引言:中職教育以培養適應性較強的生產一線的技術應用型人才為目標。為實現這一目標,我們在課程設置中盡可能地加大實踐課的比例。實際上,改變授課方式和方法同樣可以達到提高學生實踐動手能力的目的。
《電氣控制與PLC應用》課程實踐性較強,若采用傳統的教學方法(即教師講授),自然不會取得良好的教學效果。中職教育強調學生的實踐動手能力,為此,我們將項目教學法引入《電氣控制與PLC應用》課程的教學實踐中,取得了較好的效果。
一、PLC簡介:
可編程序控制器也就是我們通常所說的PLC,是20世紀60年代以來發展極為迅速,應用面極為廣泛的工業控制裝置,它作為一項新型控制系統,已和機器人、計算機輔助設計與制造成為現代工業的三大支柱,是現代工業自動化的三大支柱之首,是工業自動化的主要工具。它是計算機技術與繼電接觸器控制技術相結合的產物,采用計算機存儲程序和順序執行的原理,來控制各種類型的機械設備或生產過程。目前,PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業。
目前社會上對PLC人才的需求很多,我國各大、中等工科學校的自動化專業、電氣工程及自動化專業、機械設計及自動化專業、機電類專業等與工業自動化相關的專業以及職業技術等的培訓中均將該課程列為重要課程,我校也將《電氣控制與PLC應用》課程作為機電一體化專業的專業課。
《電氣控制與PLC應用》課實質上是由《電氣控制技術》和《PLC技術應用》兩門課組合而成,是一門重要的新技術課程。該課程知識覆蓋面廣、涉及內容多、更新發展快、強調理論而又偏重實踐應用。主要講授的是:常用低壓電器、電氣控制線路的基本環節、典型機械設備電氣控制系統分析、電氣控制線路設計基礎、PLC的構成及工作原理、PLC的指令系統、梯形圖及編程方法、PLC的應用、PLC的通信和安裝接線等。仔細探究《電氣控制技術》和《PLC應用》這兩門課相近之處有兩點:一是PLC的編程語言之一梯形圖與繼電器、接觸器控制原理圖非常接近;二是PLC作為一種工業電腦在電氣控制系統中起控制作用,而繼電器的主要作用也是在電氣控制系統中起控制作用。不同之處是前者講的是繼電、接觸器控制技術,而后者講的卻是計算機控制技術。故此,將兩門課合并或分開講授都有其道理和科學性。我校采用將兩者合并起來講授,在具體的教學實踐中教師們提出應改革傳統的教學方法,制定一種確實可行的教學方法來解決教與學的矛盾,以達到最好的教學質量。
二、傳統的的教學模式及其缺點:
由于PLC課程是一門具有多變性、綜合性、典型性、實踐性和實用性的課程,在教學過程中,既有理論又有實踐,既有工作原理又有編程方法,既有典型單元程序又有復雜實用案例,同時我校屬于職業學校,學生是一個學習基礎、習慣和動機差異很大的群體。因此在教學過程中采用什么樣的教學方法使學生能夠學好、學透這一門課PLC課程是自動化專業的專業課程,是一門隨著PLC工業控制的發展,PLC的教學方法也一直在變化,但還是不能滿足科學技術發展的需求。
《電氣控制與PLC應用》課程是機電一體化專業中一門重要的職業技能課程,傳統的教學以課堂教學為主,實驗教學為輔,采用“先指令,后程序.再實驗驗證”的模式。即以教師為中心,在教學的過程中教師處于主導地位,學生
被動的接受知識的傳授,即教師在課堂上講理論,學生在實驗室做驗證。雖然教師在上理論課的時候.對原理進行過認真的分析.但在實操的過程中,學生仍不能正確運用所學的理論,需要教師不斷重復解釋。課程目標完成不佳,教師很費力氣,而學生在理論上仍然是一知半解,實踐技能也沒有很好的掌握,滿足不了學生以后從事相關工作的需要,更沒有達到職專培養高技能應用型人才的目標。
