对五年制高职教育而言,由于培养目标定位在为企业培养高技能型人才上,通过机电专业综合实训课程的学习,促进学生综合实践能力的提升、职业能力的培养、创新思维的发展,紧扣机电专业核心技术,即检测、控制与执行三大环节展开,同时需具备一定的网络通信技术。
综合实训课程建立在机电结合的基础上,企业调查结果显示,机电设备的控制很多都采用PLC作为控制系统。对机电综合实训课程,选择某生产流程的模拟控制系统为实训载体,通过模拟仿真控制,掌握生产岗位的控制技术,吴中中等专业学校选用了光机电一体化设备YL-235A自动化生产加工系统。
PLC在机电一体化设备教学中的应用
1.PLC在机电一体化设备中的功能
整个系统通过PLC控制,各个环节有序结合。该装置配置了触摸屏模块、PLC、变频器装置、气动装置、传感器、气动机械手装置、上料器、送料传动和分拣装置等实训机构。根据其特有的属性,系统的控制部分采用触摸屏模块和PLC,执行机构由气动电磁阀-气缸构成的气压驱动装置和变频器控制步进电机的传送装置,实现了整个系统自动运行。整个实训装置的模块之间连接方式采用安全导线连接,以确保实训操作的安全。系统分三大模块:
(1)送料机构的控制
采用24V直流减速电机,转速6r/min;用于驱动放料转盘旋转,PLC通过输入信号发出输出信号,驱动送料机构运行。
(2)机械手感应机构的控制
整个搬运机构能完成四个自由度动作,手臂伸缩、手臂旋转、手爪上下、手爪松紧。机械手的动作通过磁性开关和接近开关的感应信号传送给PLC,PLC根据内部程序执行发出信号,驱动电磁阀-气缸完成机械手的动作。
(3)物料传送和分拣机构的控制
由皮带输送、推料气缸、变频器、步进电机构成,PLC通过感应信号发出输出信号给变频器,变频器驱动步进电机运行,皮带转动,实现物料的传送,通过传感器感应信号,使得PLC驱动电磁阀-推料气缸动作,实现物料分拣。
2.PLC在机电一体化设备控制系统中的设计方法
建立一个PLC控制系统,必须根据被控系统所要求的动作,正确分配I/O口,综合应用顺序功能图,完成梯形图的设计,达到所预定的动作过程。
顺序功能图是描述控制系统控制过程、功能和特性的一种图形,是描述控制系统控制过程的一种有力工具。利用顺序功能图的方法已经成为控制梯形图设计的主要方法。利用PLC的编程元素(如状态寄存器S和辅助继电器M)来代替各步。
顺序功能图由工步、有向线段、转换条件和动作组成。顺序功能图的基本结构又分为三种:单序列、选择序列和并行序列三种形式。如图1所示:
3.PLC在机电一体化设备中的教学方法
机电综合实训课程采用项目、任务型教学,打破教材本身的框架,围绕PLC课程在设备中的应用展开,将其分解成若干个小任务,结合实际操作,了解该设备所能完成的任务和工作流程,分析设备的硬件组成和各元件功能。通过实际拆装、编程与调试、故障诊断、维修及保养等,掌握该设备的装配、操作和维护的能力。
实训课程采取阶段式训练,并将企业的6S管理融入教学过程中。
1.设备认知,熟悉设备和设备元件,拆装注意事项,安全用电等。
2.掌握知识,掌握设备需具备的理论知识和操作步骤,注意细节,融入平时所积累的操作经验和诀窍等。
3.拆装操作,结合企业实际操作要求,理解拆装顺序和要求,学会工具和仪器的使用,理解设备结构和各部件之间的关系,达到一定的技能水平。
关键词:项目教学法;电机;电气控制;应用
1项目教学法的特点
项目教学法是通过实施一个完整的工作项目而进行学习的教学方法。学生在教师指导下以小组分工合作的形式完成项目任务,它将实践项目贯穿于教学的始终。在教师的引导下,学生按照实际工作过程以小组为单位进行收集信息、制定计划、设计方案,通过分析讨论、决策实施、总结评价,最后形成项目报告。通过项目的实施,培养学生的动手能力,分析问题和解决问题的能力及团队协作精神和创新意识。
