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关键词:机电一体化;技术;应用;发展
中图分类号:B819文献标识码: A
一、机电一体化要点概念
针对机电一体化当中有关的重要概念和根本的含义进行分析,是展开一系列后续作业的要害点地点。首要,机电一体化技能发展到今日,已经是逐渐的构成了一套带有本身特征和特征的科学技能系统。机电一体化系统从系统作业的视点和观念动身,综合性的运用到微电子技能、计算机技能、机械技能、主动操控技能以及接口技能等,对系统内部的信息进行改换;而且保证程序编制的完整性和高质量,根据系统运用和操作的根本性需求,对内部的规划进行合理化的装备;同时,在系统的功用、质量以及能耗等多个重要环节进行优化和改善,保证机电一体化运用的是最新的技能手段,终究构成一个全体化的系统商品。因而,在机电一体化当中首要包含的是技能和商品等两个重要环节。机电一体化并不是一个单纯性的技能手段,而是将多种技能进行从头的组合和交融,构成一个全新的技能系统。机电一体化的功用性较强,且当机电一体化技能发展到必定的期间以后,一些微电子的设备还可以对内部的许多零件和元件进行替代,具有愈加新颖的功用。多见的有:主动的信息数据处理、主动的操控调理、主动的记载显现、主动的功用性监测以及主动功用确诊维护等,以保证机电一体化可以时间处于最好的运转状况,而且提高系统作业之时的效率。
二、机电一体化技术的应用领域
(一) 数控机床领域
数控机床及相应的数控技术已经有 40 年的发展历程,技术难度有显著提高,无论在结构、功能、操作还是控制精度上。其中总线式、模块化、紧凑型的结构最具有代表性,这种结构应用多个CPU、多个主总线,结构复杂。此外还有开放性设计,这种设计使硬件体系和功能模块具有层次性和兼容性,可以大大提高用户的使用效益。
WOP技术和智能化。根据车间实际作业状况,可以通过系统完成编程。同时可以仿真加工过程,并实现在线诊断控制、模糊诊断等智能系统。随着一体化技术的成熟,如大容量存储器的出现和软件的模块化设置,使数控功能极大丰富,同时使得 +0+ 系统的控制功能也加强了。
全方位满足技术要求,比如只有一台机床的情况下,也可以顺利完成多个加工要求,并实现刀具使用检测、物料流通、机械手等的集成,统一到系统中。在系统中,分出多级网络,这样实现了构成复杂加工系统的作业能力。这种数控装置以单板、单片机作为控制中心,并由专用芯片及模板组成。
(二)计算机集成制造系统(CIMS)领域
CIMS 的组成并非分散的子系统组合,而是由全局的经过实践积累的最优系统综合。加强了原有的各部门沟通,围绕制造,控制“物流”和“信息流”,将经营策划、产品研发、制造准备、实验测试、经营管理进行更好的结合。当集成度越高,就越能够使各个生产要素间的配置更加合理,使得生产要素的潜力得到更大程度地体现。
(三) 柔性制造系统(FMS)领域
计算机化的制造系统被称作柔性制造系统,包括计算机、数控机床、机械手、料盘、搬运车辆和自动化仓库等。可以依照生产要求,及时、准确地进行生产,这种灵活的生产方式可应用于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。
(五)钢铁领域
在钢铁企业中,机电一体化体系是以微处理机为中间,把微机、工控机、数据通讯、显示装置、外表等技能有机的结合起来,选用拼装合并方法,为完成工程大体系的归纳一体化创造有力条件,增强体系操控精度、质量和可靠性。
因为钢铁工业具有大型化、高速化和接连化的特色,传统的操控技能遇到了难以克服的艰难,因而十分有必要选用比如机电一体化的智能操控技能。机电一体化的智能操控技能首要包括专家体系、含糊操控和神经网络等,其广泛应用于钢铁企业的产品设计、生产、操控、设备与产品质量确诊等各个方面,如高炉操控体系,电炉和连铸车间,轧钢体系,炼钢―――连铸―――轧钢归纳调度体系,冷连轧等。目前,攀钢在智能化操控技能方面首要依托攀钢研究院和攀钢技能中间为根底,正在进行“三期”工程建造,并在热、冷轧薄板、板形在线测探和人工智能操控技能,保护、确诊(AI)体系,办理、操控体系等范畴获得可喜成绩
三、 机电一体化技术的前景展望
根据国内外高新技术分析,机电一体化技术的发展尤为迅速,一下几个方面将作为其未来的发展方向。
(一)智能化
机电一体化与传统的机械自动化的主要区别就在于智能化方面,智能更加代表机电一体化的未来方向。随着中央处理器运作速度的提高和计算机的高性能化,使得嵌入智能控制算法成为了可能,从此机电一体化技术产品向着智能化方向发展。这种智能机电一体化产品拥有模拟人类智能的功能,可以做出一些判断推理以及功能决策,以取代制造作业中部分人的脑力劳动为目的。
(二) 系统化
系统具有任何组态的功能,随时分解、组合是系统的特征,系统也正致力实现多子系统互相调和及整合管理。系统的具有较强的通信功能,除了通用的通信方式外,远程通讯及多系统通信联网正在兴起,以及其需要的局部网络正慢慢的被采用。未来,机电一体化产品会越来越考虑人的因素,令机电一体化产品模拟人的智能、甚至情感。或者也可以根据某种生物的良好结构,模拟出生物机体,生物系统化越来越成为其发展的方向之一。
(三)微型化
