卓越工程師方向電氣控制技術(shù)課程設(shè)計教學(xué)改革*

◆趙慶志 趙國勇 李麗 張紅崗 張樹偉

作者：趙慶志，博士，山東理工大學(xué)機械工程學(xué)院教授，山東省《數(shù)控技術(shù)》精品課程負責(zé)人，山東省《數(shù)控技術(shù)》教學(xué)團隊負責(zé)人，2012年被評為山東省高校十大師德標兵，2013年被評為全國師德標兵，研究方向為數(shù)控技術(shù)、電氣控制技術(shù)；趙國勇、李麗，山東理工大學(xué)機械工程學(xué)院（255049）；張紅崗，山東華興機械有限公司技術(shù)部（256500）；張樹偉，山東淄博質(zhì)恒工貿(mào)有限公司總師辦（255071）。

1 引言

教育部出臺的“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”規(guī)定大學(xué)生在企業(yè)實踐教學(xué)不少于一年，強調(diào)學(xué)生的工程實踐能力、解決實際問題的能力培養(yǎng)，其實質(zhì)就是貫徹行為導(dǎo)向教學(xué)理念，面向社會需求培養(yǎng)人才。2013 和2014年，筆者與企業(yè)電氣控制工程師合作，分別帶了卓越工程師方向14 位學(xué)生的電氣控制技術(shù)課程設(shè)計，取得比較好的教學(xué)效果。本文介紹用行為導(dǎo)向教學(xué)理念進行課程設(shè)計的實施要點和實施過程。

2 以學(xué)科理論體系為主導(dǎo)的教學(xué)理念和以行為導(dǎo)向為主導(dǎo)的教學(xué)理念的區(qū)別

以學(xué)科理論體系為主導(dǎo)的教學(xué)理念我國的高等教育傳統(tǒng)上是以學(xué)科理論體系為核心組織教學(xué)過程，每門課安排有限的實驗，教學(xué)過程是先理論后實驗。電氣控制技術(shù)課程設(shè)計也往往是教師給個題目，學(xué)生畫原理圖，計算設(shè)備參數(shù)，寫計算說明書。盡管教師也認真?zhèn)湔n認真教，但學(xué)生畢業(yè)后很難承擔(dān)企業(yè)設(shè)備電氣控制設(shè)計、安裝、調(diào)試和維修工作，其原因是這種教學(xué)理念沒有以就業(yè)后的工作過程為導(dǎo)向，教學(xué)過程和教學(xué)內(nèi)容在很大程度上脫離企業(yè)工程應(yīng)用。

以工作過程為主導(dǎo)的教學(xué)理念德國職業(yè)教育界很早就提出并廣泛應(yīng)用的行為導(dǎo)向教學(xué)理念也叫以工作過程為導(dǎo)向的教學(xué)理念[1-3]，陸續(xù)應(yīng)用于很多國家的職業(yè)教育和本科教育教學(xué)中，教學(xué)效果很好[4-5]。無論是職業(yè)教育，還是應(yīng)用型本科教育，培養(yǎng)的學(xué)生最終要從事專業(yè)技術(shù)工作，所以教學(xué)目標就要以工作能力為本位，教學(xué)活動就要以教給學(xué)生工作過程及其工作能力為主導(dǎo)。工作過程比結(jié)果更重要，通過對工作過程中的“教學(xué)”，在工作過程中與實實在在的設(shè)備接觸并施以操作，掌握其原理和應(yīng)用。教學(xué)行動要盡力在工作情境即現(xiàn)實工作場所實施，在這一情境中的教學(xué)是一種“有目標的活動”，強調(diào)“行動即學(xué)習(xí)，學(xué)中干，干中學(xué)”。

陶行知“教、學(xué)、做合一”的教育思想體現(xiàn)行為導(dǎo)向教學(xué)理念我國近代教育教學(xué)專家陶行知先生很早就提出了“教、學(xué)、做合一”的教育教學(xué)理念，要求教學(xué)方法要依據(jù)學(xué)習(xí)方法，而學(xué)習(xí)方法要依據(jù)工作方法，工作是怎樣去做就應(yīng)當怎樣去學(xué)，怎樣去學(xué)就應(yīng)當怎樣去教，教和學(xué)都要以怎樣做為主導(dǎo)。這一理念與行為導(dǎo)向教學(xué)理念是一脈相承的，卓越工程師培養(yǎng)計劃就是要求“教、學(xué)、做合一”，培養(yǎng)大學(xué)生的工程實踐能力。

