,并展示系统功能;查阅相关技术手册,整理归纳亚龙335B自动化生产线平台西门子和三菱系列的区别,最后将完成的自动化生产线控制系统相关的控制器、变频器等由三菱系统改造为西门子系列;完成毕业设计过程的设计说明书、相关视频、答辩PPT等。
将创新融入毕业设计近年来,国家高度重视科技创新,并将创新摆在国家发展全局的核心位置[4]。在国家实施知识产权强国战略的背景下,高职院校应越来越重视创新创意的教学与实践。毕业设计作为高职院校完成培养目标的重要实践教学环节,应大力提倡创新设计、创新意识,逐渐提升学校整体科技创新能力。首先应积极鼓励和引导学生在毕业设计选题时始终贯穿创新性原则;其次是允许老题新做,追求在某些环节、机构、功能上突出变化,不断提升专业专题设计的专业水平、创新意识和创新思维;最后要积极鼓励学生就毕业设计中设计并完成的机电一体化产品参加相关成果展、创新创业比赛以及申请相关专利等。
以福建船政交通职业学院经济型激光雕刻机毕业设计专题为例,该作品是机电一体化技术专业学生“机电创新专题”DIY作品。学生利用数控知识,借鉴3D打印机的相关原理,设计了激光雕刻机的机构、控制电路并编写了控制程序。激光雕刻机设计并实现后,学生利用该作品免费给广大师生在U盘、手机、纪念品等物品上雕刻姓名、图案等,取得很好的影响。该作品参加了2016年海峡两岸大学生创新创业暨两岸教育成果展并荣获一等奖,在学院首届黄炎培杯创新创业大赛中获得金奖,申请并获授权实用新型专利。
调整毕业设计时间多数院校将毕业设计安排在第六学期,难免造成毕业设计与顶岗实习、就业的冲突。根据机电一体化专业的学期教学安排以及毕业设计的特点,对毕业设计的时间安排做了调整,主要有:
1)实行导师制,在第四学期初为学生安排毕业设计导师,并于第四学期末完成选题,汇总教研室;
2)第五学期前两周完成开题报告;
3)第五学期期末完成实务制作,并开展中期检查,要求学生在中期检查前完成实物制作并展示作品功能,中期检查成绩占最终成绩的60%;
4)第六学期期末完成实务专题设计说明书、答辩PPT,参加毕业答辩。
5毕业设计改革实践成效
首先,毕业设计教学环节的改革完善了学校、系部的教学管理体系,强化了师生的质量意识。
其次,通过技能竞赛与毕业设计相结合,不仅有效利用了技能竞赛设备平台,也缓解了毕业设计选题难的局面,同时活跃了学生参加技能竞赛的氛围和热情,提升了学校技能竞赛的成绩。教育部公布的2017年全国职业院校技能大赛高职组的获奖名单,福建船政交通职业学院获奖数量达57个,位居全国第二名。
再次,学生创新能力得到培养,教师科研能力显著提高,学校的科研创新水平得到提升。在毕业设计环节大力提倡科研、创新,培养了学生的创新能力和实践能力,学生在相关竞赛中均取得优异成绩。同时,毕业设计实践教学环节丰富了教师的实践知识和实际工作经验,科研能力和学术水平都得到提高。
最后,毕业设计改革提升了学生毕业设计的水平,锻炼、培养了学生的职业素养和职业能力,也提高了企业、社会对学生和学校的认可度。
参考文献
[1]赵艳霞.高职毕业设计(论文)的现状分析与改革[J].湖北函授大学学报,2014,27(4):104-105.
作者简介:丁度坤(1981-),男,广东汕头人,东莞职业技术学院教师,博士,研究方向为机器人技术、光机电一体化,高职教育。
课题项目:广东高职研究会重点课题“增强高职院校工科类学生工程体验方法研究”(编号:GDGZ11Z001),主持人:丁度坤;东莞职业技术学院校级课题“PCB板微钻视觉检测方法研究”(编号:2011c13),主持人:丁度坤。
中图分类号:G712
文献标识码:A
文章编号:1001-7518(2012)18-0086-04
高职院校承担着为国家培养高技能复合型人才的重任。高职院校的毕业生,必须在掌握相关专业技能的基础上,具备相关的工程能力;必须培养相关的职业素养与严谨求实的敬业精神;必须使其在进入工作岗位之前,具备对企业工程文化的认同感。国家工程教育专业认证标准以及美国的ABET对此都有相关的文件规定[1]。
可是目前,大多数高职院校的课程设置,均是偏重于学生专业技能方面的提升,而忽略了对其工程文化、工程能力等方面的培养。学生在进入相关工作岗位之前,普遍缺乏基本的工程经验以及对工程文化的认同和了解。从某种意义上来讲,这也是造成我国企业的产品质量不稳定的根源所在。
培养工程类毕业生的工程能力,使得在进入相关设计制造岗位之前,对企业工程文化具备一定的认同感,培养其严谨朴实的敬业精神,有利于从源头上保证产品的生产质量,具有极其重要的意义。本文将以培养学生的工程能力为主线,以机电类学生为研究对象,构建工程能力与工程文化一体化教学的自动线实训课程,着力使学生获得一种类似于实际的工程体验。
一、体验感在工程类人才培养中作用
