張坤平鄭棟梁

(許昌電氣職業(yè)學院電氣工程系,許昌461000)

機電一體化項目是高職院校技術競賽中的重點項目,對制造業(yè)和工程技術領域有重大影響。機電一體化項目是一個較為綜合的項目,為機械設備奠定了堅實的基礎。該項目包括傳感器檢查、傳感器靈敏度技術檢查、PLC控制技術檢查以及電動機基本控制、頻率和速度。本文著重分析機電一體化技能競賽對PLC課程教學模式的影響。

一、機電一體化競賽的特點與PLC的應用及特點

(一)機電一體化項目競賽的特點

1.標準化和控制的一致性。在機電一體化比賽中,所有選手都將獲得一個指定的有限控制端口表。另外,選手無法在整個比賽操作期間更改此端口表,并且由于端口表已標準化,因此每個完成操作的選手的結果必須一致。區(qū)別在于,每個參與者花費在完成一項任務上的時間長短和控制效果的準確性。

2.控制功能準確性。在機電一體化競賽中,控制功能準確性高則得分相對較高。為了確保控制功能的正確性,參賽選手必須具有非常強的技術要求,以確保他們能夠準確完成比賽所需的技能標準動作。錯誤的操作過程將直接被判斷為結束,因此錯誤的操作也將失去分數。因此,控制功能的準確性對參賽選手來說非常重要?？刂频臏蚀_性取決于操作系統(tǒng)的控制程序,以滿足機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況提供的控制核心設備來創(chuàng)建準確的控制程序,然后完成要達到的目標。由此可見,控制功能的準確性是機電一體化競賽的關鍵要素。

(二)促進課程體系的建設

目前,教育部根據制造業(yè)的發(fā)展需要,已經將機電一體化技能大賽作為一個常規(guī)賽項,因此各個工科類的職業(yè)院校培養(yǎng)了一大批機電一體化“應用型和技能驅動型”的實踐型人才。我校近幾年來,在現代電氣控制系統(tǒng)安裝與調試、自動化生產線的安裝與調試,工業(yè)控制、制造單元智能化改造與集成技術、人工智能技術、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應用等多個技能大賽中屢次獲獎,指導老師們不斷總結與分析試題,找到機電類專業(yè)培養(yǎng)學生的關鍵核心所在。通過分析與總結經驗,機電一體化類的大賽項目涵蓋了多個不同領域的專業(yè)核心課程,將不同知識領域進行了全面的有機結合。根據現有學校教育條件,我校以技能大賽來促進教育教學改革,并組建了具有“扎實理論知識和實踐動手能力”的專職教師隊伍,對機電一體化專業(yè)學生確立了明確的實訓目標,即實訓和教育實際上與生產實踐和技術服務相結合,以完成專門的知識學習、專業(yè)發(fā)展和全面的教育學習。機電一體化技能競賽的設備強調了多學科知識的綜合應用。學校必須根據技能競賽的要求突破學科界限,制定專業(yè)教育教學體系,將理論知識、實踐技能和專業(yè)素養(yǎng)融為一體,創(chuàng)建新的課程體系。教室設在企業(yè)工廠中,課程開發(fā)與職業(yè)崗位結合在一起,學者與職業(yè)員工掛鉤,并建立高度針對性和實用性的課程系統(tǒng)。

(三)PLC的應用和特點

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

2.PLC的特性。PLC提供了廣泛的應用、強大的功能和易用性。PLC是一種電子系統(tǒng),旨在工業(yè)環(huán)境中的應用程序中執(zhí)行出色的工作,并使用數字進行算術運算。PLC主要采用一種可編程存儲器來控制內部存儲程序的順序。PLC是計時技術中非常重要的存儲。隨著PLC技術的發(fā)展,目前大多數微計算機技術已用于對工業(yè)控制設備進行邏輯控制。PLC執(zhí)行與3D處理算法有關的各種任務,包括過濾、特征估計、表面重建、模型擬合和分段以及位置搜索,并且這些處理技術與管線串聯連接,因此整個過程的結構清晰,提高了代碼的簡單性和可重用性。