2项目教学实施过程
2.1项目的选取与制定
依据专业培养目标及维修电工职业资格要求,以必需够用为原则。(1)项目选取难度要适中,有一定的弹性和梯度,由浅入深逐步递进。为此在每个项目中安排了三到四个具有一定梯度的学习任务,根据学生实际情况选取2-3个实施。(2)项目的设计要切实可行。要充分考虑学院现有教学设施设备及学生实际情况,在内容选取上尽量采用同学们感兴趣的工程实例,同时要考虑项目教学的成本,使教学实施切实可行。(3)项目内容紧密联系工程实际,尽量从企业生产实际中选取项目内容,力求反映新技术在项目中的具体应用。
2.2项目的引导
2.3项目的实施
(1)、教师提出引导问题,下发工作任务单,安排教学流程。
了解CA6140车床的结构、运动形式、控制要求、动作过程,能正确分析CA6140车床主电路和控制电路电气控制原理;列写CA6140车床电气控制元器件;能正确安装调试CA6140车床控制电路;掌握机床检修常用的方法和步骤,并能正确排除常见故障。
(3)、学生按小组在实训室亚龙电工操作台及CA6140车床电气控制挂板上进行机床电气控制电路的安装调试及维修实训操作,小组成员之间分工合作共同完成项目任务。安装完毕后学生自查、小组互查、经老师检查无误后方可通电试车。小组讨论问题。学生当老师,小组之间相互PK。各小组选一名能力强的同学进行讲解,小组之间互相提问,你问我答。
(4)、教师总结讲评。一是学生对车床知识点掌握情况的讲评。点评各小组对CA6140车床的电气原理图掌握及理解情况;二是学生操作技能表现讲评。根据各小组在安装调试及通电试车反映出的问题进行点评;三是学生创新思维能力讲评;四是学生团结协作能力讲评。
2.4项目的总结与评价
项目任务完成后,学生进行成果展示并填写工作任务单,撰写总结报告。项目评价采用学生自评、小组互评和老师评价三级评价方式。老师评价根据现场操作、回答问题、项目完成情况及提交总结报告等。学生掌握基本知识点及项目总结报告占30%,项目完成情况及在实施项目过程中动手能力、分析解决问题的能力占50%。学习态度、团队协作精神及创新意识等基本素质占20%,汇总为项目得分。教师对项目完成情况进行总评。
3实施项目教学法的体会
项目教学实现了三个中心的转变:(1)将以课本为中心转变为以“项目任务”为中心,学生个个参与,人人动手,变要我学为我要学,调动了学生的学习积极性和主动性,有利于培养学生分析和解决问题的能力、动手能力及团队合作精神,养成一种积极、主动、合作探究的学习习惯;(2)将以教师为中心转变为以学生为中心,突出了学生的主体地位。(3)将以教室为中心转变为以实训车间和实际经验为中心,以传授知识为主转变为以培养能力形成技能为主。项目教学实现“教、学、做一体化”,让学生记忆深刻,知识和技能掌握得更加牢固,有利于学生职业能力的培养,也有利于教师向“双师型”教师的转化。
4项目教学中存在的问题与不足
一是没有合适的项目教材,项目课程开发难度大。二是缺少具有企业实践经验和工程经历的“双师型”教师队伍。三是实训场地及实训设备投入大,经费不足,有些设备价格较贵。四是项目教学成本较高,只适合于小班教学,耗材消耗大,对教学资源的占用率较高。五是教学组织难度大,对教师的教学能力和素质要求较高。这些问题会直接影响项目教学的顺利实施,有待于今后教学中进一步的探讨。
参考文献
[1]兰新武.项目教学法在机床电气控制课程中的实践职业技术,2008.09.