3 以行為導(dǎo)向教學(xué)理念為主導(dǎo)的電氣控制技術(shù)課程設(shè)計實施過程和實施要點

根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)分三組布置三個設(shè)計題目

題目1：大理石切割機及其裝料系統(tǒng)電氣控制技術(shù)設(shè)計。

題目2：大理石切割機及其卸料系統(tǒng)電氣控制技術(shù)設(shè)計。

題目3：板類零件加工臥式銑床電氣控制技術(shù)設(shè)計。

布置題目及在企業(yè)認識設(shè)備后，學(xué)生對設(shè)計工作感覺無所適從。學(xué)校和企業(yè)指導(dǎo)教師研究后決定，以行為導(dǎo)向教學(xué)理念先組織實訓(xùn)、講課，補在企業(yè)工程設(shè)計中缺失的知識，把電氣控制技術(shù)設(shè)計、安裝、調(diào)試這一工作過程融入教學(xué)，打好設(shè)計基礎(chǔ)后再針對題目進行設(shè)計。

讓學(xué)生實訓(xùn)企業(yè)電氣控制需要的低壓電氣設(shè)備學(xué)生基本能看懂手動控制三相交流電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)的原理圖，但不太了解電氣設(shè)備的狀況。三人一組在企業(yè)或?qū)W校實驗室動手安裝手動控制三相交流電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)的實驗臺，理解電氣設(shè)備應(yīng)用層面的工作原理。

調(diào)研學(xué)生掌握的知識點與企業(yè)需要的差距，在企業(yè)結(jié)合設(shè)備電氣控制給予補課學(xué)生在學(xué)校只學(xué)習(xí)了較簡單的電氣控制原理圖，基本沒有學(xué)習(xí)帶功能區(qū)、圖區(qū)、設(shè)備接線端標號等要求的電氣控制原理圖，對電氣安裝圖、電氣安裝接線圖和接線端子排、號碼管等缺乏理解，對電氣設(shè)計、安裝、接線、調(diào)試和運行都沒有經(jīng)歷過。在學(xué)校實驗室以一臺CA6140 車床為案例，對學(xué)生進行理實一體化講解補課，讓學(xué)生學(xué)習(xí)掌握帶功能區(qū)、圖區(qū)的CA6140 車床電氣控制原理圖、電氣安裝接線圖的畫法，認識接線端子排、導(dǎo)軌、號碼管等設(shè)備及其用途，之后讓學(xué)生拆卸并認識CA6140 車床電氣控制柜中的設(shè)備，拆除后如圖1所示。

按照企業(yè)電氣控制原理圖、安裝接線圖的畫法，畫出電氣控制原理圖、安裝接線圖讓14 位學(xué)生對原CA6140車床電氣控制原理圖、安裝接線圖略作修改，畫出帶功能區(qū)、圖區(qū)的電氣控制原理圖和安裝接線圖，注意畫安裝接線圖要與圖2所示在底板上現(xiàn)場擺布設(shè)備同時進行，當設(shè)備外形大小不合適或設(shè)備造成接線不合理時，可以更換性能參數(shù)一樣的其他設(shè)備。圖2所示設(shè)備接線不合理，改為圖3所示設(shè)備，擺放最合理后用鉛筆在設(shè)備位置劃線，即為安裝電器和畫安裝接線圖的依據(jù)。接線端子排安裝在底板最下一橫排，注意：

1）電氣安裝接線圖要求所有電氣元件的相對位置與實際安裝的位置相一致，接線座的標注要與電氣控制原理圖中的標注一致；

2）電氣安裝接線圖上應(yīng)將同一個電器元件中的各部分（如線圈、常開觸點和常閉觸點等）畫在一起，并用細實線框入，線圈和觸點接線端標號與原理圖一致；

3）原則上都要用細線條繪制，清楚地表示出各電氣元件的連接關(guān)系和接線方向；

4）在電氣控制原理圖中未表達的導(dǎo)線型號、規(guī)格及截面積需要在電氣安裝接線圖中表達清楚；

5）在電氣控制柜外的電氣設(shè)備要通過接線端子與電氣控制柜內(nèi)部的設(shè)備相連，動力線和測量信號線可以直接接到電氣柜的接線端子上；

6）畫安裝接線圖完畢，要學(xué)生寫出完整的CA6140 車床電氣控制材料表。

進行電氣柜底板上設(shè)備的安裝接線畫完電氣安裝接線圖后就進行底板上設(shè)備接線，兩個電器中間的線路原則上要安放到線槽中，注意每條線兩端要有與原理圖、安裝接線圖對應(yīng)一致的號碼管，底板上設(shè)備近處貼上與原理圖、安裝接線圖上一致的設(shè)備符號，如KM1、FR1等。如圖3所示為CA6140 車床電氣柜底板設(shè)備接線完畢照片。

將電氣柜底板安裝到電氣柜中，進行外部設(shè)備與底板上接線端子的接線如圖4所示，將底板安裝到電氣柜中，按照安裝接線圖進行外部設(shè)備與底板上接線端子的接線，接線過程注意每條線兩端要有與原理圖、安裝接線圖對應(yīng)一致的號碼管。圖5 為接線安裝完畢的照片，檢查無誤后就可進行通電調(diào)試。

