基于智能制造專業(yè)技能實踐的教學(xué)改革

陳俊寰，徐 海

（河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450046）

國務(wù)院印發(fā)《中國制造2025》，部署全面推進(jìn)實施制造強國戰(zhàn)略，明確指出了智能制造是新一輪工業(yè)革命核心技術(shù)的論斷，確定了智能制造作為戰(zhàn)略實施的主攻方向[1-2]。在目前的職業(yè)教育中，全國范圍內(nèi)的職業(yè)技能大賽受到全社會的關(guān)注，是中國職業(yè)教育名副其實的年度盛會[3-4]。而“弘揚工匠精神，助力智能制造”的智能制造大賽與中國當(dāng)今產(chǎn)業(yè)布局相融合，與國家大力發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)，傳統(tǒng)行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級賦能、走向制造強國的“中國制造2025”行動綱領(lǐng)相契合[5-6]。習(xí)總書記也在十九大報告中強調(diào)，要“建設(shè)知識型、技能型、創(chuàng)新型勞動者大軍，弘揚勞模精神和工匠精神，營造勞動光榮的社會風(fēng)尚和精益求精的敬業(yè)風(fēng)氣[7]”。

人才培養(yǎng)質(zhì)量是高職教育的生命線，高職院校的教育教學(xué)改革一直在路上。本文立足智能制造大賽人才培養(yǎng)的經(jīng)驗，從技能培養(yǎng)和思政教育2 方面闡述了智能制造專業(yè)教改方法。

1 技能培養(yǎng)

智能切削單元賽項要求選手同時掌握數(shù)控銑、數(shù)控車和機電一體化等多種技能，一方面技術(shù)比較前沿，比如智能制造控制軟件MES、西門子1200PLC 的靈活應(yīng)用；另一方面涉及知識面、技能面更廣，包含工業(yè)機器人操作編程、PLC 編程、數(shù)控車床編程及加工、加工中心編程及加工、智能制造控制軟件MES 操作等。針對上述主要技能，其培養(yǎng)方法如下。

1.1 基礎(chǔ)技能的培養(yǎng)

西門子1200PLC 的基礎(chǔ)知識培養(yǎng)：指導(dǎo)教師按照如圖1 所示的方式進(jìn)行指導(dǎo)，使選手熟練地掌握1200PLC 編程的基礎(chǔ)知識。首先系統(tǒng)性地串講1200PLC 數(shù)據(jù)類型、變量表、各種定時器、計數(shù)器、比較、數(shù)學(xué)函數(shù)、移位、字邏輯、程序控制等常用指令；然后指導(dǎo)教師出題測試，限時完成；最后，指導(dǎo)教師進(jìn)行批改，分組討論，指出每個選手的薄弱環(huán)節(jié)，回顧知識點，重點突破。

圖1 PLC 基礎(chǔ)技能培養(yǎng)方法

對于基礎(chǔ)知識的培養(yǎng)方式用以下各個案例做詳細(xì)說明。

1.1.1 對數(shù)據(jù)類型基礎(chǔ)知識的教學(xué)與培養(yǎng)

首先，指導(dǎo)教師將PLC1200 常用的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行分類講解，數(shù)據(jù)類型可分為基本數(shù)據(jù)類型、復(fù)合數(shù)據(jù)類型和其他數(shù)據(jù)類型共3 大類。

就基本數(shù)據(jù)類型而言，包括位數(shù)據(jù)類型、整數(shù)和浮點型、字符型、定時器、日期和時間型。其中，位數(shù)據(jù)類型包括bool、byte、word、Dword、Lword 型，長度分別為1 位、8 位、16 位、32 位、32 位；整數(shù)數(shù)據(jù)類型包括有符號和無符號2 類，例如有符號的短整數(shù)、整數(shù)、雙整數(shù)、長整數(shù)；浮點型數(shù)據(jù)包括實數(shù)和長實數(shù)2 種類型；字符數(shù)據(jù)類型包括char 和wchar 這2 種類型，分別為8 和16 位；時間數(shù)據(jù)類型包括S5時間、時間和長時間3 種類型。