這種教學雖然有一定的實踐操作機會,但是對學生來說是比較抽象的,知識點的接受有一定難度。而在PLC教學中,教學思想和教學方法手段的落后導致大部分教師仍采用傳統的知識傳授型課程教學模式,課堂上缺少對學生能力的培養和技能的訓練、理論與實踐脫節、注重理論而忽視實踐;以課本為中心,教學方法不靈活,達不到中等職業教育培養目標的要求。
我認為原因在于傳統的教學模式中的理論與實踐嚴重脫節。學生在上理論課的過程中,由于沒有與實踐直接聯系的情境.難以理解所學的理論知識。例如,在講授遞增、移位等指令時.盡管反復強調,在實際應用時要注意輸入使能端(EN)的狀態.但在實習過程中.不少學生在使用這些指令時仍經常出錯。這是因為學生沒有真正理解PLC的掃描工作方式。
三、教學改革:
PLC課程作為一門新型課程,具有很強的實踐性、綜合性和應用性。目前,在該課程的教學中對實踐的重視和培養尚顯不夠,教學方法還有待進一步創新。企業反映,畢業生就業到崗后,在企業現場的應用能力較差,未能體現職業技術學校學生在技能方面的優勢。中等職業教育作為教育發展中的一個類型,肩負著培養面向生產、建設、服務和管理第一線需要的高技能人才的使命,所以在PLC課程教學中應以培養學生對生產一線的應用能力與創新能力為主。因此,我在PLC課程的教學中進行了改革和創新。
如何在短時間內提高PLC知識學習和技能訓練的效果,在PLC課程教學中采用項目化教學法,做到以教師為引導,以學生為主體,以企業需求為導向的“三位一體”,是我們在教學改革中實踐的一種方法。通過理論與實踐一體化的教學模式,使學生在完成真實的工作任務的過程中.能夠根據任務的需要。學習和運用專業知識.分析和解決學習中遇到的實際問題.提高綜合素質能力。
自2008年起,我們逐步探索及應用項目驅動式教學方法,引入工程實例為藍本,利用先進的教學設施和生產設備 .讓學生了解在實際工作中利用PLC做項目的流程 ,并通過一系列實踐驗證來激發學生的學習興趣 ,了解開發過程 ,最后通過一個大的完整案例對學生進行綜合培訓和考核,從而大大增強了 教學效果,實現了專業理論知識和實踐操作的有機統一。
此外.生產一線技能人才的培養要求教師適時地結合行業需求、崗位能力的要求安排和設置教學內容,開發先進的、接近生產實際的實訓項目.跟蹤學科的發展及時更新教學內容,調節理論和實訓課時,適當地增多功能指令、順序控制、PLC通訊等內容的教學課時。對于實訓項目中涉及到的傳感器,液壓氣動元件等相關知識,為學生做相應的補充。在教學過程中,結合PLC技術的綜合性,將機械,電子、電工、液壓.氣動和計算機等知識與PLC知識有機地聯系和綜合運用起來。
四、項目教學法的認識
德國教育專家弗雷德·海因里希教授在德國及歐美國家素質教育報告演示會上,曾以這樣一則實例介紹項目教學法:首先由學生或教師在現實中選取一個“造一座橋”的項目,學生分組對項目進行討論,并寫出各自的計劃書;接著正式實施項目——利用一種被稱為“造就一代工程師偉業”的“慧魚”模型拼裝橋梁;然后演示項目結果,由學生闡述構造的機理;最后由教師對學生的作品進行評估。通過以上步驟,充分地發掘了學生的創造潛能,同時培養和提高了學生的分析能力、實踐能力及團隊合作等綜合能力。
