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【关键词】工控 PLC 变频器 触摸屏 融合教学
【中图分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2014)08-0236-02
触摸屏、PLC和变频器融合实训在我院机电一体化教学中,学生通过阅读材料及有关技术资料,专门练习的内容,要求和实施办法, 需要在实习任务的总体实施计划下,确定操作步骤与操作方法。首先要确定的总任务和劳动分工,再绘制电路原理图和安装控制线路,从而进行PLC程序设计,触摸屏显示器,变频器的相关参数设置等。具体的培训工具,设备的准备,安装和检测方法,掌握为了安全操作,同时也为问题的分析和选择解决方案,列举了多种实用的主题,为学生的学习进程,制定相应的系统评价,优化对学生的考核细则,能反映出学生实训真实的学习情况。
一、融合实训的目的要求
1.实训的目的。
PLC、触摸屏、变频器的融合实训,是我院在机电一体化和电气自动化的教学重点。是学生重点需学技术课程和专业课程,是将理论与实践结合,培养学生能力,解决生产中的实际问题,在将来进行必要的毕业设计相结合的重要一步,所以说变频器,触摸屏和PLC综合训练是基于自动化控制系统的设计及主要生产线中的应用。
2.根据课题任务的系统控制设计,程序设计,硬件电路和控制程序的安装的总体方案。
通过学习综合运用技术,变频技术,传感器技术等方面的知识相结合,学生将把多门核心专业课融合起来学习,从而培养学生综合动手能力和整体素质。
二、实训的内容及要求
要求学生理解,PLC控制,触摸屏与变频器的运用基础上,利用系统学习完成下面内容:
1.控制系统设计
①明确控制系统、框图绘制;②变频器,触摸屏和PLC,须选择的对应低压电气元件; ③设计绘制控制系统的电路原理图;④设计控制柜的元件布局;⑤编写PLC控制流程及控制程序;⑥设置变频器的控制参数;⑦设计触摸屏的控制组态。
2.控制系统安装和调试
①在控制柜进行安装及接线;②编写调试流程;③调试硬件电路和软件程序。
三、实训的工作量
1.图纸部分
①绘电路控制的系统原理图 (需A3或A4图纸一张);②组件机柜方面的布局图(一张A3或A4图纸);③控制流程 (A3或A4图纸一张);④调试流程(A3或A4图纸一张)。
2.任务说明指导
任务描述是整个设计过程的培训和指导的叙述性描述,并应包括下列内容:
①题目和控制要求;②控制系统的整个方案分析、控制框图;③硬件电路设计说明;④ 触摸屏、PLC、变频器的相关参数配置的设计规范;⑤系统调试说明;⑥总结。
四、考核内容、考核方式、成绩评价
1.考核内容:在学生接受培训的任务,必须先阅读任务内容,为了设计内容和需要一个全面系统的认识,及时对相关信息收集,然后按照步骤进行,应避免在没有理解就动手。
2.考核方法:在每一个已经完成训练的学生,必须由教师评估。
3.考核评定:学生在完成所有的训练情况后,由学生统一完成一份系统的课题,导师据评估内容评估学习掌握效果。
①控制箱中的多种电器元件的名称、功能、选用;②控制电路的互锁和自锁环节;③PLC与变频器的电路连接原理;④PLC程序的控制流程;⑤变频器控制中,实现其功能关键参数的设置;⑥触摸屏与PLC的通信及变量的连接;⑦控制的软件程序以及硬件电路的匹配情况;⑧系统调试的要点。控制柜的安装及接线情况。
4.评分标准:
实训成绩分为优秀,良好,中,及格、不及格五个层次。各级评分标准如下:
优秀:实训内容完整。按期完成任务。控制系统的思路方案正确可行,论证证据充分。控制系统的硬件电路设计,元件选择完全正确的,安装接线出来的控制柜美观可靠,设计规范整洁有序、质量可靠。能理解的考试和评估内在意义,并完全地、 正确地回答问题。
良好:实训任务按时完成且完整。任务系统设计方案尚可,论证较好。硬件电路的设计合理方面,选用元器件恰当。控制柜的安装接线美观可靠。图纸光滑整洁,操作过程规范,绘图质量好。所评估的知识点的每一个部分,有很好地了解,评估时回答问题正确全面。
中等:实训内容项目按时完成。编程及设定的参数等设计方案基本正确,论证一般。合理的硬件电路设计,选定的组件的正确。控制电气柜的接线安装可靠,整齐美观。说明书图有资料较整洁、质量尚好。考试时,较好地了解每个部分的考试的题目,提示可以正确地回答问题。
及格:基本完成任务实训的规定内容。设计没有原则性的错误,可靠的程序选择与硬件控制柜安装接线。规格和表面粗糙度,平均质量一般,有一定的误差,但在很大程度上符合主要部分的要求,评价列问题认识不足,只能回答一些主要问题。
不及格:内容培训要求未能完成,有一个以上原则性的程序问题、元件选择错误,硬件电路的设计和图纸有重大的错误,控制电气线路柜的安装接线不可靠。该评估点时,所列出的主要问题无法通过提示答案来回答。如考试中发现有别人代作,取消参考的资格,并扣团体分。
五、实训的参考题目
1.多泵切换恒压供水系统
现有两台电动机,水泵控制特点如下:
①用转换开关QS实现手动、自动控制的切换。②手动按钮分别控制两台电机运行、停止。 ③自动切换中两个异步变频器控制,变频器控制开始与PLC,一分钟的延迟,当水压力达到时将被限制。当开关操作,和变频器控制的启动速度;压力上升,当压力到最大延迟30秒时,升至水压力到达上限时,电机M1停止;当压力低于下限和马达的额定频率50HZ, 1分钟水压力的下限延迟,换到工频运行的M2和M1,启动变频器调速控制。如此反复使水压恒定。停止时,电机M1和M2两台同时停机。 ④自动控制时,采用触摸屏来实现控制启动和停止,并能直接设置管道压力值。
2.储水器水位控制系统
在锅炉和许多工业设备中,常采用部分供水系统。即是:泵用于泵水,将水被泵入(水塔,水箱)高的位置的储水器,然后供水至低水位的用户。
此时,水位控制原理:水能导电原理,取得信号的:当两根金属棒都入水,它们之间是“接通”的;当在两个金属棒,只有一个在水中,判断为“关”。其中 1 杆用作公共接点,2,3,4 棒用来控制不同水位。
现在控制要求如下:
1)用转换开关QS来实现手动、自动的切换控制。
2)手动按钮分别实现电机的启动、停止控制。
3)自动过程控制中:通过变频调速来减少泵水的速度实现节能的目的。
①使用正常时,水泵以较低转速nL运行,控制在3号棒LL1和4号棒LH的水位。 ②到用水高峰时间,供水水泵运行低nL不足以补充供水,水位将低至第3号棒后LL1 ,还将继续下降。所以,当水位低于 2号LL2,泵转速增加,提高至nH,以保障增加供水量,以防止水位继续下降。③水位上升,至3号棒LL1以上时,经适当延时后,又可将转速恢复,至低速nL运行。 ④当水位上升,到达上限水位LH时,则水泵断电,停止供水。
4)自动控制过程中,可以触摸屏控制电机的启动和停止,可直接显示水位、水泵转速。
六、融合实训教学的实践小结
本文所采用的PLC、变频器、触摸屏的融合实训体系,在我院已成功地应用于机电一体化、电气自动化等专业的核心课程教学中,从教学效果来看,因教学中能调动学生的参与热情,不断激发学生的学习兴趣,受到了广大教师、学生的好评,教学效果是显著的,是值得推广的教学模式。
参考文献:
[1]周久艳等.《电气时代》.2002年6期.《升、降速控制端的应用电路》;
[2]李曜.《华章》.2012年18期.《基于PLC和触摸屏的变频器固定频率调速设计》
[3]周智敏等.《机械制造》.2009年12期.《供水系统设计与控制》
[4]姜绍辉.《职业教育研究》.2010年9期.《PLC校本实训教材开发的实践与思考》
[关键词]高职教育 技能训练 教学设计
电机与拖动是机电一体化技术专业实现专业人才培养目标所必须的一门专业主干课程。通过对学生的职业群及相应岗位能力进行分析,对课程内容进行整合,教学以“理实一体化”教学为主,注重培养学生动手能力及创新能力的培养。
一、课程教学任务
本课程的任务是使学生掌握常用交、直流电机、控制电机及变压器的基本结构和工作原理,以及电力拖动系统的运行性能、分析计算、电机选择,基本的及典型的电气控制线路。使学生具备高素劳动者和中高级专门人才所必需的电工的基本知识和基本能力;为学生学习专业知识和职业能力,提高全面素质,增强适应职业变化的能力,并为学习后续课程和培养学生的创新能力打下基础。
二、课程教学目标
(一)能力目标
专业能力:培养学生电工安全规范操作,具备正确使用电工仪器.仪表的操作技能的基本能力;具有识读电力拖动电路图、分析电路和计算电路的能力;初步具备分析和解决生产实际中有关电力拖动电工知识的能力。
