“机床电气与PLC”课程项目化教学改革的探索

陈银燕,刘晓艳,赵冉冉,吴洪兵,高安邦

(淮安信息职业技术学院电气工程系,江苏淮安 223003)

0 引言

机电一体化新专业的培养目标:就是培养能适应对现代化高新机电产品的制造、安装、调试、使用、维护、设计、开发和改造、管理、营销,胜任大量引进先进新技术与新设备的消化吸收和国产化的高层次应用型人才。

“机床电气与PLC”是当今世界新发展起来的最热门最紧俏机电一体化新专业的重要核心课程,也是我院创建省示范重点项目电气自动化专业建设中的五大核心课程之一。它经历了多年来的发展、整合、成熟、大发展 4个阶段,真正将“机床、电控、PLC(工控机)”三者融合在一起,突出了“机电”结合的时代特色和现代高科技新知识的内涵,发挥了机械、电子、测控、计算机等多学科交叉融合的优势,体现出与时俱进、开拓创新的办学新特点。它由我们自创的八大优势资源(优秀教学/科研成果)作支撑,现已初步建设成为一门特色突出、亮点鲜明、资源丰富、成效显著、成果丰硕的院级精品课程(请见http://222.184.16.189/jcplc/default.html)。2009～2010年第一学期我院有机电、机制、数控等14个班600多人开设该门课程;2009～2010年第二学期我院有机电、数控等10个班400多人开设该门课程;它已成我院目前选课人数最多,最受学生们欢迎和青睐的一门热门支拄课程。

1 项目化教学是高职课程改革的方向

高职教育的人才培养质量与社会需求之间的矛盾已成为人们关注的重点。高职教育作为高等教育中的一个类型,其人才培养规律不同于学术人才的培养规律。当前高职教育所面临的核心任务是课程的改革,其中,课程项目化是突出高职办学特色、促使课程改革走向优质的一条有效途径。

“机床电气与PLC”课程的传统教学采用大专业统一的教材,偏重于原理、抽象内容的讲解,不易于学生理解;教学方法上过于呆板,学生处于一种被动状态。特别是机床设备电气与PLC控制技术严重脱节,学生们学完该课程后不会应用先进的PLC高新技术改造技术落后的传统机床老设备,甚至不知道PLC技术是怎样控制机床设备的;有些教材还在高职“理论够用”口号的指导下将教学内内容概念化和浮浅化,学生们只能了解该课程知识的一些皮毛,没有任何实用价值。大学生素质和技能教育的教学课程改革必须从教材改革入手,“机床电气与PLC”课程的教学目的和宗旨就是要学生学会机床电气控制技术和PLC应用技术,并把两种技术能有机融合在一起,用先进的PLC技术改造传统落后的机床及机械设备,设计出现代化的机床PLC控制系统来,达到工学结合、理论教学服务于生产实践之目标。为此,我们首先编著出版了一部工学结合教材《新编机床电气与PLC控制技术》,于2008年3月由国家级优秀机机械出版社出版,深受社会欢迎,一年内3次印刷(7500册);2009年被遴选为江苏省高校优秀评优精品教程。继而我们又与时俱进,紧跟目前高职院新一论项目化教学改革的要求,又编著出版了一部项目化教材《机床电气与PLC控制技术项目教程》,于2010年1月由国家级优秀机机械出版社出版,现已应用于我院的项目化教学。

课程项目化的设计正好符合了高职学生的思维和学习特点。它打破传统模式,把学习内容和工作任务结合起来,授课内容采用能体现该岗位工作的典型工作任务,这样学生在一个工作环境中学习,不仅提高了专业知识水平,而且还提升了职业技能和素养。

2 教学内容改革

2.1 教学内容的选取

教学内容的选取不仅有岗位针对性、行业针对性,还要有适用性。

(1)教学内容的岗位针对性

“机床电气与PLC”课程主要针对“中级维修电工”和“可编程序控制系统设计师”技术岗位,对机床设备的电气控制系统和PLC控制系统的设计、安装、运行与维护等工作的要求,组织和安排教学内容。

