機(jī)電一體化技能大賽對PLC課程教學(xué)模式的影響

張坤平鄭棟梁

(許昌電氣職業(yè)學(xué)院電氣工程系,許昌461000)

機(jī)電一體化項(xiàng)目是高職院校技術(shù)競賽中的重點(diǎn)項(xiàng)目,對制造業(yè)和工程技術(shù)領(lǐng)域有重大影響。機(jī)電一體化項(xiàng)目是一個(gè)較為綜合的項(xiàng)目,為機(jī)械設(shè)備奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。該項(xiàng)目包括傳感器檢查、傳感器靈敏度技術(shù)檢查、PLC控制技術(shù)檢查以及電動(dòng)機(jī)基本控制、頻率和速度。本文著重分析機(jī)電一體化技能競賽對PLC課程教學(xué)模式的影響。

一、機(jī)電一體化競賽的特點(diǎn)與PLC的應(yīng)用及特點(diǎn)

(一)機(jī)電一體化項(xiàng)目競賽的特點(diǎn)

1.標(biāo)準(zhǔn)化和控制的一致性。在機(jī)電一體化比賽中,所有選手都將獲得一個(gè)指定的有限控制端口表。另外,選手無法在整個(gè)比賽操作期間更改此端口表,并且由于端口表已標(biāo)準(zhǔn)化,因此每個(gè)完成操作的選手的結(jié)果必須一致。區(qū)別在于,每個(gè)參與者花費(fèi)在完成一項(xiàng)任務(wù)上的時(shí)間長短和控制效果的準(zhǔn)確性。

2.控制功能準(zhǔn)確性。在機(jī)電一體化競賽中,控制功能準(zhǔn)確性高則得分相對較高。為了確?？刂乒δ艿恼_性,參賽選手必須具有非常強(qiáng)的技術(shù)要求,以確保他們能夠準(zhǔn)確完成比賽所需的技能標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作。錯(cuò)誤的操作過程將直接被判斷為結(jié)束,因此錯(cuò)誤的操作也將失去分?jǐn)?shù)。因此,控制功能的準(zhǔn)確性對參賽選手來說非常重要。控制的準(zhǔn)確性取決于操作系統(tǒng)的控制程序,以滿足機(jī)電一體化競爭性工作條件的要求,并且參與者必須充分利用實(shí)況提供的控制核心設(shè)備來創(chuàng)建準(zhǔn)確的控制程序,然后完成要達(dá)到的目標(biāo)。由此可見,控制功能的準(zhǔn)確性是機(jī)電一體化競賽的關(guān)鍵要素。

(二)促進(jìn)課程體系的建設(shè)

目前,教育部根據(jù)制造業(yè)的發(fā)展需要,已經(jīng)將機(jī)電一體化技能大賽作為一個(gè)常規(guī)賽項(xiàng),因此各個(gè)工科類的職業(yè)院校培養(yǎng)了一大批機(jī)電一體化“應(yīng)用型和技能驅(qū)動(dòng)型”的實(shí)踐型人才。我校近幾年來,在現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試、自動(dòng)化生產(chǎn)線的安裝與調(diào)試,工業(yè)控制、制造單元智能化改造與集成技術(shù)、人工智能技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用等多個(gè)技能大賽中屢次獲獎(jiǎng),指導(dǎo)老師們不斷總結(jié)與分析試題,找到機(jī)電類專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵核心所在。通過分析與總結(jié)經(jīng)驗(yàn),機(jī)電一體化類的大賽項(xiàng)目涵蓋了多個(gè)不同領(lǐng)域的專業(yè)核心課程,將不同知識(shí)領(lǐng)域進(jìn)行了全面的有機(jī)結(jié)合。根據(jù)現(xiàn)有學(xué)校教育條件,我校以技能大賽來促進(jìn)教育教學(xué)改革,并組建了具有“扎實(shí)理論知識(shí)和實(shí)踐動(dòng)手能力”的專職教師隊(duì)伍,對機(jī)電一體化專業(yè)學(xué)生確立了明確的實(shí)訓(xùn)目標(biāo),即實(shí)訓(xùn)和教育實(shí)際上與生產(chǎn)實(shí)踐和技術(shù)服務(wù)相結(jié)合,以完成專門的知識(shí)學(xué)習(xí)、專業(yè)發(fā)展和全面的教育學(xué)習(xí)。機(jī)電一體化技能競賽的設(shè)備強(qiáng)調(diào)了多學(xué)科知識(shí)的綜合應(yīng)用。學(xué)校必須根據(jù)技能競賽的要求突破學(xué)科界限,制定專業(yè)教育教學(xué)體系,將理論知識(shí)、實(shí)踐技能和專業(yè)素養(yǎng)融為一體,創(chuàng)建新的課程體系。教室設(shè)在企業(yè)工廠中,課程開發(fā)與職業(yè)崗位結(jié)合在一起,學(xué)者與職業(yè)員工掛鉤,并建立高度針對性和實(shí)用性的課程系統(tǒng)。