微型系统是机电一体化发展的一个新方向。其高度融入微机械技术、微电子技术和软件技术。有国外专家称,微型电子机械的物理体积一般要小于 1 立方厘米,但这并非最终尺寸,正向微米、纳米级方向进军。微机电一体化系统集合占地小、耗能少、运用灵活等特点于一身,更容易进入狭小空间,同时便于精细操作。由此,其在生物、医学、航空、工农业及国防领域,有着广阔的使用前景。据目前掌握的技术,可根据半导体器件生产过程中的蚀刻方法,在实验室中完成亚微米级机械零件的制造。
(四) 模块化
有人说机电一体化产品的模块化是一项紧迫而艰难的任务。市场上,机电一体化产品的生产厂家很多,统一开发具有标准机械、电气、动力、信息接口的机电一体化产品并非易事。制订统一的标准是前提,这样才能使各部件、单元匹配成功。机电一体化产品的生产商可以依照标准化产品进行创新,更新换代,为自己的不断扩大再生产奠定基础。
(五)网络化
像所有产业一样,网络的出现及发展对机电一体化技术有着十分重要的影响,使其越来越向着网络化方向发展。市场上出现很多种类的机电一体化产品,其面向网络的方式也不一样。随着网络技术的普及,远程控制和监视技术发展前景广阔,其实远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品的一种。
(六) 绿色化
随着社会的发展,人民生活水平的不断提高,“绿色”产品已成为各产业所追求的至高目标。这是社会发展的趋势,并要求产品的全生命周期,包括设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个过程都要绿色环保。机电一体化产品的绿色化要求产品的制造过程无污染、无浪费,结束产品生命时可回收利用。
四、 我国发展“机电一体化”所遇形势及任务
机电一体化的核心工作有两方面,其一是改变传统产业,应用微电子技术使其达到节能、低耗,高质、高效的目标,从而引领传统工业进一步大发展;另一方面是促进机电一体化产品的及时更新换代,未来的机电产品将集自动化、数字化、智能化为一身。
结语
综上所述,目前我国机电一体化已经形成了系统化的技术,其在不同领域的应用也相对比较广泛,因此,相关的建设单位要加强对于机电一体化技术的研究,将其发展成集网络化,智能化,微型化以及绿色化等集一身的技术。促进我国经济的发展。
参考文献
[1]徐世亮.浅谈机电一体化技术的应用及发展[J].科技致富向导,2014,(3).
[2]张军占,刘卜.浅谈机电一体化技术的应用及发展趋势[J].城市建设理论研究(电子版),2013, (23).
[3]张春忠.现浅谈机电一体化技术的应用及其发展趋势[J].科技创业家,2012, (11).
[4]黄恩勇.浅谈机电一体化技术的应用与发展趋势[J].信息系统工程,2012,(4).
关键词:机械加工;机床;机电一体化
机电一体化又称机械电子学,其主要是指利用计算机技术,信息技术,机械技术,电子技术,控制技术和光学技术实现智能化、模块化、网络化、微型化和系统化加工。机电一体化实现了加工技术、加工质量和加工精度的优化,对制造行业具有重大的贡献,也是我国经济飞速发展的主要技术支持之一。近几年随着机电一体化的逐渐发展,对传统机械加工机床的改造工作正在逐渐推广和普及。为进一步提升传统机械加工机床机电一体化改造效率和质量,对其实施改造分析具有重要的意义和价值。
1机电一体化改造优势
随着机电一体化的逐渐推广和普及,人们对传统机械加工机床机电一体化的改造出现了不同的声音,其中有支持也有反对的[1]。就该种现象及机电一体化改造进行优势分析发现其具有以下几种优势。第一,智能化优势。对传统机械加工机床实施机电一体化改造的过程中会利用计算机控制软件,实现软件更新,在保障机电系统的基础上实现智能化操作。在改造的过程中利用智能化软件实现人操作和组合,具有自行判断、自行筛选等基本逻辑功能,从而实现人类自动控制危险因素的实际操作。因此,对传统机械加工机床实施机电一体化具有优化其智能化的作用。第二,个性化优势。机电一体化智能化优势是传统机械加工基础改造的必然趋势[2]。近几年随着社会经济体制和经济结构的逐渐转变,企业和人们对事物个性化的需求逐渐增加,进一步提升了对机械加工的个性化需求。而机电一体化改造能够实现结合实际发展需求,满足消费者个性化加工。在产品生产的过程中其微控系统根据市场调研需求自主的对产品实施升级方案制定,以满足智能个性化产品优势。第三,高速化优势。机电一体化改造的过程中对机床的运转速度改造是其中关键的一环。利用微控系统实现机床主轴转速的提升,可以在传统机械加工机床转速的基础上提高2倍左右,明前的加快了加工的速度,为整个机床加工生产效益的优化奠定了基础[3]。此外,随着纳米技术的逐渐应用,纳米机床机电一体化改造更是实现了高效率、高精度的机械加工。因此,机电一体化改造具有其高速化发展优势。第四,绿色环保优势。机电一体化改造不仅能够在技术、效率、性能等上实现传统机械加工机床优化,在其绿色环保上能够降低材料和燃料的使用,从而利用高新技术手段降低对环境的污染。随着绿色能源的创新和发展,以绿色能源为基础的机电一体化机械加工机床必将成为机械加工机床改造优化的主流趋势。
2传统机械加工机床机电一体化改造注意点
