论文部分内容阅读
摘要:以机械设计制造及其自动化专业中的主要专业基础课程机床电气与PLC为载体,运用以工作过程为导向的项目教学法进行课程教学改革,精心设计了课程的项目教学体系。在项目的实施过程中,采取以学生为主体,“教学做”合一的教学模式,对于培养学生的应用技能,增强学生的“大工程意识”,提高课程教学的质量具有良好的效果。
关键词:机床电气与PLC;项目教学法;课程教学改革;大工程意识
应用型本科工科院校培养的学生,特别是机械设计制造及其自动化专业毕业的学生,毕业后主要面向生产第一线从事实际工程类工作,为了较好地适应工作,在校内培养应用型工科专业学生的“大工程意识”显得尤其重要。部分高校由于受传统教育思想的影响,过分强调专业化、科学化,过分强调课堂的理论教学,因而学生的工程实践能力、工程实践的人文精神和职业素质等方面得不到充分的锻炼和培养。
本文以机械设计制造及其自动化专业为背景,采用项目教学法的形式,对该专业中的主要课程机床电气与PLC进行教学改革,并将“大工程观”教育思想中一些先进的工程理念融会其中,全面提升学生的综合工程素质。
一、项目教学法
项目教学法起源于美国,盛行于德国。它是以工作过程为导向,能力本位,学生为主体,通过实施一个完整的项目而进行的教学活动。项目教学法把传统的学科体系课程中的知识、技能和职业素养融合到若干个课程项目中,构建以项目为载体的学习单元,围绕项目组织和展开教学,打破了传统的“以课堂为中心、以教师为中心、以教材为中心”的教学模式,让学生在参与整个项目的过程中充分发掘创造潜能,培养解决问题的能力、创新方法的能力、接纳新知识的学习能力以及与人协作和进行项目运作等社会能力。
二、机床电气与PLC课程特点
机床电气与PLC课程是培养应用型机械设计制造及其自动化专业人才的主要课程之一,该课程具有实践性强、与工程应用联系密切、突出学生工程应用能力的训练和培养等特点。该课程具体内容包含两大部分,一是继电接触器控制系统,要求学生掌握常用低压电器的原理与使用、控制电路的基本环节、分析典型机床设备电气控制系统的方法等内容;二是PLC(可编程序控制器)控制系统,要求学生掌握可编程序控制器的基本结构、工作原理、指令系统、可编程序控制器控制系统设计和编程方法。该课程的教学围绕分析、设计、制作机床电气控制系统和工业现场其他典型PLC控制系统所需的知识和能力展开,以具体的项目模块为载体,从系统的角度诠释从独立的机床电器整合成完整电气控制系统的步骤和过程,从实际出发解决工程问题,重视对学生工程意识、创新精神、团队合作、质量意识、节能减排和保护环境等意识的培养,为学生可持续发展奠定良好的基础。
三、实施工作方案
1.构建课程项目教学体系
本文紧密结合本专业方向“数控加工与维修”的人才培养目标,即掌握较宽厚的专业基础知识,具备较强的专业适应能力,在机械制造及其自动化领域从事数控设备电气设计、安装、调试及设备维护、维修等工作。根据本课程教学大纲要求掌握的内容,遵循学生的认知规律,由易到难,由器件到系统,由感性到理性,设计具有实际工程应用背景的5个项目。以项目带动教学,由浅入深地把知识和技能渗透到项目的实施过程中。学生在完成这些项目的过程中自主学习、合作学习,构建理论知识体系,培养职业综合能力。机床电气与PLC课程项目教学体系(见表1)。
2.项目教学法的实施
项目教学法在实施过程中一般按“确定项目任务—制定工作计划—组织项目实施—检查考核评估—总结评比归档”等5个步骤展开,下面以第五个项目“基于PLC的数控车床电气控制系统设计”为例进行讲解,此项目开设地点在数控维修实验室,实验室既有完整的机床设备,也有由任课教师自行开发的数控机床电气控制实验台,以开放的形式方便学生的实训。
(1)确定项目任务
“基于PLC的数控车床电气控制系统设计”是一个综合性项目,和数控加工与维修专业方向紧密结合的工业现场项目,完成本项目需要学生综合运用本课程和其他相关专业课程的众多知识点。
车床电气控制系统主要有主运动控制和辅助功能控制两大部分。主运动控制功能完成由电机拖动滚珠丝杠,带动托板在X轴、Z轴两个方向的进给运动控制。辅助功能控制包括车床主轴启停、主轴调速、换刀、夹具的自动夹紧和松开、冷却液开关等控制。上述内容主要由教师基于完整的车床电气控制系统,以引导、示范的形式讲解车床电气控制系统运行的工作过程,从而让学生对车床电气控制系统具有直观、真切的感受,可以激发学生的兴趣、积极性和创造潜能,培养学生的观察能力。数控车床PLC控制系统分解任务如图1所示。
(2)制定工作计划