(三)PLC的應(yīng)用和特點(diǎn)

1.PLC的應(yīng)用。PLC是一種用于數(shù)字化操作的電子系統(tǒng),廣泛用于醫(yī)療制造業(yè)、化學(xué)工業(yè)、冶金工業(yè)等領(lǐng)域。同時(shí),PLC還用于某些品牌的編程軟件領(lǐng)域,主要通過繼電器執(zhí)行邏輯控制處理。

2.PLC的特性。PLC提供了廣泛的應(yīng)用、強(qiáng)大的功能和易用性。PLC是一種電子系統(tǒng),旨在工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用程序中執(zhí)行出色的工作,并使用數(shù)字進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算。PLC主要采用一種可編程存儲(chǔ)器來控制內(nèi)部存儲(chǔ)程序的順序。PLC是計(jì)時(shí)技術(shù)中非常重要的存儲(chǔ)。隨著PLC技術(shù)的發(fā)展,目前大多數(shù)微計(jì)算機(jī)技術(shù)已用于對工業(yè)控制設(shè)備進(jìn)行邏輯控制。PLC執(zhí)行與3D處理算法有關(guān)的各種任務(wù),包括過濾、特征估計(jì)、表面重建、模型擬合和分段以及位置搜索,并且這些處理技術(shù)與管線串聯(lián)連接,因此整個(gè)過程的結(jié)構(gòu)清晰,提高了代碼的簡單性和可重用性。

二、技能競賽對于教學(xué)的促進(jìn)作用

(一)技能競賽對于教師教學(xué)的提升和學(xué)生學(xué)習(xí)的促進(jìn)

1.技術(shù)競賽改善了教師教育教學(xué)。技術(shù)競賽不僅是學(xué)生展示自己能力的絕佳平臺(tái),還是教師相互交流的平臺(tái)。教師不僅能通過參加競賽或指導(dǎo)學(xué)生參加技術(shù)競賽來與其他大學(xué)競爭,還可以和同類院校進(jìn)行深入的討論和交流,以幫助教師相互學(xué)習(xí),提高個(gè)人知識(shí)水平,更充分地掌握自動(dòng)化生產(chǎn)線中的機(jī)械和電氣設(shè)備。此外,還可以對工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線的安裝和接線規(guī)格的技術(shù)知識(shí)有更全面和深入的了解。就完整的機(jī)電一體化專業(yè)而言,每個(gè)專業(yè)都是緊密相關(guān)的,這種技能競賽使教師能夠擴(kuò)展自己的知識(shí)并使其知識(shí)更加廣泛。在教學(xué)過程中,可以將知識(shí)傳授給學(xué)生并提高專業(yè)知識(shí)。

