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【论文摘要】中职学校培养的目的是输送生产第一线的技术工人,而中职生职业能力的高低决定其就业之路,因此,培养中职生的职业能力是职业教育可持续发展的必由之路。文章以机电一体化设备的组装与调试课程的实训教学实践为例,探讨在实训教学中培养、提升和强化学生职业能力的方法和具体措施。
1职业能力的基本内涵
职业能力是指从事具体职业活动时所需具有的能力,它包含专业能力、方法能力和社会能力。专业能力是指专业知识、专业技能和专项能力等与职业相关的基础能力,是职业活动得以进行的基本条件。方法能力包含了独立思考、分析判断与决策、获取与利用信息、创新和独立制订计划的能力等。社会能力则包含了组织协调、人际沟通、语言与书面表达能力,以及社会责任感和职业意识等。
2培养中职学生职业能力的目的
2.1利于学生学会从业
中职学校培养的是生产第一线的技术工人,所以要求中职生必须掌握某一特定职业所需要的实际能力,学会从业和做事。近年来,中职毕业生中相当一部分职业能力低,不能胜任从事的工作。为此,在实际教学中,教师应根据职业知识和技能的要求,注重对学生实际操作技能的训练,教会他们从业的能力和做事的本领,使学生毕业后能尽快地适应岗位工作的要求。
2.2利于学生学会生存
随着社会经济的快速发展,职业岗位呈现出新型性、替代性和不稳定性,这就要求从业者必须以稳定的心理素质来应对职业的变化与更替。在教学过程中,教师要重视学生综合素质的培养,鼓励学生走向社会、面对现实、完善自我,以及锻炼自己承受各种心理压力的能力,使学生具备在将来的职业生涯中正确处理各种关系,化解各种矛盾,提高适应及承担风险的能力。
2.3利于学生学会创新
当今时代是竞争激烈、人才辈出的时代,不断创新是其鲜明的特征。从业者只有不断创新,才会有更大的发展。所以在教学过程中,教师要重视对学生创新思维能力的培养,引导他们乐于学习、积极思考,使他们在将来的职业生涯中,具备勇于创新、勇于创造的能力。
3在实训教学中培养、提升和强化中职生的职业能力
众所周知,专业课具有较强的应用性和实践型,而实训教学是专业课程教学的重要环节。如何在实训教学中培养、提升和强化中职生的职业能力?笔者试图通过在机电一体化设备组装与调试课程实训教学中构建实践环节的3个平台来解答这一问题。
3.1搭建实训实习平台,培养学生的职业能力
由于学校扩招,入学门槛降低,中职生的基础普遍较差,但他们也有自己的特点:头脑灵活,好奇心强,有较强的动手操作能力。因此,教师应根据学生的特点,搭建实训实习平台,让学生在这一平台中得到充分的技能训练,使他们在就业时具有更强的适应性和竞争力。机电一体化设备组装与调试课程是广西理工职业技术学校这2年为了适应经济发展和企业人才需求的需要,以及进一步培养机电类学生掌握机电一体化设备的组装与调试的职业能力、培养参加全区和全国技能大赛的选手而开设的,教学内容融合了光电控制、气动控制、plc控制、变频器控制等技术的一门重要的专业课程。通过学习该课程,学生对所学的专业知识有了全面的认识和巩固,专业技能得到综合的训练及实践运用。
3.1.1学生专业能力的培养
机电一体化设备组装与调试课程要求学生能识读机械图纸和掌握机械安装工具及测量工具的正确使用方法,能绘制电气原理图并按图接线,能读懂气路图并连接气路,能根据要求设置变频器参数,按控制要求编制plc程序并调试。而学生这些专业能力的培养最终需通过实践环节的技能训练来实现。机电一体化设备组装与调试课程是应用技能竞赛设备——亚龙yl一235a型光机电一体化实训装置来进行实训教学的。该装置配置了生产实际中典型的皮带输送机、机械手、圆盘和分拣装置,承载了真实的生产性功能。它把机电类专业职业岗位的工作内容和现代企业需要的技术都融入装置中,职业性特点十分明显。因此,在这门课程的实训教学中,教师应按专业能力形成的规律采取“以项目为载体,任务引领,工作过程导向”的教学理念来进行教学,按照由简单到复杂,由单一到综合,由一般功能到特殊功能的循序渐进的原则,分3个阶段来组织实训项目和规划工作任务。
基础实训阶段:首先带学生到实训室观看实训装置,让学生感性认识实训装置的整体结构和元器件的组成。然后进行单一部件的拆装实训项目,包括圆盘、皮带输送机的安装与调整,机械手、分拣装置的安装与调试等工作实训,使学生了解和掌握实际生产中典型部件的基本结构、工作原理和安装调试方法。接着进行单一部件的plc编程实训,按照任务书中的控制要求,学生利用实训装置配置的plc进行编程,分别实现对圆盘供料、机械手搬运工件、皮带输送机送料、分拣装置分拣工件的单一部件的控制,使学生进一步掌握plc编程的方法、技巧和应用技术。
强化实训阶段:这一阶段是把2—3个单一部件进行组合,实现简单的组合控制功能。如:圆盘+机械手,人工落料+皮带输送机+分拣,圆盘+机械手+皮带输送机,机械手+皮带输送机+分拣等。
综合实训阶段:这一阶段则是把整个机电一体化装置所有部件进行组装和调试,并实现对整个设备的多种功能、多种工作方式的控制。
通过上述3个阶段的实训,学生从易到难,逐步了解和掌握机电一体化设备组装与调试技术,专业技能得到了充分训练,培养了学生的专业能力。
3.1.2学生方法能力的培养
在实训教学的过程中,让2~3个学生组成任务小组,在拿到教师发给的任务书后,以小组为单位,讨论和分析工作任务,搜索相关知识和信息,制订好完成任务的计划。在任务完成的过程中,小组成员分工合作,相互协调,及时地发现问题和解决问题。任务完成后,学生对自己完成工作的情况进行评定,对自己所负责的工作效果等方面进行分析和总结。在整个任务教学过程中,以学生为主体,教师为主导,教师起组织者、指导者的作用,引导学生学会思考,掌握发现、分析和解决问题的能力;利用任务这一主线,充分发挥学生的主动性、积极性和创造性,使学生的方法能力得到培养。