0引言
《机电传动与PLC技术》课程是高职高专机电类开设的一门实践性很强的应用型课程,教学目的是使学生熟悉电气控制系统的基本控制电路,具有电气控制系统分析和设计的基本能力;掌握利用PLC进行一般控制系统的设计和改造的技能,最终能胜任地区中小企业生产设备维修和保养岗位的实际要求。传统的教学方法是按部就班,模式比较呆板,知识点也较分散,缺乏具体生动的应用实例和师生间的交流和互动[1],给很多同学掌握知识以及应用知识带来一定的难度,同时也使得很多同学失去了学习的兴趣。这就需要以现代电气技术岗位能力要求为依据,不断更新课程教学内容,改革课程教学方法、创新教学手段和教学模式,形成有利于培养创新人才的教学机制。根据课程特点,大胆进行课程改革,实现理实一体化。而项目化教学方法正是从应用角度出发,基于工作过程采取“阶段性、梯次梯进”的由简单到复杂的原则,以学习情境为主线,以项目为导向,以典型工作任务为教学项目,指导学生完成对工作任务的过程学习,实现学生对工作过程的体验和掌握,形成职业岗位能力。
1教学改革内容的确定
紧扣地区中小企业对电气控制设计及设备维护等岗位的工作要求和维修电工(中)、数控机床维修工(中)和可编程序系统设计师(四级)的职业资格要求,通过对地区核心企业(南通科技集团、南通淄博柴油机厂、南通天成机械厂等几十家企业)的调研,分析其机电系统设计和数控设备维护等岗位对PLC技能的需求情况,经课程专家的引领、企业专家与专业教师研讨与归纳,结合我院机电、机制和数控等专业领域的培养目标,确定本课程的项目化教学内容,如PLC改造C650车床控制电路,数控机床控制系统PLC控制分析等项目。这样的项目不但典型,而且难易程度适当,可操作性强,适用专业范围广,突出教学的真实性和实践性。
课程内容还可与我院后续课程《数控设备故障诊断与维修》的学习内容互补,形成技能对接,实现职业能力的提升,体现了“工学结合,能力递进”的人才培养思路。为培养机电系统设计、数控设备保养和维护等专业应用型高技能人才打下坚实的基础。
2项目化教学内容的设计
项目化教学内容需完全体现PLC课程的教学特色:
1)工学结合特色,完全采用工程实例,项目载体即是现场工程项目,做到了理论联系实际;
2)开放性教学特色,在项目完成过程中,教师为学生创造了一个开放的环境,学生可以充分发挥自己的能动性;
3)将职业标准融入教学,PLC应用技能不仅是维修高级电工考证的一个子项目,还是企业维修电工技师考证的必备技能。
除此之外,相继开发了项目化教学教材对应的课程标准、情境实施指导书、教案、课件,考核标准等教学资源。利用学校网络资源和互联网技术,建立了网上交流互动平台。通过该平台,学生可自主学习,教师分层指导、共同讨论,实现教学互动。
3项目化教学的实施步骤
《机电传动与PLC技术》课程项目化教学,是师生通过共同实施一个完整的“项目”工作而进行的教学活动,在整个教学过程中教师起引导者、指导者和帮助者的作用,利用设计的情境、校内实训基地、校外企业实训基地等环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和创造性。在本课程项目化教学实施中,每个教学子情境可以按资讯、决策与计划、实施、检查与评估、总结归纳等“五步教学法”[2]来完成,具体阐述如下:
1)资讯。经典电机控制电路的分析,常用电器元件的工作原理及选用原则、电器原理图的绘制方法和读图方法、PLC硬件结构知识、各种编程指令的熟悉。主要借助于多媒体、产品实物、录像等常用教学手段及方法。
2)决策与计划。根据控制要求确定控制方案,选用合适的电气元件、PLC主机和扩展模块,分配PLCI/O口。主要采用多媒体讲授、案例教学法、企业产品任务教学法和小组讨论法等。
3)实施计划。编程软件的熟悉与使用,程序输入仿真调试,联机调试等。主要采用现场教学法、示范教学法、任务教学法、仿真演示教学法等。