针对实践工作中对传统机械加工机床机电一体化改造的工作经验,结合理论知识和内容,提出未来在传统机械机电一体化改造的过程中需要从以下几方面注意处理。第一,在改造稳定性上。对传统机械加工机床实施改造的过程中需要在现有机械设备的基础上进行改造。由于传统的机械加工机床的加工一般采用的是焊接的方式,且材料的使用上一般是坚固的铸造件。经过改造之后需要将其改变为高性能和高精确度的结构。因此,在改造的过程中需要从其铸造件的性能出发,注重改造的整体性,在不破坏设备本身结构的基础上,保障机械加工机床的整体稳定性。第二,在设备为维修操作山。对传统机械加工机床实施改造的过程中在其设备维修改造上为了进一步实现机电一体化操作,也会对其维修性能实施改造,为改造后机电一体化机械加工机床的日常使用和维护提供保障。因此,在其维修改造的过程中必须对其维修周期和故障诊断性能实施计算机信息处理和逻辑程序编制,以保障设备维修操作的安全性和高效性[4]。第三,在技术运行改造上。在实施技术运行改造的过程中必须按照技术该噶发展方向速度对其进行改造,采用循序渐进的技术改造方案,从而保障实时提高设备自动化的效率和水平。在不断提升传统机械加工机床设备档次的基础上完成技术运行改造。尤其注意的是不能采用激进的方式进行技术运行改造,这样容易形成技术壁垒和技术脱档。第四,在工作效率和质量改造上。针对传统机械加工机床的工作效率和工作质量改造是在设备技术改造的基础上实现的。因此,在其改造的过程中需要从精度、专业、生产三方面完成整体工作效率和工作质量改进,这样才能够保障传统机械加工机床在实现机电一体化的基础上,充分的发挥机电一体化工作效率和工作质量的提升。第五,在改造成本上。针对改造成本实施成本控制也是传统机械加工机床机电一体化改造中需要注意的一点,可以采用分环节成本控制和材料成本控制的方式实现改造成本控制,在保障改造效率的前提下节约改造经费,降低企业成本,从未有效的提高机电一体化机械加工机床的市场竞争力。
3总结
通过本文中对传统机械加工机床机电一体化改造的优势分析们能够看出,机械加工机电一体化是未来我国机械加工技术的发展的必然趋势。未来我国在传统机械加工机床机电一体化改造的过程中需要对其改造稳定性、设备维修操作、技术运行、工作效率和质量、改造成本等方面对其进行优化,从而实现智能化、高效率、高质量、高性能的改造,以促进我国机械加工行业的整体发展,为我国经济建设奠定基础。
作者:李杰 单位:秦皇岛优益重工科技有限公司
参考文献:
[1]任敬卫.关于传统机械加工机床机电一体化改造的探析[J].时代教育,2016,19(01):199.
[2]赵占军.浅析传统机械加工机床机电一体化改造[J].通讯世界,2015,03(03):230-231.
装备制造业是我国的支柱产业,随着知识经济的发展,机电一体化技术在装备制造业中得到了广泛的应用,社会对机电一体化技术人才需求持续增加,对高职院校毕业生的能力要求也发生了很大改变:要求高职学生通过系统的学习、训练和实践,在机电一体化领域具有坚实、过硬的技术技能,更要有过硬的创造创新本领。即应具有在扎实的专业技能基础上,有所创造,有所创新,为岗位、为单位甚至为社会创造显著的效益的能力。
1 创新能力培养的内涵
创新是指以现有的思维模式提出有别于常规或常人思路的见解为导向,利用现有的知识和物质,在特定的环境中,本着理想化需要或为满足社会需求,而改进或创造新的事物(包括产品、方法、元素、路径、环境),并能获得一定有益效果的行为。[1]
创新的主体在于人,高职院校创新教育的主体是学生,在创新能力培养过程中,应结合社会需求,以学生为中心,充分地激学生的学习兴趣,最大限度地发挥学生的主观能动性,将传统教育的知识获取的过程转换为学生自主探索知识的过程和创新能力的培养过程。
在创新能力培养过程中,要坚持因材施教的原则。适应学生的个体差异及创新潜能,尽可能地营造有利于学生创新能力发展的环境,采用团队合作机制,根据学生的不同个性、兴趣和才能,进行差异化、个性化的培养,激发学生身上的潜在创新能力,经营学生的长处,将学生的“长板”变得更长,“短板”与别人合作,为学生个性发展提供广阔的空间,让每个同学都有一技之长。
2 高职机电专业学生创新能力培养的措施
2.1 构建创新性的课程体系
构建创新性的课程体系是培养学生创新能力的关键。我们在构建创新性课程体系上的总体思路是:采用工程教育理念,做到学以致用;淡化学科樊篱,拓宽专业口径,课程设置前瞻化,课程内容时代化;丰富选修课程,鼓励学生自主学习。
2.1.1 采用工程教育理念,做到学以致用
工程教育理念是基于工程项目全过程的学习,是“做中?W”原则和“基于项目的教育和学习”的集中体现。工程教育需要选择一个典型的机电一体化产品作为载体,把多数专业素养课程和专业技术课程通过这个典型的机电一体化产品串联起来,完成产品从设计、模拟、加工、调试的工程制造过程,让学生真正认识到每门课程在整个课程体系中的作用和在实际工作当中的应用,从而做到学以致用。
2.1.2 淡化学科樊篱,拓宽专业口径
培养学生创新能力旨在使学生适应时代的进步和快速发展,使学生把学到的知识能够转换为能力和素质,高职院校在培养学生创新能力时,必须打破学科间的樊篱,加强通识教育和基础教育,拓宽专业口径,使学生的知识结构由纵向深入型向横向宽广型转化。在构建创新性课程体系时,我们力求打造更宽阔的机电专业人才培养平台。将课堂教学分为通识教育课程、专业素养课程以及专业技术课程三大类。如图1所示,为机电一体化专业课程体系框图。