3.1.3学生社会能力的培养
任务小组的成员轮流担任小组长,负责组织小组成员分析讨论工作任务,并将制订好的工作计划用电子版的形式上交给指导教师,指导教师认真审核并提出修改意见。小组长根据指导教师审核后的工作计划,给小组成员布置任务。在任务的完成过程中,小组长负责沟通、协调和指挥小组成员进行工作。任务完成后,小组长组织小组成员对整个完成任务的过程进行分析,汇总后在全班同学面前进行总结。这样,每位学生在组织协调、人际沟通、语言与书面表达、社会责任感和职业意识等方面都得到了锻炼,培养了一定的社会能力。
3.2搭建技能比赛平台。提升学生的职业能力
“普通教育有高考,职业教育有大赛”的教育制度的设计和创新,使职业教育发展出现了令人鼓舞的局面。为了进一步推进职业教育的改革和发展,教育部提出定期举办职业院校技能大赛的要求。每年3月份,广西中职学校的技能大赛开幕,选拔出优秀选手代表广西于6月份参加全国的技能大赛。为了迎接广西中职学校的技能大赛,选拔出代表学校参赛的选手,广西理工职业技术学校于每年的1l一12月份,从班级到系部,利用校内自动化实训室举办各层次的机电一体化设备的组装与调试项目的技能比赛。通过宣传动员、培训辅导、初赛决赛、评分点评、表彰奖励等方式,让学生以较高的热情积极参与技能比赛。学生以2个同学组成团队参赛,由机电一体化设备组装与调试课程的任课教师负责指导参赛学生根据该项目的比赛规则,精心设计比赛内容、认真准备和参与比赛,并将学生的比赛成绩作为该课程的实训考核成绩计入期评成绩。通过多层次的比赛,进一步提高了学生的专业技能,增强了学生的安全意识、竞争意识和团结协作精神,锻炼了学生计划组织、交流沟通及分析和解决问题的能力,学生的职业能力得到了提升。
3.3搭建“校企合作”平台,强化学生的职业能力
“校企合作、工学结合”是我国职业教育改革与发展的方向。国务院关于大力发展职业教育的决定指出,要大力推行“校企合作、工学结合”的培养模式。实训教学不应局限于校内实训室,应“走出去,请进来”。广西理工职业技术学校这2年与富士康科技集团公司、海信电器集团公司等多家企业签订了校企合作的协议,企业派出技术人员到广西理工职业技术学校指导教师,培训学生,举办各种讲座,让学生了解企业的发展状况,了解企业的新产品、新设备、新工艺和新技术。广西理工职业技术学校也安排学生到企业去顶岗实习,让学生按照企业实际的生产要求参加工作实践,了解企业机电设备,获取实际工作经验。在实习期间,学生参与实际工作,培养了他们爱岗敬业、吃苦耐劳的精神,增强了对岗位、职业的感情,较早地接受企业文化的熏陶。同时,把理论和实践融为一体,学生的动手能力、独立完成工作的能力和应变能力等这些职业岗位能力得到了强化。
3.4实训教学改革成效
在机电一体化设备组装与调试课程实训教学中,通过搭建“实训实习、技能比赛、校企合作”3个平台,使学生的职业能力得到了培养、提升和强化,让实训教学取得了一定的成效。如:这2年,广西理工职业技术学校机电类学生得到了许多企业的青睐,就业率大幅提高;2010年广西理工职业技术学校派队参加广西的机电一体化设备组装与调试项目的比赛,获得了1个一等奖和1个二等奖的好成绩。
关键词:核心课程 任务驱动
【中图分类号】G【文献标识码】B【文章编号】1008-1216(2015)08C-0074-03
一 课程简介
电气控制与PLC是生产过程自动化专业的一门应用性主干专业课程。可编程序控制器,简称PLC,是以微处理器为基础,综合了计算机技术、电器控制技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。它具有结构简单、编程方便、性能优越、灵活通用、使用方便、可靠性高、抗干扰能力强等一系列优点,在工业生产过程自动控制领域得到广泛应用。无论是国外引进的自动化生产线,还是自行设计的自动控制系统,都广泛采用单台或多台可编程序控制器组成。所以,掌握PLC技术,是改造传统生产工艺和设备的重要途径。结合触摸屏、变频器行业的最新发展情况,通过理论教学、实验、实训,使学生具备应用和维护维修各种PLC控制系统的基本能力;教会学生利用网络搜索技术资料的方法,使学生具备应用技术资料解决现场问题的能力;在授课过程中培养学生认真的工作作风和严谨的工作态度,树立学生的岗位责任意识;培养学生科学的思维方法和综合的职业能力,以适应职业教育发展的需要。
通过本课程的教学,使学生系统掌握电气控制线路、PLC和变频器的基本原理、功能、应用、程序设计方法和编程技巧,为今后从事机电一体化、自动化控制领域的工作打下基础。
二、学情分析与教学策略
在学习本课程之前学生已经掌握的电路的基本知识、会应用常用的电路测量工具,计算机应用的基本知识、数电模电的基本知识了解基本的逻辑电路的关键,及常用的基本放大电路的使用。学习本课程既对前面的知识的巩固,同时又对后续机电一体化技术等课程提供理论及能力基础。
本教学模块实施过程中,课前:学生通过自主学习平台观看视频和动画,了解机械手机构组成、分解其工作过程、复习相关基础知识、下载小组任务书、明确控制要求、经过组内讨论初步完成任务;课上:教师对完成任务过程中的出现的问题进行差异性指导,最后以小组为单位进行现场演示并作项目汇报;课下:学生可以通过微信、手机、QQ等多种信息化平台与教师沟通交流,反馈信息,以便教师按实际情况及时调整教学策略。