方法能力:培养学生理论分析及应用能力;具有学习和应用电力拖动新知识、新技术的能力
社会能力:培养学生的学习能力、团结协作与勇于创新的精神
(二)知识目标
通过本课程的学习使学生掌握常用交、直流电机、控制电机及变压器的基本结构和工作原理,以及电力拖动系统的运行性能、分析计算、电机选择,基本的及典型的电气控制线路的原理及故障修理。使学生具备高素劳动者和中高级专门人才所必需的电工的基本知识和基本能力。
(三)素质目标
养成严肃、认真的科学态度和良好的自主学习方法,能独立分析问题和解决问题并具有协作和团队精神;能独立解决实训中遇到的实际问题;具有自学、归纳总结、表达等各方面的能力;具有严谨的科学思维习惯和规范的操作意识及创新意识。
三、课程教学设计
(一)教学内容设计
通过专业课程调研分析,结合学生岗位职业能力要求,对课程教学内容进行整合,形成8个课程单元(学习情景),每个学习情境又根据生产实际分为多个子情境,采取采用以实习实训场所为中心的教学组织形式。重视学生主动学习性的培养,注重培养学生动手能力的培养,注重对学生进行学习方法的指导,积极引导学生思考问题,培养其创新能力。
教学内容主要包括:
教学情境一 直流电动机
直流电动机的机械特性,调速,启动,反转与制动
教学情境二 变压器和电磁铁
变压器的结构及工作原理和主要数据;变压器的极性判定
教学情境三 三相感应电动机
三相感应电动机的转子各量与转差率的关系;电磁转矩、机械特性、启动和调速;单相异步电动机
教学情境四 控制电机
伺服电动机、测速发电机、步进电动机、感应同步器等的原理、结构及应用。
教学情境五 同步电机
凸极同步电机的基本结构、同步电机的额定值;同步电机的可逆原理、相量图、V形曲线、起动。
教学情境六 低压电器
万能转换、凸轮控制器及闸刀开关、组合开关、自动开关及接触器、继电器和按钮开关等常用低压电器的结构、工作原理、用途和使用方法。
教学情境七 基本电气控制电路
线路图安装图识读,正反转控制电路、Y-起动、能耗制动、反接制动等各种简单控制电路。
教学情境八 典型机床电气控制线路
C650卧方式车床,M7120平面磨床,Z3040摇臂钻床,X62W万能升降台铣床的主电路、控制电路的分析。
(二)能力训练项目教学设计
课程教学围绕本课程教学目标与任务,通过对学生的电机与拖动理论知识及职业能力和社会能力的分析,针对8大块教学内容,对学生能力训练进行教学设计,设计能力训练项目共有9个。
1.直流电动机电路接线及调试
通过电路接线及测试;熟悉直流电机的结构及工作原理和相关知识
2.异步电动机电路接线及调试,观察现象
熟悉异步电动机的结构及工作原理,电磁转矩的计算,机械特性,调速。
3.控制电动机电路接线及调试,观察现象
熟悉伺服电动机、测速发电机、步进电动机,了解自整角机、旋转变压器、感应同步器的原理、结构及应用。
4.变压器测试
通过实训掌握变压器同极性端判断,理解变压器的变压、变流和阻抗变换作用,掌握实际变压器的损耗和效率等。
5.电动机拆装认识
通过电动机拆装,熟悉三相鼠笼式异步电动机的结构和额定值;掌握检验电动机绝缘情况的方法;能对电动机定子绕组首、末端进行辨别。
6.低压电器组装及相应电路接线及调试
掌握万能转换、凸轮控制器及闸刀开关、组合开关、熔断器、自动开关及接触器、继电器和按钮开关等常用低压电器的结构、工作原理、用途和使用方法。
7.三相配电板的制作
掌握三相电机与拖动的基本概念和三相电机与拖动的连接,重视并掌握安全供电和安全用电,通过完成三相配电板的制作,理解漏电保护器的原理和作用以及三相电机与拖动的连接。
8.控制电路安装及测试
熟悉基本电气控制电路的线路图安装图识读,正反转控制电路、Y-起动、能耗制动、反接制动等各种简单控制电路。
9.典型机床控制线路实训
熟悉C650卧方式车床,M7120平面磨床,Z3040摇臂钻床,X62W万能升降台铣床的主电路、控制电路。
(三)教学模式和方法设计
本课程主要采用“教、学、做”一体教学模式,以一体化实训室为第一课堂,利用现代教育技术和实验室先进的设备条件,从实际小电路入手,边讲解、边训练,达到强化学生知识、技能、能力的目的。课程教学从学生能力培养着眼,注重讲练结合。
每个学习情境以学生练习为主,教师评讲为辅,便于教师了解学生的学习状况,有针对性地讲解和解决普通性问题。教学实施过程中要加强实践教学,联系课程教学内容及实际设计能力训练项目,开展多层次的实践教学,培养学生动手操作能力。
采用实训教学与理论教学有机结合,根据课程内容进行9个能力训练项目的实施,每个训练项目为完成该课程任务展开理论与实训教学,学生分4人一个学习小组,教师按“教、学、做”一体化教学模式进行教学。项目实施中教师引导,学生自主独立完成,训练中注重培养学生实际动手能力和团队合作精神。
四、课程考核方案设计
根据高等职业技术教育培养目标的要求,根据教育部制定的《高职高专教育电工技术基础课程教学基本要求》,并结合机电一体化专业特点对课程考核方案进行设计。
课程考核包括:形成性考核(平时作业成绩体现,包括课堂提问、学生作业、单元测验等内容为主);终结性考核(期末安排综合考核为主);实践技能考核(根据实践安排,随堂考核)。本课程采用阶段评价,理论与实践一体化评价模式。结合课堂提问、学生作业、平时测验、实验实训、综合实践及考试情况,综合评价学生成绩。注重学生动手能力和实践中分析问题、解决问题能力的考核,对在学习和应用上有创新的学生应予特别鼓励,全面综合评价学生能力。
[参考文献]
[1]殷晓安.行为导向教学法在《电机与拖动应用》课程中的实施方案[J].考试周刊,2011(33)
[2]杨晔.稳定职业教育规模 提高教育教学质量研究初探[J]成人教育,2010(1)
关键词 现代学徒制;电机与电器专业;订单培养;校企合作
中图分类号:G712 文献标识码:B
文章编号:1671-489X(2016)20-0139-03
1 引言
现代学徒制是通过学校、企业的深度合作与教师、师傅的联合传授,对学生以技能培养为主的现代人才培养模式。现代学徒制是高职院校与重点行业企业开展工学结合人才培养模式探索和改革的方向。教育部等部门颁布的《现代职业教育体系建设规划(2014―2020年)》中指出:在有条件的企业试行职业院校和企业联合招生、联合培养的学徒制,企业根据用工需求与职业院校试行联合招生(招工)、联合培养,将进一步推进校企融合、工学结合的人才培养体系的完善。
2 电机与电器专业现代学徒制人才培养模式实施背景
校企合作、订单联合培养人才培养模式是专业建设的基础和重要组成部分,是学生能力培养紧扣高职人才培养要求和职业岗位需求的重要依据。湖南电气职业技术学院的电机与电器专业,依托大型国有企业湘电集团办学,与企业有着天然的血缘关系。2009年以来,专业对接长株潭区域内电机制造产业开展专业教学法改革和专业建设,与湘电电机事业部签订订单培养联合办学协议,继而拉开校企合作良好的开端。以工学结合为切入点,构建“两主体、三融通、五位一体”的人才培养模式。由校企两个主体共同育人,将教学、生产、实训、设计、竞赛融入人才培养的全过程,实现毕业证书、职业资格证书和素质拓展证书三融通。现以电机与电器专业“机电修造电机订单班”为例,探讨电机与电器专业现代学徒制人才培养模式的实施。
3 “机电修造电机订单班”现代学徒制人才培养模式改革
企业的充分参与是现代学徒制成功的前提 机电修造分公司是湘电集团唯一设置的承接各类电机电器修造的专业实体,是湘电集团J系列电机生产基地和电机维修服务订单单位。2013年,机电修造分公司积极提升品质,抓紧与国际、国内一流企业对接,与阿尔斯通香港有限公司组成的合作体系已中标香港地铁电机翻新合同5500余万元,并蕴含巨大的市场潜力。港铁批量电机再制造从7月份开始进入实施阶段。公司基于长远发展和现实生产需求,拟与学院合作,创建机电修造订单班,专业方向为电机修造专业。
现代学徒制人才培养实施过程
1)组织电机与电器专业新生赴企业认知实习。企业认知实习是工学结合课程体系架构中的一个重要的实习教学环节。本专业学生大一安排了企业认知实习教学环节,主要实习地点为湘电集团电机事业部各车间、机电修造分公司、湘电风能有限公司等。通过企业认知实习使学生了解企业,认识企业产品,了解整个电机产品制造工艺流程,学习湘电力道文化,激发学生对专业课程的学习兴趣。机电修造分公司是学生认识和了解电机生产全过程的重要实习实训场所。