2.技術(shù)競賽促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)。大多數(shù)傳統(tǒng)的教學(xué)模式都是教師講、學(xué)生聽的模式,大多數(shù)情況下只能通過視頻演示的方式來教給學(xué)生練習(xí),而無法實(shí)現(xiàn)實(shí)際操作。學(xué)生只能坐在教室里被動(dòng)地接受知識(shí),即使在實(shí)驗(yàn)室中,在PLC實(shí)驗(yàn)設(shè)備上執(zhí)行的工作也是模擬實(shí)驗(yàn)任務(wù),因此學(xué)生無法將PLC設(shè)備與其他真實(shí)的輸入和輸出設(shè)備結(jié)合使用。在實(shí)踐中,從長遠(yuǎn)來看,學(xué)生的長期練習(xí)能力下降,而操縱實(shí)驗(yàn)設(shè)備的能力也隨之下降。通過技術(shù)競賽,學(xué)生可以繼續(xù)根據(jù)競爭任務(wù)的要求動(dòng)腦子思考問題。除了復(fù)習(xí)和檢索以前的知識(shí)之外,還可以更好地理解先前的知識(shí),發(fā)現(xiàn)先前學(xué)習(xí)過程中的漏洞和缺陷,并及時(shí)補(bǔ)充先前學(xué)習(xí)的知識(shí)。另外,其還可以鼓勵(lì)學(xué)生自愿參考書籍和材料,搜索與比賽有關(guān)的內(nèi)容,并尋求老師的幫助。這些措施可以鼓勵(lì)學(xué)生全面了解機(jī)電一體化專業(yè)知識(shí),擴(kuò)大的學(xué)生知識(shí)領(lǐng)域。

(二)通過技能競賽不斷培養(yǎng)學(xué)生的競爭意識(shí),促進(jìn)賽學(xué)的良性互動(dòng)

職業(yè)教育的培養(yǎng)目標(biāo)和競賽的初衷并不是讓極少數(shù)的學(xué)生來參賽提高技能,職業(yè)教育和技能競賽的方向應(yīng)該是全員化參賽,即“所有專業(yè)教師都可以來帶指導(dǎo)競賽,所有學(xué)生都可以參加技能大賽”,通過參賽,使職業(yè)教育的學(xué)生的專業(yè)知識(shí)、操作技能和個(gè)人素質(zhì)得到很大提高,在畢業(yè)參加工作時(shí)不僅精通專業(yè)技能,而且受到雇主的歡迎。但是,由于參與形式的局限性,只有少數(shù)學(xué)生能夠代表學(xué)校,競爭性項(xiàng)目已被引入到實(shí)踐教育中以為所有學(xué)生提供競爭性結(jié)果。被選入代表學(xué)校參加技能大賽的學(xué)生,同一個(gè)大賽項(xiàng)目組成小組工作模式,即組建一個(gè)團(tuán)隊(duì),團(tuán)隊(duì)成員分工合作。對于機(jī)電一體化類的技能大賽,需要團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行機(jī)電設(shè)備的安裝和調(diào)試、PLC編程和調(diào)試等工作,在整個(gè)備賽、比賽過程中,潛移默化地引導(dǎo)與教育學(xué)生充分合作,培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)、大國工匠的職業(yè)素養(yǎng)。通過各個(gè)技能大賽不同的評分標(biāo)準(zhǔn)來選擇和評估團(tuán)隊(duì)之間的技能,使每個(gè)團(tuán)隊(duì)中的成員的學(xué)習(xí)熱情和責(zé)任感得到提高。相反,教師在平時(shí)課堂教學(xué)過程中通過分組教學(xué)能夠發(fā)現(xiàn)自己的學(xué)生的長處,選擇出在課堂學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出色的學(xué)生,同時(shí),技能競賽的參與者可以在實(shí)踐教學(xué)中扮演教師助手的角色,學(xué)生之間的相互指導(dǎo)可以有效提高教育效率,實(shí)現(xiàn)競賽的積極互動(dòng)。