4)检查评估。先由学生自己进行项目的成果展示、自我评估,再由教师对项目工作成绩进行检查评分。师生共同讨论、评判在项目工作中出现的问题、学生解决处理的方法以及学生的学习行为特征。通过对比师生的评价结果,找出造成评价结果差异的原因。主要采用学生自评和互评,教师总体评价的方法。
4实训基地的建设
实训基地是项目化教学的重要场所[3],校内有机电实训中心,提供了平时练习的两套PLC技术自动化生产线设备,可以进行单个工作站接线、编程和通讯等,一套自动化生产线考核装置及组态控制设计成套设备等。与校内实训基地统筹规划,共建布点合理,功能明确,为课程的实践教学提供真实工程环境的校外实习实训基地,能够更好地满足学生了解企业产品制造过程、工艺过程验证、体验企业文化的需要。校外实习基地主要有南通科技集团投资有限公司、马可迅(南通)车轮有限公司、南通淄博柴油机厂、南通天成机械厂、南通东豪数控机床股份有限公司、南通宝钢钢铁有限公司等。校外实训基地的建设为本课程的“工学结合”提供了条件,使学生在真实的工作环境中,接受生产项目的实训,提高了就业竞争力,缩短了他们的工作适应期。除此之外,校企双方利用各自优势,在项目开发、顶岗实习、人才培养方案和互派员工培训、教学等方面建立了长期有效的校企合作机制,为项目化教学改革提供了更多的资源及保障。
5课程改革初步成果
Abstract:Mechatronicsspecialtyinhighervocationalcollegesisoneofthepopularspecialties.Constructionofmechatronicsspecialtywiththeportcharacteristicsinhighervocationalcollegesachievegoodresultsinspecialtyconstructionidea,targetpositioningoftalenttraining,constructionofprofessionalcoursesystem,constructionoftrainingroom,constructionofteacherteam,andteachingmaterialandteachingmethod,underthepremiseofgivingfullplaytotheadvantagesoftheenterprisecolleges.
关键词:高职;专业建设;机电一体化;港口
Keywords:highervocationalcolleges;specialtyconstruction;Mechatronics;harbour
近年来,国家经济的快速发展,带动了港口的大发展,我国已成为世界上港口吞吐量最多、增长速度最快的国家,港口经济在促进经济发展中扮演着极其重要的角色。以青岛港为例,2013年吞吐量已达到4亿吨,港口经济已经成为区域经济发展的增长极。隶属于青岛港的青岛港湾职业技术学院是一所具有港口特色的企业办学制高职学院,其机电一体化专业是历年来招生人数最多、最受社会欢迎的专业之一,在经过多年的建设目前已成为港口特色鲜明的重点专业,在专业建设思路、人才培养目标、课程建设、师资队伍建设、实训室建设、教材建设等方面付诸大量实践,取得良好效果。
1专业建设总体思路
在国家大力发展职业教育的大背景下,坚持“以服务为宗旨,以就业为导向,校企合作、工学结合”的办学方针,充分发挥企业办学的优势,把专业建设重点放在内涵建设上。依据山东省周边经济发展的特点,准确定位人才培养目标;按照人才培养目标需求,归纳专业岗位群;从岗位工作过程的实际出发,总结职业能力需求;以此构建工作过程导向的机电一体化专业全新的课程体系,将企业工作任务转化为学生的学习任务;在实训室建设中,利用企业办学的体制优势,实现校港共融、校港共建、校港共利;“把学校办到港区,把课堂搬到码头”,创新教学组织模式;“专任教师进码头,港口专家上讲台”,打造双师结构教学团队;紧紧围绕课程建设、师资队伍建设、实训室建设、教材建设等要素实现专业建设规模、质量、效益的协调发展。