体验感的概念来源于心理学,指的是人类在与环境的交互中所获得的个人经验。概括地讲,人的知识来源有两大途径:一是通过书籍、老师传授、图片或者文字等方式间接获得;一种是通过实践直接获得。而体验感更强调的是后者,从某种意义上来讲,通过实践直接获取的知识要比通过间接手段获取的知识更为重要。这是因为环境的信息可为学习者提供丰富的背景,方便学习者协调与更新自己的知识体系;另一方面,体验过程中获得的成功和奖励也会使学习者建立起更为浓厚的兴趣和自信,激励其不断获取新的知识。
体验感教育对工程类的人才培养尤为重要,因为工程类的课程绝大部分均是实践性相当强的课程,工程科学本身也是在不断地发明与创造新事物中得到发展的。可以说,工程知识的认知过程就是从具体到抽象,再由抽象到具体的反复过程。工程师的知识体系来源于社会生产的实际。将工程体验感融入工程类课程的教学当中,有助于学生更好地理解各种基础知识和专业知识;有助于培养学生严谨朴实的敬业精神;有助于学生正确认识理论与实际、知识与能力的关系;有助于学生发现自己的优势和兴趣,为其未来的就业奠定基础。回忆我国第一批大学生的成长历程,他们绝大部分都有工厂、农村的实践经验,所以尽管他们的理论基础不如应届高中毕业生,但他们的理解与接受能力却要比应届高中毕业生强,因此这批学生在毕业后很快就成为了各个领域的骨干,在各岗位大显身手,为我国的改革开放做出了巨大的贡献。而反观目前的大学毕业生,入学后就根据学校的人才培养计划按部就班地学习一门又一门的公共基础课和专业基础课。工程经历的缺乏使得各门课程对他们而言都是独立的,无法在相关工程背景的指导下,将各门课程有机地联系起来,构筑自己的知识体系,也就更谈不上能力的形成了。不少学生,学了一个学期的课程,都还没弄清楚这门课程的用途,要一直到走上工作岗位,从事了相关的技术岗位,参加了一些实际的工程项目,才能理解在校期间所学课程的作用,这严重制约了个人未来的发展。
为培养学生的工程能力,营造一种工程体验感,国内外许多高等院校均专门开设了相关的课程。如美国哈佛的三一学院工程系就开设了“工程设计导引—移动机器人”课程,每年选课人数约2O人。课程以灭火机器人竞赛为背景,通过研制参赛的机器人,“旨在为学生提供一年的工程经验,以培养专业技能,建立专业视角,了解工程世界的社会与人文环境”[1]。麻省理工学院的航空航天工程系开设了“航空航天与设计导引”选修课。通过课堂教学、互联网教学和航天器设计项目为学生营造了“提供真实的工程体验”[1]。瑞典的林克平大学开设了名为“Engineering Project Y”的工程导引课程,学生将用一学期四分之一的学时修该课程。课程包括讲课、讨论、项目工作和项目总结报告几个部分。每年大约有140名学生选课,来自5个系的教师参与指导,构建10个不同的项目。每5个学生为一组开展工作,完成从构思、设计、实现到评价的全过程[2]。Joy Beatty等提出了一种游戏式的教学模式,针对计算机工程需求分析师的课程特点,设计相应的游戏项目,让学生在游戏中得到相关知识的工程体验[3]。René Sallier等根据测试专业学生的特点,设计了血压测试项目,使用了NI公司的LabVIEW平台,让学生自主去构建相关的软硬件,并体验血压测量,增强其工程体验[4]。国内深圳大学的费跃农等以机器人教学套件为载体,为新生开设了灭火机器人的早期工程体验课程,旨在增强学生的学习兴趣[1]。
二、机电类专业人才培养目标探索
近年来,随着我国制造业的持续发展以及国家产业政策的调整,各企业普遍出现了“招工难、用工难”的困境,生产设备的自动化是解决上述问题的最佳途径。它能有效地缓解企业“用工难”的困境,提高劳动生产率,保证产品质量的一致性,且能将人类从单调、恶劣的生产环境中解放出来,是未来制造企业的发展方向。全球知名的制造企业—富士康甚至提出了百万“机器人大军”计划,计划在未来十年内,在生产线上配置百万台机器人,用来代替人工进行生产、搬运。而以单片机技术、液压气动技术、电气控制技术、传感器技术、PLC技术、网络及通讯技术等多学科交叉的机电一体化方向正好顺应了这一趋势,在近年来也得到了迅猛的发展。
现在,基本每个工科类的高职院校都开设了机电一体化专业方向,可是目前国家却没有关于机电一体化方向的专业标准出台,这使得各院校在机电一体化专业的课程设置方面,各有特色,有的偏机械方向,而有的偏重于电气方面。同时,由于缺少机电一体化的职业技能评价体系,以及机电产品本身的复杂多样性,使得机电一体化方向在人才培养方面存在很多急待解决的问题。如何明确机电人才的培养目标、加强专业建设、并以此制定相关的人才培养方案成为了摆在各院校面前的一道研究课题[5-7]。
培养目标的确定对高职院校而言是非常重要的,它直接关系到后续专业课程的设置,直接影响到学生在校期间学到知识的多少、掌握职业技能的深浅、毕业时能从事的岗位以及是否能较好地胜任相应岗位的工作等实际问题。
我院近年来非常重视对机电方向人才培养目标的修订,通过召开培养方案研讨会、到相关企业调研、毕业生信息反馈等方式,着力于制定最合理的人才培养方案。从调研的情况来看,目前,机电一体化方向毕业生的就业岗位群主要有:(1)机电一体化设备和自动生产线的运行、安装、调试和维护;(2)各种机械设备的自动化、数字化改造;(3)自动化生产车间的生产工艺设计、质量管理、生产管理等岗位;(4)新兴的岗位如机器人的维护、维修技术员等。