(三)增強(qiáng)學(xué)生對學(xué)習(xí)和自學(xué)技能的興趣

興趣是可以激發(fā)學(xué)生熱情和主動(dòng)性的最好的老師,而機(jī)電一體化的專業(yè)課程強(qiáng)調(diào)實(shí)踐,如果偏離實(shí)際操作,純理論知識(shí)將很無聊。機(jī)電一體化類技能競賽項(xiàng)目都有清晰的控制動(dòng)作要求和直觀的輸出現(xiàn)象,通過實(shí)際操作,可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,增強(qiáng)他們的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。以制造單元智能化改造與集成技術(shù)技能大賽為例,學(xué)生在學(xué)習(xí)了PLC、電機(jī)控制、變頻器、人機(jī)界面等專業(yè)知識(shí)后,可以進(jìn)行智能制造單元的設(shè)備裝配,通過編譯PLC程序,調(diào)整變頻器參數(shù)等來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。人機(jī)界面編程和其他操作可在人機(jī)界面上獲得控制信號(hào)并顯示操作狀態(tài)。工業(yè)機(jī)器人、機(jī)械手根據(jù)控制要求從倉庫中抓取物料,并用傳送帶將物料釋放。逆變器驅(qū)動(dòng)三相電動(dòng)機(jī)拉動(dòng)并運(yùn)行傳送帶,然后推桿將物料推入斜槽。整個(gè)系統(tǒng)模擬了一個(gè)很小的工業(yè)控制情況,學(xué)生可以直觀地看到簡化版本的機(jī)器人、傳送帶和氣動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行過程。當(dāng)學(xué)生意識(shí)到自己設(shè)計(jì)和編寫的程序可以驅(qū)動(dòng)設(shè)備時(shí),他們就會(huì)確信自己之前所做的工作。通過一系列任務(wù)來培養(yǎng)自我學(xué)習(xí)技能,有助于提高學(xué)習(xí)熱情,并從“要我學(xué)習(xí)”變?yōu)椤拔乙獙W(xué)習(xí)”,從被督促學(xué)習(xí)到主動(dòng)尋找學(xué)習(xí)材料的計(jì)劃。

(四)技能競賽對于學(xué)生規(guī)范意識(shí)與團(tuán)隊(duì)精神的培養(yǎng)

1.技術(shù)競賽可以培養(yǎng)學(xué)生的規(guī)范意識(shí)。學(xué)生成長應(yīng)在規(guī)范的前提下進(jìn)行,以提高學(xué)生的自我修養(yǎng)和素質(zhì)。在機(jī)電集成領(lǐng)域,設(shè)備安裝、電線和電線的連接以及電線直徑的選擇都具有非常標(biāo)準(zhǔn)化的要求。根據(jù)規(guī)格,只有實(shí)操后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果才比較完整。但是,在學(xué)生的日常學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)中,它們都是模擬練習(xí),因此許多學(xué)生沒有注意操作過程的細(xì)節(jié)來達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果,因此可以用來改善機(jī)電一體化的競爭。

2.技能競賽可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。由于一個(gè)人的力量無法完成工業(yè)化項(xiàng)目,其大多數(shù)需要多人的合作,機(jī)電一體化競賽也是如此。一個(gè)人要完成整個(gè)比賽,必須努力工作并學(xué)會(huì)彼此合作。機(jī)電一體化智能競賽的重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和團(tuán)隊(duì)意識(shí),以及為學(xué)生提供標(biāo)準(zhǔn)化意識(shí)和學(xué)習(xí)技能。

三、PLC教學(xué)的改革和實(shí)踐

(一)最大程度利用實(shí)驗(yàn)室教學(xué)及拓展校外實(shí)訓(xùn)基地

1.充分利用實(shí)驗(yàn)室培訓(xùn)。PLC課程是一門工業(yè)化比較強(qiáng)的課程,比其他課程更為實(shí)用。學(xué)習(xí)PLC課程的學(xué)生必須了解該課程的基礎(chǔ)知識(shí),并靈活地使用PLC的基本準(zhǔn)則。傳統(tǒng)的教學(xué)法是課堂教學(xué)法,學(xué)生是被動(dòng)適應(yīng)的,這是培養(yǎng)學(xué)生的編程和適應(yīng)能力的主要障礙。實(shí)驗(yàn)室教學(xué)除了使學(xué)生具有適應(yīng)課程編程的能力之外,還將對本課程有更深入的了解。同時(shí),使用實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行教學(xué)可增加本課程中教師與學(xué)生之間的互動(dòng),并改善PLC過程中教師與學(xué)生之間的隱性理解。