通识教育课程是从基础性文化、语言、科学等方面实现对专业课程的补充,旨在更好地促进学生高尚道德品质的形成以及个性元素的充分拓展,[2]活跃学生思维,提高学生的人文素质。机电一体化专业通识教育课程包括:两课、计算机、外语、高等数学、体育等必修课程以及大学生创业指导、投资理财、沟通能力培养等选修课程。
专业素养课程是与专业知识、技能直接联系的基础课程,是学生学习专业技术课的先导和基础,对学生知识、能力、素质的全面培养有着十分重要的作用。机电一体化专业专业素养课程分为专业基础课程和专业拓展课程两大类。专业基础课程包括机械制图、机械基础、电工电子技术等涉及到专业知识基本概念、基本规律、基本技术等内容的课程。专业拓展课程则包括单片机控制技术、计算机辅助造型、先进制造技术等涉及到专业领域前沿的课程,旨在促使学及时接触专业前沿知识,激发他们的兴趣和创新思维。
专业技术课程是培养学生掌握适应企业生产需要的专业知识和岗位技能,贴近企业岗位的需求,体现专业发展方向的核心性课程。机电一体化专业技术课程包括机电设备控制、PLC技术、变频控制、数控加工等课程等专业技术课以及面向创业、竞赛、技术服务等方向的第二课堂。
2.1.3 课程设置前瞻化,课程内容时代化
在创新性的课程体系中,课程的设置和课程的内容不是僵化不变的。要逐年对课程体系进行动态的调整,按照企业需求不断地完善,站在时代的前沿,开设体现新知识、新技术,具有前瞻性的课程。比如:在课程体系中加入了工控组态与触摸屏技术、先进制造技术等课程。另外,课程的内容要贴近实际需要,要及时跟踪专业知识的发展前沿,删除陈旧的内容,增加反映学科发展方向的新技术、新知识,使学生建立起适应时展步伐的知识结构。
2.1.4 丰富选修课程,鼓励学生自主学习
创新教育强调以人为本,因此,在创新性课程体系中,应充分重视学生的个性差异,因材施教,满足学生的兴趣和要求,行之有效的措施之一就是丰富选修课程,使必修课与选修课的数量保持一定的合理比例,给学生较为充分的自主性,让学生根据自己的需要选择课程。
2.2 采用信息化的教学手段
信息化技术的发展为创新教育提供了崭新的空间,e-learning成为现代学生学习方式发展的必然选择。将多媒体技术和互联网技术应用于教学、学习及教学管理,能有效促进以学生为中心的授课方式,充分发挥学生学习的自主性,激发学生的创新潜能。
现代机电设备已由机械部件为主逐步转化为光、机、电三位一体,涉及面广,机电一体化专业知识总量的增多,知识更新速度加快,利用多媒体教学手段,将机械结构、电气控制、仿真运行、新型传动、未来机等内容,通过仿真动画、图片、视频等进行演示,能使课程的教学变得直观、生动,有效增大课堂教学的信息量。
虚拟仿真教学是信息化教学的一个重要方面。随着计算机软硬件技术的不断提高,应用于机电专业的各种仿真软件不断涌现,如数控机床教学的有上海宇龙数控仿真软件、南京的斯沃数控仿真软件;电力电子类教学的有电子仿真软件Electronic Workbench (EWB)和 Multisim等软件;单片机类教学的有Proteus软件;机械制造类的SolidWorks仿真制造软件等。虚拟仿真教学可以有效地提高学生学习效率,活跃课堂气氛,增强学生自主能力,开拓学生的创新思维,培养学生对机电系统的整体认识,另外,还可以提高实训教学的效率,减少实验耗材的损耗,节省实验设备的投入,降低实验中的事故发生率。
2.3 构建实训平台,强化实践环节
高职教育强调的是培养技术技能型人才,实践教学环节是高职教育中极为重要的组成部分。它对于学生职业素养、工程素质、专业技术素质、实践动手能力,尤其是创新能力的培养具有不可替代的作用。
高职机电专业培养学生创新能力以校内网实训基地为平台,以企业中实际的机电一体化产品为载体,以光、机、电、液技术技能训练为主要教学内容,穿插机电产品生产管理、调度管理、质量管理等内容,由学校教师与企业技术管理人员共同给予指导,通过实践教学环节,既能培养学生专业知识的综合应用能力,学生解决实际问题的工作能力和技能,又能充分挖掘学生的创新潜能。
关键词:职业生涯发展;典型工作任务;基于工作过程,职业成长规律
现代职业教育认为,有效学习是指学生在真实工作情景中实现知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观学习的统一。职业教育不仅要培养学生的岗位能力,满足就业需要,还要培养完成整体化工作任务的综合职业能力,奠定持久的职业生涯发展的基础。
人才培养方案是人才培养工作的总体设计,是实现人才培养目标的指导性文件。课程体系方案是人才培养方案的最核心内容,是组织教学、实施教学管理、实现专业培养目标的重要依据。工学结合作为现代职业教育的重要特征已经被大众所认识。在工学结合职业教育模式的实践和研究中,需要我们积极探索科学的、符合工学结合要求和我国国情的新型人才培养方案和课程模式。
本文围绕机电一体化技术专业作为省级教学改革试点专业,对其基于工作过程的人才培养方案中课程体系的开发过程进行了研究和实践,较好地完成了课程体系的构建任务,对其他专业的工学结合人才培养方案中课程体系的开发具有一定的借鉴作用。