据此确定了我院机电一体化方向的人才培养目标为:自动化生产设备的安装、调试、操作、维护与管理。围绕此培养目标,我院将机电类的课程划分为四大模块,分别为:职业工具课模块、职业基础课模块、职业核心课程模块以及职业选修课模块,如图1所示。
三、机电类工程体验一体化实训课教学设计
为使学生获得一种更为真实的工程体验,我院从多个方面进行了探索。选取了“自动线的安装与调试”实训课作为试点,将工程文化课也融入其中,如图2所示。将其贯穿于整个实训课的开始、实施以及最终的课程评价当中,极力营造一种类似于实际生产的全过程,使得学生获得一种接近于未来实际工作岗位的工程体验,培养其团队协作能力、沟通能力以及严谨朴实的工作作风。
(一)工程文化课程的选取
工程文化是指企业在实际的生产经营活动中,逐步形成的、为全部员工所认同的、带有特色的价值观、生产作风、经营理念、企业精神、企业道德准则等各方面的总和[8-9]。它是企业全体成员在长期的生产与经营活动中日积月累而形成的,是企业的灵魂所在。优秀的工程文化是企业在激烈的市场竞争中出奇制胜的法宝,是企业实现可持续发展的软实力。从目前许多院校毕业生顶岗实习与就业情况发现,大多数毕业生并不能适应企业的要求,难以真正转变为一名合格的企业员工,适应岗位需求。而从用人单位反馈来的意见又可看出,毕业生的专业技能并不是当前用人企业看重的第一要素,企业更为重视的是员工的基本职业素质、对企业的忠诚感以及对企业工程文化的认同程度。所以,在校期间提前对学生进行企业工程文化的相关教育,培养他们对工程文化的认同感就显得非常重要。
而一个企业的工程文化,往往是各具特色的,但也有其共性所在。因此,选取了最具代表性的工程文化四大共性部分作为我院学生的工程文化培训课程,它们分别为:企业对员工的职业素养要求;6S理念(即整理、整顿、清扫、清洁、素养、安全);企业的品质理念;企业的生产管理理念(选取了丰田的看板管理方法)。将这些共性的企业文化贯穿于实训课的全过程,培养学生对工程文化的认同感。
(二)工程体验实训课的设计
为使学生获得一种类似于实际生产的工程体验,选取了“自动线的安装与调试”实训课作为实施载体,并在其中贯穿了相关的企业文化课程。我院的“自动线安装与调试”实训是作为“机电一体技术”理论课的实训课程而专门开设的,课时为84学时,共历时3周时间。要求学生在实训前必须具备电工电子基础、传感检测基础、PLC编程基础、电机原理与驱动等前期知识。
实训课选取的设备是亚龙公司的YL-335B自动化生产线实训台,如图3所示。它模拟了一条自动化生产线的下料、搬运、加工、装配、分拣的全过程。
整条生产线包括了5个工作分站(即供料站、搬运站、加工站、装配站与分拣站),各分站使用了西门子的S7-200PLC进行控制,可对其进行单独控制,也可将各PLC组合起来,进行联网控制。根据实验台特点,将实训课划分为供料站、搬运站、加工站、装配站、分拣站的拆装与调试,以及整线的安装与调试六大实训模块,每个模块均可自成一体,对学生的机械拆装、电气路连接、PLC编程、触摸屏技术等多个方面进行训练,提高其专业技能。以其中的“供料站拆装与调试”实训课为例,其具体的教学过程如表1所示。
(三)课程的实施与评价
课程的具体实施过程是先由指导老师讲授企业工程文化课,以及讲解体现企业工程文化的实训注意事项,总共为12学时。然后进入实训环节,实训环节极力模拟实际自动化生产设备的安装调试过程,采用采用小班制,每班学生数在40~50人之间,以小组形式进行实训,各组配备一台实训台,各小组的学生数为5人左右,配备2名专业教师进行指导。
对每一模块的实训,其教学实施过程是先由指导教师对实训内容做简单讲解,然后并对各组下发任务书,最后对各小组的完成情况进行评价,相关的评价标准如表2所示。
四、结束语
工程能力的匮乏是我国高职院校学生普遍存在的问题,直接影响了学生对未来的岗位适应程度,乃至企业产品的品质等方面。因此,本文以“自动线安装与调试”实训课为载体,融入了职业素养、企业6s理念、企业的品质理念以及丰田的看板管理模式等共性的工程文化课程,极力营造一种类似于实际的工程环境,进行工程体验一体化实训课教学的探索,使学生在实训的同时获得一种工程体验感。
从实施的效果看,参加过工程体验实训的同学,其对未来工作岗位的适应能力明显增强了许多,实训的效果也有了显著提高。去年我院第一次参加“自动线的安装与调试”全国技能大赛,就取得了团体三等奖的良好成绩,这也从另一侧面说明工程体验一体化教学的有效性。
参考文献:
[1]费跃农,邱建,李卫民,等.早期工程体验课程的设计与实践[J].实验技术与管理,2008,25(12).
[2]Edward Crawley eta1.Rethinking Engineeirng Education:The CDIO Approach[M].NewYork:Springer,2007.