2)现代学徒制将传统师徒制与订单培养深度融合,重构课程体系,增设岗位特色课程。随着机电修造公司经营业务的不断发展,与国际市场的联系日益频繁,现有员工人数及员工技术水平已不能满足公司发展的需要,企业根据岗位用人需求,与学院共同组织招聘,通过公开招聘和选拔,选定电机与电器专业大二的23名学生作为“机电修造分公司订单班”学员,并与湘电集团人力资源部签署联合办学协议。
订单班的成立为机电修造分公司在再制造领域的市场开拓注入新的活力,培养在电机修理、改造方面的高素质技术技能型人才,招聘符合机电修造公司岗位要求的优秀青年。要求学员在完成原有电机与电器专业教学课程的基础上,能掌握电机修理与改造方面的知识。原有的学业计划不作改变,增加“企业管理”“电机修理”“电机改造技术”“香港地铁直流电机再制造工艺”“电机装配”“电机试验”以及现场实践教学等特色课程,增设课程由企业专家实施教学,充分利用周末、晚上和暑期时间进行授课。
3)校企共同组织实施教学,加强过程管理。学院及公司重视和关心学生实习和特色课程教学情况,学院专门安排专业教师兼任班主任跟班全部教学进程,主要就电机修理工艺(线圈和换向器制造、电枢线圈绝缘包扎、绕组固化烘烤、浸漆)、港铁电机翻新、公司市场情况、高效节能电机再制造、电机振动故障分析、电机装配、班组管理等各方面进行系统学习。对重要工序嵌线、线圈绕制、电机装配和港铁电机再制造关键工序进行现场教学。为加强对学生的管理,公司建立每个学生档案,要求学员将每日工作内容进行记录,由班长或师傅写出意见,并注重与学生交流,及时了解思想动态,做到以人为本,关爱与严格并重。
4)师傅带徒弟,一对一培养学生的岗位技术能力。大二暑期,机电修造订单班学生奔赴湘电集团机电修造分公司开展为期6个星期的暑期实习。23名学生被分为3个小组,分在电机线圈绕制、嵌线、电机装配与港铁电机再制造关键工序三个阶段进行轮岗实习。每个岗位都配置师傅一对一教学,由班主任全程负责考勤。校企共同组织教学,实施过程管理、评价、沟通和协调工作。企业通过师傅带徒形式,依据人才培养方案有计划地进行岗位技能训练,校企双方部分教学内容相互穿插、互相交融,真正实现校企一体化育人。
5)评价总结和表彰。暑期结束,召开机电修造订单班实习及特色教学总结会,对暑期深入企业实习以及校企合作开展特色教学等工作进行总结回顾。对在实习中表现突出的订单班学生进行表扬。学员与机电修造分公司正式签订轨道交通电机修造专线《师徒合同书》,成为机电修造分公司准员工,进入岗位试用期。校企双方领导勉励学生在下一阶段的学习和实习中通过企业师傅的精心传授和自身的刻苦学习,早日成为机电修造分公司的正式员工。
经验与成效
1)校企精心安排,实施师徒结对,明确人才培养目标。“机电修造电机订单班”实施现代学徒制人才培养模式,打造校企融合、工学交替、成果共担的办学方针。由对口企业提供实训设备和场所,并指派工程技术人员、企业师傅参与教学,与学院专任教师结对共同参与人才培养工作。以培养和招聘符合要求的准员工为直接目的,围绕职业岗位需求确定课程设置、教学内容、知识技能结构,为企业量身定做电机生产岗位所需人才,实现职业教育与就业岗位最大限度的无缝对接。
2)着眼素质,丰富学用结合的教学组织形式,真正实现校企一体化育人。校企双方根据技术技能型人才成长的规律和电机生产岗位的实际需求,共同研讨论证、制订人才培养方案。专业教师和企业教师共同开发课程,共同实施教学,组织考核评价等。真实的项目配套真实的环境,使学生在学习过程中能体会到真实的职业氛围,极大地调动学习积极性和主动性。校企签订合作协议,校方承担校内专业知识学习和技能训练。企业方通过师傅带徒弟形式,依据人才培养方案实施特色课程和岗位技能训练,双方部分教学内容相互穿插、互相交融,真正实现校企一体化育人。
3)现代学徒制育人模式促进学校与企业的深度融合,构建校企共生共荣动力机制。以校企共建二级学院湘电电机学院为平台,校企共同实施课程管理,共同评价课程实施效果,共同评估技术技能人才培养绩效,为现代学徒制人才的培养提供管理上的支撑,将“做、学、教”一体化的授课组织模式贯穿人才培养的全过程。学生的技能培养按基本技能、专业综合技能、综合替岗能力三层递进,培养过程在学校和企业工学交替进行。
4)示范引领作用。以“机电修造电机订单班”的办学经验为样板,创新工学结合人才培养模式。继机电修造电机订单班之后,本专业又与湘电集团电机事业部、广东省深圳唯真电机有限公司共同签订数个“电机订单班”“唯真订单班”,实施师徒结对、订单培养的育人模式,人才培养质量显著提升,订单班学生企业满意率达到98%以上。用人单位普遍反映订单班学生综合素质高,专业基础扎实,适应能力强,有良好的发展潜力。同时,订单班学生多次在各类省级以上的挑战杯、技能竞赛、创新大赛上获奖。订单班学生以师徒共同研发的“变频振动源电机”专利产品参赛,获“黄炎培职业教育奖创业规划大赛”省一等奖;师徒共同开发的“一种简单高效的永磁电机装配工艺的改进”作品荣获“挑战杯”湖南省大学课外学术科技作品竞赛二等奖;订单班学生参与高职“机械设备装调与控制技术职业技能大赛”、高职“自动化生产线安装与调试”赛项,荣获国家级和省级奖项。
4 体会与思考
1)实施现代学徒制应改革现行教学组织模式和管理体制,树立以企业为中心和一切为了学生更好发展的理念。现代学徒制人培养模式实施过程中存在学校教学任务连续性和企业生产任务不确定性之间的矛盾,现代学徒制教学空间从校内延伸到校外,参与主体包括学生、企业、学校三方。在教学管理运行中,要求做到工学衔接合理,必须改革现行教学组织模式和管理体制,应能灵活调整教学计划,在教学管理的方方面面充分体现以企业方为中心和一切为了学生更好发展的教育理念。
2)以激励机制增强企业师傅的教育意识和社会责任感。企业师傅通常是一线的技术骨干,师傅的责任心和积极性直接影响现代学徒制人才培养模式的实施效果,要使师傅真正发挥作用,对师傅的选拔、聘任和指导应给予相应的报酬和荣誉激励。企业师傅的责权利应以协议的形式正式成文,同时也要加强企业师资队伍的教学培训和管理工作,加强教学和指导能力。
3)现代学徒制试点阶段应走自己的特色道路。我国的现代学徒制还处于试点阶段,受企业用人需求的限制,全面实施现代学徒人才培养模式还有一定的局限。企业的积极性和参与度是现代学徒制成功的前提,因此应加强与企业的联系,拓宽就业渠道,以开放的态度鼓励多样化的尝试,坚持特色发展。
参考文献
[1]关晶.企业充分参与是现代学徒制成功的前提[J].职业技术教育,2014(33):25.
[2]周晖.“师徒结对、订单培养”育人模式的实践与探索[J].教育与职业,2013(24):111-112.
关键词 士官高等职业技术教育 课程设计 电机与控制技术
中图分类号:G424 文献标识码:A DOI:10.16400/ki.kjdks.2016.08.057
Abstract Professional basic course is a public basic courses and professional courses of the bridge, the teaching quality will directly affect the professional course learning effect and the students post working ability, strengthen professional basic courses in curriculum design will help to improve the teaching effect of the course. The electrical equipment repair professional basic course of professional curriculum system in the motor and control technology curriculum design as an example, from the five aspects of teaching philosophy, content, process, methods and evaluation design, at the same time, a profound summary of the actual teaching experience. From the teaching practice, the reasonable and effective teaching design can greatly improve the teaching quality and realize the goal of teaching.