三、教学设计的思路
确定课程的教学内容时,通过针对生产过程自动化专业的核心职业能力要求,围绕职业能力的培养,依据典型工作任务的工作过程,对电气控制与PLC课程的教学内容进行重组整合。确定了4个教学项目:车间运料传送带控制线路设计、车间运料传送带PLC控制、机械手PLC控制、自动化生产线安装、调试。
以项目为载体,对教学内容按照项目完成的工作过程进行设计,让学生在“做中学”、教师在“做中教”。
以项目为载体,将实际的“工作”与“学习”有机地结合在一起,在实训室模拟真实的工作过程,通过基于工作过程的实训项目任务的驱动,指导学生按照完成工作任务的五个步骤:任务下达、任务分析、项目实施、任务拓展、考核反馈来完成各个实训项目。通过完成渐次复杂不断拓展的实训项目, 学生具备职业岗位所需求的专业能力, 掌握了电气控制系统的基本知识,具备了分析、安装、调试,常用设备控制系统的能力,同时使学生学会了工作的思路,知道怎样做更好,学生获取信息,制定策略的方法能力得到提高,学生的团队合作、沟通协作的社会能力得到增强,更重要的是,系统化项目课程的设计非常有利于培养学生的可持续发展能力。每个项目分解为若干个任务,设计了基于工作过程的实训项目。
以培养学生职业能力为目标在理实一体化教室,利用任务驱动分组教学,做到教中学、学中做、做中教的教学做一体的教学模式,学生是主体、教师为主导,探索、引导为主轴。教学组织过程关系见下图。
教学组织过程关系
四、机械手PLC控制的课堂教学设计
任务驱动的基本流程
1.任务下达:设立教学情境,使学生的学习与现实的工作在相同或相似的工作任务中进行。
在自主学习平台上,教师会放上此项目的任务书,并播放在伊利乳品公司液态奶自动化生产线,机械手搬运视频。这样创设与当前学习主题相关的、尽可能真实的学习情境,引导学习者带着真实的“任务”进入学习情境,使学习更加直观和形象化。生动直观的形象能有效地激发学生联想,唤起学生原有认知结构中有关的知识、经验及表象,从而使学生利用有关知识与经验去接收新知识,发展拓展能力。
2.任务分析:分析任务问题,在创设的情境中,分析整个过程,按照典型工作任务的工作过程对项目进行分析。教师帮助学生找出项目实施中所需面临的问题及需要的知识,并带着问题进行知识讲解。
在下达任务后,教师首先引导学生查阅资料,如:机械手的结构是什么?机械手的输入有哪些?输出有哪些?利用原来的知识编写机械手搬运。通过学生的反馈学生会遇到问题(任务),这样自然而然的就会引入新的知识顺序功能图的使用。有可能使学生更主动、更广泛地激活原有知识和经验,来理解、分析并解决当前问题,问题的解决为新旧知识的衔接、拓展提供了理想的平台,通过问题的解决来建构知识,正是探索性学习的主要特征。
3.任务实施:这个阶段学生以自主学习、协作学习为主;不是由教师直接告诉学生应当如何去解决面临的问题,而是由教师向学生提供解决该问题的有关线索,如需要搜集哪一类资料。从何处获取有关的信息资料等,强调发展学生的 “自主学习”。同时,倡导学生之间的讨论和交流,通过不同观点的交锋,补充、修正和加深每个学生对当前问题的解决方案。教师在此过程中以差异指导为主。
4.任务拓展: 教师引导学生在完成基本功能机械手由工位1到工位2的搬运的基础上拓展,如由工位1到工位3再到工位2,或是搬运由工位1到工位2再到工位3等。
5.考核管理:过程考核评价:在学生完成项目的基础上进行过程考核,如组间互评、组内自评、教师对小组评分、考核小组评分等,每个评分阶段都会向教师实时的反映学生的学习情况,教师对学生的学习情况有针对的进行指导、引导及知识讲解,效果大大的增强。
五、结束语
从学生完成拓展任务情况来看,绝大多数学生对知识和技能的掌握程度达到了教学目标的要求。在项目实施过程中,综合利用了自主学习平台、观看视频、动画、微信、QQ等多种信息化手段通过教师的引导、设疑、总结、归纳,在较短的时间内对学生进行了全面的复习,利用流程图说明了PLC程序编写的过程和方法,最后使用项目教学法开展实例设计。采用多媒体辅助教学,通过录制的视频文件形象地表达了任务要求,学生普通感到这种教学设计符合实际需要,学习兴趣高涨。在完成任务过程中,组内成员各展所长,协同合作,积极探讨,学习气氛浓厚。通过拓展任务,夯实基础知识,使之融会贯通。
不足:
由于每个学生的基础不同,兴趣爱好不同,参与程度也不一样,所以每人收获也不同。极小部分学生惰性很强,总想不劳而获,仅以拿到成绩为目的,没有真正融入到雪中来在这些方面还有待教师更深层次的思考和实践。
参考文献:
关键词:实践教学;教学改革;柔性制造系统
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)47-0179-02
一、引言
实践教学是高等教育的重要环节,是实现人才培养目标的有效途径和重要保证。随着社会的进步和发展,对人才的需求也发生了很大的变化,给实践教学带来一些新的问题和新的挑战。我校机械电子工程专业的培养目标中强调了机电结合的高级工程技术人才,为了培养“厚基础、宽口径、高素质、强能力”的创新型工程技术人才,适应现代社会的要求,就必须要优化实践教学内容,推进实践教学方法和实践教学体制改革。而营造培养高素质创新工程技术人才的实践教学环境,提供合适的实践训练平台是达到培养目标的重要保障。为此,我校2012年在共建基金支持下成立了柔性制造实验室,通过柔性制造系统对实际工业自动化生产中的模拟运行,让学生了解和掌握现代机电系统运行控制技术,培养学生的实践能力和创新能力。本文围绕该柔性制造系统在我校机械电子工程专业实践培养上的应用,就我校在教学改革上的措施进行论述。