这个阶段以学生为主体,教师起引导和辅导作用。学生根据各自的专业特点可以自由组合团队,依据项目任务解决要点,通过研究讨论,制订总体方案、实施步骤、进度计划及团队成员的分工情况表,最后提交书面计划书,由教师审阅并做出相应指导,完善项目实施计划。通过这一步,学生具有独立进行计划安排的机会,培养了学生的自学能力、研究和分析问题的能力、协作和交流能力。
(3)组织项目实施
这个阶段学生把具体的知识贯穿在实现工程项目的过程中,切实做到“做中学”,体现工程意识。学生通过组员分工协作、学习和探索,共同完成工程项目,培养了学生团队合作的意识。在这个过程中教师可以适当参与、启示和辅导学生遇到的技术难点和问题。
针对“基于PLC的数控车床电气控制系统设计”项目,需要强化学生PLC应用系统的设计方法和步骤,培养学生的系统观,为学生将来的工作打好基础。实现本项目的具体步骤包括:①确定I/O设备和PLC选型,进行成本估算,实现较高的性价比,培养学生的成本意识;②PLC的I/O地址分配,一般要求留有适当的通道余量;③硬件和软件设计,硬件包括设计电气控制柜、操作面板电器布置图及安装接线图,根据图样进行现场接线,并检查正确性,软件包括梯形图程序的编写、模拟调试,并根据调试结果不断修改、完善和优化程序,采取有效措施增强系统的可靠性,提高系统的综合性能,从而培养学生的可靠性质量意识和创新意识;④电气控制系统联调和技术难题处理;⑤编制项目设计说明书,整理技术文件,完成项目设计。
在项目实施过程中教师要掌控好各个教学环节的进度和节奏,但与传统教学中的教师角色有所差别,必须强调学生的主体地位,切实做到引导和指导的作用,训练学生参与工作过程的意识。
(4)检查考核评估
项目教学法的实施强调的是做项目的过程,但项目执行的结果也需要进行评估,这也是开展项目教学的一个重要环节,从而切实发挥好教师的监督作用,并总结出项目实施的经验和存在的不足。
项目考核评估主要分成两个方面,一是过程检查,教师全程跟踪学生做项目的过程,及时做好学生平时表现和项目实施过程中存在问题的记录,为合理评估学生的综合能力和完善项目的实施提供参考依据。二是在项目结束时采用小组答辩的形式,同组学生和教师共同担任答辩评委,审核项目是否达到预期目标,总结项目成果的优缺点,让学生了解存在的问题,完善以后的项目学习。
(5)总结评比归档
在项目组内部对项目教学过程进行检查考核和评估的基础上,结合学生或学习小组在该项目中的表现进行总结评比,并由教师对各个项目组进行点评,引导组与组之间的交流,让学生之间互相学习,互相借鉴,扬长补短。
最后,还要求将项目的成果(包括实物和软件等)、资料、报告等全部归档,为今后的改进和完善积累经验。
四、存在问题及解决措施
项目教学法在机床电气与PLC课程教学的实际实施过程中反映出以下主要问题:
1.教师的工程实践能力和素质有待进一步的提高。要能高效地开展项目教学法,起引导、指导和监督作用的教师不仅需要有深厚的理论基础,还需要更多接触工程实践项目,不断提高专业技术和实践能力。
2.为了更好地体现学生为主体的思想,在设计项目情境时充分考虑学生比较熟悉的、感兴趣的项目,这样可以较好地激发学生的主动性,有助于项目的顺利有效开展。其次还要考虑学生能力的差异,均衡分组,避免出现少数学生的“陪读”现象,要做到人人参与。最后还要建立和完善评估机制,有效、合理、公平地评价学生的综合素质。
3.目前教学资源相对紧张,需要深入思考如何充分地、最优化地、最有效地利用和拓展现有的教育教学资源。一方面可以加大用于实验、实习设备的建设力度,另一方面可以与一些企业合作,发挥高校科研的优势,本着双方互利多赢的原则,充分利用企业现有设备和经验丰富工程师的资源,让学生在校期间就有机会与生产第一线接触,为将来的专业发展打下基础。
五、结束语
运用项目教学法,通过“实践→理论→实践”的过程,使学生在实现完整工程项目的过程中学习了具体知识,并体现出了工程意识。在项目实施过程中,学生设计和比较了不同的工作方案,从系统性能、开发成本以及技术难度等角度分析了各种方案的优缺点,并选择了其中性价比最优的实施方案,从而培养了学生的系统工程意识。总之,项目教学法可以培养工科学生的独立工作能力和团队合作精神,提高了学生的综合职业素能,有助于培养学生的“大工程观”意识。
参考文献
[1]王令其,左健民,汪木兰,等.大工程观与应用型工科教学改革[J].理工高教研究,2009,2:130～132
[2]汪木兰,朱晓春,刘坤,等.案例教学培养自动化专业学生大工程意识[J].中国现代教育装备,2008,12:165～167
[3]汪木兰,朱晓春,王令其,等.自动化专业人才质量意识培养模式[J].实验室研究与探索,2005,S1:127～129
[4]汪木兰,朱晓春,王令其,等.改革数控原理与系统培养学生系统工程意识[J].中国现代教育装备,2006,1:31～33