Key words Officer Higher Vocational and Technology Education; course design; motor and control technology
0 引言
“电机与控制技术”课程是士官高等职业技术教育电气设备修理及相关专业课程体系中的一门专业主干课程和必修课程,课程内容涉及各类型直交流电机原理与控制、变压器、微控电机原理与控制与直交流电机电力拖动基本原理等内容,除包括电机基础理论知识外,还涉及到实际电机拖动与控制问题。课程理论抽象、工程技术应用要求较高,而士官学员的特点是理论知识掌握不精、不深、不够,而实际动手操作的意识和能力较强。为解决上述矛盾,教学组紧紧围绕课程“专业基础服务专业”的课程定位,以专业与学员任职岗位需要为牵引,对课程进行了全方位的课程设计,主要包括理念、内容、方法和评价等方面内容,使得教学设计理念和目标更加细致、完整、科学合理,通过内容有针对性和指向性的设计,完善课程的形成性考核和评估机制,提升教学效果,更好地服务于专业教学和学员岗位任职能力的形成。
1 课程设计①的方法和原则
教学设计是教员根据教学层次或者对象对授课进行预先策划与精心设计。教学设计的总体结构一般包括以下内容:课程教学理念设计、制定教学目标、构建教学内容、课程的组织实施设计、教学评估设计。
1.1 教学理念
教学理念指导和规范教员的教学行为。教员授课质量的好坏,教员的教学理念将对此产生直接影响。根据士官高等职业技术教育的特点和规律,教学理念要以士官职业岗位活动导向、突出能力目标、基于项目或任务载体、加强能力实训、以学员为主体、一体化教学等基本原则。
1.2 确定目标
基于课程在专业人才培养方案的地位和作用,确定并细化课程教学目标。课程目标一般可分为总目标、分目标。总目标是对课程的方向性总体把握,分目标是对课程各个子部分的提出更为细致教学要求,包括知识与技能、过程与方法以及情感与价值观等。课程目标设计与确定需要反复完善与修改,绝不能一成不变。
1.3 优化内容
教学内容是课程的实质部分。教学内容在设计时要重点考虑以下方面:(1)内容要符合学员的专业与岗位需要,对后续专业教学有支撑作用;(2)针对课程目标,构建优化教学内容;(3)内容应考虑专业的前瞻性;(4)内容应综合考虑广度、深度和难度的平衡。通过合理设计,优化内容,保证内容的基础性和专业特色。
1.4 方案设计与组织实施
这是课程方案的形成和实施环节,设计时要重点考虑以下方面:(1)课程内容的组织形式;(2)选择合理的教育方式与活动形式;(3)教学进程与课时分布。
1.5 课程评估
设计方案实施后,要及时对课程目标、内容、组织实施等因素进行评价,及时掌握反馈信息。根据反馈信息,进行有针对性的调整与改进设计。
2 “电机与控制技术”课程设计的主要内容
2.1 教学理念
根据士官学员特点、专业和岗位需求,构建应用性理论、验证实验与技能实训的课程体系。课程教学强调“实用、适度”,重视应用性;加强教学互动,突出学员的主体地位。加强实践性教学,实现电机理论知识和应用、电机实际控制的有机结合,通过“教、学、做”教学过程,使学员更快的掌握理论知识和操作技能。合理采用讲授式教学、比较式教学、案例式教学等多种教学方法,灵活采用多媒体、部组件、实物等手段,理论与实践密切联系,激发学员学习兴趣。实践教学采用讲解示范、分组练习、个别指导等方式,突出学员的主体地位,提高动手能力。建立过程性考核系统,调动学员在实践训练、师生互动、学员协作交流等方面的学习主动性。
2.2 教学实施
(1)教学中,教员要贯彻“以学为主”教学理念,实现由以教员为中心向以教员为主导、学员为主体转变。②(2)要求教员要积极提倡学员主动参与、乐于探究、勤于动手,培养学员搜集和处理信息的能力、交流与协作学习的能力、分析和解决问题的能力。(3)要求教员突出“电机与控制技术”课程对电气维修及相关专业学习的桥梁作用,正确处理基础内容与实际装备应用的关系,强调用电机拖动技术解决电机与控制技术问题的方法学习,调动学员探究性学习的主动性与能力。(4)实验教学教员要围绕培养学员的知识理解、综合应用、技能训练和动手能力的实践教学目标,构建相对完整的实验实训内容。
设计了4个基础实验、4个实训项目和多个开放性实训项目等三个层次实验项目。其中,基础实验紧密围绕课程标准中知识点的要求,合理设计和组织了实验内容,抓住了学员的兴趣点,有效培养了学员主动学习和应用所学课程知识来分析、解决问题的能力。4个实训项目,以修理车间的工作任务为载体设计项目或者任务,例如修理车间的配电系统安装调试、电机正反转控制、电机顺序起停控制、电机Y/起动控制、典型机床电气控制设计等。通过实训项目,可以有效加强学员对课程中电机拖动与控制方面的理论知识深入理解,增强学员的实际动手能力,培养学员的基本素质和岗位能力。开放性实训项目打破课程体系的束缚,设计具有综合性、应用性和实践性的项目任务,让学员熟练掌握低压电器等的使用方法和应用技能,同时也培养学员的工程实际动手能力,使理论知识具体化。
2.3 教学内容设计
教学内容按照专题的形式,从难到易,从理论到应用的过程逐步展开,同时结合各专业特点,对教学内容进行了必要的增减。
(1)压缩电机原理的内容。电气设备修理相关专业学习电机原理的目的是为了应用,为学习特种电机使用和维修打好基础。因此,对电机原理内容进行了较大的压缩。一是着重讲授电机的工作原理、主要的电磁关系、工作特性及交流异步电机的等效电路等,对各类电机的绕组及磁动势部分只作简要的介绍即可;二是对此部分的重难点进行重点讲授,如直流电机的换向、交流异步和同步电机的结构和工作原理等。
(2)强化电机拖动内容的教学。“电机及拖动基础”应着重掌握电机的机械特性、运行特性以及对拖动系统运行的分析。因此,在教学中将重点放在电机的机械特性、电机的起动、制动和调速过程中各个物理量的变化情况及动态特性的分析上。对当前应用较广泛的三相异步电动机的变频调速,花较多的时间详细分析,既分析不同频率下电机的机械特性,又分析不同性质负载时电机的转速、电动势、电流、电磁转矩等物理量的变化趋势,为后续课程的学习打下良好的基础。
(3)增加新型电机的教学内容。在新型车辆上特种电机应用也越来越广泛,如无刷硅整流发电机、步进电机、伺服电机等。为此,控制电机要的同时增加这部分内容,并合理安排教学时数,使教学更加适应新技术和新型车辆发展的要求。
2.4 教学方法设计
针对教学对象和课程本身特点,确立以理论讲授式为主,同时采用比较式教学、演示式教学、讨论式教学和实践性教学等多种教学方法相结合的教学方法,使学员系统掌握电机与控制技术的基本知识体系,形象化地理解抽象概念,使得理论与实际应用密切联系,激发学习兴趣。
2.5 教学评估设计
评估设计采用了针对教员教和学员学的双向考核的措施,全面监督和评估教员教和学员学两个方面的教学效果。③
在评估教员教的环节中,设计了学院教学督导组听查课、系教学督导组听查课、教研室领导听查课三级听查课制度,同时课程结束后立即组织召开学员评教会,在课程教学全过程进行教员教学的综合评价。学院教学督导组将听查课的情况和指导意见及时反馈给教务科;系教学督导组将听查课的情况和指导意见及时反馈给系、室;教研室领导把三级听课情况及时通知教学组;在期末,教务科、教学组和学员代表联合召开以“教学效果”评价为主题的经验交流会,收集学员对任课教员的评价意见和建议。教学组根据教学评价信息,及时总结和交流教学实效好的教学方法和经验,促进教学组教员不断改进教学方法,提高教学能力。
在评估学员学环节中,采用课堂提问、作业、实验实训和期末考试相结合的学员成绩综合评定办法。该综合评价方法,贯彻了过程性、形成性考核思想,激励学员重视知识获取和能力提高的过程,调动学员在课堂讨论、师生互动、协作交流、实践训练等方面的学习积极主动性。
双向考核措施和方法,全面监控和评估教员教和学员学两个方面,促进提升了教员教学能力和学员学习能力,提高了授课质量。
3 结束语
教学组通过对课程设计的改革,在增强教学效果、提高教学质量的实践中取得了实效。通过改革,使教学内容更加合理,体系更加完备,更加贴近专业,更好服务于专业教学;使实践教学与理论教学有机结合,既巩固了所学知识,又有助于学员实际动手能力的培养与提高;通过采用灵活多变的教学方法和手段,使学员更容易掌握知识,提高了教学效果。
注释
① 徐英俊.教学设计[M].北京:教育科学出版社,2001:179-183.