[3]Joy Beatty,Mike Alexander. Games-Based Requirements Engineering Training: An Initial Experience Report[C]. NewYork: IEEE press, 2008.
[4]René Sallier, Rüdiger Miβler, Andreas Schütze. VenDASys –a versatile experimentation platform for educational purposes[C].NewYork: IEEE press, 2010.
[5]林昌杰.高职机电类专业学生能力培养的探讨[J].武汉交通职业学院学报,2004,6(04).
[6]孙余一,黄玮,杨普国,等.机电一体化技术专业顶岗实习质量保障体系的建设[J].昆明冶金高等专科学校学报,2010,26(06).
中图分类号:G712 文献标识码:A 文章编号:1672-5727(2012)12-0102-02
《自动化设备及生产线》是机电一体化专业、数控专业等必修的一门课程,涉及机械技术、电子技术、计算机技术、液压气动技术、传感器技术、可编程控制技术等相关知识,是一门综合应用能力较强的课程。学生通过课程的学习,要掌握各种自动化设备及生产线的运行控制原理、安装与调试的基本技能。要想教好、学好这门课程,必须让学生将相关基础专业课的知识有机融合在一起,构建一个完整的知识体系。教师采用的教学方法不得当,就不利于学生构建完整的知识体系,往往顾此失彼,不利于培养学生的综合技能,更不能满足企业的要求。有鉴于此,在《自动化设备及生产线》课程教学过程中采用项目教学法,能够调动起学生的学习兴趣,高质量地完成教学目标,增强学生的职业技能,并逐步培养学生的辩证思维能力、综合思考与动手能力、团队合作精神、创造能力和进取精神。同时,采用项目教学法,符合职业教育“以就业为导向、以能力为本位”的基本要求,符合职业教育的培养目标。笔者拟结合实际案例,阐述项目教学法在《自动化设备及生产线》课程中的应用。
项目教学法概述
项目教学法是以典型产品为载体设计学习项目,以工作过程为线索设置课程教学过程,按照工作的相关性来组织课程的教学内容,以职业能力的形成为依据选择课程内容并以完成工作任务为主要学习目的的教学模式。项目教学法的最大特点是“以用促学”,即以任务为驱动,将工作作为课程内容的载体,实现理论知识与实践技能的有效整合,以项目为主线、学生为主体,改变以往“教师讲,学生听”被动的教学模式,创造学生主动参与、自主协作、探索创新的教学模式。
笔者所阐述的项目教学法是在自动化柔性生产线MPS实训设备的基础上,以生产线的工作过程和工作站为依据,合理设置项目教学的各个工作任务,把理论知识与实践技能有效结合,实现自动化设备及生产线课程的一体化教学。
项目教学法的典型应用
自动化柔性生产线MPS实训设备是一种最为典型的机电一体化、自动化类产品,它是在接近工业生产制造现场基础上又针对教学进行了专门设计,强化了各种控制技术和工程实践能力。该实训设备由8个工作站组成,分别为上料检测站、机械手搬运站、工件加工站、工件分拣站、工件传输站、工件装配站、装配搬运站及立体仓库站,控制系统由西门子PLC完成,具有较好的柔性,即每站各有一套PLC控制系统独立控制,可以学习简单的基本工作站的安装与调试,也可以学习复杂系统的控制、编程、装配和调试技术。
机械手搬运站是MPS实训设备中的第二站,主要完成将工件从上料检测站搬运到工件加工站的待料工位。下面就以机械手搬运站的安装与调试为例阐述项目教学法在自动化设备及生产线课程中的应用。
创设情境,任务引入 首先教师通过播放MPS正常运行视频,并正确操作演示MPS工作流程,学生了解柔性加工生产线加工工艺,观察机械手搬运站的工作过程,并思考如何安装与调试,通过关键问题的引入,分析该工作站的结构组成与调试方法,明确工作目标,引入工作任务。教师活动与学生活动如表1所示。
明确目标,确定任务 通过情境设计,引导学生明确工作目标,布置工作任务,并下发工作任务单。机械手搬运站的安装与调试主要涉及机械装置、气动装置、控制系统和程序调试四部分,考虑到中职学生的特点和项目主要目标,在该次课设计了两个工作任务,如表2所示。
分析任务,制定计划 学生以小组为单位开展工作,每个小组3~4人,其中1名组长,每名成员都有自己的工作角色和工作岗位,组长接到工作任务单后,根据任务要求,进行工作任务细分并制定工作计划,教师可以指导其开展工作。根据机械手搬运站安装与调试的工作要求,学生制定的工作计划如表3所示。
任务实施,互动交流 在明确工作任务和制定工作计划后,学生在组长带领下,在教师指导下,协作完成任务,教师深入到学生之中,了解学生的工作情况,指导点拨并帮助学生处理难解决的问题。学生在完成任务之后,在教师引导下对完成的项目任务中所涉及的相关理论知识进行归纳总结,互相交流,并提出知识扩展和创新之处。表5展示了机械手搬运站安装与调试的任务实施过程。
任务考核,成果展示 任务考核和成果展示,是开展项目教学活动不可或缺的一个环节,考核内容分5S管理、成果展示、项目创新和工作记录四项。各项目小组将工作成果进行汇报交流与展示,教师对展示小组进行考核和点评,同时小组间互相交流和评价。通过成果展示,小组间互相交流任务完成过程中遇到的问题、困难及解决方法、收获和体会等。教师通过小组工作任务的验收和班组成员的表现,给各小组综合评价。评价的方式在项目汇报完成以后,由教师、组长及学生个人进行评价,让学生明确在项目学习中自己的优点,更好地激发学生学习的积极性,同时了解存在的问题,完善以后的项目学习。
任务延伸,知识汇总 工作任务完成后,为了项目学习的延续,教师根据下次工作任务,让学生利用业余时间研究机械手搬运站控制系统的安装与调试和PLC程序调试等内容,并将本次课所涉及的理论知识点汇总整理,为整个机械手搬运站的安装与调试做好准备工作。
通过项目教学法在《自动化设备及生产线》课程中的应用,有效地调动了学生的学习积极性,学生变被动学习为主动学习,突出了工作任务的完成,体现了以学生为主体,教师为指导,“做中学,做中教”的教学理念,同时注重开发培养学生的职业能力、强化团队协作精神、注重工程实践能力的提高应用,最终使学生具有较强的实践动手能力、独立分析问题能力与解决问题的能力,在这个过程中形成良好的职业习惯与职业素养,为今后走上工作岗位打下坚实的基础。
参考文献:
[1]吕景泉.自动化生产线安装与调试[M]北京:中国铁道出版社,2009.