[5]王萍.项目教学法在专业课程中的实践[J].教育与职业,2009,10:129～130
[6]许翏,王淑英.电器控制与PLC控制技术[M].北京:机械工业出版社,2005
[7]鲁远栋.PLC机电控制系统应用设计技术[M].北京:电子工业出版社,2006
Application of project-teaching method in the course electrical control of machine tools and PLC
Chen Heyan, Wang Mulan, Liu Shuqing
Nanjing institute of technology, Nanjing, 211167, China
Abstract:Teaching reform, which is based on the course electrical control of machine tools and PLC in mechanical design & manufacturing and automation specialty training programs, is carried out by work-process oriented project-teaching method. Project teaching system of the curriculum is meticulously designed. In the project implementation process teaching mode, which is student-oriented and teaching-learning-doing, is adopted. Such teaching mode can achieve better effect for application skills and integrated engineering consciousness of students and quality of course teaching.
Key words: electrical control of machine tools and PLC; project-teaching method; course teaching reform; integrated engineering consciousness
关键词:机床电气与PLC;项目教学法;课程教学改革;大工程意识
应用型本科工科院校培养的学生,特别是机械设计制造及其自动化专业毕业的学生,毕业后主要面向生产第一线从事实际工程类工作,为了较好地适应工作,在校内培养应用型工科专业学生的“大工程意识”显得尤其重要。部分高校由于受传统教育思想的影响,过分强调专业化、科学化,过分强调课堂的理论教学,因而学生的工程实践能力、工程实践的人文精神和职业素质等方面得不到充分的锻炼和培养。
本文以机械设计制造及其自动化专业为背景,采用项目教学法的形式,对该专业中的主要课程机床电气与PLC进行教学改革,并将“大工程观”教育思想中一些先进的工程理念融会其中,全面提升学生的综合工程素质。
一、项目教学法
项目教学法起源于美国,盛行于德国。它是以工作过程为导向,能力本位,学生为主体,通过实施一个完整的项目而进行的教学活动。项目教学法把传统的学科体系课程中的知识、技能和职业素养融合到若干个课程项目中,构建以项目为载体的学习单元,围绕项目组织和展开教学,打破了传统的“以课堂为中心、以教师为中心、以教材为中心”的教学模式,让学生在参与整个项目的过程中充分发掘创造潜能,培养解决问题的能力、创新方法的能力、接纳新知识的学习能力以及与人协作和进行项目运作等社会能力。
二、机床电气与PLC课程特点
机床电气与PLC课程是培养应用型机械设计制造及其自动化专业人才的主要课程之一,该课程具有实践性强、与工程应用联系密切、突出学生工程应用能力的训练和培养等特点。该课程具体内容包含两大部分,一是继电接触器控制系统,要求学生掌握常用低压电器的原理与使用、控制电路的基本环节、分析典型机床设备电气控制系统的方法等内容;二是PLC(可编程序控制器)控制系统,要求学生掌握可编程序控制器的基本结构、工作原理、指令系统、可编程序控制器控制系统设计和编程方法。该课程的教学围绕分析、设计、制作机床电气控制系统和工业现场其他典型PLC控制系统所需的知识和能力展开,以具体的项目模块为载体,从系统的角度诠释从独立的机床电器整合成完整电气控制系统的步骤和过程,从实际出发解决工程问题,重视对学生工程意识、创新精神、团队合作、质量意识、节能减排和保护环境等意识的培养,为学生可持续发展奠定良好的基础。