关键词:工作过程导向;电气及PLC控制;课程改革
中图分类号:G712 文献标识码:A 文章编号:1671-0568(2011)35-0046-02
《电气及PLC控制》是高职机电一体化专业学生必修的一门专业技能课程。该课程教学内容涉及范围广,PLC控制部分的知识既有理论,又有编程。学生虽然对该课程感兴趣,但是学习起来未能完全掌握理论知识,操作实训上也仅停留在机械性的模仿阶段,不能触类旁通。在《电气及PLC控制》课程改革中,加强学和做的有机结合能力,拉近企业工作岗位与学生能力水平的距离,是教学改革的重点。
一、基于工作过程导向的《电气及PLC控制》课程教学设计
《电气及PLC控制》按照基于工作过程导向的教学理念,根据企业职业岗位的知识能力需求,考虑学院机电实训中心的硬件设施条件,设计以普通机床的PLC改造为载体,将该课程分为电机的基本控制、机床电气控制的分析与维修、PLC控制三大教学情境,三相异步电动机的电动与连续运转控制、三相异步电动机的正反转控制、三相异步电动机的Y/降压启动控制、CA6140车床的电气分析及维修、X62W铣床的电气分析及维修、M7120平面磨床的电气分析及维、T68镗床的电气分析及维修、三相异步电动机的PLC控制、天塔之光的PLC控制、十字路通灯的PLC控制、气缸的PLC控制、CA6140车床的PLC改造、X62W铣床的PLC改造等14个真实工作任务,遵循由简单到复杂的认知规律,把相关的必需知识逐步引导出来。这样的教学设计,体现了实践为主导、理论为实践服务的特点。学生通过任务训练,加深对相关理论知识的掌握,动脑动手的能力得到及时训练,消除了学生对企业实际工作的陌生感。
二、基于工作过程导向的《电气及PLC控制》课程教学实施步骤
基于工作过程导向的课程教学与传统教学模式最大的区别在于:它将职业能力的培养贯穿到整个教学过程中,在完成任务的同时,使学生掌握在这个任务过程中的工具设备、仪器仪表、工艺标准、操作安全规程。每一个学习任务都按照“布置任务――了解要求――制定计划――决定方案――实施任务――任务验收――评价总结”这七个步骤进行。以《电气及PLC控制》课程中的一个学习情境中的“X62W铣床的PLC改造”为例,阐述教学实施步骤:
1.复习、引入新课,布置任务、了解要求、计划、决策
回顾上一个工作任务,引入新课内容。下发工作任务单,见表1。分析工作任务要求,组织学生根据任务制定任务实施计划及决定采用何种方案完成任务。这一过程非常重要,可以使学生明确学习目标和任务要求,进而思考在此任务中想学到什么,能学到什么。
2.任务实施
这个任务过程分为两个阶段。第一阶段是分组复习X62W铣床继电控制的工作原理,通过10分钟排除X62W铣床的三个故障点,回顾X62W铣床继电控制的工作原理,掌握X62W铣床的主要运动控制,便于确定对X62W铣床采用PLC控制的输入输出点。回顾前一任务:CA6140车床的PLC改造,巩固对机床进行PLC改造的步骤及方法。第二阶段,要求学生根据任务要求制定工作方案,确定本组对X62W铣床进行PLC改造所采用的指令,绘制I/O分配表及PLC外部接线图,按图将PLC与X62W铣床模拟电路板连接起来,并根据自我制定的方案编写程序,下载调试实现X62W铣床的PLC改造。
3.任务验收、评价总结
以小组为单位,从理论答辩、外部接线、程序调试、职业素养等方面对学生进行考核。学生运行所编写程序,实现X62W铣床的PLC控制,同时抽组员回答相关理论知识,将理论与实操考核并重,全面检验学生在通过任务完成掌握的相关知识技能情况,了解学生是否完成之前设定的教学目标,填写评价表,作为该学习任务的成绩。最后,通过各小组验收情况,教师选取优秀组及落后组上台交流学习经验,教师总结该任务中涉及的理论知识及实操出现的问题,提供更好的操作方案。
三、基于工作过程导向的《电气及PLC控制》课程教学效果
1.课程特色
其一,该课程的教学模式为基于工作过程导向,在实训室进行教学,符合现场操作的环境,同时并未将重点完全放在实操上,而把一体化课程理解成实训课,在教学过程中,将理论知识的灌输融入与实操中,学生对理论知识不再感到枯燥无味而难以理解,满足职业能力发展。其二是课程的考核方式,每一个任务在验收的同时都进行考核,并且是理论及实操一并考核,每个学习情境结束后也进行考核,考核方式包括笔试、实操、答辩等,考核方式的多样性能调动学生的积极性及平时学习主动性,避免了学生滥竽充数。
2.教学效果
通过学生的学结,95%的学生赞成这种教学模式,大部分学生还认为课程结束太快,还想学习更多相关知识及技能。首先,学生自主学习动手的时间增多,教师传教式的讲述时间减少,极大地调动了学生学习的积极性和主动性;其次,任课期间为开放式,学生可以和教师进行交流,不局限于形式,有问题可以及时解决,学生与教师之间的距离拉近了不少,更便于师生的沟通。教师除了在学习上给学生给予指点外,在生活和思想上也给学生做出引导;再次,以真实任务为载体进行教学,学生既了解真实工作岗位工作情况,又增强理论知识的学习能力和实践动手能力,培养了职业素养。
总之,采用“工作过程导向”的教学方法,使学生投入到学习中,能学有所用。当然,这种教学模式还有些不足,因不同层次的学生之间的学习差异问题而使分组成员有依赖性的问题尤为突出,有待于进一步探索。
参考文献:
Abstract: This paper combines the teaching of work-integrated learning course: design and installation and debugging of machine electric control system, and discusses the application of enterprise engineering project in higher vocational project teaching model, and introduces specific implementation process. By implementing, we know it has more conducive to improving students' project practice ability than traditional project teaching. It is an effective way of cultivating students' vocational quality.