二、技能競賽對于教學的促進作用

(一)技能競賽對于教師教學的提升和學生學習的促進

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

2.技術競賽促進學生學習。大多數傳統(tǒng)的教學模式都是教師講、學生聽的模式,大多數情況下只能通過視頻演示的方式來教給學生練習,而無法實現實際操作。學生只能坐在教室里被動地接受知識,即使在實驗室中,在PLC實驗設備上執(zhí)行的工作也是模擬實驗任務,因此學生無法將PLC設備與其他真實的輸入和輸出設備結合使用。在實踐中,從長遠來看,學生的長期練習能力下降,而操縱實驗設備的能力也隨之下降。通過技術競賽,學生可以繼續(xù)根據競爭任務的要求動腦子思考問題。除了復習和檢索以前的知識之外,還可以更好地理解先前的知識,發(fā)現先前學習過程中的漏洞和缺陷,并及時補充先前學習的知識。另外,其還可以鼓勵學生自愿參考書籍和材料,搜索與比賽有關的內容,并尋求老師的幫助。這些措施可以鼓勵學生全面了解機電一體化專業(yè)知識,擴大的學生知識領域。

(二)通過技能競賽不斷培養(yǎng)學生的競爭意識,促進賽學的良性互動

職業(yè)教育的培養(yǎng)目標和競賽的初衷并不是讓極少數的學生來參賽提高技能,職業(yè)教育和技能競賽的方向應該是全員化參賽,即“所有專業(yè)教師都可以來帶指導競賽,所有學生都可以參加技能大賽”,通過參賽,使職業(yè)教育的學生的專業(yè)知識、操作技能和個人素質得到很大提高,在畢業(yè)參加工作時不僅精通專業(yè)技能,而且受到雇主的歡迎。但是,由于參與形式的局限性,只有少數學生能夠代表學校,競爭性項目已被引入到實踐教育中以為所有學生提供競爭性結果。被選入代表學校參加技能大賽的學生,同一個大賽項目組成小組工作模式,即組建一個團隊,團隊成員分工合作。對于機電一體化類的技能大賽,需要團隊成員進行機電設備的安裝和調試、PLC編程和調試等工作,在整個備賽、比賽過程中,潛移默化地引導與教育學生充分合作,培養(yǎng)學生團隊合作意識、大國工匠的職業(yè)素養(yǎng)。通過各個技能大賽不同的評分標準來選擇和評估團隊之間的技能,使每個團隊中的成員的學習熱情和責任感得到提高。相反,教師在平時課堂教學過程中通過分組教學能夠發(fā)現自己的學生的長處,選擇出在課堂學習中表現出色的學生,同時,技能競賽的參與者可以在實踐教學中扮演教師助手的角色,學生之間的相互指導可以有效提高教育效率,實現競賽的積極互動。

(三)增強學生對學習和自學技能的興趣

興趣是可以激發(fā)學生熱情和主動性的最好的老師,而機電一體化的專業(yè)課程強調實踐,如果偏離實際操作,純理論知識將很無聊。機電一體化類技能競賽項目都有清晰的控制動作要求和直觀的輸出現象,通過實際操作,可以提高學生的學習熱情,增強他們的學習興趣和主動性。以制造單元智能化改造與集成技術技能大賽為例,學生在學習了PLC、電機控制、變頻器、人機界面等專業(yè)知識后,可以進行智能制造單元的設備裝配,通過編譯PLC程序,調整變頻器參數等來實現自動控制。人機界面編程和其他操作可在人機界面上獲得控制信號并顯示操作狀態(tài)。工業(yè)機器人、機械手根據控制要求從倉庫中抓取物料,并用傳送帶將物料釋放。逆變器驅動三相電動機拉動并運行傳送帶,然后推桿將物料推入斜槽。整個系統(tǒng)模擬了一個很小的工業(yè)控制情況,學生可以直觀地看到簡化版本的機器人、傳送帶和氣動系統(tǒng)的運行過程。當學生意識到自己設計和編寫的程序可以驅動設備時,他們就會確信自己之前所做的工作。通過一系列任務來培養(yǎng)自我學習技能,有助于提高學習熱情,并從“要我學習”變?yōu)椤拔乙獙W習”,從被督促學習到主動尋找學習材料的計劃。

(四)技能競賽對于學生規(guī)范意識與團隊精神的培養(yǎng)