课程组对相应岗位所要求的职业能力进行了细致的分析,以职业能力的培养为重点,教学专家与企业专家共同探讨,确定了能体现该岗位工作的典型工作任务与工作过程,并对该课程教学内容进行了拆分、整合和序化,精选了一些适合教学的、典型的、有实际意义的学习型工作项目。

(2)教学内容的行业针对性

机床电气与PLC应用技术的发展很快,针对不同行业有更好的适于该行业的机床控制设备与技术。本课程为满足机电类专业人才培养目标要求,主要针对工业企业生产自动化选择目前应用最为广泛,且具有良好发展前景的三菱FX2N小型PLC和西门子S7-200PLC作为教学内容。

(3)教学内容的适用性

教学内容充分考虑到工学结合、教、学、做一体的可实现性和工作学习的融合度,特别针对高职的特点,选取了大量可操作、可规范评价、适合高职学习的工作任务,经充分提炼后形成独立教学模块,并且所有模块都围绕学生综合素质的提高来设计和取舍教学内容。

本课程项目均以本系的实训设备为平台,在源于真实高于真实的学习环境中,训练学生的基本操作技能与综合应用能力,培养学生独立设计、安装、调试、诊断、报告编写工作项目的能力,为学生的可持续发展奠定良好的基础。

2.2 教学内容的组织与安排

(1)按项目组织教学内容

以职业能力的培养为重点,对课程教学内容进行了拆分、整合和序化,精选了一些实际工程案例,并通过教学化的处理,形成了6个适合教学的学习型工作项目:如何阅读机床设备的电气控制系统图;如何阅读机床设备的PLC控制系统图;如何设计机床的电气控制系统;如何设计机床的PLC控制系统;如何进行机床电气与PLC控制系统常见故障的维修;拓展和提高:其他几种较复杂典型机床的电气与PLC控制设计案例。在项目的教学实施中,每个项目又分为若干个有针对性的工作任务(共分解成32个学习型工作任务)。以工作过程(项目)导向,通过任务驱动,经过教师启发式理论教学和学生们的强化实践训练,理实统一、师生互动,最终完成本课程的教学目标。

(2)按理实一体化实施教学

本课程实行分段集中上课的强化训练方式,以工作过程为导向,在实验室内按项目组织实施教学,通过边教边学、边学边练、学做合一、“教、学、做”有机融合的一体化教学过程,由浅入深使学生快速掌握机床电气控制系统及机床PLC控制系统的分析、设计、运行与维护的方法与技巧,实现岗位技能培养的目的,体现了高职教育教学过程的实践性、开放性和职业性。

3 教学方法和教学手段改革

3.1 教学设计

(1)教学设计的理念

课程教学模式的设计基于机床电气与PLC应用系统安装与调试的工作过程,由企业技术人员和校内教师共同探讨和设计,通过边讲边做,边学边练,在实训室实行“教、学、做、练”一体化的教学模式,着力培养学生的知识、技能和态度,提高学生的职业能力和创新能力。

(2)教学设计的内涵

教学内容:由简单到复杂,多个学习型工作项目,每个项目分为多个学习型工作任务。

教学方法:多种方法灵活使用,尊重教学规律。

学生分组:单班上课,分组讨论,独立完成,充分体现学生的主体地位。

指导教师:一人主讲,二人辅导,充分发挥教师的主导作用。

教学资料:教材,网络资料。

(3)教学设计的过程

校内以学习型工作项目为重点,多种教学方法灵活应用。

将课堂设在实训室,按任务组织实施教学,实行分段集中上课的强化训练方式,通过边教边学、边学边做、学做合一教学。教学过程是做项目的过程,也是完成机床设备控制工程任务的过程。教学活动以学生为中心展开,通过“接受分析任务、掌握知识技能、动手完成任务、提交评价成果”等一系列活动的进行,训练学生相关技能。

