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[關鍵詞]機械工程;測試技術;案例式教學;課程改革
[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437(2017)04-0079-02
引言
機械工程測試技術是一門面向應用、具有很強實踐性的課程,是機械類專業本科生的主要技術課程。該課程涉及機械、傳感、電工電子、控制技術、物理、工程數學等多種知識[1][2],具有多學科交叉的特性,涉及范圍廣,知識面多,理論知識抽象難以理解,實踐教學又由于實驗條件的限制難以接近工程實際。[3][4]隨著課程體制的改革與深化,增大課程知識點,壓縮學時數成為趨勢。如何在有限的課時范圍內讓學生掌握機械工程測試技術課程中更多的知識點,案例式教學是一種比較好的解決方案。
一、案例式教學的開展
案例式教學是指教師根據教學要求,設計相應的教學案例,組織學生針對案例內容,運用所學知識進行思考、分析和討論,從而提升學生分析問題、解決問題的能力。[5]案例式教學自古就有[6][7],早在春秋戰國的時候,諸子百家在與弟子傳道過程中就經常使用民間故事闡述義理。古希臘著名思想家、哲學家蘇格拉底和柏拉圖師生間也時常利用一個又一個故事通過對話的方式來說事明理。目前,全球興起的案例教學法起源于19世紀七八十年代哈佛法學院蘭戴爾院長的倡導。[8]案例教學是將案例融入教學過程中,以案例為基礎,通過教師與學生的互動,達到教學的目的。
案例式教學在實施過程中,大致可分成課前案例的收集與選擇、課中案例的講解與探究和課后案例的分析與評價三個階段。
(一)課前案例的收集與選擇
案例式教學的核心在于教學的案例選擇。案例選擇合適,教學過程中學生的積極性就很高,教學效果就會事半功倍;案例選擇不當,教學任務就無法有效完成,學生學習的積極性也會大打折扣。當前機械工程測試技術課程中的教學案例多而雜,在目前教學課時量大幅壓縮的背景下,課堂上案例太多,學生應接不暇,積極性不高;教材中的教學案例包含的知識點比較單一,大部分案例僅牽涉教學中的一個知識點,無法與前后的知識點形成聯系,教學過程容易割裂整個知識鏈;教材中一些教學案例基于理論,脫離工程實際,脫離工程實際的案例會讓學生眼高手低,一旦遇到實際問題,他們難以有效地及時解決。機械工程測試技術課程中的案例應基于現有的教學課時量,結合學校現有實驗實踐環境,結合工程實際和科研項目,在有限的案例里盡量多地反映更加全面的知識點。
(二)課中案例的講解與探究
案例式教學對教師的要求很高,它不僅要求教師對教學案例有全面深入的理解,還要求教師在課堂中把控學生的情緒和積極性。教師在對教學案例講解的過程中,應注重理論知識的系統化,結合教材,考慮知識體系的前后連貫,理清案例的分析思路,引導學生參與到案例過程中,讓學生能自主地進行探究。針對具體的教學案例,應從理論到應用,讓學生掌握相應的理論知識。在機械工程測試技術課程別要注意信號處理的相關概念及理論,應用過程中需考慮現場傳感器的選擇和安裝、現場的噪聲等干擾消除,后續測信號處理電路的搭建。整個案例的講解與分析能讓學生有種身臨其境的狀態,可以調動學生的參與積極性,激發學生的興趣。作為教師,必須及時把控學生的學習進度,不能糾結于某個小問題,也不能讓學生在課堂中天馬行空,脫離教學核心內容。
(三)課后案例的分析c評價
案例式教學課后還需對教學案例以及教學過程中的學生表現進行全面剖析。教師應利用找各類學生談話、問卷調查、課后思考題等方式掌握教學案例的適用度,弄清理好的案例應如何更進一步地深入與拓展,課堂上無法進行的案例是由什么原因引起的,是案例吸引度不夠還是超出了學生可理解的范圍。從質與量兩個方面,從教師與學生兩個角度去分析案例選擇及開展的可行性及適用度,通過對教學案例的不斷分析、反思與總結,建構起科學充足的教學案例資源,不斷完善案例式教學方法。
二、案例式教學實例
