机电一体化技能大赛对PLC课程教学模式的影响

2021-12-03张坤平郑栋梁

北京印刷学院学报 2021年5期

张坤平郑栋梁

(许昌电气职业学院电气工程系,许昌461000)

机电一体化项目是高职院校技术竞赛中的重点项目,对制造业和工程技术领域有重大影响。机电一体化项目是一个较为综合的项目,为机械设备奠定了坚实的基础。该项目包括传感器检查、传感器灵敏度技术检查、PLC控制技术检查以及电动机基本控制、频率和速度。本文着重分析机电一体化技能竞赛对PLC课程教学模式的影响。

一、机电一体化竞赛的特点与PLC的应用及特点

(一)机电一体化项目竞赛的特点

1.标准化和控制的一致性。在机电一体化比赛中,所有选手都将获得一个指定的有限控制端口表。另外,选手无法在整个比赛操作期间更改此端口表,并且由于端口表已标准化,因此每个完成操作的选手的结果必须一致。区别在于,每个参与者花费在完成一项任务上的时间长短和控制效果的准确性。

2.控制功能准确性。在机电一体化竞赛中,控制功能准确性高则得分相对较高。为了确保控制功能的正确性,参赛选手必须具有非常强的技术要求,以确保他们能够准确完成比赛所需的技能标准动作。错误的操作过程将直接被判断为结束,因此错误的操作也将失去分数。因此,控制功能的准确性对参赛选手来说非常重要。控制的准确性取决于操作系统的控制程序,以满足机电一体化竞争性工作条件的要求,并且参与者必须充分利用实况提供的控制核心设备来创建准确的控制程序,然后完成要达到的目标。由此可见,控制功能的准确性是机电一体化竞赛的关键要素。

(二)促进课程体系的建设

目前,教育部根据制造业的发展需要,已经将机电一体化技能大赛作为一个常规赛项,因此各个工科类的职业院校培养了一大批机电一体化“应用型和技能驱动型”的实践型人才。我校近几年来,在现代电气控制系统安装与调试、自动化生产线的安装与调试,工业控制、制造单元智能化改造与集成技术、人工智能技术、嵌入式系统开发与应用等多个技能大赛中屡次获奖,指导老师们不断总结与分析试题,找到机电类专业培养学生的关键核心所在。通过分析与总结经验,机电一体化类的大赛项目涵盖了多个不同领域的专业核心课程,将不同知识领域进行了全面的有机结合。根据现有学校教育条件,我校以技能大赛来促进教育教学改革,并组建了具有“扎实理论知识和实践动手能力”的专职教师队伍,对机电一体化专业学生确立了明确的实训目标,即实训和教育实际上与生产实践和技术服务相结合,以完成专门的知识学习、专业发展和全面的教育学习。机电一体化技能竞赛的设备强调了多学科知识的综合应用。学校必须根据技能竞赛的要求突破学科界限,制定专业教育教学体系,将理论知识、实践技能和专业素养融为一体,创建新的课程体系。教室设在企业工厂中,课程开发与职业岗位结合在一起,学者与职业员工挂钩,并建立高度针对性和实用性的课程系统。

(三)PLC的应用和特点

1.PLC的应用。PLC是一种用于数字化操作的电子系统,广泛用于医疗制造业、化学工业、冶金工业等领域。同时,PLC还用于某些品牌的编程软件领域,主要通过继电器执行逻辑控制处理。

2.PLC的特性。PLC提供了广泛的应用、强大的功能和易用性。PLC是一种电子系统,旨在工业环境中的应用程序中执行出色的工作,并使用数字进行算术运算。PLC主要采用一种可编程存储器来控制内部存储程序的顺序。PLC是计时技术中非常重要的存储。随着PLC技术的发展,目前大多数微计算机技术已用于对工业控制设备进行逻辑控制。PLC执行与3D处理算法有关的各种任务,包括过滤、特征估计、表面重建、模型拟合和分段以及位置搜索,并且这些处理技术与管线串联连接,因此整个过程的结构清晰,提高了代码的简单性和可重用性。