其次，重點講授基本數(shù)據(jù)類型的定義和對數(shù)據(jù)類型長度的理解。

最后，典型習(xí)題訓(xùn)練。指出數(shù)據(jù)類型Dint#57、S5t#30s、59、C#60、p#M10.0 byte 5 的含義：Dint#57表示雙整數(shù)58；S5t#30s 表示S5 定時器預(yù)置值是30 s；59 表示整數(shù)59；C#60 表示計數(shù)器預(yù)置值是60；p#M10.0 byte 5 表示從MB10 開始的10 個字節(jié)的存儲位置，即MB10-MB19。

分組討論，總結(jié)易錯易混點。

依照上述方法分別講述符合數(shù)據(jù)類型的含義及其應(yīng)用場景，重點培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會使用其他數(shù)據(jù)類型中的指針類型和參數(shù)類型，Struct數(shù)據(jù)類型設(shè)置如圖2所示。

圖2 Struct 數(shù)據(jù)類型設(shè)置

1.1.2 對變量表的教學(xué)和培養(yǎng)

通過起跑停經(jīng)典案例的形式介紹變量表的用途，順便引入變量表的定義和使用方法。如圖3 所示，以modbus 客戶端通信案例說明變量表如何使用。

以盈利為主的音樂活動，將音樂看作商品，按照工業(yè)化的標(biāo)準(zhǔn)再生產(chǎn)、儲存及分配并提供相應(yīng)服務(wù)的一系列活動。[1]其主要分為唱片(專輯)音樂、數(shù)字音樂、演唱會音樂、其他四大類。

圖3 變量表

1.1.3 針對指令的教學(xué)與培養(yǎng)

以下以定時器指令為例，說明指令的教學(xué)與培養(yǎng)方式。

首先，通過列表比較的方式介紹PLC1200 的接通延時定時器、斷開延時定時器、脈沖定時器、脈沖保持定時器和保持型接通延時定時器。

其次，通過具體案例使學(xué)生掌握定時器的使用方法，具體案例如下。

使用接通延時定時器（SD）設(shè)計如下項目。

一個開光控制啟停，接通時交通信號燈啟動，斷開立即停止。

南北紅燈維持10 s，在南北紅燈亮起同時，東西綠燈也亮，并維持3 s，然后東西綠燈閃爍，2 s 后熄滅。此時，東西黃燈亮起，并維持5 s，到5 s 東西黃燈熄滅，東西紅燈亮起，同時南北紅燈滅，東西綠燈亮起。東西紅燈維持20 s，南北綠燈維持13 s，閃2 s 滅，黃燈亮5 s。然后，南北紅燈亮，東西綠燈亮。

以接通延時定時器的時序圖為提示點，啟發(fā)學(xué)生用SD 定時器編寫程序，如圖4 所示。

圖4 SD 定時器編寫

最后，指導(dǎo)教師講解一段南北燈控制的程序，學(xué)生通過聯(lián)系生活中的案例達(dá)到對定時器熟練掌握的效果。如圖5 所示為南北信號燈控制的t0 和t1 定時器的靈活應(yīng)用。

圖5 南北紅燈控制的梯形圖程序

對于其他指令的學(xué)習(xí)，也是通過具體的實際案例啟發(fā)學(xué)生，使學(xué)生能夠熟練掌握每個指令并學(xué)以致用。機床功能開發(fā)的基礎(chǔ)知識培養(yǎng)流程如圖6 所示，指導(dǎo)教師立足機床功能，深入教授數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)、強電控制與PLC 順序控制原理與技能，使學(xué)生熟練掌握數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)和強電控制原理。