通電調(diào)試步驟要分段進行通電調(diào)試，把三個電機的接線從接線端子上撤下，按按鈕觀察相應(yīng)的繼電器、接觸器帶電是否正確，若有誤則檢查接線故障進行改正；無誤后把三個電機接到接線端子上，按按鈕觀察相應(yīng)電機運行情況是否正確；無誤后把主電機三角皮帶接上，通電運行車床運行狀態(tài)；調(diào)試機械方面的問題，如摩擦離合器、制動器等。

4 學(xué)生開始進行三個題目的設(shè)計工作

以工作過程為導(dǎo)向進行設(shè)計工作前述設(shè)計、安裝、接線和調(diào)試過程就是企業(yè)電氣控制設(shè)計與安裝調(diào)試工作過程的主要步驟，也就是按照行為導(dǎo)向教學(xué)理念進行教學(xué)的主要過程。因論文篇幅所限，有些知識點沒有述及。經(jīng)過這個與企業(yè)工作過程一致的教學(xué)過程，學(xué)生就掌握了設(shè)計內(nèi)容、設(shè)計方法、安裝調(diào)試等工作步驟，對電氣控制技術(shù)相關(guān)知識點感覺豁然開朗，再在企業(yè)熟悉大理石切割機及其裝料系統(tǒng)、板類零件加工臥式銑床的功能、工作過程，進行三個題目的設(shè)計工作，學(xué)生就感覺心中有底氣了，并深刻理解了圖紙內(nèi)容、圖紙畫法、圖紙之間的關(guān)系等知識點和專業(yè)能力，總結(jié)起來就是電氣控制原理圖、電氣控制安裝接線圖、材料表和設(shè)計說明書[6]。

評價、答辯考核階段傳統(tǒng)的答辯是學(xué)生匯報設(shè)計內(nèi)容，教師定成績，是教師與學(xué)生之間的交流答辯。今改革為在企業(yè)學(xué)生自評、互評和教師點評。自評讓學(xué)生展示設(shè)計內(nèi)容和思路，揚長避短，培養(yǎng)大學(xué)生的工程素質(zhì)和表達能力；互評能使大學(xué)生傾聽別人發(fā)言，進行評價交流，為大學(xué)生提供發(fā)現(xiàn)、研究、探索知識的更大發(fā)展空間；教師對學(xué)生點評則評價設(shè)計是否正確，思路是否廣闊，與企業(yè)技術(shù)工作零距離接軌程度如何，點評起到大海中的航標的引領(lǐng)作用，激發(fā)學(xué)生再思考、再實踐、再創(chuàng)新，促進學(xué)生成長成才。

發(fā)放故障維修資料為了擴大學(xué)習(xí)收獲，學(xué)校教師再發(fā)放故障診斷與維修資料，企業(yè)電氣工程師就售后服務(wù)維修案例現(xiàn)身說話，現(xiàn)場講解，讓學(xué)生以自學(xué)為主，掌握故障診斷與維修，達到舉一反三、觸類旁通的教學(xué)效果，為大學(xué)生職業(yè)生涯發(fā)展提供了更廣闊的上升拓展空間。

整理設(shè)計資料存檔階段按照企業(yè)工作過程，最后還有整理設(shè)計圖紙、建檔工作[7]，在此略。

這次教學(xué)改革以工作過程為主導(dǎo)進行教學(xué)、安排實驗實訓(xùn)、進行設(shè)計，教學(xué)思路科學(xué)合理，切實培養(yǎng)了大學(xué)生的工程設(shè)計能力和專業(yè)素質(zhì)，也培養(yǎng)了大學(xué)生的團隊精神，學(xué)生感覺能勝任電氣控制技術(shù)設(shè)計工作了，收獲很大，明顯增強了教學(xué)效果，受到學(xué)生普遍好評。

[1]張彥娜.行為導(dǎo)向教學(xué)理念的應(yīng)用探討[J].學(xué)理論,2010(15):213-214.

[2]凌漾,李凱.以工作過程為導(dǎo)向的乘用車導(dǎo)購課程設(shè)計[J].科教導(dǎo)刊,2013(28):129-131.

[3]姜大源.職業(yè)教育學(xué)研究新論[M].北京:教育科學(xué)出版社,2007.

[4]朱曉海,李婭莉,駱勇.行為導(dǎo)向教學(xué)法及其在交通工程專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用[J].高等教育研究,2014(1):40-41.

[5]宋婀娜,李娜.行為導(dǎo)向教育理念在電子技術(shù)課程中的應(yīng)用[J].高教論壇,2008,25(4):74-75.

[6 趙慶志,苑章義.機電設(shè)備安裝與調(diào)試技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2013.

[7]趙慶志,魏修亭,趙玉剛.在畢業(yè)設(shè)計過程中注重培養(yǎng)大學(xué)生人文素質(zhì)的理論與實踐[J].中國校外教育,2014(4):33-35.