关键词: 企业工程项目;项目化教学;教学模式;任务实施
Key words: enterprise engineering project;project teaching;teaching model;task implementation
中图分类号:G71 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2013)02-0211-02
0 引言
在高等职业教育中,机电一体化专业主要培养的是应用型技术人才,实践环节在教学过程中显得非常重要,如何提高学生的动手能力也是目前高职院校很关注的问题,也提出了多种以实践为主体的教学模式,其中项目化教学较受推崇。但是普遍存在的问题是选择的项目过于简单,不具备真实性与综合性。在教学中引入企业实际工程项目,选择可动手实践的工程项目为平台,让学生参与到实际工程项目的各个环节,使其在实际工作中学到传统教科书没有涉及的知识和经验,提高学生的动手操作与工程实践能力[1]。
1 企业工程项目的教学特色与选择依据
1.1 企业工程项目的教学特色
1.1.1 理论知识与专业实践能力相结合 在企业工程项目教学模式下,教师不再走进枯燥无味的课堂教学,将科研和教学相结合,不仅与从事相关行业的企业保持密切联系,还能极大地提高自身的专业实践能力,也进一步督促年轻教师下企业锻炼。学生在企业的真实教学项目中学习,通过实际完成项目,实战操作,学以致用,激发学习兴趣,以解决实际问题,培养了专业实践能力[2]。
1.1.2 有效培养就业岗位要求的职业素质 通过引入实际项目的管理模式,让学生亲身体验机电专业人才的职业素质和岗位技能要求,在实践中培养爱岗敬业的职业素质、自主学习的能力和谦虚谨慎的工作态度,实现培养符合企业就业岗位要求的技能型人才。
1.1.3 有利于专业知识的拓展 企业工程项目所涉及的知识很难在一本传统的教科书上找到,这样学生必须通过课外阅读相关资料和教师指导进行知识拓展,教师教会学生学习的方法和手段,拓展学生的思维空间,学生可以通过网络等寻找参考资料和学习相关典型的设计项目,培养学生科学研究与自主学习能力。
1.2 企业工程项目的选择依据 企业工程项目的选择依据主要有以下几点:①明确企业工程项目在学校教学实施是否可行,包括场地、设备、师资等都要齐备;②企业工程项目的内容要与人才培养目标相匹配;③企业工程项目要具有一定的综合性,能确实有效提高学生的实践能力。
2 企业工程项目在项目化教学中的应用实践——以《机床电气控制系统的安装调试》课程为例
2.1 第一节课梗概 讲好第一节课,激发学生探索知识的兴趣对学好一门课程非常重要,兴趣教育是培养创新人才的必由之路,没有学习兴趣的学生,学习过程中不可能有激情,更谈不上创新思维的形成,这部分学生是学习的被动者。在机床电气控制系统的安装调试课程教学过程中,第一节课向学生介绍多种机床日常生活中的应用,当教师将所讲授的课程与学生所熟悉的一些应用联系起来之后,激起了学生思维的积极性和强烈的求知欲望,尤其是当学生得知能够有机会在实训室完成相关控制电路的设计和装调之后,更是充满了学习兴趣[3]。除了讲授能激起学习兴趣的知识外,还需要讲授的内容有以下几点:
①课程综述,让学生了解本课程学习的意义,引入项目教学法,说明项目实施的总体安排;②向学生展示项目中要涉及到电器设备或仪器,并介绍该课程的主要参考资料;③明确项目的内容及所要达到的预期目标;④展示并介绍刀开关、接触器、控制按钮等常用低压电器的功能,然后布置项目1中的第一个任务;⑤由指导教师担任车间主任兼技术顾问,班长担任项目总负责人,分组并推选项目小组的组长,组织对项目的实施。
2.2 企业工程项目选择与任务划分 根据上述的项目选择依据,将来自企业并且适合高职学生学习的项目——多线切割机电气控制系统的设计与安装调试作为该课程教学的一个工程项目,结合课程教学内容与专业要求,将项目分解成多个任务。具体分为如下八个任务:模拟量输入与输出模块的使用与仿真;运用PLC与模拟量扩展模块控制伺服电机的转速;人机界面HMI触摸屏的参数设置与界面设计;运用PLC及触摸屏控制电机;旋转编码器的脉冲计数装置的设计与安装调试;步进电机的正反转及转速控制装置的设计与安装调试;切割机钢线张力控制装置的设计与安装调试;多线切割机控制系统的设计与安装调试。
2.3 单元教学设计与实施 本文以项目中的其中一个任务——运用PLC与模拟量扩展模块控制伺服电机的转速为例来介绍单元教学设计与实施过程。
2.3.1 本单元的教学目标 告知学生本单元要达到的教学目标有能力目标与知识目标。具体如下:
能力目标:能根据产品说明书及相关资料正确使用伺服电机;能进行各种模拟量输入、输出以及混合模块的外部接线;能运用PLC和模拟量扩展模块控制伺服电机。
知识目标:理解各模拟量扩展模块的量程与DIP开关设置的关系;掌握各类型模拟量扩展模块的外部接线方法;掌握电位器的工作原理;了解模拟量扩展模块在工业控制设备中的应用。
2.3.2 教学的实施过程
①任务引入。给学生发放工作任务单,以校企合作企业的多线切割机电气控制系统中的伺服电机运动演示来引出新任务,并向学生说伺服电机在目前工业控制中的应用情况。本单元的任务有2个子任务组成,基础任务:利用电位器改变伺服电机的转速;拓展任务:利用PLC、模拟量扩展模块控制伺服电机的转速。基础任务要求如下:1)绘制伺服电机的外部接线图;2)设定伺服电机的操作面板参数;3)选择元器件型号;4)安装控制电路并完成调试。拓展任务在基础任务的几点要求基础上再加入编制PLC控制程序的要求。
②资讯获取。资讯获取的内容包括:引导学生思考引导性问题;提示学生通过技术资料查阅关键知识;问题回答与指导,学生回答教师之前提出的引导性问题,对回答正确的学生给予表扬,对回答不完整或有误的学生给予适当的提示,并鼓励他继续努力,争取下次有更好的表现。
③方案讨论与修改。小组讨论任务的实施方案,根据任务要求,引导学生讨论该任务的主要内容,学生讨论后,由小组代表汇报方案的设计思路,教师评价并给予适当的提示,学生根据教师的引导进行修改和完善。
④任务实施。在这个任务实施部分主要有2个工作:1)元器件的安装与布线;2)功能调试;教师记录学生在任务实施过程中的表现,解答学生的疑问。学生把计划完成的时间、遇到的问题、出现故障的现象、排除故障的方法等记录在学生工作任务单中。
⑤展示与评价。1)各小组代表展示该组项目作品,并对调试过程作简要介绍;2)学生互评,并相互交流工作体会;3)教师根据如下所示的考核表对每个学生的任务完成情况评分,其中第电路接线与调试、回答问题、成果展示这3项考核是由小组所有成员共同完成。
⑥归纳总结。教师与学生共同归纳总结在任务实施过程中遇到的问题及知识点,主要由以下内容:1)伺服电机外部端子接线的注意事项;2)伺服电机操作面板参数的设定;3)伺服电机及电位器的工作原理。
3 教学效果与改进措施
本课程召开了学生和教师座谈会,学生和老师都认为该课程的教学效果与传统课程有很大的提高,企业工程项目的引入,使学生在实现完整工程项目的过程中学习了具体的理论知识,并培养了学生的工程意识;通过方案分析、设计以及讨论各种方案的利弊,从而选择最优实施方案的过程中逐渐培养了工科学生的自主学习与独立分析与解决能力的能力,也为学生未来走上工作岗位奠定了坚实的基础。
座谈会中也提出了该课程的一些不足和改进措施。主要有以下几点:①项目内容较多,难度较大。经学生和老师提议,在增加实训室课外开放时间,让有浓厚学习兴趣的学生做更多的拓展训练以进一步提高专业实践能力;②教学组织过程需要教师和小组长共同努力来进一步完善。教学组织协调不当容易出现一些学生工作散慢的现象,因此小组成员分配以及小组长的选用显得尤为重要。除了选择组织能力强、学习态度好、乐于助人以及有一定合作创新意识的学生为小组长外,教师还需要根据学生在课程学习期间表现出的知识掌握情况、学习能力和团队协作等影响因素进行适当调整分组情况,力求做到每个团队能合作愉快,共同完成工程项目。
4 结束语
工学结合课程在项目化教学中引入了真实的企业工程项目,解决了以往项目化教学的选题脱离实际、学生积极性不高、教学效果不尽如人意等不良情况;更充分体现了以“岗位需求”为出发点、以培养“职业能力”为核心的职业课程特点,培养学生的自主学习能力,充分调动学生的积极性,更加有效地培养锻炼学生的综合能力,切实做到了教、学、做一体化。作为职业教育工作者还需不断地努力,争取获得更加显著的教学效果,培养更多符合专业岗位需求的优秀人才。
参考文献:
[1]蒋文胜.将实际工程项目引入教学的项目教学法应用[J].职业教育研究,2009,(3):150-151.
[2]王邦元,周自斌.基于真实项目的高职教学模式改革与实践[J].南昌教育学院学报,2011,(10):87.
[3]张秀珍,马秀娟,王新胜.改革实验教学,突出学生工程实践能力的培养[J].实验技术与管理,2007,(11):11.