二、柔性制造系统
柔性自动生产线是将微电子学、计算机信息技术、控制技术、机械制造和系统工程有机地结合起来,是一种技术复杂、高度自动化系统,柔性制造技术更是当前机械制造业适应市场动态需求及产品不断迅速更新的主要手段,是先进制造技术的基础。
通过该系统,能使学生可通过实验了解柔性制造自动化生产实训系统的基本组成和基本原理,能为学生提供一个开放性的,创新性的和可参与性的实验平台,让学生全面掌握机电气一体化与物流技术的应用开发和集成技术,能够帮助学生从系统整体角度去认识系统各组成部分,从而掌握柔性制造相关系统的组成、功能及控制原理。促进学生在机械设计制造、电气自动化、数字控制技术、机器人技术、计算机技术、传感器技术、生产线技术等方面的学习,并对数控加工、电机驱动及控制技术、PLC控制系统的设计与应用、机器人控制技术、高级语言编程等技能得到实际的训练,激发学生的学习兴趣,使学生在光机电气一体化系统的设计、装配、调试能力等方面均能得到综合提高。系统组成如图1所示,共分为总控系统、自动化立体库及码垛机、自动化输送线系统单元、CCD形状颜色尺寸检测单元、上下料搬运机器人单元、数控加工单元、串联机器人装配与分拣单元、视觉导引搬运AGV几个单元部分。系统模拟某自动化加工、分拣、自动装配及自动出入库完整制造过程。立体库由两排货架及中间的码垛机构成,实现毛坯及成品部件的存储;传送线负责从立体库取件、传送工件到到各工作单元及传送入库;通过图像识别功能,对工件进行形状与颜色识别,通过信息识别,六自由度行走搬运机器人可选择把工件放入相应的数控加工设备(车削加工中心或铣削加工中心)当中。加工完毕,通过CCD视觉装置进行高度与直径等尺寸识别。并为下一工序做好准备。
该柔性制造系统可联机/单机两种运行模式,方便学生进行PLC控制、生产线控制、机器人控制及数控机床应用实训。
三、柔性制造系统在机械电子工程专业实践能力培养中的应用
1.课程实验实训。利用该柔性制造系统的各组成单元,对原有相关课程中的实验内容进行了调整整合,增加了综合性实验环节内容设计,根据教师授课情况,结合学生特点进行选取。主要服务的课程包括:机电传动与控制(步进电机、伺服电机控制)、PLC控制技术(立体库码垛机控制、传送线控制)、机器人技术(分拣机械手、搬运机械手)、机床数控技术(数控加工单元)、传感与测试技术(传送线、CCD等单元)、机电一体化技术。
2.实习实训环节。根据专业特点及实习实训要求,对原有实习实训环节进行了改革。将原第七学期三周的实习环节分割成几个模块,其中一个模块是2.5天的柔性制造系统实习实训模块,每次二十余人分成多个小组进行该模块的实习实训。对学生获得的专业知识和专业技能进行的一次全面考核和综合检验。按照机械电子工程专业设置的要求,通过柔性制造系统平台开展的集中实践教学环节,让学生完成的主要任务为:气路、电路或控制回路的构成的模拟设计及运行调试;根据工作要求对PLC控制程序进行修改或编写,模拟实际的控制过程;对人为设定的故障(电气及PLC故障)进行故障诊断及排除练习,提高学生解决实际问题的能力;模拟系统的各单元之间可以通过I/O进行通讯,将多个加工单元连接构成系统。通过这个教学环节,让学生自己动手来搭建实际机电一体化设备,以此来提高学生解决实际工程问题的能力。实习的内容:①柔性制造系统基础知识教学。主要讲授柔性制造系统技术的一些基本概念,让学生对柔性制造系统有全面的了解和认识。②立体库系统设计。通过对立体库实际操作,了解立体库工作过程;以立体库结构设计及PLC控制为主要教学内容,了解并掌握立体库结构设计技术,学生能够完成单元格的设计出图。了解立体库控制要求,采用PLC实现取、送工件的控制设计。③搬运线设计。以搬运线为教学对象,使学生了解掌握生产线工作原理及操作方法,了解生产线基本结构及控制方法,了解典型分拣、传送、检测环节的设计方法及操作。④AGV寻迹车设计。了解寻迹车基本结构组成和功能;了解AGV寻迹车车体结构设计方法,了解寻迹车控制原理和操作。⑤机械手。了解工业机器人基本原理,了解和掌握工业机器人机构及基本结构设计知识,掌握工业机器人操作知识,了解和掌握机器人控制原理,掌握机器人编程控制,利用测绘技术实现实物的测绘建模使学生在扫描和建模。⑥数控机床编程操作。以典型车、铣零件为对象,让学生能够通过动手实践将其数控加工程序编制出来,并在数控车及数控铣削加工中心完成各自零件的装夹、对刀及加工仿真操作。
本实习重点强化动手能力的训练,鼓励学生在对柔性制造系统全面了解和认识的基础上,独立完成系统的运行和各分系统的设计操作。
四、结论
柔性制造实验教学系统的建成与投入使用,丰富提高了我校机械电子工程专业在开放性实验室的实验教学和实训的能力。以此平台为基础,在授课教师及实验教师的共同努力下,有针对性地开展相关实验、实训项目,使学生可以更好地掌握机械、电子、电气、液压、自动控制、数控等专业知识,并以实际设备为对象,建立机电一体化设备调试、运行、维护等相关能力,有效地对应本专业培养目标要求。经过学习和训练,学生的综合素质得到提高并激发了部分学生的专业学习兴趣和科技创新兴趣,为今后的能力培养和就业发展打下了基础。
通过一年多时间的应用,实验、实训等项目内容在不断充实完善,在其间也发现了一些问题,例如包括对指导教师的能力要求、系统运行耗材费用控制等将在今后工作中逐步完善。
参考文献:
[1]王伟,王殿君,申爱明,等.柔性制造系统在机电一体化专业综合训练中的应用[J].安徽师范大学学报,2010,33(6):554-557.