一、以市场需要和职业生涯发展为目标,明确专业培养目标
开发人才培养方案的首要前提是进行广泛的市场调研。为此,我们制定了行业企业问卷调查表、毕业生跟踪调查表等,面向三峡区域及珠江三角洲、长江三角洲地区进行了广泛的市场调研,回收整理34份企业调查表和大量毕业生调查表,提炼出了专业人才岗位、职业能力和知识需求情况,形成了全面而准确的机电一体化专业人才需求状况分析报告,为后续的机电一体化专业定位及实践专家研讨会提供了大量有用信息和重要依据。
机电一体化专业毕业生就业范围广,不受行业限制,可以从事机电设备和自动化生产线的操作使用、运行管理、技术改造和维护修理,数控设备的操作使用和维护修理等工作。三峡区域有许多的自动化生产线和机电设备,特别是宜化集团、安琪集团、稻花香酒业、娃哈哈饮料厂、三峡烟厂、红旗电缆厂等大型企业,每年都需要大量中间层次的工作人员。另外外地需求量也很大,机电一体化专业的人才还可以输送到工业发达的城市和地区,如:长江三角洲、珠江三角洲等。因此,机电一体化技术专业成为我院机电专业群的龙头专业,2007年成功申报湖北省教学改革试点专业。随着2008年我院成功申报省示范高职院校立项建设单位,机电一体化专业也被确定按示范专业的目标进行建设。
根据市场调研结果和三峡区域经济的发展,结合国家对高职培养目标的总体定位,以岗位需要和职业标准为依据,以职业生涯发展为目标,确定机电一体化专业的培养目标为:主要面向三峡区域及珠江三角洲、长江三角洲地区,服务于机电行业,培养适应社会主义现代化建设需要,德、智、体、美全面发展,具备机电一体化技术应用方面的基本理论和技能,同时具备良好职业道德,并具有可持续发展能力和终身学习能力的高素质技能应用型人才。同时,确定的职业岗位群是:
机电设备和自动化生产线的装配调试;自动化生产线的运行管理和检测维护;机械零件加工;机电产品的质量检测及售后服务;车间班组等基层部门的管理。
二、以职业生涯成长为背景寻找典型工作任务
每一种职业都对应着一些典型的工作任务。人的职业成长不是简单的从不知道到知道的知识学习和积累,而是从完成简单工作任务到完成复杂工作任务的能力发展过程,即经历从初学者到实践专家的发展阶段。
职业的典型工作任务是在职业的某一行动领域工作过程结构完整的综合性任务,反映了该职业典型的工作内容和工作方式。完成典型工作任务的过程能够促进从业者的职业能力发展,同时完成该任务的方式方法和结果多数是开放性的,可以培养其创新意识和创新能力。
典型工作任务是从一系列有代表性的岗位工作任务中分析提炼出来的,它体现了一组难易程度相当、工作要素相近的代表性工作任务的共同特征,而不针对具体的企业和个人。因此,寻找典型工作任务首先要从岗位工作任务分析人手。
岗位工作分析是对某一专业的毕业生可能从事的各种工作的性质、任务、责任、相互关系,以及任职人员的知识、能力和素质要求,进行全面系统的调查与分析。分析的岗位既包括毕业生可直接上岗/就业的岗位,也包括经过5一10年的自主发展后能够适应的岗位。工作分析包括岗位工作内容分析和对岗位部门的组织结构进行分析。
我们制订了《企业实践专家个人职业历程调查表》,对宜昌周边及珠江三角洲、长江三角洲地区的企业实践专家进行了问卷调查。通过对回收上来的调查表进行统计和分析,整理出一系列工作任务,比如:机械装配、电气仪表安装、数控机床操作、电气设备维护、自动线设备检修等等。
在上述工作分析的基础上,我们挑选出部分具有丰富工作经验的一线工作人员召开企业实践专家研讨会。例如:班组长、工段长、车间主任以及技术科等基层部门负责人。这些专家目前都从事着机电一体化领域的工作任务,有着l 0年以上的工作经历,有着中职或高职教育背景,且都服务于大中型企业、承担整体化和综合性的工作任务。
企业实践专家研讨会的作用就是通过与企业实践专家的深度交流,借鉴他们丰富的职业经历,寻找出具有代表性的典型工作任务,为机电一体化专业基于工作过程的人才培养方案中课程体系的构建提供强有力的支撑。
研讨会上,与会专家按照不同的阶段、重要的经历和变化对各自的职业成长过程进行了描述,列举了各阶段实际从事过、有代表性特别是有挑战性、能够提高工作能力的工作任务实例。将这些任务进行归类整理,我们寻找出了机电一体化专业的6个典型工作任务。
人的职业成长必须经历从初学者到实践专家的发展阶段,为此必须依据职业成长的逻辑规律对典型工作任务进行排序,为后期设计符合职业成长规律的系列学习任务奠定基础。我们将6个典型工作任务依序排列为:室内综合布线、六角螺帽(钳工)制作、机械零件加工、机电设备安装调试、机电设备维修、自动线运行调试和维护修理。
三、以典型工作任务为载体构建理论与实践一体化的课程体系
要实现工学结合的有效学习,必须找到能渗透学习内容的载体,让学生不但借此学习专业知识和技能,而且能够经历工作过程获得职业意识和方法,最终获得综合职业能力。这些重要的载体就是典型工作任务。
常用的理论与实践一体化的课程模式有项目课程、任务驱动课程以及学习领域课程等。“学习领域”是从具体的工作领域转化而来的、用于学习的理论
与实践一体化的综合性学习任务。学习领域课程的内容是从典型工作任务的工作内容中提炼出来的,包括“工作”的方方面面(如:工作对象、工具、工作方法、劳动组织及工作要求等)。为了满足教学的需要,学习领域课程又需要按照“教育性”要求进行修正,所以并不是企业真实工作任务的简单再现。但它是基于工作过程的,且具有完整的工作过程,可以使学生在真实的职业情景中学习“如何工作”。