维修电工岗位职业能力的培养,是全国各职业院校众多专业人才培养方案的重点要求。
研究新形势下维修电工学习,不仅是提高教学质量的重要途径,而且对全国职业教育具有重要意义。
本文以工业机器人时代到来为背景,总结我国工业机器人的发展与应用现状,分析当前工业技术发展形势下“维修电工岗位”核心职业能力要求的新变化,归纳适应工业生产发展需求的维修电工岗位对应的学习领域,进而探讨相应学习领域的课程与教学设计,最后提出了维修电工课程设计与能力培养路线图,为当前高职维修电工领域的发展提供思路。
2.工业机器人的发展与应用现状
工业机器人的发展可分为三个阶段:第一代示教再现机器人,目前工业中正大量应用;第二代带感觉的机器人,技术应用基本成熟,工业应用较多;第三代智能机器人,技术正在发展过程中,工业上少量应用。
所以,目前工业上应用的机器人主要是第一代和第二代机器人。
当前国内的工业机器人市场已经逐步走向成熟,且作为全球制造工厂的我国制造业对产品质量和生产率的要求越来越高,人力成本也将不断提高,所以工业机器人的应用已经进入快速发展时期,其应用范围将进一步扩大。
3.工业机器人时代对维修电工岗位职业能力的要求
3.1 自动化生产设备的广泛应用
工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备,其发展与应用对电工行业的影响较为深刻,主要表现在高性能控制器、伺服电动机、各种传感器和HMI设备的大量应用上。
目前在自动化生产设备上,除了常用的继电器、接触器等传统电器设备,还大量应用着以下几类新型电器:控制模块,其中以各种PLC控制器应用最为广泛;电动机驱动装置,常用的设备如变频器、步进电机驱动器、交流伺服驱动器等;电动机,以步进电动机和交流电动机为主;传感器,如光电开关、接近开光等。
3.2 工业机器人的发展应用促进了维修电工岗位核心职业能力的发展与变化
传统维修电工岗位职业能力的重心是继电器-接触器电气系统的安装调试与维护,为了适应生产的需求,当前维修电工岗位的核心职业能力也必需发展变化,应该把重心定位在以PLC控制器为核心的现代电气控制系统的安装调试与维护上。
从岗位核心职业能力的要求上看,新的核心职业能力是对传统职业能力的继承与发展,对当前教学中维修电工岗位职业能力的培养提出了更高的要求。
4.维修电工对应学习领域的发展与变化
4.1 维修电工的学习领域
当前高职院校对维修电工学习领域的设计,主要包括电工技术基本理论与知识、电机拖动与控制基础、常用电气控制设备的使用与维护、电气制图等。这些学习领域只能满足传统继电器-接触器电气控制系统的安装调试与维护的需要,不能适应当前维修电工岗位职业能力的要求。工业机器人时代背景下,维修电工对应的学习领域,需依据新的岗位核心职业能力确定,〃现代电气控制系统安装调试与维护〃对应的学习领域主要包含电工技术基本理论与知识、电机拖动与控制基础知识、PLC控制技术与应用、常用新型电气设备的运用和现代电气控制系统的安装调试与维护这五个学习领域。
4.2 维修电工学习领域的发展与变化
维修电工对应学习领域的发展与变化,是为了培养适应市场需求的实用型技术人才,也是对维修电工教学内容的一次改革。在五个学习领域中,有两个学习领域是继承了传统,另外三个学习领域是"现代电气控制系统安装调试与维护〃这一新的维修电工岗位核心职业能力的新要求。维修电工学习领域的变化,将直接影响维修电工设计,必须重构其对应的体系,学生才能生成新的维修电工核心职业能力。
5.工业机器人时代维修电工学习领域设计
5.1 维修电工课程设计
本文维修电工课程设计的总体原则为:理论知识和实践能力并重,单项技能与综合能力并重。五个学习领域的课程设计整合为四门主要课程,包括电工技术基础课程、电机拖动与控制课程、PLC控制技术课程和现代电气控制系统综合技能课程。
这些课程分为三个类型:基础理论知识型课程、重点单项技能型课程和综合技能应用型。这三个类型把维修电工核心职业能力的培养分为三个阶段:第一阶段是熟悉电工基本理论知识;第二阶段是掌握各种重要单项技能;第三阶段是综合技能应用生成核心职业能力。
5.2 维修电工课程设计与能力培养逻辑
首先,通过电工技术基础课程使学生掌握前人的相关间接知识和经验;然后,通过电机拖动与控制课程和PLC控制技术课程让学生通过单项技能学习快速生成核心职业能力,如电机的结构原理的认知、基本控制电路的安装调试能力、PLC程序设计能力、PLC控制系统安装与调试能力;最后,通过现代电气控制系统综合技能课程一方面灵活增加学生对新型电气设备(变频器、伺服驱动器、传感器和HM丨设备等)的学习,另一方面培养学生现代电气控制系统安装调试与维护的综合职业能力。维修电工的课程设计与能力培养逻辑,以培养学生可持续发展的实践能力为最终目标,确保能够通过课程教学活动高效生成高技能实用型人才。
6.总结和展望
维修电工岗位职业能力的培养,是全国各职业院校现开设的众多专业人才培养方案中所重点要求的培养目标,所以在工业机器人时代到来的新形势下,对维修电工进行研究十分必要和重要。
关键词:PLC;教学改革;教学做一体化;混合式教学法;项目驱动法
0引言
《电气控制与PLC》是自动化、机械电子等专业的一门应用性和实践性很强的专业核心课程,要求学生既要有一定的理论知识,又要有一定的实践动手能力。本课程包含“电气控制”与“PLC技术”两部分内容,传统的教学模式侧重理论教学,理论学时占主导地位,实验往往只有8个学时,造成了理论教学和实践严重脱节的空中楼阁现象,造成学生在工作中很难将理论知识应用到实践中,因此对《电气控制与PLC》这门课程课堂教学进行改革十分必要。
1电气控制与PLC课程特点和教学目标
《电气控制与PLC》这门课程是电机电气控制和PLC应用技术两门课程的整合,知识内容丰富,涵盖知识面很广,专业性很强,应用性及实践性很强,因而对学生的要求也很高,要求学生在掌握理论知识的同时,又要有一定的动手操作能力。目前,地方本科大学正在向应用型大学转型,主要培养服务生产第一线的高素质技术型应用人才[1,2],在新课程改革的背景下,《电气控制与PLC》也要适应应用型转型的改变,制定新的教学目标。《电气控制与PLC》这门课程应以培养知识应用、创新能力为主线,培养高级应用型、创新型、自主学习能力强和具有良好职业素养的复合型人才为目标。为实现这一综合性教学目标,就要对传统的教学内容、教学模式、教学手段、教学方法及考核方法进行改革。
2教学内容改革
首先对课程理念进行改革,针对应用性培养需求,重组教学内容[3]。以“强化能力、重在应用”为指导思想,在以项目任务设计教学过程,增加实践教学的学时,培养学生的工程应用能力。电气控制及PLC课程主要有两大模块,一是继电器控制系统,一是可编程控制系统。继电器控制系统模块主要内容是介绍常用的低压电器和生产设备电气控制系统的设计、分析方法,主要设计以下几个项目模块:电机点动、电机长动、电机正反转、电机顺序控制、电机降压启动线路、电机制动控制线路、电机调速线路、机床电气控制线路分析。可编程控制系统主要设计以下几个项目模块:PLC认知、电机基本控制线路PLC实现、抢答器、交通灯、水塔水位控制、多种液体混合控制、彩灯控制、自动配料、物料分拣、化学反应装置、工业机械手控制、步进电机调速控制、PID指令应用、PLC系统综合应用。每一项教学任务在教师讲解所需知识点后,都需要学生自己动手完成电路设计、连接、程序编制、调试等实际操作任务,在实际操作过程中有问题时老师予以现场指导。这些内容的安排不仅教授了相关理论知识,更重要的是项目法教学内容安排能激发学生学习的动力,并且大大了提高他们理论知识联系实际应用的能力。
3教学模式改革
传统的教学模式以教师为主体,偏重理论课堂教学,由于这门课程内容多而且专业难度大,仅仅在课堂理论讲授,学生很难理解抽象的概念和设计方法,往往觉得该课程晦涩难懂,很难学好,所以对传统教学模式进行改革非常有必要[4]。根据工学结合的教学理念,可以将理论知识和实践教学相结合,以适应社会应用型需求为目标,以学生为中心,充分发挥学生的主体作用,改用“教学做一体化”的教学模式,将教室设在实训室,教师在讲完项目要求和相关理论知识后,学生可以直接利用实训室的实训设备进行实践练习,一方面这些设备和实物可以将抽象的知识实物化,另一方面学生可以将新学的理论知识应用到实践中,这样原先在教室理论教学觉得抽象难理解的知识就可以较形象化的被接受了,并且通过“做”的过程提高了学生理论知识的掌握程度,提高教学效果。
4教学手段及教学方法改革