機械工程測試技術課程教學案例不能太多太雜,應基于現有的教學課時量,結合現有的學校實驗實踐環境,結合工程實際,同時還可以結合科研項目,在有限的案例里盡量多地反映更加全面的知識點。機械工程測試技術課程的內容主要包含信號處理和傳感器兩大部分。信號處理偏于理論,傳感器側重于實踐,在案例的選擇與分析中應考慮信號處理和傳感器兩個方面的內容,理論與實踐相結合。
(一)案例一:機器人工作過程的分析與實現
課程教學的有效開展,離不開學校的實驗室資源。只有因地制宜,充分利用實驗室資源,才能使課程的效用達到最佳。筆者結合本學院現有的實驗室條件,選用機器人作為教學案例。目前,學院已建立了工業機器人實驗室、機器人工作室。在工業機器人實驗室中,可以利用焊接、搬運工業機器人,讓學生掌握工業機器人的工作原理,特別是工業機器人的關節位姿、速度加速度、工件位置的檢測及后續的信號處理與控制。在機器人工作室中,利用“創意之星”機器人套件,學生可以搭建各類創意機器人,可以學會紅外線傳感器、灰度傳感器、霍爾傳感器、圖像、聲音等各類傳感器的實際應用,并利用機器人擂臺賽等賽事,擯棄書本的枯燥,體驗創新的樂趣,這樣既掌握了知識又鍛煉了能力。
在該案例的教學中,應先基于教材,讓學生了解一些特定傳感器如霍爾傳感器、紅外傳感器的工作原理與工程應用,了解位置、速度、力等參數的測試方法,讓學生掌握電橋、調制等基本的信號處理方法。基于現有的實驗室條件,可以利用焊接、搬運工業機器人,讓學生掌握工業機器人的工作原理,通過編程讓學生了解工業機器人的運作方式;可以利用“創意之星”等機器人套件,讓學生搭建各類富有創造力的機器人,體驗創新的樂趣,并利用各類機器人賽事,如機器人創意賽、機器人擂臺賽、大學生機器人賽等,在比賽中學習成長。
(二)案例二:零件加工表面質量的在線測試
科學研究是對未知領域的探究。在條件許可的情況下,可以在課程教學中將科研項目作為部分教學案例,讓學生了解一些科研知識,掌握一些科研方法,這能為其進一步深造及探知未來打下基礎。如某國家重大科技專項中的子課題,就要求對零件加工表面質量進行在線測試,這也是需要解決的工廠實際問題。隨著機械加工自動化程度的提高,很多零件由抽檢改為必檢,這對零件加工表面的在線測量提出了越來越高的要求。
針對這個案例,筆者提出一系列問題給學生思考及討論:測試的方案應如何設定?應選擇什么類型的傳感器進行測試?傳感器測試的原理是什么?使用該類傳感器時應注意什么?測試的后續電路怎么接?如何排除測試干擾?利用這些問題一步一步引導學生進行科研項目的開展及實際工程問題的具體解決。該案例側重項目開展,目的是讓學生接觸工程實際,接近科技前沿,將教材內容延伸,讓學生結合最新技術,創新性地開展項目研究。
三、結束語
在機械制造業信息化和創新型人才培養中,機械工程測試技術課程起著極為重要的作用。隨著課程教學的改革,教學課時量的壓縮成為一種趨勢。案例式教學是在課時量壓縮的前提下依然可以保證教學內容和教學效果的一種有效的教學方法。經過近十年的機械工程測試技術課程教學實踐和近兩年的案例式課程改革,通過各種案例的積累和優化,筆者充分感覺到課堂氣氛活躍了,學生的學習興趣提高了。學生普遍反映,通過機械工程測試技術課程的案例式教學,他們不僅掌握了課本知識,而且工程應用能力和科研分析能力也得到了鍛煉。
[ 參 考 文 獻 ]
[1] 石磊.案例教學法在《機械工程測試技術》的應用[J].機電技術,2011(5):147-148.
[2] 徐琳,李伯全.“C械工程測試技術”課程教學改革的研究與現狀[J].中國電力教育,2014(29):49-50.
[3] 郝鴻雁,劉葉華.工程案例導入在機械工程測試技術教學中的應用[J].大學教育,2014(3):102-103.
[4] 張鳳生,王海峰,孫忠義,等.機械工程測試技術課程教學改革與實踐[J].教學研究,2012(1):92-94.
[5] 文成,周傳德.機械工程測試技術“案例和實驗并舉”教學模式探索[J].中國現代教育裝備,2013(1):61-63.
[6] 劉建新,盧厚清.案例教學法的起源、特點與應用研究[J]. 南京工程學院學報(社會科學版),2011(1):60-64.