关键词:工业机器人 机电一体化 课程体系
中图分类号:G712 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2017)04(a)-0221-02
工业机器人是机器人的一种,它由操作机,控制器,伺服驱动系统和检测传感器装置构成,可反复编程,完成各种操作自动化,也可以生产生活中所需的机械设备。这种产品可以解放人的劳动力,也大大提高了生产业的效率,对于产品的质量也很高,所以说工业机器人对生产行业起到了相当大的作用。工业机器人是一种机器装置,可以自动执行一些难度较高的生产,而且机器人自身的动力系统和控制系统是比较方便我们运用的,因为它能代替人类做一些不可能或者很难完成的事情,或者遵循事先的编程来运行,新型的工业机器人还会依据人工智能技术制定的原则需求行动。装备制造业自动化水平的不断提高,更多的生产厂家使用工业机器人进行产品加工制造。工业机器人是一种专门为工业领域设计的多关节机械手,在程序的控制下实现各种复杂运动和高难操作。工业机器人被广泛应用于搬运物料、自动焊接、部件喷漆、表面抛光等工业领域。
1 专业人才培养目标的定位
近年来,工业机器人不断普及在企业生产中,所以企业迫切需要相关的技术人才。高校培养的是研发型人才、高职高专培养的是具备一定理论的技能型人才,相比之下技校则主要是培养实际应用、熟悉基本操作与保养维护的技术工人及操作人员。技校以培养应用技术型人才为主,学生的知识水平、技能实力、就业导向应与高校、高职有所不同,因此必须探索适合技校的工业机器人课程教学方案。企业要求相应的专业人才需具备全面的职业能力,从而要求技校走工学结合的人才培养模式道路,其中校企合作有利于工学结合的人才培养模式顺利推进。工业机器人课程应定位于为企业培养能够完成工业机器人编程、操作维护的技术型人才。工业机器人最先应用于汽车制造工业,主要用于焊接,喷漆,上、下物料和搬运。如今工业机器人深化和提高了人的手、足和大脑功能,替代人完成繁重、单调的重复劳动,提高劳动生产率,保证产品质量。工业机器人生产企业需要大批人才氖禄器人生产、安装、调试、营销和售后技术服务,工业机器人的应用企业则需要大量人才从事机器人的维护保养和编程操作。为满足机器人关联市场对技能型人才的需求,技校在机电一体化专业的主要课程中加入“工业机器人应用”课程,开设机器人的专业方向。
2 专业课程开设的方向
在课程开设的思路上,机电一体化专业紧贴机器人岗位需求、课程内容和教学的过程适应工作岗位要求。按需求开设专业课程,依据企业的用人标准和岗位技术要求,培养从事机器人生产、调试、安装、维护、保养和营销等多方面应用技能型人才。在理论教学和技能培养上,全方位提高学生的知识、技能、素养,建立“以工业机器人应用为核心”的课程体系结构。在教学过程中,除了基础知识学习和综合训练,再通过“机械基础知识模块、电气自动化专业知识模块、嵌入式系统知识模块”、以及“机器人编程训练模块”为重心的专业技能训练模式。
2.1 基础知识学习与综合训练
该模块侧重强化基础知识的学习,培养学生机电专业岗位的基本素质。引导学生形成遵纪守法的思想观念和健康的心理素质,形成积极向上的人生价值观和乐观的职业心态,从而适应以后的工作。开展相关的职业规划教育,引导学生规划职业生涯。鼓励学生提高数学能力、英语水平和计算机基础技能,为以后的专业课程学习做好铺垫和适应各类企业的机电技术工作岗位。
2.2 机械技术知识的学习
机械技术知识的学习重点在传授机械原理、机械制图、液压与气动、AUTOCAD、机制工艺方面的相关知识,培养学生机械方面的基本技能和职业素质。从机械手臂开始学习,从而了解机器人的基本机械结构和组成原理,并进一步分解与装配。与此同时学习机械图纸的阅读与绘制,掌握公差与配合的基础原理知识。最后学习机器人液压与气动系统的基本组成和原理,了解其复杂结构与运动方式,剖析各机械零件与其典型机构,掌握机械加工工艺的流程与编制方法。通过理论与实践教学的协作,为学生打下扎实的机械基础知识。
2.3 电气自动化知识的学习
工业机器人应用牵涉到电工技术、PLC、电气自动化控制、变频器应用、交流伺服、步进驱动、触摸屏应用与组态开发等多门自动化类课程的知识和技能。根据工业机器人的组成,分解成多个模块结构,进行理论与实训一体教学,掌握以电气控制为核心的自动化知识。为了保证学生的知识水平和操作技能紧贴企业的要求,学生需要考取维修电工中级证书、电工上岗证书等相关专业证书。