[2]李虹.如何利用项目教学法开展《自动化生产线的调试与维护》教学[J].科技信息,2009(29).
[3]戴士弘.职业教育课程教学改革[M].北京:清华大学出版社,2007.
[4]曾庆乐,周玲.“项目教学法”在《电气系统安装与维修》课程中的运用[J].科技信息,2010(22).
[5]章国华.典型生产线原理、安装与调试[M].北京:北京理工大学出版社,2009.
新世纪新时代,高职教育规模得到较快发展,人们对高职教育的认识偏见在一步步改变。大趋势上看,人们的目光从高职教育的规模扩充上转移到了高职教育的质量上。社会生产需要大量的高技能人才,这已无庸置疑。而今,物欲横流,人们受着各种思想冲击,思想迷茫,甚至有人对“太阳是否还会从东方升起”产生怀疑。在高职校园中,有着对“专业学习的作用”、“专业技能的效果”等产生怀疑。此种氛围下,大力提高教学质量,提高教学效果,提高技能,提高对社会职业岗位的能力适用性,对引导人们对高职教育的信心与信念会起到很好的作用。
另一方面,高职教师们也在感叹,“一个班有五分之一学好了,有二分之一去学了,就很不错了”;“高职教学效果太差,简直在浪费生命,浪费资源”;等等。
以上种种问题,提高技能质量是核心,那么第一要务就是把专业建设搞好,使之更符合职业的特点,符合职业发展与需要规律。
专业建设从外延讲,包括专业培养能力的调整、教师队伍建设、课程建设、教学改革、实践教学、科研能力等方面,考察专业建设要看支撑条件的建设,包括专业布局,学科梯队和依托,专业培养的物质条件,专业培养的目标、方案,课程设置和体系,科学研究的水平,跨学科资源整合等。
一、问卷调查的几个典型数据
2011年5月,对XX学院2009级的模具专业、数控专业、机电一体化专业、机械制造及自动化三二分段近100学生和东莞地区近20家企业进行了问卷调查。现在提取部分数据:
1、您认为当前市场上哪几类机电专业毕业生比较缺乏:
A.机械设计(37.5%);B.电气设计(56.3%);C.数控加工操作(43.8%);D.计算机应用;E.工厂生产设备维护(31.25%);F.楼宇自动化维护(31.25%);G.汽车维修;H.中央空调维护(12.5%);I.其它(请说明)
类别 机械设计 电气设计 数控
加工 计算机应用 工厂生产设备维护 楼宇自动化 汽车维修 中央空调维护 其它
比率 37.5% 56.3% 43.8% 0 31.25% 31.25% 0 12.5% 0
2、您认为相对于贵单位目前要求,机电专业高职毕业生的不足点有:
A.专业知识不够(50%);B.动手能力不能满足需要(50%);C.人际关系较差;D.其它(请说明) __
3、您认为对高职院校机电专业毕业生以下能力的重要性如何?除此之外,您认为哪此素质或能力也是很重要的
4、从对机电人才需求出发,以下课程的重要性如何,请在1-5个等级对应的选项打“√”
以上数据不加以多说,可以从中看出企业或学生对技能的渴望,或对某些课程的失望。为什么呢?是课程设置不合理?是能力培养不够?是学生难教?