项目课程是师生通过共同实施一个完整的项目工作而进行的教学活动。项目课程也具有完整的工作过程,能将理论知识和实践技能结合在一起,强调对工作过程的规划,分析思考及反馈等,也可以反映典型工作任务。
学习领域与项目课程既有联系又有区别。项目课程的随意性较大。学习领域的内容更庞大,经常以教学项目的形式出现,但有时也有一些工作过程不完整的学习情景。
我们依据找出的6个典型工作任务,构建出6个项目课程和3个学习领域课程。6个项目课程包括:室内综合布线、六角螺帽(钳工)制作、电机及电气控制、机械零件加工、机械零件数控加工、PLC应用技术。学习领域课程包括:机电设备安装与调试、机电设备维修以及自动线设备的运行调试和维护修理。
项目课程或学习领域课程符合主体性教育思想,使学生在获得知识和技能的同时,提高综合职业能力。但并不是所有的课程都适合开发成项目课程或学习领域课程,特别是一些理论为实践服务的课程。在现阶段的职业教育实践中,这两类课程可能长期并存。
由此形成了基于工作过程的机电一体化人才培养方案的课程体系,由通识、专业基础、专业实践、专业拓展和公共选修五大模块组成。其中,通识模块主要有:形势与政策、英语、体育、计算机基础、心理健康教育、职业规划与创业就业指导等,专业基础模块有:高等数学、机械识图与CAD绘图、电工基础、电子技术基础、机械设计基础、电机及电气控制(项目课程)、PLC应用技术(项目课程);专业实践模块主要由学习领域课程、职业资格证书课程和余下的项目课程、顶岗实习等组成;专业拓展模块是根据不同的专业岗位方向设置的,目的是为了满足将来的岗位迁移需要和再学习能力需要;公共选修课程是为了提高综合素质能力。
四、结束语
人的职业能力发展不是一个抽象的过程,它需要具体的学习环境。基于工作过程的人才培养过程就是在工作过程中学习和课堂学习相结合的过程。因此,工学结合的人才培养方案的开发研究必须将职业资格研究、个人职业生涯发展目标、课程设计与教学分析等结合在一起。
基于工作过程的人才培养方案课程体系的开发和实践,是一项新颖而又艰巨的工作,对高职院校的师资和实践环境都是巨大的挑战,后面还有大量的课程设计、教学设计和课程标准等工作需要继续完成。唯有在实践中不断学习、摸索、总结、改进,才能满足现代职业教育的需要。
参考文献:
[1]赵志群,职业教育工学结合一体化课程开发指南[M],北京:清华大学出版社,2009。
[2]欧盟Asia-Link项目“关于课程开发的课程设计”课题组学习领域课程开发手册[M],北京高等教育出版社,2008。
关键词 机电类专业;教学改革;开放实验课;实践效果
中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2014)06-0321-03
机电一体化是现代工业的基础,其核心思想是将机械、电子、信息、控制有机结合,以实现工业产品和生产过程整体最优化与智能化。随着我国经济持续发展,工业自动化水平迅速提高,为适应工业发展对具有实践性、创造性等综合能力且素质高的技术人才的迫切需要,机电类课程教育改革不断深入。对于二本、三本院校,教学工作的目标是培养学生工程实践和创新能力,使学生能够胜任现代机电设备实际设计、操作,以顺应时展潮流,满足自身发展需求。
机电类专业课涉及到“机”和“电”2个方面,机电一体化也体现在学生知识体系的融合上,“机”与“电”共同支撑了机械设计与制造及其自动化专业,随着传感检测技术、现代信息处理技术、计算机应用技术、微电子技术和半导体制作工艺的不断进步,“电”对于该专业的重要性正在逐步提升,促使机电一体化专业课在内涵与外延上发生了意义深远的变革。
浙江农林大学机械类专业在教学计划中逐步增加了《计算机基础》《微机原理与应用》《机电传动控制》《机床数控技术》《机电一体化系统设计》等机电类课程。就现有课程体系而言,内容较多,涉及知识广泛,理论性和实践性都较强,这些课程内容正是学习、了解和设计机电产品的必修知识,为学生今后的实践提供基础。
1 现有课程体系存在的问题
1.1 课时安排不尽合理
典型的机电专业课包括《微机原理及其应用》《机电传动控制》与《机电一体化系统设计》3门课程,其涉及的知识面较广,学习起点较高,难度较大,而且课程之间内在关联性强。当前,3门课程教学安排分别为48、40、40课时,教学方法为理论学习与实验实践相结合,其中课堂教学分别为40、32、40课时,实验课分别为8、8、0课时。可见当前的课程设置仍保留传统的重理论轻工程应用的培养模式,课程主要以理论讲授法为主组织教学,尤其《机电一体化系统设计》,甚至没有安排实验环节。这样的课程安排有利于集中授课,但忽视了对学生学习潜能的开发,在教学过程中学生是被动地听,不能动手进行实际操作,参与程度不高,不利于学生独立思考和工程实践能力的锻炼,并且存在着重理论轻实践、重讲授知识轻能力培养的不足,导致学生理论知识不系统。
1.2 课程间衔接不畅