2.4 嵌入式系统的学习
嵌入式系统的学习以工业机器人为方向进行教学,包括电子技术基础、电子测量、C语言、传感器应用、FPGA应用、单片机应用等课程。教学过程可以先让学生动手装配调试机器人的电路,学习嵌入式系统的硬件电路结构原理和调试方法。同时使用C语言完成机器人的软件开发和升级调试,从而掌握嵌入式软件系统开发的过程和规范。在教学活动过程中,紧密围绕机器人,融合机械基础、电工电子、传感器、C语言、单片机、FPGA应用等课程的知识和技能,完成以电路控制为核心的嵌入式系统学习。通过教学实践表明培养学生的嵌入式系统应用能力,更利于他们适应机器人装调与维护工作岗位。
2.5 专业技术能力的训练
工业机器人专业作为机电一体化学科的拓展,涉及知识范围广、内容全新抽象,在实施教学过程中我们要采取与之相适应的教学模式和方法。在教学实践中适当增加理论与实践一体化的教学的比例,要把总课时至少一半的时间分配给技能实战训练,并且建立足够的训练机构,能专业的指导技能训练。这些具体的技能训练内容包含:工程制图测绘实训、零部件拆装、电工基本技能实训、电子装配实训、电气绘图训练、维修电工实训、小型智能产品装调实训和机器人编程集训。培养工业机器人是很重要的环节,应该以培养学员对机器人编程的技能为主,因为这个岗位的操作技能要求很重要。其实训内容以机器人工业搬运、工业弧焊为操作实例,采用多媒体仿真操作与实物操作相组成,培养学生工业机器人的操作维护技能和开发应用技术。
3 专业教学的具体措施
(1)针对工业机器人专业的特点,我们要不断深入了解行业发展的趋势,密切关注企业需求。师资力量是培养人才的重要部分,教师的能力高教学的能力相对就高,培养的学生也会比普通教师要高一些,所以加强师资力量是非常重要的。同时,加强人才引进的力度,引进高层次型、实践型人才,聘请企业专家作为学校的专、兼职教师,不断提高教师团队的整体实力。
(2)在教学过程中,教师要做到言传身教,为了提高学生的安全意识,创建分组活动,相互交流促进学生之间的互动热情,这样能更好的加强学生操作能力,提高安全意识。改革以往通过用试卷来简单的考核学生,考核就是检查学生们对任务的完成情况,个人的变现以及团队的表现都能决定最后的评比,而且可以通过小组之间的评比,来进行公正合理的考察,以及完成该任务的个人和团队表现来综合考核学生。
(3)根据工业机器人专业人才培养目标的要求,以突出培养学生职业能力和职业综合素质为目标,遵循学生认知规律和技能成长规律,构建以“生产性实训”为特征的“基本技能训练、专项技能训练、综合技能训练”的实践教学条件体系,满足本专业课程教学的需要。从生产实际出发,对学生进行真刀实枪训练。加强对学生技能的训练,让学生更能胜任一个岗位,而且还要培养学生的职业道德以及素养,这两个因素决定着学生工作水平的高低,让学生们在用人单位竞争时更有优势。
(4)课后要引导学生自主创新与相互合作。在课堂上,老师要主动鼓励学生,因为机器人的学习和设计有不同的方法,所以学生之间最重要的就是交流,老师加入到学生之中,鼓励带动学生,相互讨论自己的设计方法,最后可以进行意见总结。这样的学习过程,可以锻炼学生自主解决问题的能力,学生提出问题的同时也在思考问题,这也大大提高了学生们的思考能力。在实践中,学生不仅掌握了相关知识技能,又锻炼了个人的实践与创新能力。除了课堂常规教学外,老师可以适当布置一些课外的机器人设计任务,提高学生的学习兴趣,激发他们的学习热情,老师们也应当加入学生的学习过程中,给予学生更多交流的机会,这样更容易了解学生在学习设计过程中会遇到的各种各样的问题。
4 结语
工业机器人是一个有深度发展潜力的学科,并且衍生出许多与之相对应各行业,因而技校学生在其中有巨大的发展空间。技校机电一体化专业要开设工业机器人方向的课程w系,必须紧密联系机器人应用的岗位需求。我们采用培养学生就职能力方面为主的教学方式,让学生更能适应技能职业岗位的技术应用水平,能在以后的工作中面对各种挑战,提高了学生的岗位适应能力,开拓不同领域资源为他们创造更多优质的就业机会。
参考文献
[1] 陈伟华.独立学院《机器人技术及其应用》教学探讨[J].中国科技信息,2012(7):196.