二、行(职)业标准引领专业建设的方向与内容
1、行(职)业标准是专业建设的指挥棒
专业建设,简单地说,包括专业目标调整、课程调整、教学改革等。专业培养目标瞄准职业标准,即培养人才具有的能力达到职业要求。此方面内容是关键。对行(职)业标准认识不到位,理解不透,那么随后的专业人才培养方案中的课程设置就会有问题。同时要坚持这一原则,不能因为教师知识结构、教学与实训设备等原因而使用高职人才的培养蛇形或迂回前进。如果这样,在校生上课程积极性的缺失,毕业生的埋怨,甚至学校走向倒闭,都是理所当然。课程设置偏规律,那所谓的教学改革也只是为教师个体服务,为荣誉或职称评定铺路,甚至可以说是“教师在作秀”。
行(职)业标准是对岗位技能要求的总结归纳,它是对完成某岗位任务所具有能力的预测,具有前瞻性,也就相对稳定又与时俱进,高职专业的发展也应紧随其后,培养的人才能力也验证标准或专业能力设置的正确性。
2、归纳行(职)业发展趋势与范围,指导高职教育建立适应一定岗位的专业方向
专业(群)是一个较大的概念,如机电一体化专业。机电一体化技术即结合应用机械技术和电子技术于一体。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用,机电一体化技术获得前所未有的发展,成为一门综合计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术等交叉的系统技术,目前正向光机电一体化技术方向发展,应用范围愈来愈广。若说哪个学校机电一体化技术专业能按这个要求培养人才,那可不得了:要么不是在吹牛就是在忽悠学生。这个范围是太广泛了。作为高职学校教育,在作人才培养方案中,目标能力的培养即文案“具有....的能力”有6-8个就行,使教学过程有了主线,有了重心。如此,将复杂的能力要求多的,范围广的分解成专业方向,更适合高职学生的教学。专业方向的定位也遵行学校的定位,如为某地区服务和输送人才。那么专业方向就具有地区特色。说一个学校培养的学生是通才,特别高职学校,那只能说这个专业教学是纸上谈兵,专业发展也不可能形成它的特色。另外,专业培养目标也不能太狭窄,要求的能力培养只有那么二三个,只适应几种岗位。针对性是加强了,但一届又一届的毕业生就麻烦了,就业可选择性就差了。把种种思想融入到机电一体化专业中:建立机电一体化专业的一个方向――自动化生产线安装与调试方向,符合现代生产发展。有大型和中小型生产线之分,如啤酒灌装生产线、玩具生产线等和汽车制造生产线、船舶制造生产线等。它们的偏重点是不一样的。专业建设时,可不能二者兼顾。
三、课程的设置、学时的分配及教师的知识结构调整是专业建设的重点
专业能力培养与方向定位好了,体现此思想的即为具体的课程安排,将各种能力分解到各种具体的课程中去,象学太极拳,它分阶段学习,各阶段有分解动作,最后连贯,一气呵成,很具有现实意义。如下图机电一体化专业自动化生产线安装与调试方向。
如图所示,除基础课程外,专业课程按此图设置,包括教材的编写、授课学时与顺序等,思路明确、清晰。
四、建立评价体系使专业建设建设成“闭环控制”控制系统
建立评价体系,监控教学效果,是专业建设不可缺失的一环。建立层次式阶段式的评价体系,并以3年为周期进行修订,包括(1)教师教的评价,分二个方面,一是教师的教学内容与课程标准对照的评价;二是教师教的学时分配与进度。(2)实验实训顶岗实习等评价。(3)学生学习效果的评价。
专业建设是一个复杂系统工程,需要花时间与精力及学校的大力支持。专业发展是一个学校发展的基本体现,没有专业的发展就没有学校的发展。专业建设是学校教研室工作的重心。
Key words The design of mechatronic system; teaching system; higher vocational education; reform measures
高等职业教育近几年来在中国得到了飞速发展,高等职业教育的培养目标是具备某一特定职业或职业群所需综合职业能力的,为生产和管理第一线服务的应用型、技术型人才。而传统的课程教学体系已远远不能适应技术技能型人才培养的目标,改革课程的教学体系,加强学生动手和应用能力培养是实现高等职业教育办学特色的根本途径。
高等职业教育机电类毕业生主要面向现代制造业等高新技术企业从事机电一体化产品、现代制造设备、IT产品、生物医药产品等智能化生产线的设计、安装调试、运行维护、生产管理和经营销售等技术工作。“机电一体化系统设计”是高职机电类专业的一门重要的专业核心课程,对培养学生机电产品设计、控制及调试能力具有重要作用。这门课程涉及了PLC、单片机、传感与检测、机电传动控制等多门课程的知识,综合性、系统性和应用性强,仅仅通过课堂教学是远远无法达到这门课程的教学目标的。本文结合“机电一体化系统设计”课程教学中存在的问题,为高等职业教育教学体系的改革做一些有益的探讨。
1 存在的问题
(1)内容多。对机械类专业本科生而言,“机电一体化系统设计”的教学内容包括机电一体化相关概念、机械系统、机电接口技术、气动执行机构、伺服系统、微机控制与编程、检测传感装置、典型机电一体化系统实例等诸多内容。许多学生反映知识点多而繁杂,难以记住。