現如今,項目教學法已越來越得到各國教育界的重視,甚至于美國工商管理碩士教育(MBA)也廣泛采用項目教學法。MBA采用的主要方法是:由學校和企業共同組成項目小組,深入實際,在完成指定項目的同時,學習和應用已有的知識,在實踐的第一線培養解決問題的能力。這是一種“真刀實槍”的演練。
目前,我國中等職業教育的目標是培養生產、建設、服務第一線的高級技術應用型人才,這同樣需要培養學生在生產一線解決問題的能力。因此,我們完全可以在實踐性較強的課程,尤其是工科的一些課程中引入項目教學法,促使學生的實踐能力得到較快的發展和提高。
五、項目教學法的設計理念
“項目教學法”就是以實踐為主要方式,師生共同完成幾個項目的教學方式。其目的是為學生創設學習情景,學生通過對實際項目的認識、了解并動手完成,學習并掌握相關的理論知識和實踐技能,做到理論與實踐相結合。在項目設計過程中為更好地適應社會需求,我們主要考慮了以下幾個方面。
(1)明確培養目標
我校PLC主要培養對象是電氣技術應用和機電一體化專業,培養目標是:在具有必備的基礎理論知識和專門知識的基礎上,重點掌握從事本專業領域實際工作的基本能力和基本技能,具有良好的職業道德和敬業精神,適應生產、建設、服務第一線需要的,全面發展的高素質技能型專門人才。
為了適應行業需求,要求學生能繪制并連接PLC的I/O接線,能使用基本指令、功能指令編寫PLC控制典型自動設備正常工作的程序;能對程序進行安裝調試;能用PLC控制自動設備中常用的變頻器等;注重學生職業技能的訓練、職業崗位能力、解決問題能力和創新能力的培養。
(2)了解企業需求
一種方法是通過調研、走訪企業及畢業學生反饋等形式,與相關專家共同分析員工從事某個崗位所需的人才素質、知識與能力要求;了解企業的需求、學生與崗位要求的差距,把企業中的研究員、高工、工程師請進校園作為外聘教師授課,縮小這種差距。另外一種方法就是收集企業典型的PLC自動控制裝置,以此為載體設計教學項目。通過這幾種方法相結合確定的教學項目,主要目的是培養學生的專業知識、素質和技能,走上工作崗位以后能快速適應企業的要求。
(3)參考學生能力
在對項目的設置中另外一個要考慮的問題就是學生的能力,無論項目內容多么完善,都要考慮教學活動的整體性原則,因我校有中專班和大專班之分,還有普通班和對口高職班,我一般是采取“因材施教”的項目實施計劃,即根據學生班級、作業成績和個人能力的差異,分別為其制定出可供選擇的項目活動。這種項目實施計劃方案的制定,不但有利于教學任務的完成,而且有利于教師與學生、學生與學生之間的互動和交流。
六、實施項目教學
在以上理念的支持下,下一步就是項目具體實施,PLC課程項目化教學,是師生通過共同實施一個完整的“項目”工作而進行的教學活動,建立師生間的良性互動,學中做,做中學,學做一體,培養學生一定的自我學習能力,實現學生對知識和技能的掌握。
PLC項目教學實施按照以下三個教學階段進行:
(1)確定項目內容
在這一項過程中通常是教師選擇、設計一個或幾個貫穿整個PLC技術及應用課程的大型綜合項目,作為訓練學生職業崗位綜合能力的主要載體,這就是以項目為PLC課程能力訓練載體的原則,項目選擇的要點是:實用性、典型性、覆蓋性、綜合性、趣味性、挑戰性、可行性。綜合項目的設計,最考驗任課老師的功力和水平,項目設計的好壞在很大程度上決定了該課程教學的成敗,當然還要考慮學生不同的層次水平。
針對課程內容,我們在教學過程中分階段選擇基本指令的調試、定時器與計數器的使用、霓虹燈的控制、三組搶答器的控制、電機的正反轉及星三角轉換控制、水塔水位的自動控制、交通燈的控制、兩種液體混合裝置控制、機械手控制的設計等項目,將授課地點也改在實驗室。