为了提高《电气控制与PLC》这门课程教学效果,还要对传统的教学手段及方法进行改革和创新。在教学过程中,要抛弃唯教室、唯讲台、唯老师传授的教学手段,要以学生为中心采用现代化的教学手段,立足于培养创新精神和实际应用能力,可以借助泛雅网络平台和其它网络资源进行辅助教学[5]。借助于课堂外的互联网资源比如中国PLC网、工控网等,引导学生通过查阅网站、技术论坛等进一步扩充视野,及时掌握PLC的发展动态和前沿知识。在泛雅网络教学平台上,可以在教师上课之前就下达自主学习任务单和微视频等资源,引导学生自主学习相关知识,这样每个学生可以根据自己的情况自主安排时间学习相关内容,学习基础好的可以少用一些时间,基础差的同学可以多花时间来学习相关内容,也可以在课下组成团队一起来学习,提高团队协作能力和学习效率。针对这种网络教学辅助手段,那课堂上的教学方法也要随之改革,不能老师是主角再满堂灌,而要采用混合式教学方法,根据下达的自主学习单的任务,教师在课堂上抽查自学情况,选择某个同学或某组同学来给同学讲解相关知识,最后教师再补充总结巩固相关知识点内容。采用混合式教学方法能促进同学课下自主学习和课堂认真听奖和讨论的积极性,避免了教师单一传授教室鸦雀无声无人响应的尴尬局面,提高了教学效果和学生的自主学习能力、研究能力和团队协作能力。《电气控制与PLC》这门课程教学由于难度大,要重视教学设计,将多种教学方法和手段相结合,使之相互辅助、相互促进。教学手段上除了网络平台的线上线下分时教学外,还要用理论和实践相结合的手段,板书和多媒体演示相结合的手段。教学方法上,除了传统的讲授法和比较先进的混合式教学法以外,还采用了启发式探究法、演示法、项目驱动法等教学方法。对于抽象的知识借助演示法进行实物演示和动画演示,帮助学生克服难点;在传统教学方法的基础上,采用启发式问题探究法,将学习内容设计成若干个具有挑战性的问题,循序渐进的通过设置问题引导学生的探索过程。探究式教法通过设置问题情境启发学生思维,采用循序渐进的提问方式调动学生的求知欲,激发学生的学习兴趣和学习的积极性、主动性;项目驱动法是在教学过程中以项目任务为驱动,把课程相关知识点按照项目的不同分割融入到各个教学情境中,在解决项目任务的过程中就学习了相关理论知识,项目驱动教学能激发学生学习兴趣而且印象更深刻。
5考核方法改革
《电气控制与PLC》这门课程教学传统的考核方法是期末占90%,平时占10%,往往学生只需要期末突击一下就能通过考试,针对该课程实践性强的特点,在改革了教学模式等方面后,考核方法也应该随之改革,要加大过程考核比重,实验及实践操作加大成绩比例,从考核方法上来督促学生重视实践环节,提高课程应用能力。
关键词:电机学;教学方法;实践
电机学是电气工程及其自动化专业的一门关键的专业基础课程,是连接公共基础课与专业课的纽带,对后续专业课如电机拖动、电力系统分析、电机控制等课程的学习起着重要的铺垫作用[1]。电机学课程理论性强、涉及学科门类多,且与实际工程问题结合紧密,掌握电机学课程需要理论指导实践、实践辅助理论理解的学习过程。为了能让学生从总体上更好地认识和掌握这门课,达到工程教育专业认证标准[2],提高学生分析和解决实际工程问题的能力,更好地提高课程教学质量,本文以教学内容与教学实践为基础,对本课程教学方法的改进进行了探讨,对提高教学质量具有重要的意义。
1现状分析
电机学主要内容包括电机的基本结构、工作原理、电磁关系和运行特性[3]。通过课程学习,学生能运用电机的等效电路、基本方程、相量图、绕组连接规律等基本理论与基本分析方法,完成电机参数计算任务要求,能解决电机运行中存在的实际工程技术问题。本课程在教学中常存在以下问题:第一内容抽象、公式繁多,课堂教学仍是以教师的讲授为主,师生互动不多,学生参与度不高,未能调动学生学习的积极性。第二理论与实践教学脱节,学生对电机基本结构不够清晰,难以将抽象理论与实践有机地结合起来。第三仅通过电机课堂和实验教学,学生难以具备灵活运用所学专业知识的能力,只有让学生了解电机最新发展前沿,参与到实际项目工程中去,才能提高学生的学习兴趣。针对以上问题,从以下几个方面对教学方法的改进进行探索。
2实习实训与理论课的有机结合
电机学是实践性非常强的一门课,现有的教学方法是从理论教学到实验验证的过程,采用实践引领理论教学的反转模式,培养学生通过现象探索本质的能力[4]。学习电机首先要了解电机的主要结构及作用,学生在刚开始上这门课时,要先进行一周的认知实习。校内参观电机科研及教学实验室,校外参观生产现场,学生通过听取工人师傅对电机结构、工作原理、生产工艺、日常生活中的应用领域及在国民经济中的重要作用的讲解,对电机产生直观的认识,对其结构有初步了解,克服畏惧心理,提高学习兴趣。当课程讲解到异步电机章节时,安排两周的电机实训实践环节,时间为每周的周六周日。由于学生人数较多,将学生进行分组,每组共同完成一台异步电机的拆装和组装任务。实训主要内容包括电机拆装工具认识、电机拆装、绕组重绕、绕组嵌线与接线、电机安装、电机检测等。通过实训加强课堂教学与实践教学有机结合,学生对电机结构和原理进一步理解,由感性认识上升到理性认识,激发学生学习的积极性,提高学生的动手能力、运用所学电机理论解决实际问题的能力,同时也锻炼了学生分工协调、团队合作的能力。
3教学方法的改进
3.1引入工程问题,以学生为主体的讨论式教学方法
在每章开始学习之前,首先引入工程问题,使学生带着思考进行有针对性的学习,如电机内部电磁关系比较复杂,为什么常将电机磁场化成简单的磁路进行分析?三相交流电机的绕组为什么常采用双层短距绕组?举例分析24槽4极三相双层叠绕组展开图绘制步骤及规律?定子漏抗的大小对三相异步电机的性能有何影响?三相异步电机的工作性能指标主要有哪些,如何提高其效率?让学生学会应用基本理论去分析、解决实际工程问题。在每章学习结束做总结时,学生对这些问题进行讨论,说出自己的看法,在相互讨论过程中发现自己认识的不足,加深对某一知识点的理解,发挥学生的主观能动性,提高学生灵活运用知识的能力。
3.2对比结合推导式教学方法
各种类型的电机运行时的电磁关系既有联系又有区别。该部分教学内容较多,学生很容易混淆各种电机类型之间的电磁分析过程。为此,可以采用对比式教学方法[5],将关系属性相近的知识点联系起来,对电机的共性和个性问题进行总结概括,方便理解记忆。如为了更好地理解磁路的基本定律及各参数的物理意义,将磁路和电路的基尔霍夫第一、第二定律进行对比,将磁路和电路中相关参数及计算公式进行对比;分析变压器和异步电机基本结构、等效电路、基本方程、相量图之间的类比关系;讲解直流电机、异步电机和同步电机基本结构、工作原理及定转子磁势之间的联系与区别;将直流电机的电枢绕组与交流电机绕组的连接方法进行类比;将电动机与发电机能量传递过程进行类比等。采取对比的教学方法,对电机整体类似内容进行归纳总结,让知识点更系统化,加深学生对相似内容的内在联系和容易混淆问题的认识,有利于提高学生的学习效率和教学质量。电机学中有很多理论推导过程,将对比与理论推导相结合的教学方法用于电机的等效电路、电磁参数计算能达到事半功倍的效果。如为反映变压器的内部空载和负载的电磁关系,将既有磁路又有电路联系的变压器经过绕组归算,推导出变压器的T型等效电路,类似于变压器电磁分析方法,异步电机因定转子频率不同,需经过频率归算和绕组归算推出其T型等效电路。在推导正弦磁场下交流绕组的感应电动势时,步骤为首先分析一根导体中的感应电动势,然后推导一个线圈的感应电动势,再计算一个线圈组的感应电动势,最终推出单相绕组电动势的计算公式。对比电动势的分析方法推导正弦电流下单相、三相绕组的磁动势,先分析整距线圈的磁动势,然后依次分析整距线圈组、短距线圈组,最终推出单相、三相绕组的磁动势。课堂教学中,学生通过对问题进行对比与公式推导相结合,目标明确,概念和思路清晰,有益于分析问题的能力和学习效率的提高。
3.3引入课外兴趣小组结合有限元方法研究
典型案例电机学课程中采用数学推导结合图解法得到对称三相绕组中通入对称的三相电流时,在气隙中产生圆形旋转磁场。电机电磁场理论抽象,磁路中磁力线的走向是学生较难理解的问题。随着科技发展,有限元方法在电机仿真应用中起着越来越重要的作用,有效弥补了实验教学内容的不足,加深学生对复杂电磁理论的理解,是对当前课堂教学的补充和完善。目前用于电机有限元分析的软件主要有Ansys,Flux,JMAG和MAGNET。以24槽4极永磁电机为例,通过对电机进行前处理结构建模、剖分,后处理仿真分析,得到电机结构剖分图和磁场分布如图1所示,并进行参数计算、优化设计。用以上有限元软件,可将抽象的电机旋转磁场以图形和动画形式直观展示,极大方便了学生对电机电磁现象的理解,有效激发学生学习兴趣。当前电机新技术和新材料快速发展,知识日益更新,结合电机最新发展技术前沿,利用目前流行的有限元软件辅助电机分析,让学生成立课外兴趣小组,以三相异步电机设计仿真与实验为典型案例教学训练项目,同时引入特种电机的设计仿真与实验课题,鼓励学生参与教研项目活动。通过案例教学辅导,完成电机的资料收集、方案设计、性能分析、实验验证、数据处理、撰写报告等一系列工程化训练,培养学生创新能力和团队协作的意识,同时满足工程教育专业认证提出的“运用综合知识解决本领域复杂工程问题”的要求,提高学生的理论和实践水平,为今后走上工作岗位奠定基础。