圖6 機床功能開發(fā)基礎(chǔ)技能培養(yǎng)方法

1.2 實戰(zhàn)應(yīng)用與提高

指導(dǎo)教師提出項目要求，學(xué)生分組分工完成以下內(nèi)容：PLC 的選型，PLC 程序的編寫、仿真調(diào)試，電氣控制柜的布局，強電線路原理圖的繪制與連接調(diào)試，執(zhí)行元件連接，PLC、強電線路、執(zhí)行元件的聯(lián)合調(diào)試。

2 心理輔導(dǎo)

針對賽前在校訓(xùn)練期間參賽選手容易出現(xiàn)的幾種心理現(xiàn)象[8]，如“高原現(xiàn)象”“瓦倫達(dá)效應(yīng)”“心理飽和”等，協(xié)調(diào)校內(nèi)專業(yè)的心理咨詢教師給選手做好心理疏通，心理咨詢導(dǎo)師和指導(dǎo)教師相互配合，根據(jù)選手的心理特點，因材施教，指定特定的訓(xùn)練模式。

針對競賽入場前的參賽選手容易出現(xiàn)的賽場心理偏差，如焦慮，怯場，因環(huán)境陌生、他人旁觀或突遇意外性事件造成的應(yīng)激式緊張等心理情況[9]。入場前的心理輔導(dǎo)顯得尤為重要，可配備專業(yè)的心理輔導(dǎo)團隊跟隨參賽隊伍，做到隨時隨地的心理輔導(dǎo)。

3 思政教育

“立德樹人”作為教育的目的和出發(fā)點，是思政教育的重中之重。職業(yè)技能大賽倡導(dǎo)下的高職教育，無論是平時教學(xué)，還是備賽訓(xùn)練，都必須將思政教育融入其中。在智能制造大賽和專業(yè)教改中，應(yīng)該向?qū)W生滲透“大國工匠”“技能強國”等內(nèi)容。

4 預(yù)期的教改效果

解決了智能制造專業(yè)PLC 枯燥難學(xué)與實際脫鉤的問題。有些學(xué)校的PLC 實訓(xùn)課程，PLC 程序的仿真主要是借助于PLCSⅠM 仿真器，僅能看到Ⅰ/O 等點位的基本變化，效果不直觀。借助于實際機床、實際電柜電路的組建，可以直觀體現(xiàn)出PLC 控制硬件的效果，增強了學(xué)生的興趣和成就感，以此可以開發(fā)、擴展針對PLC 實訓(xùn)教學(xué)的新課題。

可在節(jié)約資源的基礎(chǔ)上，滿足教學(xué)需求和任務(wù)?；诩寄艽筚惖脑O(shè)備，培養(yǎng)學(xué)生，合理利用了設(shè)備資源，既能滿足教學(xué)需求又能取得事倍功半的教學(xué)效果。

提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。利用真實的工業(yè)設(shè)備，使PLC 控制某一自動化系統(tǒng)的工藝過程，而不僅僅是仿真，這能使學(xué)生深刻領(lǐng)會控制現(xiàn)場的各種要求，提高了PLC 實訓(xùn)課程的教學(xué)質(zhì)量和效果，也加強了學(xué)生的實踐能力，點燃了學(xué)生的創(chuàng)造力，為培養(yǎng)高質(zhì)量的專業(yè)技術(shù)技能人才提供了保證。

5 結(jié)論

實踐證明，通過以上2 個方面的訓(xùn)練，培養(yǎng)了一大批品德高尚、技能扎實、心理素質(zhì)過硬的智能制造專業(yè)技能人才，在2020 年全國技能大賽總決賽中獲得3 個一等獎、2 個二等獎的佳績。大賽獲獎選手也成為裝備制造業(yè)中亟需的技能骨干，成為了社會的“金藍(lán)領(lǐng)”。高職院校要歸納總結(jié)大賽選手的培養(yǎng)方法，與高職教育的技能人才培養(yǎng)方案相融合，提高智能制造專業(yè)教學(xué)效果，推動專業(yè)技能人才高質(zhì)快速地發(fā)展，以期為“中國制造2025”培養(yǎng)一批高素質(zhì)專業(yè)技能型人才。