1.技術競賽可以培養(yǎng)學生的規(guī)范意識。學生成長應在規(guī)范的前提下進行,以提高學生的自我修養(yǎng)和素質。在機電集成領域,設備安裝、電線和電線的連接以及電線直徑的選擇都具有非常標準化的要求。根據規(guī)格,只有實操后的實驗結果才比較完整。但是,在學生的日常學習實驗中,它們都是模擬練習,因此許多學生沒有注意操作過程的細節(jié)來達到實驗效果,因此可以用來改善機電一體化的競爭。

2.技能競賽可以培養(yǎng)學生的團隊合作精神。由于一個人的力量無法完成工業(yè)化項目,其大多數需要多人的合作,機電一體化競賽也是如此。一個人要完成整個比賽,必須努力工作并學會彼此合作。機電一體化智能競賽的重點是培養(yǎng)學生的團隊合作精神和團隊意識,以及為學生提供標準化意識和學習技能。

三、PLC教學的改革和實踐

(一)最大程度利用實驗室教學及拓展校外實訓基地

1.充分利用實驗室培訓。PLC課程是一門工業(yè)化比較強的課程,比其他課程更為實用。學習PLC課程的學生必須了解該課程的基礎知識,并靈活地使用PLC的基本準則。傳統(tǒng)的教學法是課堂教學法,學生是被動適應的,這是培養(yǎng)學生的編程和適應能力的主要障礙。實驗室教學除了使學生具有適應課程編程的能力之外,還將對本課程有更深入的了解。同時,使用實驗室進行教學可增加本課程中教師與學生之間的互動,并改善PLC過程中教師與學生之間的隱性理解。

2.將培訓基地擴大到學校以外。PLC主要用于工業(yè)領域,是專門為工業(yè)環(huán)境設計的,是現代工業(yè)控制的核心。PLC在大多數行業(yè)中也被使用,因為它們提供了廣泛的應用,具有強大的功能和易用性。但是,在PLC的學習過程中,由于學校教育條件的地理位置和基本設備有限,某些作業(yè)控制過程只能通過模擬作業(yè)來執(zhí)行。擴大校外PLC一體化實訓基地,可以提高學生的學習動機和主觀性,并且在學生管理過程中可以提供標準和即時的指導,讓學生及時糾正不規(guī)范的行為。

(二)采用面向任務的培訓和分級培訓模式

1.采用面向任務的培訓模式。將機電一體化競賽添加到PLC課程中時,整個自動化生產線可以分為幾個小工作點,并且老師可以單獨分析這些小工作點并將其引導到與這些工作點相關的相關知識點。為了同時說明,可將學生分成小組,并指導他們進行小組討論。教師還執(zhí)行小組教學模式,劃分每個小組的工作點,每個小組的工作是相同的。學生根據老師設定的工作要求進行練習,重點關注這些工作要求,并明確小組的目標。例如,學習模式教學模式,可以在一定程度上提高學生學習PLC課程的動力并提高他們的實踐技能。通過競爭進行教育,學生不僅可以通過完成一項任務來掌握競爭性知識和實踐技能,而且還可以增強他們對學習PLC課程的信心和能力。

2.采用分級教學模式。目前,每個職業(yè)學院的班級都有幾十名學生。學生人數眾多,并且對課堂上老師教的專業(yè)內容的接受程度也不一樣,每個人的水平參差不齊。如果教師采用相同的教學內容和教學方法,一些學習水平高的學生將無法發(fā)揮自己的優(yōu)勢,上課時間會稍有浪費,但對于一些學習成績較差的學生來說,如果過高,有些人將無法跟上教室的進度,可能會失去學習熱情。因此可以對學生進行分層訓練,通過實操訓練來提高學生對PLC控制過程的興趣,增加學生的學習興趣和對PLC課程學習的信心,對于動手能力強和編程學習靈活性好的學生可以培養(yǎng)其編程技能。

四、結語

隨著時代的進步和發(fā)展,國家對技術人才的需求在增加,應積極促進教學改革,增加高科技人才的培養(yǎng),實現我國工業(yè)流程的進步。特別是工科類的高職院校,如機電一體化、電氣自動化等專業(yè),有必要在傳統(tǒng)教學的基礎上進行改進,以提高學生的實踐技能。