三、实施工作方案
1.构建课程项目教学体系
本文紧密结合本专业方向“数控加工与维修”的人才培养目标,即掌握较宽厚的专业基础知识,具备较强的专业适应能力,在机械制造及其自动化领域从事数控设备电气设计、安装、调试及设备维护、维修等工作。根据本课程教学大纲要求掌握的内容,遵循学生的认知规律,由易到难,由器件到系统,由感性到理性,设计具有实际工程应用背景的5个项目。以项目带动教学,由浅入深地把知识和技能渗透到项目的实施过程中。学生在完成这些项目的过程中自主学习、合作学习,构建理论知识体系,培养职业综合能力。机床电气与PLC课程项目教学体系(见表1)。
2.项目教学法的实施
项目教学法在实施过程中一般按“确定项目任务—制定工作计划—组织项目实施—检查考核评估—总结评比归档”等5个步骤展开,下面以第五个项目“基于PLC的数控车床电气控制系统设计”为例进行讲解,此项目开设地点在数控维修实验室,实验室既有完整的机床设备,也有由任课教师自行开发的数控机床电气控制实验台,以开放的形式方便学生的实训。
(1)确定项目任务
“基于PLC的数控车床电气控制系统设计”是一个综合性项目,和数控加工与维修专业方向紧密结合的工业现场项目,完成本项目需要学生综合运用本课程和其他相关专业课程的众多知识点。
车床电气控制系统主要有主运动控制和辅助功能控制两大部分。主运动控制功能完成由电机拖动滚珠丝杠,带动托板在X轴、Z轴两个方向的进给运动控制。辅助功能控制包括车床主轴启停、主轴调速、换刀、夹具的自动夹紧和松开、冷却液开关等控制。上述内容主要由教师基于完整的车床电气控制系统,以引导、示范的形式讲解车床电气控制系统运行的工作过程,从而让学生对车床电气控制系统具有直观、真切的感受,可以激发学生的兴趣、积极性和创造潜能,培养学生的观察能力。数控车床PLC控制系统分解任务如图1所示。
(2)制定工作计划
这个阶段以学生为主体,教师起引导和辅导作用。学生根据各自的专业特点可以自由组合团队,依据项目任务解决要点,通过研究讨论,制订总体方案、实施步骤、进度计划及团队成员的分工情况表,最后提交书面计划书,由教师审阅并做出相应指导,完善项目实施计划。通过这一步,学生具有独立进行计划安排的机会,培养了学生的自学能力、研究和分析问题的能力、协作和交流能力。
(3)组织项目实施
这个阶段学生把具体的知识贯穿在实现工程项目的过程中,切实做到“做中学”,体现工程意识。学生通过组员分工协作、学习和探索,共同完成工程项目,培养了学生团队合作的意识。在这个过程中教师可以适当参与、启示和辅导学生遇到的技术难点和问题。
针对“基于PLC的数控车床电气控制系统设计”项目,需要强化学生PLC应用系统的设计方法和步骤,培养学生的系统观,为学生将来的工作打好基础。实现本项目的具体步骤包括:①确定I/O设备和PLC选型,进行成本估算,实现较高的性价比,培养学生的成本意识;②PLC的I/O地址分配,一般要求留有适当的通道余量;③硬件和软件设计,硬件包括设计电气控制柜、操作面板电器布置图及安装接线图,根据图样进行现场接线,并检查正确性,软件包括梯形图程序的编写、模拟调试,并根据调试结果不断修改、完善和优化程序,采取有效措施增强系统的可靠性,提高系统的综合性能,从而培养学生的可靠性质量意识和创新意识;④电气控制系统联调和技术难题处理;⑤编制项目设计说明书,整理技术文件,完成项目设计。
在项目实施过程中教师要掌控好各个教学环节的进度和节奏,但与传统教学中的教师角色有所差别,必须强调学生的主体地位,切实做到引导和指导的作用,训练学生参与工作过程的意识。
(4)检查考核评估
项目教学法的实施强调的是做项目的过程,但项目执行的结果也需要进行评估,这也是开展项目教学的一个重要环节,从而切实发挥好教师的监督作用,并总结出项目实施的经验和存在的不足。
项目考核评估主要分成两个方面,一是过程检查,教师全程跟踪学生做项目的过程,及时做好学生平时表现和项目实施过程中存在问题的记录,为合理评估学生的综合能力和完善项目的实施提供参考依据。二是在项目结束时采用小组答辩的形式,同组学生和教师共同担任答辩评委,审核项目是否达到预期目标,总结项目成果的优缺点,让学生了解存在的问题,完善以后的项目学习。
(5)总结评比归档
在项目组内部对项目教学过程进行检查考核和评估的基础上,结合学生或学习小组在该项目中的表现进行总结评比,并由教师对各个项目组进行点评,引导组与组之间的交流,让学生之间互相学习,互相借鉴,扬长补短。
最后,还要求将项目的成果(包括实物和软件等)、资料、报告等全部归档,为今后的改进和完善积累经验。