2人才培养目标定位
高职院校有服务区域经济的职能,2011年国务院正式批复《山东半岛蓝色经济区发展规划》,这标志着山东半岛蓝色经济区建设正式上升为国家战略,成为国家海洋发展战略和区域协调发展战略的重要组成部分。港口经济是山东半岛蓝色经济区建设的重要组成部分,青岛港是山东半岛港口发展的龙头,目前,青岛港货物吞吐量已超过4亿吨,尤其是近年来董家口港区的大规模建设,将青岛港的吞吐量提升到未来的6亿吨。港口的大发展为社会带来大量的就业机会,也为我院机电一体化专业的发展带来了新的契机。港口是以货物装卸为主要任务的企业,港口的主要装卸设备是以门座式起重机、岸边集装箱装卸桥、轮胎式起重机等为代表的大型机电一体化设备,这些设备的操作、维修、安装调试、保养维护需要大量的高技能型人才。因此,机电一体化专业建设紧紧围绕服务区域经济的使命,将人才培养目标定位于培养适合港口机电设备的操作、维修、调试、保养的高素质高技能型人才。
3专业课程体系建设
根据专业人才培养目标,分析企业、行业的各个就业岗位,根据岗位工作任务分解学生应具备的职业能力,再依据职业能力的需要提炼学生所需要掌握的知识,据此将这些知识、能力化解在课程体系中,将企业工作任务转化为学生的学习任务。这是专业课程体系建设的思路。
3.1职业岗位能力分析依据上述人才培养目标,就山东省青岛港、烟台港、日照港以及周边锦州港、曹妃甸港等港口进行调研,根据港口装卸作业的流程提炼职业岗位,机电一体化专业的学生从事的核心职业岗位包括港口机电设备司机、机械维修工、电气维修工、电工、机械加工操作工等。将每一个工作岗位的典型工作任务进行详细分解,总结归纳出专业职业岗位能力,其核心职业能力主要包括专业能力、方法能力、社会能力三部分。
3.1.1专业能力①运用计算机进行日常办公和技术交流;看懂本专业英语技术文件和商务文件,并具备初步听说能力。②使用常用电工工具,利用所掌握的电工技术、电子技术和电气控制的基本知识,能对一般低压电气设备进行检测和故障排除、器件更换;③能使用普通机床进行常规机械加工;④港口机电一体化设备操作基本能力;⑤使用港口机电一体化设备检修专用工具,能对港口机电一体化设备常见故障进行故障检测、器件更换;⑥港口机电一体化设备管理的能力。
3.1.2方法能力①针对岗位常见问题,能制定出切实可行的工作计划,提出解决实际问题的方法;②能自主学习新知识、新技术,通过多种途径获取有效信息,并对工作结果进行评估;③全局思维与系统思维、整体思维与创新思维的能力;④工作岗位常见问题的决策、迁移能力;能记录、收集、处理、保存各类专业技术的信息资料。
3.2知识体系的分解和课程体系的建立根据岗位职业能力分解知识体系,采取校企合作分析会的形式,由教师、港口技术人员、港口专家、往届毕业生等共同组成研究小组,对岗位职业能力进行分解,归纳核心的知识体系。机电一体化专业核心知识体系主要包括:电工技术基本原理;电子技术基本原理;机械结构基本原理;电机及电气控制应用;PLC及变频器应用;液压系统原理应用;港口机电设备原理应用;机械维修方法;电气维修方法;专业英语阅读;机械电气识图;港口机电设备故障检测与排除方法;机械加工方法;安全用电知识。
将知识体系归纳整理,构建工作过程导向的机电一体化专业的核心课程体系,如下图所示。
4实训基地建设
实训基地建设过程中充分利用企业办学的优势,依托青岛港这一得天独厚的条件,按照校企合作共建、师资及设备资源共享的思路,开拓实训、社会技术服务为一体,教学、培训、服务一条龙,保障实训基地持续良性运行和发展。
4.1校内实训基地建设①根据课程教学需要,建设校内实训室,如表1所示。②从港口调用大型机电一体化装卸设备:门座式起重机、轮胎式起重机各一台,用于教学、参观、技能培训和鉴定。③定制港口大型机电设备“岸边集装箱装卸桥”的仿真设备,用于教学实训。