(2)难度高。“机电一体化系统设计”的教学内容中的步进电机和交流伺服电机的控制,涉及复杂的参数设置和接线,接口技术中涉及不同I/O模块的校准、转换与编程,这些知识抽象,理解起来比较困难,很多同学在学习时都是一脸茫然,叫苦不迭。
(3)不会用。“机电一体化系统设计”课程中涉及许多机电一体化元器件,上课时老师很卖力地讲,学生凝神地听,但是实际中使用这些元器件时,往往不会选择型号,选择了型号又不知道如何接线。
(4)教学方法单一。这是高职“机电一体化系统设计”课程的主要问题。受传统教育观念的影响,课堂形成了“讲台上老师滔滔不绝,讲台下学生昏昏欲睡”的状况,结果是“老师怒其不争,学生却哀其不幸”。这种教学局面形成造成了学生根本无法真正理解机电一体化课程的基础知识,很多学生学了一学期却还不知道如如何控制机电一体化设备,这样的教学无法达到课程的教学目标。
(5)教材内容不适应高职教育的新要求。目前可以将学校中使用的“机电一体化系统设计”教材归为两类,一类是常规类,另一类是项目驱动类。常规类教材按照机电一体化的概念、机械系统、伺服系统、接口技术、控制系统等内容划分各个独立章节。这类教材具有完整的体系、模块化的结构、层次分明的内容,但其重理论轻实践,实理脱节,对职业院校学生的工程应用能力培养不足。如果任课教师按照教材的顺序进行教学,学生就难以搞清楚如何设计并控制某一种机电一体化产品,不利于培养学生的机电设计能力和编程控制思维。项目驱动式类教材能从职业岗位需求出发,以项目和任务引出知识点。该类教材编写形式直观生动,增强了可操作性和可读性。但是,该类教材的系统在面向职业岗位的系统性方面稍显不足。当学生很努力地学会了书本知识,信心满满地去设计一个新项目时,却仍然感觉无从下手。
2 改革措施
2.1 教学目标
教学的目标不仅要使学生必须掌握典型机电一体化元器件与典型机电一体化设备的基本原理,形成机电一体化技术的思维理念,更重要的是根据实际情况会合理选用机电一体化元器件型号,能够根据元器件说明书接线,将若干元器件组合成机电一体化系统完成一定的控制功能。
2.2 教学内容
机电一体化技术是发展非常迅速的一种技术,市场上新技术、新产品不断出现,但现有的“机电一体化系统设计”教材内容比较陈旧,与实际生产脱节;偏重理论讲解,应用实例少,实用性差;实物插图少,内容抽象;机电一体化实例不够典型,不能与前面章节形成有效融合。
根据目前教材中存在的问题,笔者结合多年教学经验,认为“机电一体化系统设计”教材编写应遵循以下要求:理论要本着“够用”和“实用”的原则,依托本地区目前及今后机电领域发展情况,在全面调研的基础上合理选择机电类企业的典型产品所用到的知识和技术作为教材内容。特别是考虑到近十几年非标准自动化设备产业的飞速发展,教材各章节中应包含以下内容:机械技术章节中应包含滚珠丝杆与直线导轨;微机控制章节应包含PLC的常用控制功能及变频器控制;接口技术章节应包含PLC的各种控制模块,尤其是I/O转换模块与温度模块,还应该包含触摸屏技术;检测与传感装置章节中应包含各种接近开关、色标传感器、光电编码器和光纤传感器;伺服系统章节应包含PLC如何控制步进电机和交流伺服电机;气动技术中应包含带磁环的直线气缸与旋转气缸选型与控制;机电一体化产品实例可以选择数控机床、工业自动化生产流水线、电梯、工业机械手等几种典型产品。
教材内容的选择除了要考虑与生产密切结合的实用性外,还应具有理论联系实践可操作性。教材中应增加所讲元器件的实物图片和生产该元器件的知名企业信息,并增加该元器件的典型说明书一份,这样既使学生对该元器件有了全方位认识,又能够学会实际使用时应该如何选择型号。这部分内容可与企业工程师联合共同完成。
2.3 教学方法
“机电一体化系统设计”课程具有知识点繁多、内容不易理解、应用性强等特点。因此,采用形式多样的教学方法,有助于激发学生的学习兴趣,提升课堂教学质量。在授课过程中,每个章节的内容用典型自动化设备引入,先观看视频,再提出问题,通过学习最后解决问题。讲基本元器件的原理时,课前充分发挥学生自主学习能力,让学生广泛查找搜集相关资料,课堂上由学生进行讲解,老师提出一些问题,大家一起讨论。老师做详细讲解时应配合元器件实物,增强学生感性认识。讲基本元器件在实际生产中如何选择时,可以通过企业产品实例,提出使用条件,结合元器件型号和使用场合,选择出适合该产品实例的元器件型号。拿出该课程部分课时,聘请企业的一线工程师结合经验来讲,使学生能够获得来自生产一线的信息,更加深刻地理解所学内容的重要性与实用性。
此外,建立课程的学习网站,将课程的相关内容与资料放入网络中,实现开放性教学,引导学生自主学习和拓宽知识广度,以解决授课学时不足的问题。
2.4 实践环节
实践教学内容应密切与理论结合,每完成一章的内容,应及时安排实验。机电一体化综合实训台可以帮助学生学会使用元器件,完成一定的控制功能,但是由于实训台各部分结构已模块化,这样不利于学生掌握元器件接线方法。为此,综合实践环节的任务安排不应该局限于在综合实训台上完成,而应配备足够的散件,提出控制要求,让学生自己选择器件,完成接线与参数设置,并根据要求编程实现控制功能。对于能力较强的同学,可以安排到自动化企业去完成综合实践,配合企业的实际产品完成某部分控制功能,在实践中积累经验。
2.5 构建机电教学企业