3.2 努力提高教师自身素质

作为高职院校的教师,不仅专业知识和水平要高,还要具备很强的实践动手能力,即要成为“双师型”教师。教师的言行举止对学生起到潜移默化的作用,学生学习效果和创新能力的形成和提高,要靠教师的启发和引导。因此,教师必须特别注意不断拓宽和深化自身的专业基础知识,及时调整与更新学术观念和思维方法,注重保持不断进行科学研究的活力,并要加强自己的实践能力,考取相应的高级技能证书,才能推动教学工作的常教常新,并充分发挥其引导作用。机床电气与PLC课程教学组成员结构为“老+中+青”结合,既有工作多年、有机床电气与PLC工程实践研究经验的老教授,又有从事多年机电一体化研究的高级工程师,也有年轻的新教师,这样的一支教学团队相互学习,定期进行教学经验的交流和探讨,从而使教学水平得到不断提高,并及时交换目前机床电气与PLC研究最新成果,把这些成果结合到教学过程中,给学生们带来新的学术气息。

3.3 合理利用现场教学法

由于机电一体化专业的知识面广,学习难度大的特点,初学者常常对机床设备的各类电器元件的内部结构和动作过程及规律的学习感到比较抽象、枯燥,学习热情自然受到影响。为加强学生的理性认识,激发学生的学习热情,我们在进行理论教学的同时,通过给学生观看、分析实物图片、影像资料等方法,让学生首先建立感性认识,明确学习目标,变被动为主动学习,既有助于学生的学习,也有助于教师的课堂教学。

例如在讲解低压电器元件的结构和工作原理时,对衔铁、触点等概念,单凭课堂上讲述分析,学生就会觉得抽象、单调、难以理解。而在教学中我们又不可能将每种类别和型号的接触器和继电器都拆开让学生去看,于是我们就采取理论教学与现场教学有机结合的教学方法,通过在实验室现场拆分废旧继电器、接触器和转换开关等电器元件的方法,一一对照讲解,让学生对这些生疏、抽象的电器元件的内部结构、工作原理和动作过程有了具体、生动、形象的认识,从而加深了学生对所学知识的理解。这样既巩固了教学效果,也提高了学生的学习兴趣。

3.4 利用板书+多媒体的教学手段

传统教学讲究语言和文字交流,机床电气与PLC课程的教师面对学生讲述、书写、再讲述、再书写,而且不可避免要画大量控制电路图,既费时又费力。利用多媒体教学,不仅可以大大减少教师的重复性劳动,而且因其图文并茂、形象逼真、信息量大而可增强学生注意力,同时还可集中优秀教师的教学经验,使学生达到最佳学习效果,因此,课程组研究开发了课程多媒体课件,并引入教学。然而,单纯的多媒体教学也有不足之处。因为《机床电气与PLC》课程的教学内容具有一定的推演和分析过程,逻辑性较强。针对这些特点,为了取得好的教学效果,我们采用了板书+多媒体的教学手段进行。在课堂教学中,板书和多媒体相互渗透,优势互补,有机结合。如机床设备的电气控制的工作过程,采用PPT的方式就很容易理解和掌握其控制过程。在PPT的修改过程中,特别考虑了控制电路分析方法上的推演和步骤性,采取过程显示的方式顺序给出相应的内容,而避免一次一个画面的讲解方式。对于教学过程中需自学的内容,则制作成多媒体课件,放在网络课堂上运行。

3.5 将网络教学与课堂教学相结合

随着计算机和网络技术的发展,网络教学已构成了课程教学的重要部分。学时的紧张使得开展大规模的课堂讨论较困难,难以满足学生的要求。开展网络教学,作为课堂教学的补充,可以弥补传统课堂教学的不足。例如,教师可将一些参考资料、补充习题、或辅导材料放在网上供学生自学,这样既可扩展学生的知识面,又可提高其学习积极性和主动性。另外,利用网络教学,可以将优秀的教学资源和老教师多年的教学经验与同行交流,实现资源的高效配置和优势互补。