4.2校外实训基地建设青岛港是机电一体化专业最大的校外实训基地,利用办学体制的优势,学生在学校学习期间不定期到港口进行参观、实训、顶岗实习,使学生在学校期间提前感受到自己将来可能从事的工作岗位,学习更加有目标和针对性。除此以外,通过与其它港口和企业共建“订单班”、员工技术培训等形式加强校企合作,形成“互利共赢、共建共用”长效机制,建立稳定、合作良好的校外实习基地。
5师资队伍建设
职业学院的教师要求教学和实践两方面能力并重,国家也提倡职业学院的教学具备双师素质,机电一体化专业在师资队伍建设方面注重全体教师素质和综合能力的提升,以校企合作为途径,采用“请进来、走出去”的方式,打造结构合理的双师型教学团队。①“请进来”。根据个人意愿,从青岛港港口装卸、维修等一线岗位选拔一批既有一定的理论水平同时又有丰富实践经验的工程师或高级工程师,调入学院充实到专职教师队伍中去,利用他们的实践经验加强教师实践能力。由于学院和港口同属于青岛港集团,使人事调动手续简便、渠道通畅,客观上促进了教学团队的的发展。同时,长期聘用港口同行业专家作为专业的外聘教师,不定期到学院进行专业讲座,交流港口装卸一线发展动态,为专业建设的改进和调整积累资料。②“走出去”。青岛港为教师实践能力的提升提供了一个大舞台,学院制定了专职教师定期轮训制度,每学期都要选派专职教师到港口实践锻炼,深入到港口装卸、维修第一线,参与港口生产活动,了解岗位工作过程、设备运行情况、专业技术的运用和发展动态,提升实践能力和综合素质。
6教材建设与教学方法
根据课程教学目标的需要,在教学方法上摈弃传统的以讲授为主的方法,专业性课程采用项目化教学或理实一体化教学,理论性较强的课程采用基于自主学习的教学方法,强调培养学生的自学能力。课程内容紧贴港口发展的实际,并根据机电一体化技术的发展实时进行调整,专业性课程采用自编教材,逐步实现全部课程均采用自编教材授课。教材编写邀请港口一线技术人员参加,所选设备与港口同步,做到“港口用什么设备,我们就讲什么设备”。
7结束语
专业建设是高职院校内涵建设的核心内容,也是体现高职院校人才培养能力的关键因素。在专业建设中,体现行业优势、发挥专业特长,将专业建设与企业需求和区域经济的发展紧密结合起来,时刻把握专业技术更新的脉搏,实现专业建设的动态发展,这些都是专业建设中不可忽视的关键环节。
参考文献:
[1]徐国庆.实践导向职业教育课程研究[M].上海:上海教育出版社,2005:172-182.
实践教学的条件
1高水平的师资队伍是实践教学的前提。教师是教学活动的主导,一支专业结构合理、高素质的师资队伍是指导学生进行实践教学的前提。首先,专业教师不仅要有高水平的专业理论知识,更要能精通各种实训设备,熟练地指导学生完成实训,解决学生实训中出现的各种问题;教师制定了一系列管理措施,如我院电工实训中心规定对做实训的学生实行登记制度,进入实训室后填写记录表,实训完成后,写实训报告。
2专业实训室突出办学特色。我院是一所全日制公办高职院校,是目前全省唯一的农字号高职院校,在课程设置上有别于其他院校的电气自动化专业,因此在实验室建设方面应围绕办学特色,比如我们在保留传统实验设备基础上,与浙江天煌科技实业有限公司合作的电气控制实验台,引进了教学实验系统,这些实训设备集中了现代行业控制技术,在实训过程中,这些使学生开阔了视野,了解最新技术,这些设备都为学生进一步创新打下基础。
改革实施
3考试改革。过程性考试。以往分阶段,分项目考核替代一次性期末考试。专业实训课单独计学分,成绩单独考核,这样可以引起学生对实训课的重视,改变重理论轻实践的倾向。与理论考试相比,实训教学考核与评价有其特殊性。对实训成绩的考核,单纯的操作考试或单纯的笔试(或口试)都有其片面性。实训教学的考核采取“实验报告+操作+口试”的方式,学生普遍反映有了很大的学习压力和动力,旷实训课、看别人实训结果、凑数据、抄实验报告的现象再也没有发生了。