“教学企业”是它集生产功能和教学实训功能于一体,并按市场机制运营,兼顾经济效益、社会效益和教学效益的校企合作实体。它是职业院校谋求自身发展、实现与市场接轨、大力提高育人质量、有针对性地为企业培养一线实用型技术人才的重要举措。我院教学企业的具体的做法是由学院提供场地,与某自动化企业合作,将企业生产设备、技术人员等资源引入学校实训基地与学校设备,按企业化要求组织生产和科研,结合企业自动化生产线订单并结合课程需要开展理论和实践教学。企业的工程技术人员参与“机电一体化系统设计”课程培养方案的制订,教学标准的制定、教学组织的实施、教材内容的编写、一起学生成绩的考核等工作,而且企业技术人员作为兼职教师在“教学企业”中承担的教学工作量不少于30%。在“教学企业”中,通过规范化的运作,将教学实训活动融合在企业的生产过程之中,实现经济利益和教学效益的双赢。由于课程依托教学企业,能够以自动化生产线的设计、制造、调试、检测等真实任务作为教学载体,学生直接参与企业生产经营过程,实现“教、学、做”的一体化,有效提高学生的专业技能和综合素质。
2.6 考核方式
教学中实行理实一体化教学管理模式,突出技能实训教学,实施以“项目课题”为导向的实践性和操作性的现场教学模式。按照职业实践过程设计教学过程、在工作情境中展开教学过程的原则,把专业教育的课堂搬进实习车间(理实一体化教室),给予学生一个仿真工厂的学习环境,学生通过在模拟的企业环境中,模拟企业的工作过程学到实际知识和技能,成长为符合企业需要的现代职业人。
(2)培育教师课程素养,提升课程实施能力。课程实施能力主要指课程在实施过程中教师适应课程改革的实际本领,这种课程实施能力包括认清整体的课改任务,明确课程的实施标准,把握学校的课程需要,做出合理的实施对策,具有基本的操作技能等。教师的课程实施能力直接影响到学生在学校所接受的教育质量,影响到学生未来的发展。精良的师资阵容是实施项目课程的关键。机电专业现有专职教师18人,其中实习指导教师9人;硕士研究生2人,全部达本科及以上学历;高级技师1人,技师17人;专业负责人是省职业教育教科研中心组成员,县级职高机械学科带头人,是2008年江苏省普通高校对口单独招生机械类专业联合考试指导委员会委员。先后有5人出国参加项目课程培训,有7人参加省级以上骨干教师培训,全部参加过江苏省“四新”培训。2005年许根祥老师、老师指导的作品数控铣床安全报警装置,胡亚军老师、储开生老师指导的作品锉刀水平测定装置在江苏省第十四届青少年科技创新大赛均获得二等奖;2006年张健主任指导的作品柱塞式真空、气压多用泵获首届江苏省职业创新大赛一等奖;同年老师在全国第二届数控大赛中获南通赛区教师组加工中心第二名,代表南通参加省里比赛获第八名,获得“南通市群众性经济技术创新能手”的称号,2007年参加江苏省职业学校技能大赛中荣获机电一体化设备的组装与调试教师组一等奖;刘丽萍老师、陆美连老师在市优质课比赛中均获一等奖。
(3)探索新型教学模式,增强课改实验效果。学校始终坚持正确的办学方向,不断开拓,深化教学改革,逐步形成了培养目标突出技术应用性,专业设置突出市场需求性,课程设置突出职业性,教学内容突出实用性,教学过程突出实践性的职业教育与培训的特色。学校致力于新型教学模式的改革探索与实践,确立能力本位的教学指导思想,构建了“三以一化”的课程体系。深化课堂教学改革,“让学生动起来,让课堂活起来”,我校把课堂教学改革情况作为评价教学工作的重要依据,纳入学科及任课教师量化考核。现在,所有教师都能自觉采用新理念、新模式上课,专业课逐步向课堂与实习一体化过渡。
①采用“先做后学”模式。我校立足本校实际,深刻认识现行教学现状与时展要求和肩负输送“合格特长”专门人才重任的差距,积极寻求理论支撑,深入研究论证,大胆改革实践,努力探索“先做后学”的教学模式,取得了较为理想的效果。学生在老师主导作用下,有目的地对教学目标创设一定的实习环境,学生通过实践活动熟记教学内容,并提出实践活动中发现的问题,教师通过课堂教学,将学生在实践活动中掌握的知识连贯起来,并解决学生未懂得的问题。其操作程序主要分为:创设情境实践探索发现问题概括疏导巩固应用。在车工技能训练中,老师先布置本节课的项目任务车削圆锥面,并且告诉学生车削圆锥面可转动小滑板或偏移尾座。学生在实习操作过程中进行尝试、归纳、总结,在何种情况下便于使用转动小滑板,在何种情况下便于偏移尾座。通过这样的实践教学,老师在进行实际理论教学时,就能在实践的基础上轻而易举地得出结论。“先做后学”教学模式是认真贯彻“以就业为导向,以能力为本位”职教教学改革理念的一条有效途径。
②践行项目教学法。我校教学改革中采用项目教学法,以学生为主体,教师为辅助,在实践中应用旧知识、发现新知识、解决问题、提高技能。以行动为导向的项目教学法,把整个学习过程分解为一个个具体的工程或事件,设计出一个个项目教学方案,按行动设计教学思路,不仅传授给学生理论知识和操作技能,更重要的是培养他们的职业能力。我校自动化生产系统项目课程就是集机械、电子等基础课程知识为一体的综合实践课程之一。该项目课程以自动化生产线为依托,将机电一体化专业中相关的模块有机地融合在一起。通过学习,学生可以初步掌握将机械系统、传感器及控制软件等机电一体化要素组成各种性能优良且可靠的产品的技术,掌握自动化生产线、机电设备控制程序设计方法、系统综合调试能力。给学生提供了一个典型的综合科技环境,使学生将学过的诸多专业项目模块在这里得到全面认识、综合训练和相互提升。