机电类专业课之间目前较为突出的问题还有“机”与“电”相关知识不能有机地结合,几门课在课程内容上存在章节内容重复或不能合理衔接。例如作为主干课程,《机电传动控制》中关于电动机原理、继电器接触器控制等内容与《电工电子技术》有重叠,然而表面相似的课本知识,侧重点并不相同,教学中往往给学生造成一定误导。而作为机电专业课集大成的课程《机电一体化系统设计》,既有一定深度又有足够的广度,是综合性比较强的应用型课程,对学生专业基础功底有一定的要求。但该课程自身的理论体系不突出,各部分内容之间相对独立,缺少一个可以贯穿整个教学过程并将各知识点串联起来的线索,在逐章节授课时容易造成内容割裂,缺乏有机整体感,学生也会难以把握重点,感到茫然。
1.3 课程内容有待更新
课程内容方面的最主要问题是缺乏新颖性,《微机原理》课程内容仍然为51系列单片机,开发语言以汇编语言为主,对于更新的单片机与嵌入式系统介绍较少。许多工程上广泛应用的机电一体化技术与装备,没有反映在课程中,例如机器人技术、现场总线技术、智能控制技术等。这样的课程体系很难使学生毕业后适应工作岗位要求,也不利于培养学生系统地思考问题、解决问题的能力。
其次是课程内容的“脱节”问题。一方面课程的设置缺乏系统性,不同课程之间不能很好衔接,使学生知识体系脱节。另一方面,现有课程重理论、轻应用,而且实践环节以课内实验与课程设计为主,使学生缺乏系统性锻炼,造成理论与实践脱节。例如《机电一体化系统设计》理论课结束后,有1次专业课程设计,内容包括机械本体设计与控制系统软、硬件设计,是学生进行毕业设计的前奏,也是走向工作岗位前的重要锻炼,然而学生普遍反应,课程设计内容深度和广度都超出自己的专业知识基础,很难将自己4年来所学知识串联成体系,所定任务难以轻松完成。
2 教学改革的实施
2.1 教改思路
上述问题使现有课程体系难以适应新的形式,为了提高机电类课程教学的效果,保证教学质量,众多高校都积极地开展教学研究,如整合教学内容,以课程集群化建设作为发展的方向,利用许多课程知识的关联性,在教学内容上进行优化组合,一定程度上解决了课程之间内容相互重复的现象,使得课程内容得到精简[1]。应用多媒体课件提高课堂教学知识传授的密度,利用网络技术为学生开辟第二课堂,为学生自主学习提供了渠道,师生通过网络互动,为理论与实践教学的拓展与深化增添了巨大的空间[2]。一些研究型大学,则引入研究型教学方法,利用学校科研优势,吸收本科生参与科研,建立以研究为基础的教学模式,改善学生的创新能力和探索意识[3]。与研究型教学方法类似,项目化教学方法以具体研究任务为牵引,学生以团队为基础,围绕对工程实践的解决来组织教学[4-5]。
上述教学方法都取得了较好的效果,值得借鉴。作为应用型本科专业,浙江农林大学机械专业的教学资源、学生的自学能力等方面与其他教学研究型大学相比有较大不足,同时作为普通本科,与高等职业技术学校教学目标也有很大区别。因此,在借鉴其他类型高校的经验与方法的基础上,必须有针对性地对机电类教学中的有关问题进行深入的研究,探索适合应用型本科教学的新的教学形式。
考虑到不同机电类专业课之间的内在联系性,教学改革将是一个系统工程。一方面,课程之间需要更好的衔接,另一方面,由于以工程应用为背景,更需要注重培养学生工程的实践能力。如果将课堂教学归结为“显式”,那么课堂之外的学习实训则为“隐式”,鉴于目前普遍存在的压缩课时问题,“隐式”教学在整个教学过程中的作用将越来越重要。针对如何发挥“隐式”教学作用,目前在机电专业课方面,国内有许多有益的尝试,较为成功的教学实践方法除前节所述之外,还有行为引导型教学法[6]、任务驱动教学法[7]等。这些教学方法在教学过程中体现了教师的主导地位和学生的主体地位,在教学过程中学生不再是配角,从信息的搜集、计划的制定、方案的选择与实施、信息的反馈到成果的评价,学生参与解决问题的全部过程。新大纲即将实施,机电专业课理论教学课时将进一步压缩,教学过程中,实践环节的作用将更加突出。根据校机电类本科生的特点和课程体系设置,上述教学方法是值得借鉴的,开放实验课也正是在这样的背景下引入。
2.2 开放实验课程的引入
为培养学生对机电一体化相关技术的认知,从而能够将相关课程的知识与实践联系起来,增强思考问题与动手的能力,培养学生科研兴趣,同时提高大型设备利用率,在机电类课程教学过程中,依托机械工程实验中心,以机电一体化培训系统为主要平台,引入了开放实验课。经过宣传成功达到开班条件,第一届学生以本部与天目学院机械、交通、农机等工科专业大二、大三学生为主。
机电一体化培训系统是一套大型综合化教学实验平台,以该系统为载体可以为多门机电一体化相关课程提供认知支持,促进相关知识的掌握,并可以为机器人动力学与控制相关科研提供验证与参考。主要内容与学时分配:机电一体化培训系统软硬件原理与演示4课时;基本控制环节硬件选择与接线培训4课时;电动机调速与控制4课时;PLC基本原理与操作4课时;直角坐标机械臂运动控制4课时;串联机械臂运动控制4课时;并联机械臂运动控制4课时;机械臂正运动学、逆运动学算法验证4课时。
2.3 实践效果
在机电类课程教学中引入开放实验课,对于教师与学生来讲都是个新事物,作为机电专业课主讲教师,经过课堂宣传等工作,并且利用毕业生毕业设计,组织学生通过实际操作对设备进行了摸底,同时结合教师科研项目重点利用设备进行了多体系统动力学算法验证试验。通过这些工作筛选了相关实验项目并编写了规程,保证了开放课最终圆满完成。