借助于申报江苏省“精品课程”的契机,我们建立了机床电气与PLC精品课程网站,主要包括“教学团队”、“课程简介”、“教案与课件”、“教学录像”、“在线交流”和“实践教学”等模块。

“教学团队”详细介绍机床电气与PLC课程组各位教师的学历、所教授的课程、主要研究方向、教学、科研成果等,使学生对老师有一个全面的了解,以便根据自己的学习兴趣和学习状况选择合适的导师,对其平时学习及毕业设计加以指导。

“课程简介”包括课程设置、教学大纲、考核标准等几个模块,通过浏览这些模块,学生对本课程的发展历史、现状和前景有一个整体认识,了解学习本课程的意义和教学计划。

“教案与课件”分为机床电气与PLC电子教案、双语教学课件、本学期新教学课件三部分,它为广大师生提供了丰富的教学资源,包括多媒体课件、重点难点分析、典型例题讲解、参考文献等。借助电子教案,学生可以温习课堂上老师讲解的内容,弥补一些疏漏的地方,然后慢慢消化吸收。对教师而言,相当于拥有一个大容量的资料库,可以根据需要选取素材编写自己的教案并组织教学。同时还将国内各兄弟院校相关的优秀精品课程网站互连,实现了优秀教学资源共享。

“教学录像”汇集了机床电气与PLC课程组各位老师的教学录像资料,学生可在课后任意时间点击浏览,欣赏不同老师的授课风格。

通过“在线交流”,学生可以提出问题并及时获得解答,方便师生进行交流,真正做到“因材施教”。

“网上自测”,为学生开辟了一条自我学习、自我检查、自我提高的途径。学生通过自我测试和考评,消除了考试恐惧和逆反心理,同时解决了传统考试组织困难和教师工作量大的问题。

4 考核方式改革

考核方法是否得当,对学生的培养将产生很大的影响。本课程强调对《机床电气与PLC》课程专业技术知识和岗位技能的全面考核。一改过去以“单纯理论考分”而定学生成绩的状况,彻底改变学生“应试教育”观念下死读书、读死书、高分低能的现象,以问、测、考、练等多种形式进行过程教学考核,增大对实践教学的力度,实现教学方式多样化、教学效果最佳化,把学生真正培养成高技能、高素质、创新型应用人才。

建立过程考评(任务考评)与卷面考评相结合的方法,强调过程考评的重要性。

考核要素及比例分配:素质考评(10%)、工单考评(20%)、实操考评(30%)、卷面考评(40%)和提高(加10%)。

5 结语

发展是一个学校的生命,创新更是一个学校发展的灵魂。高校的教学改革是一项深入持久的工作,为提高本课程的教学质量,我们一直在不断地进行着本课程的改革。高职院的学生不仅要有相对扎实的理论知识,更应具有较强的职业技术能力,才能成为面向生产、建设、服务和管理第一线特需的高级应用型人才。作为施教者,我们首先要有不断进取的思想,要有忠实于教育的理念,才能不断探求新的教育方法,改革教学模式,使理论教学与实践教学相辅相成,其核心理念就是切实做到工学结合、学用一致、以教师为主导,以学生为主题,师生互动、“教-学-做”一体化,使教育适应于社会,使我们培养的人才更好地服务于社会。

[1]陆海平.课程项目化——高职院校课程改革走向的选择[J].大学研究与评价,2009

[2]陈康,李徐海,刘华.论高职高专课程建设与改革[J].科技资讯,2009(19)

[3]高安邦,成建生,陈银燕.机床电气与PLC控制技术项目教程.北京:机械工业出版社,2010

[4]高安邦,智淑亚,徐建俊.新编机床电气与P LC控制技术.北京:机械工业出版社,2008