(2)項目的實施
在項目內容確定之后,接下來就是怎樣去具體地實施這些項目,我在教學當中一般項目式教學實施的步驟分為:任務布置,組建小組、分析項目,制定方案、知識培洲,項目實施、檢查評估七個環節。力爭做到理論與實踐一體、結合工程實際、精選項目案例。對課程內容進行項目式劃分時結合實踐設備精心設計,實現理論與實踐的融合,激發學生學習興趣。
項目式教學在實際中的過程:
任務布置:通過多媒體講解任務的要求;
組建小組:學生尋找組員,教師注意調整組員組成.達到學生全面鍛煉的目的。每個組以3—4名學生為宜,將基礎好、動手能力強的學生與基礎相對較差的學生組合在一起。這樣,既能保證項目活動按時完成,又有利于學生間互相交流,有助于專業較差學生提高。
分析項目:根據任務要求,小組內部進行討論,教師負責側面引導·
制定方案:各小組制定項目流程圖,包含時間、人員分配及需要哪些知識的支持;
知識培訓:教師根據各小組的方案,教授必要的知識,包括接線、指令、編程方法,注意事項等;
項目實施:通過知識培訓,小組按照制定的方案執行,注意團隊協作;
檢查評估:教師對完成項目的小組進行檢查評估,主要是:I/0通道分配.接線圖接線,PLC程序,操作安全及過程中碰到問題的解決能力等,給予評分。對于沒有完成項目的小組,教師要及時的指正引導來幫助完成。
另外,鼓勵他們運用口頭、書面、討論、研討等多種方式進行交流,在項目實施工程中,引導學生通過收集資料與討論擬定工作方案,鼓勵學生合作完成工作任務,使每一個人都能參與小組工作,培養學生的協作精神。在整個過程中學生按照自己確定的工作步驟和程序工作,教師起全程指導作用,在共性問題上,教師可以集中講解。
針對部分學生的就業去向,本課程還會在學生到企業頂崗實習期間得到練習,通過在企業的鍛煉使學生進一步熟悉實際電氣控制和PLC的應用和工作環境,實現教育就業一體。
(3)教學方法與手段
綜合應用情景教學法、任務驅動法、項目導向法、一體化教學法、示范教學法、相互交流教學法、主動參與法、自主學習法等多種教學法,突出任務驅動,培養創新能力。以項目為基礎,通過任務驅動使學生先感性后認知,激發學生潛在的學習動力,圍繞完成任務中出現的問題、難題進行理論知識的學習,引導學生綜合運用所學的知識和技能,進行工作任務的策劃與設計、實施和評價,訓練學生有序的工作方法,培養學生的工作能力。在項目實施中鼓勵學生有一定的創新發揮,通過分析和解決完成任務中的創新要求,培養學生的創新思維和創新能力。另外,為了給學生更多的動手動腦機會,長期提供開放實驗室和創新實驗室,讓學生不僅可以對課堂上的內容進行加深與鞏固,而且可以做課外的小課題,如讓學生參與教師的科研工作,開展科技創新活動,建立課外興趣小組,等等,使學生有更多的時間進行實踐訓練,從而確保學生經過培訓后掌握課程所要求的職業技術,進一步提高學生的實踐能力和創新能力。
教學手段方面,通過制作多媒體課件、利用軟件仿真、PLC及高級電控柜模擬訓練、自動線實操訓練,結合企業參觀及現場教學多種教學手段組織教學。
(4)項目結束后的評價
在項目結束后先由學生自己進行項目結果的展示、自我評估及互相之間評價,再由教師對項目工作成績進行檢查評分。師生共同討論、評判在項目工作中出現的問題、學生解決處理的方法,并歸納總結在項目中應用到的知識點。關注學生經歷探究過程積累操作技能、經驗知識和科學知識,獲得知識、能力、素質的全面提高,最終的結果只占據一小部分。