第一届开放实验课招收了1个班学生,大多已经有一定专业知识基础,成绩在本专业普遍在中等以上,可以说都具备学习的主动性。开放课实施过程中,学生都学习到了实际工程应用技术,动手能力普遍得到提高。最终共有18名拿到学分,另有若干名学生未及时选课也参与了实验,甚至参与到教师科研项目中。学生学习的主动性和积极性得到了显著提高,尤其是见识了自动化系统高效率工作之后,多数学生能够按照要求查阅相关资料,补充基础知识。机械专业大二的《微机原理》,以及大四的《机电一体化系统设计》2门课程与开放实验课同步进行,大二学生在完成课内实验后,通过实训,更深刻理解了计算机对控制系统的作用,并利用单片机套件完成了电动机PWM调速、并联机构运动控制等实验,显示出了较好的分析问题和解决问题的能力。大四学生面临课程设计与毕业设计,参加开放实验课学习的几名学生课程设计与毕业设计均有较好表现。
3 教学反思
3.1 开放实验课的意义
开放性实验与平时的课程实验有很大区别。课程实验中,学生都是按照教师与指导书规划好的步骤去完成,缺乏实际的思考步骤,甚至动手不动脑,因此在实验中得不到实质的提高。开放实验课的内容则跨越多门课程,更加综合,实验过程中需要动手动脑相结合,整个过程中要遇到很多的问题,而这些问题需要学生自己去解决,正是这个过程锻炼了学生的能力,这正是体现了设计性、综合性实验的真谛,使学生的理论与实践能够有机结合。
开放实验课的另一个意义在于为多门机电类课程提供了直观有效的衔接平台,不但使该课程理论实践相衔接,也使整个课程群有机衔接,有利于初学者(范围包括且不限于本科生和研究生新生)对抽象且相对枯燥的机电一体化理论知识的学习建立起信心,并通过该平台建立起宽广扎实的机电一体化知识体系。通过构建以学生为本的“理论教学、讨论互动、动手实验、项目研究、课程设计”五位一体有机融合型课程教学体系,以及建立注重过程和综合能力的课程考核机制,能够实现多方位综合素质培养的有机融合。
3.2 存在的问题
开放实验课的实施虽然取得了预期效果,但仍存在一些问题。首先是实验装置问题,一些实验设备,例如机电一体化培训系统存在老化问题,由于年久失修,系统曾经多次出现故障,最严重的一次是因为物料检测单元工控机故障,系统连续2周不能正常运行,直到厂家进行维修才解决问题,使得涉及到的几个实验未能达到理想状况。其次,实验选项也存在问题。制订计划时以验证演示实验为主,但其中一些实验涉及到的理论知识显然难度过大,学生难以理解。例如串联机械臂与并联机械臂正运动学、逆运动学算法验证、插补运动演示等,要求学生能够理解空间变换、运动旋量等较深知识。最后,通过开放实验课,暴露出学生知识体系普遍存在不匹配的问题。大多数学生从未实际接触过类似先进自动控制系统,由于基本上是大二、大三学生,其知识体系并未完善,对于系统运行,只能了解表面现象,不能理解具体原理,使其中一些实训,如计算机控制系统编程、机械臂插补运动控制等实训科目无法科学设计实验。
3.3 对今后教学工作的启发
研究机电类课程教学认知学习规律,探索与学生认知过程相适应的教学内容设置与实施。其基本思路是拟构建基础型知识、综合设计能力和研究创新能力3个层次知识体系。第一层次为基础知识学习,旨在培养学生对课程基本知识点的掌握,主要通过课堂教学完成。第二层次为综合设计实践能力培养,旨在培养学生独立设计能力,综合运用所学知识、独立设计实验方案并实现实验方案,完成实验数据的测试与采集,整理并分析数据,得出可靠数据的能力。第三层次则有针对性地培养学生基本的科学研究方法与能力,初步掌握撰写研究论文的方法,为以后的继续深造打下坚实的基础。主要以现有科研项目为依托,面向部分学生,以科研助手形式参与科研课题[8]。
4 结语
机电类课程涵盖基础课(如《电工电子技术》)、专业基础课(如《微机原理及其应用》)与专业课(如《机电一体化系统设计》),课程学习的时间跨度较大,无论从深度还是广度方面,对学生都有较高要求。如何将知识结构系统性和教学体系完整性统一起来,将是机电类课程教学过程中永恒的主题。利用开放实验课能够激发学生的学习兴趣、积极性和主动性,开发大学生创新思维意识,构筑工程背景知识体系,将“机”与“电”知识有机结合起来。通过实际动手动脑操作,也提升了学生综合应用已有知识解决实际问题的能力,激发学生协作精神和创业思想。总之,开放实验课将为理论与实践有机结合的工程教育探索出一条有益的道路。该课程体系处于实验阶段,有待于进一步发展和完善。
5 参考文献
[1] 王仲民,祁宇明,石秀敏,等.机电一体化创新人才培养模式的研究与实践[J].中国教育技术装备,2012(36):76-78.
[2] 尹建阁,归正.独立学院机电类课程教学研究[J].科技信息,2011(35):364-365.
[3] 吴涛.机电传动控制课程的研究型教学模式[J].实验室研究与探索,2013,32(1):105-107,187.
[4] 陆荣.项目教学法在机电控制系统设计教学中的应用[J].科教导刊,2012(10):9-10,19.
[5] 姚利敏.项目教学法在PLC课程中的应用[J].电子制作,2013(7):179,172.
[6] 王晓丽.案例法和项目驱动法在机电一体化设计课程中的应用[J].机械管理开发,2013(1):173,175.