二、技能竞赛对于教学的促进作用

(一)技能竞赛对于教师教学的提升和学生学习的促进

1.技术竞赛改善了教师教育教学。技术竞赛不仅是学生展示自己能力的绝佳平台,还是教师相互交流的平台。教师不仅能通过参加竞赛或指导学生参加技术竞赛来与其他大学竞争,还可以和同类院校进行深入的讨论和交流,以帮助教师相互学习,提高个人知识水平,更充分地掌握自动化生产线中的机械和电气设备。此外,还可以对工业自动化生产线的安装和接线规格的技术知识有更全面和深入的了解。就完整的机电一体化专业而言,每个专业都是紧密相关的,这种技能竞赛使教师能够扩展自己的知识并使其知识更加广泛。在教学过程中,可以将知识传授给学生并提高专业知识。

2.技术竞赛促进学生学习。大多数传统的教学模式都是教师讲、学生听的模式,大多数情况下只能通过视频演示的方式来教给学生练习,而无法实现实际操作。学生只能坐在教室里被动地接受知识,即使在实验室中,在PLC实验设备上执行的工作也是模拟实验任务,因此学生无法将PLC设备与其他真实的输入和输出设备结合使用。在实践中,从长远来看,学生的长期练习能力下降,而操纵实验设备的能力也随之下降。通过技术竞赛,学生可以继续根据竞争任务的要求动脑子思考问题。除了复习和检索以前的知识之外,还可以更好地理解先前的知识,发现先前学习过程中的漏洞和缺陷,并及时补充先前学习的知识。另外,其还可以鼓励学生自愿参考书籍和材料,搜索与比赛有关的内容,并寻求老师的帮助。这些措施可以鼓励学生全面了解机电一体化专业知识,扩大的学生知识领域。

(二)通过技能竞赛不断培养学生的竞争意识,促进赛学的良性互动

职业教育的培养目标和竞赛的初衷并不是让极少数的学生来参赛提高技能,职业教育和技能竞赛的方向应该是全员化参赛,即“所有专业教师都可以来带指导竞赛,所有学生都可以参加技能大赛”,通过参赛,使职业教育的学生的专业知识、操作技能和个人素质得到很大提高,在毕业参加工作时不仅精通专业技能,而且受到雇主的欢迎。但是,由于参与形式的局限性,只有少数学生能够代表学校,竞争性项目已被引入到实践教育中以为所有学生提供竞争性结果。被选入代表学校参加技能大赛的学生,同一个大赛项目组成小组工作模式,即组建一个团队,团队成员分工合作。对于机电一体化类的技能大赛,需要团队成员进行机电设备的安装和调试、PLC编程和调试等工作,在整个备赛、比赛过程中,潜移默化地引导与教育学生充分合作,培养学生团队合作意识、大国工匠的职业素养。通过各个技能大赛不同的评分标准来选择和评估团队之间的技能,使每个团队中的成员的学习热情和责任感得到提高。相反,教师在平时课堂教学过程中通过分组教学能够发现自己的学生的长处,选择出在课堂学习中表现出色的学生,同时,技能竞赛的参与者可以在实践教学中扮演教师助手的角色,学生之间的相互指导可以有效提高教育效率,实现竞赛的积极互动。

(三)增强学生对学习和自学技能的兴趣

兴趣是可以激发学生热情和主动性的最好的老师,而机电一体化的专业课程强调实践,如果偏离实际操作,纯理论知识将很无聊。机电一体化类技能竞赛项目都有清晰的控制动作要求和直观的输出现象,通过实际操作,可以提高学生的学习热情,增强他们的学习兴趣和主动性。以制造单元智能化改造与集成技术技能大赛为例,学生在学习了PLC、电机控制、变频器、人机界面等专业知识后,可以进行智能制造单元的设备装配,通过编译PLC程序,调整变频器参数等来实现自动控制。人机界面编程和其他操作可在人机界面上获得控制信号并显示操作状态。工业机器人、机械手根据控制要求从仓库中抓取物料,并用传送带将物料释放。逆变器驱动三相电动机拉动并运行传送带,然后推杆将物料推入斜槽。整个系统模拟了一个很小的工业控制情况,学生可以直观地看到简化版本的机器人、传送带和气动系统的运行过程。当学生意识到自己设计和编写的程序可以驱动设备时,他们就会确信自己之前所做的工作。通过一系列任务来培养自我学习技能,有助于提高学习热情,并从“要我学习”变为“我要学习”,从被督促学习到主动寻找学习材料的计划。