科学研究作为发展科学技术重要的支撑点,在科技进步中发挥着举足轻重的作用。在刚召开的党的十中提出:科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑,必须摆在国家发展全局的核心位置。深化科技体制改革,加快建设国家创新体系,着力构建以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的技术创新体系。
在我国的经济体制由计划经济向市场经济转变的今天,高等教育的教学管理模式也发生着变化,高等教育现在在全面贯彻党的教育方针的同时,已经由原来的学校完全承包,向以就业为导向的方向发展,已经逐渐走向一条产学研结合发展的道路。随着科学技术的不断发展,社会对人才的需求更具合理性和前瞻性,特别是知识的应用能力、应变能力和创新能力等综合实力,提出更高的要求。这样高等教育的培养目标就由原来单纯以学习课本为重,转向要求学生既有一定专业理论基础,又有胜任现代化生产工作的能力。因此,实践教学在学生培养过程中就显得十分重要。
毫无疑问,实践教学是大学生创新的有效途经。可以把教师的科研项目列入实践教学活动中,启发学生的科研创新意识。如让学生参与教师的科研项目,使学生了解科研的过程、方式方法、数据处理方法、论文写作方法等。[1]本文将探讨如何使科研激活实践教学,促进产学研相结合,开拓学生创新思维。
一、构建科学的实践教学体系
实践教学体系是培养学生实践能力、创新意识与创新能力的整体教学组织与训练过程,也是考查学生掌握基本理论、基本技能的主要途径,是实现专业培养目标十分重要的教育教学环节。[2]高等教育的实践教学体系包含多种类型的课程设置。例如实验教学、课程设计、金工实训、生产实习、毕业实习和毕业设计等,都属于实践教学的范畴。表1为高校实践课程教学体系。
1.实验教学
实验教学是从最基础的理论知识入门,通过仪器设备的使用操作,对数据或图像进行分析,验证理论知识的来源与正确性,随着学习的不断深入,再逐步开设综合性的实验。如机械原理零件实验、刀具实验、金相热处理实验等基础实验,随着学习的不断深入,再进一步完成机、电、气综合与创新性实验等。从而帮助学生更好地理解和掌握理论基本知识,对仪器设备操作基本技能,培养创新思维能力。实验教学是实践教学的基础。
2.课程设计
课程设计是学完某一门专业基础课或专业课后进行的一项专门化实践性训练,主要目的在于培养学生利用本门课程的知识及已学的知识,综合应用完成某一课题的设计。如工艺夹具设计、刀具设计、机床设计、零件设计和电路设计等。初步培养学生设计思维的方法及应用知识的能力。
3.金工实习
金工实习是工科院校必开的一门实践课程,他属于基础金工实习。学生在学完金属工艺学与机械制图课程后进行,也可在金工实习过程中完成该门课程的教学。通过实习,了解金属加工过程的方法和设备,掌握冷加工和热加工操作的基本技能。在实习中,可将后续相关的知识,适时适量介绍,对专业知识初步了解。同时,还可以到各种类型的企业参观考察,观察社会了解市场,扩大视野端正专业思想。
4.生产实习
生产实习是一门综合性的实践教学课程,是在专业课程大都已学完的基础上进行的。走出学校的课堂深入到企业生产的现场。针对某一机械产品考察制造全过程,运用所学的知识,进行分析对比,研究总结,如到内燃机制造企业进行实践,把在课堂学到的理性认识融会到感性认识中。
5.毕业设计与毕业实习
毕业设计与毕业实习,应强化学生实践能力的培养,是实践教学的核心。这是进入社会前的一次大练兵,也是教育质量的大检验。持续一学年的毕业设计选题至关重要,应是融技术性与实用性为一体,融创新意识与创新实践为一体。具体做法:一是与科研课题相结合,如大客车整车强度测试;二是充分利用现有实验设备,如利用FISTO气动实验装置,设计机电自动控制回路;三是对实验设备进行技术改造,如对机械原理机构示教板改进自动控制装置;四是结合生产实际进行科研开发,如汽车发电机壳体压铸模具设计等。学生在指导教师的带领下,结合生产实际或科研课题,充分调动人的主观能动性,运用设计新理念和方法,进行创新设计取得良好效果。[3]
表1 高校实践课程教学体系
二、把“产学研”和实践教学结合起来,开拓学生创新思维
产学研合作教育对于高校提升科研水平、企业技术进步、增强地区和国家核心竞争力都具有重要作用和意义,是贯彻落实科学发展观、转变经济发展方式的重大战略举措。[4]高校人才联合培养是产学研合作的形式之一,其主要方式包括:大学、科研机构与企业通过设置人才培养专项基金、大学教授和研究人员担任企业顾问、大学生在企业实习、企业人员在大学或科研机构进行培训等多种方式在人力资本层面进行交流与互动。[5]
大学生的创新活动是在学习实践过程中的创新,同时也是在掌握了基础知识、相关专业领域研究成果后的创新,这使得他们的创新不仅要有个人价值,而且要在专业领域中具有一定的社会价值。创新活动的价值衡量具有双重标准,对于应用型工科大学生,应以社会标准为主,偏重于创新活动的结果,偏重于创新的产品。因为创新能力培养的关键在于创新主体要有强烈的自我意识和积极的实践探索。在没有投入创造性社会实践之前,人的“才能”只是一种“潜能”,只有通过创造性实践这一“中介”,方可得到进一步的提高,只有在不断的摸索中才能培养创新能力。在台湾本科教学中,每一门课程的教学中,实践教学就占有大半时数,每一单元时间内的教学,都包含有理论教学和实践教学,在动脑和动手过程中,提升大学生创新思维。
1.“产学研”项目和实验环节相结合
实验教学在人才培养方面具有课堂理论教学不可替代的作用,实验室作为高校人才培养的重要阵地在培养高素质创新人才中应发挥其重要的作用。因此,我们将科研方法引入实验教学中,将学科建设取得的科研成果和开发的新技术、新方法不断引入实验教学中,保持实验教学方法与手段的不断更新。并通过设置探索性实验项目来模拟科研全过程,实现实验教学与科学研究新技术、新方法训练的有机结合。