2.將培訓(xùn)基地?cái)U(kuò)大到學(xué)校以外。PLC主要用于工業(yè)領(lǐng)域,是專門為工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的,是現(xiàn)代工業(yè)控制的核心。PLC在大多數(shù)行業(yè)中也被使用,因?yàn)樗鼈兲峁┝藦V泛的應(yīng)用,具有強(qiáng)大的功能和易用性。但是,在PLC的學(xué)習(xí)過程中,由于學(xué)校教育條件的地理位置和基本設(shè)備有限,某些作業(yè)控制過程只能通過模擬作業(yè)來執(zhí)行。擴(kuò)大校外PLC一體化實(shí)訓(xùn)基地,可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和主觀性,并且在學(xué)生管理過程中可以提供標(biāo)準(zhǔn)和即時(shí)的指導(dǎo),讓學(xué)生及時(shí)糾正不規(guī)范的行為。

(二)采用面向任務(wù)的培訓(xùn)和分級培訓(xùn)模式

1.采用面向任務(wù)的培訓(xùn)模式。將機(jī)電一體化競賽添加到PLC課程中時(shí),整個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)線可以分為幾個(gè)小工作點(diǎn),并且老師可以單獨(dú)分析這些小工作點(diǎn)并將其引導(dǎo)到與這些工作點(diǎn)相關(guān)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。為了同時(shí)說明,可將學(xué)生分成小組,并指導(dǎo)他們進(jìn)行小組討論。教師還執(zhí)行小組教學(xué)模式,劃分每個(gè)小組的工作點(diǎn),每個(gè)小組的工作是相同的。學(xué)生根據(jù)老師設(shè)定的工作要求進(jìn)行練習(xí),重點(diǎn)關(guān)注這些工作要求,并明確小組的目標(biāo)。例如,學(xué)習(xí)模式教學(xué)模式,可以在一定程度上提高學(xué)生學(xué)習(xí)PLC課程的動(dòng)力并提高他們的實(shí)踐技能。通過競爭進(jìn)行教育,學(xué)生不僅可以通過完成一項(xiàng)任務(wù)來掌握競爭性知識(shí)和實(shí)踐技能,而且還可以增強(qiáng)他們對學(xué)習(xí)PLC課程的信心和能力。

2.采用分級教學(xué)模式。目前,每個(gè)職業(yè)學(xué)院的班級都有幾十名學(xué)生。學(xué)生人數(shù)眾多,并且對課堂上老師教的專業(yè)內(nèi)容的接受程度也不一樣,每個(gè)人的水平參差不齊。如果教師采用相同的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法,一些學(xué)習(xí)水平高的學(xué)生將無法發(fā)揮自己的優(yōu)勢,上課時(shí)間會(huì)稍有浪費(fèi),但對于一些學(xué)習(xí)成績較差的學(xué)生來說,如果過高,有些人將無法跟上教室的進(jìn)度,可能會(huì)失去學(xué)習(xí)熱情。因此可以對學(xué)生進(jìn)行分層訓(xùn)練,通過實(shí)操訓(xùn)練來提高學(xué)生對PLC控制過程的興趣,增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和對PLC課程學(xué)習(xí)的信心,對于動(dòng)手能力強(qiáng)和編程學(xué)習(xí)靈活性好的學(xué)生可以培養(yǎng)其編程技能。

四、結(jié)語

隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展,國家對技術(shù)人才的需求在增加,應(yīng)積極促進(jìn)教學(xué)改革,增加高科技人才的培養(yǎng),實(shí)現(xiàn)我國工業(yè)流程的進(jìn)步。特別是工科類的高職院校,如機(jī)電一體化、電氣自動(dòng)化等專業(yè),有必要在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),以提高學(xué)生的實(shí)踐技能。