四、存在问题及解决措施
项目教学法在机床电气与PLC课程教学的实际实施过程中反映出以下主要问题:
1.教师的工程实践能力和素质有待进一步的提高。要能高效地开展项目教学法,起引导、指导和监督作用的教师不仅需要有深厚的理论基础,还需要更多接触工程实践项目,不断提高专业技术和实践能力。
2.为了更好地体现学生为主体的思想,在设计项目情境时充分考虑学生比较熟悉的、感兴趣的项目,这样可以较好地激发学生的主动性,有助于项目的顺利有效开展。其次还要考虑学生能力的差异,均衡分组,避免出现少数学生的“陪读”现象,要做到人人参与。最后还要建立和完善评估机制,有效、合理、公平地评价学生的综合素质。
3.目前教学资源相对紧张,需要深入思考如何充分地、最优化地、最有效地利用和拓展现有的教育教学资源。一方面可以加大用于实验、实习设备的建设力度,另一方面可以与一些企业合作,发挥高校科研的优势,本着双方互利多赢的原则,充分利用企业现有设备和经验丰富工程师的资源,让学生在校期间就有机会与生产第一线接触,为将来的专业发展打下基础。
五、结束语
运用项目教学法,通过“实践→理论→实践”的过程,使学生在实现完整工程项目的过程中学习了具体知识,并体现出了工程意识。在项目实施过程中,学生设计和比较了不同的工作方案,从系统性能、开发成本以及技术难度等角度分析了各种方案的优缺点,并选择了其中性价比最优的实施方案,从而培养了学生的系统工程意识。总之,项目教学法可以培养工科学生的独立工作能力和团队合作精神,提高了学生的综合职业素能,有助于培养学生的“大工程观”意识。
参考文献
[1]王令其,左健民,汪木兰,等.大工程观与应用型工科教学改革[J].理工高教研究,2009,2:130～132
[2]汪木兰,朱晓春,刘坤,等.案例教学培养自动化专业学生大工程意识[J].中国现代教育装备,2008,12:165～167
[3]汪木兰,朱晓春,王令其,等.自动化专业人才质量意识培养模式[J].实验室研究与探索,2005,S1:127～129
[4]汪木兰,朱晓春,王令其,等.改革数控原理与系统培养学生系统工程意识[J].中国现代教育装备,2006,1:31～33
[5]王萍.项目教学法在专业课程中的实践[J].教育与职业,2009,10:129～130
[6]许翏,王淑英.电器控制与PLC控制技术[M].北京:机械工业出版社,2005
[7]鲁远栋.PLC机电控制系统应用设计技术[M].北京:电子工业出版社,2006
Application of project-teaching method in the course electrical control of machine tools and PLC
Chen Heyan, Wang Mulan, Liu Shuqing
Nanjing institute of technology, Nanjing, 211167, China
Abstract:Teaching reform, which is based on the course electrical control of machine tools and PLC in mechanical design & manufacturing and automation specialty training programs, is carried out by work-process oriented project-teaching method. Project teaching system of the curriculum is meticulously designed. In the project implementation process teaching mode, which is student-oriented and teaching-learning-doing, is adopted. Such teaching mode can achieve better effect for application skills and integrated engineering consciousness of students and quality of course teaching.
Key words: electrical control of machine tools and PLC; project-teaching method; course teaching reform; integrated engineering consciousness