工科类专业在探索性实验课程中,只给出若干思路,实验前,学生不一定知道实验结果,由学生根据实验条件和研究目标,自行查阅相关资料,设计实验方案、实验内容和步骤、实验数据参数,独立进行实验操作,书写实验报告,并对出现的可能结果给予一定的解释。尽管学生在实验的最后结果中不一定达到要求,但是通过综合训练,使学生对科研的基本方法和程序有一个清楚的认识和体验,有效调动了学生的主动性,既提高了学生的动手能力,又使学生养成了自主式、合作式、研究式、开放式的学习方式。如开放性实验,完全由学生自己设计实验方案,自主管理实验过程,自主完成实验,从而使实验教学成为科研与教学的最佳结合点。例如工业自动化应用课程利用实验室电气动实验开发平台,结合实验题目要求,自己设计、搭线、编程、调试等软硬结合过程。
2.“产学研”项目和实习实训相结合
实习实训是一门融理论与实践综合性很强的课程,在整个学生的培养过程中起到了一定的作用。我们要重视对学生动手能力、工程实践能力的培养,增强学生将所学基础知识综合运用于工程实际的能力、独立工作的能力、分析问题的能力及创造能力。
例如现代机械制造加工中心需要机械手完成不同的任务,这个就可以为学生的实习实训提供选题,学生自己对课题进行分析、设计,自己动手编程、调试、安装、并最后调试完成一个机械手加工系统,对设计过程中涉及到相关课堂教学内容,必须加以理解和消化,最终提交的是机械手能完成的任务和设计报告。这样学生不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来,而且能够对机械传动、电子电路、电子元器件等方面的知识综合应用,同时在单片机编程、排错调试、机构运动、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。为了促进“产学研”项目和实习实训相结合,我们先后和多家企业建立了长期、稳定的校企合作。
3.“产学研”项目和毕业设计相结合
毕业设计与毕业实习,是时间最长最具综合性与创新性的实践,是实践教学的核心。工科专业学生的毕业实习与毕业设计时间长达近半年,是学生走向工作岗位的最后一个重要的教学环节,如果淡化工程意识,假题假做,由书本到图样可能对发挥学生的创造力极为不利。为了促进“产学研”项目和毕业设计相结合,我们具体采取了以下方法:
(1)利用生产中的真实题目或参与指导教师的实际课题研究,提前布置毕业设计题目。以毕业论文课题研究等形式参与科研活动,在科研实践培养创新精神以及分析和解决问题的能力方面,实现了以科研促进教学的理想效果。[6]
(2)利用工厂待解决的技术问题,让学生走出去,到工厂做毕业设计。由于受教师手头的真实题目的限制,不可能所有的同学都在学校做真题目,我们通过与科研机构和生产单位的结合,即产学研结合,让同学们到工厂去,到科研机构去,根据具体情况安排毕业设计题目。这样做,不仅发展了生产也培养了技术人才,发挥了学生的创造能力。
三、以“工程测试”为例,探索“产学研”提升大学生实践创新能力
利用科研项目将实验、实习实训、毕业设计等串联起来,把各个实践环节紧密联系在一起又起着承上启下的作用。激活大学生参加实践的积极性,加强培养综合运用能力。
测试技术是获取信息、分析和处理测量数据的关键技术与手段,是从事科学研究、产品质量检验与自动控制不可缺少的工具。[7]本人在学校主要承担《机械工程测试技术》实验教学,并在这几年负责工程测试的一些科研项目,例如:2008年在厦门金龙联合汽车工业有限公司、2011年在东风杭州汽车有限公司作全承载整车强度测试。在这些科研项目完成的过程中,都与实践教学结合起来,开拓学生的创新思维,实现了科研成果与实践教学双丰收。
1.开设开放性实验,吸引学生加入到科研项目
由于《机械工程测试技术》实验项目与工程实际相结合,要求课时较长,另外实验相对正常,完成水平要高。我们选择以开放性实验对学生开放。把《机械工程测试技术》一系列实验连续起来,要求学生按照工程上测试的要求,把应变片粘贴好,并且对自己粘贴好的应变片作静态应变测量和动态应变测量。图1为学生在粘贴应变片,图2为粘贴好的应变片。这样,学生完成这些实验后,就可以加入到全承载整车强度测试中。
2.学生到现场测试,丰富学生的实训实习
充分发挥工程测试科研项目的优势,鼓励学生积极参与科研项目中的一些工作。无论是2008年在厦门金龙联合汽车工业有限公司,还是2011年在东风杭州汽车有限公司作全承载整车强度测试,都有不少学生加入到测试。图3是正在作整车测试的客车,图4为学生在现场测试。由于科研课题多与工程应用紧密结合,解决生产实际问题,任务本身具有挑战性,学生在参与科研的过程中,可切身体会到理论与实践结合的价值,激发起他们内在学习动机,应用所学知识解决实际问题。[8]
3.测试项目为学生毕业设计课题提供来源
多年来,我们都高度重视学生毕业设计等实践性教学环节,强化学生实践能力的培养,形成了良好的传统和特色。大学生所完成的这些工程测试项目,可以直接为他们的毕业设计提供选题来源。通过强化过程管理,保证了毕业设计(论文)的教学质量。这对培养大学生创新精神和实践能力方面有示范作用。图5为大学生以某大客车测试为毕业设计题目所采集处理的数据。
四、“产学研”融合实践教学取得的成果
(1)提高学生的动手能力。通过加强实验教学,开展有效的工程实验环节,将有助于学生有效地掌握所学知识,缩短从理论知识到实际应用的时间。实验教学能很好地培养学生的专业兴趣,有利于增强其创新意识,提高实际应用能力,培养学生成为满足社会需求的创新人才。