(四)技能竞赛对于学生规范意识与团队精神的培养

1.技术竞赛可以培养学生的规范意识。学生成长应在规范的前提下进行,以提高学生的自我修养和素质。在机电集成领域,设备安装、电线和电线的连接以及电线直径的选择都具有非常标准化的要求。根据规格,只有实操后的实验结果才比较完整。但是,在学生的日常学习实验中,它们都是模拟练习,因此许多学生没有注意操作过程的细节来达到实验效果,因此可以用来改善机电一体化的竞争。

2.技能竞赛可以培养学生的团队合作精神。由于一个人的力量无法完成工业化项目,其大多数需要多人的合作,机电一体化竞赛也是如此。一个人要完成整个比赛,必须努力工作并学会彼此合作。机电一体化智能竞赛的重点是培养学生的团队合作精神和团队意识,以及为学生提供标准化意识和学习技能。

三、PLC教学的改革和实践

(一)最大程度利用实验室教学及拓展校外实训基地

1.充分利用实验室培训。PLC课程是一门工业化比较强的课程,比其他课程更为实用。学习PLC课程的学生必须了解该课程的基础知识,并灵活地使用PLC的基本准则。传统的教学法是课堂教学法,学生是被动适应的,这是培养学生的编程和适应能力的主要障碍。实验室教学除了使学生具有适应课程编程的能力之外,还将对本课程有更深入的了解。同时,使用实验室进行教学可增加本课程中教师与学生之间的互动,并改善PLC过程中教师与学生之间的隐性理解。

2.将培训基地扩大到学校以外。PLC主要用于工业领域,是专门为工业环境设计的,是现代工业控制的核心。PLC在大多数行业中也被使用,因为它们提供了广泛的应用,具有强大的功能和易用性。但是,在PLC的学习过程中,由于学校教育条件的地理位置和基本设备有限,某些作业控制过程只能通过模拟作业来执行。扩大校外PLC一体化实训基地,可以提高学生的学习动机和主观性,并且在学生管理过程中可以提供标准和即时的指导,让学生及时纠正不规范的行为。

(二)采用面向任务的培训和分级培训模式

1.采用面向任务的培训模式。将机电一体化竞赛添加到PLC课程中时,整个自动化生产线可以分为几个小工作点,并且老师可以单独分析这些小工作点并将其引导到与这些工作点相关的相关知识点。为了同时说明,可将学生分成小组,并指导他们进行小组讨论。教师还执行小组教学模式,划分每个小组的工作点,每个小组的工作是相同的。学生根据老师设定的工作要求进行练习,重点关注这些工作要求,并明确小组的目标。例如,学习模式教学模式,可以在一定程度上提高学生学习PLC课程的动力并提高他们的实践技能。通过竞争进行教育,学生不仅可以通过完成一项任务来掌握竞争性知识和实践技能,而且还可以增强他们对学习PLC课程的信心和能力。

2.采用分级教学模式。目前,每个职业学院的班级都有几十名学生。学生人数众多,并且对课堂上老师教的专业内容的接受程度也不一样,每个人的水平参差不齐。如果教师采用相同的教学内容和教学方法,一些学习水平高的学生将无法发挥自己的优势,上课时间会稍有浪费,但对于一些学习成绩较差的学生来说,如果过高,有些人将无法跟上教室的进度,可能会失去学习热情。因此可以对学生进行分层训练,通过实操训练来提高学生对PLC控制过程的兴趣,增加学生的学习兴趣和对PLC课程学习的信心,对于动手能力强和编程学习灵活性好的学生可以培养其编程技能。