關鍵詞:對口升學;課程設置;資源建設
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.14.208
早在上個世紀90年代,遼寧省就開通了中等職業學校應屆畢業生對口升入相關普通高等學校繼續深造的渠道,建立了普通高等學校對口招生考試制度。我校也相繼開設了對口升學專業,但隨著目前考試文件的完善,對口升學專業課程必然要做出相應調整才能滿足考綱及大綱的要求。同時,豐富的資源庫建設也將提高教學質量,節省教學時間。
1 機電技術應用對口升學專業分析
目前,我省很多高校都開設了機電技術應用專業的三校生高考,也就是允許該專業的學生進行本專業的報考,從歷年高考招生計劃中不難看出,該專業的招生人數確實不少。而教育部公布的中職機電技術應用專業的專業方向是機電設備安裝與調試、自動化生產線運行、機電產品維修和機電產品營銷,對應的職業(工種)是機修鉗工、維修電工、裝配鉗工和工具鉗工,繼續學習專業有機電一體化技術、機電設備維修與管理、自動化生產設備應用,本科為機械設計制造及自動化和機械工程及自動化。從教育部公布的文件中不難看出,中職升學課程銜接很重要,結合現階段中職生繼續升入高校求學深造的需求實際,中職課程設置及資源庫建設勢在必得。
2 對口升學專業課程設置分析
我校升學班有三年制和一年制兩種班型,針對三年制班級在課程設置上就要考慮升學及就業兩種情況,所開設的課程一要包括考試大綱中要求的內容,由于中職升入到高職后大部分學生在專業大類中選擇的專業比較分散,因此專業技能課的重心要安排為專業核心課,一般應安排600左右個學時;二是要考慮部分選擇就業學生的適應社會及工作環境的技能考核內容,因此在專業技能課的學時也要考慮,特別是遼寧省推行技能考核制度,技能考核加入高考總成績,所以在課程安排上要考慮技能高考的考核因素,也要考慮與行業要求相匹配的職業資格證的考核要求,這個部分的學時約為400個左右。
3 中職機電技術應用專業課程設置的設計
根據以上分析,中職機電技術應用專業的課程設置要結合教育部的文件,中等職業技術學校要培養適應社會需要的 “技能型人才”,要培養符合社會主義現代化建設要求的具有綜合職業能力,德、智、體全面發展,在生產、服務一線工作的高素質勞動者和技能型人才。這與高職培養的“技術技能型人才”相吻合,體現了與高職課程銜接的要求。所以課程設置要有公共基礎課中的職業生涯規劃、職業道德與法律、哲學也人生等國家規定的政治課,嚴格按教育部的要求,學生在校的四個學期中每學期安排一門公共基礎課,每門課每周的學時為2。而計算機基礎也是學生必須學習的辦公基礎課程,這個課程是一門基礎知識課,在課時設置上可考慮每周兩學時,開設一學期就好。
綜合以上分析,由于專業技能課分為專業核心課和專業方向課,分配比例應為2:1,由于畢業生就業的工種多為機修鉗工、維修電工等,而升學學生升入高校所學的專業也為機電一體化技術,機電設備維修與管理及自動化生產設備應用等。因此,專業核心課程的設置思路為:機械制圖100學時、電工技術安排為100學時、極限配合與公差80學時、CAD為80學時,金屬工藝學120學時。專業方向課程中,機床電氣控制與PLC安排為100學時,機械制造工藝安排為80學時,鉗工工藝學安排為150學時,并安排3周鉗工實訓和2周的電工實訓,最后安排1周的實訓操作進行職業資格證書的考證。以上課程設置的分析即有部分學生就業的職業基礎知識,又有中職升學的專業基礎,專業方向課程相對弱化,主要安排與職業資格證書相關的課程,為學生進行單招考試及就業打下基礎。
4 教學資源庫建設
教學資源庫建設可節省教師不必要的重復工作,同時大家可相互借鑒并逐步完善各種資源,通過教學資源庫更新教師專業理念,啟發教學思維認識,提供教學素材和文件,以此不斷提高教學資源內容,滿足各種教學需要的同時提高教學效果。
4.1 建立一支強有力的教學資源建設隊伍
教學資源建設不是一個人的任務,它需要大家共同提供內容,并將大家積累的經驗及教學案例形成材料統一整理,這就需要建立一支強有力的教學資源建設隊伍,將教學資源建設任務細化、分解為若干個子任務,依據各學科的情況,確定個人的工作任務,使得資源建設分工明確,大家還可依據專業綜合情況集思廣益,集中整理, 培養教師的合作意識,提高資源建設質量。
4.2 基于對口升學專業的教學建設方案
依據目前我校開設的對口升學專業分析,筆者認為機電技術應用專業對口升學課程資源庫建設的基本思路為:
教學資源庫建設要考慮升學及就業兩方面,根據考綱及大綱要求結合專業規范及專業標準文件,形成一個完整的專業課程體系。該體系包括專業基礎課、專業核心課和實訓技能課。確定了各部分課程后,要進一步建設各課程資源素材,包括課程標準、教學實施方案、教學案例、對口升學歷年高考試題庫、對口升學習題庫、對口升學專業綜合試題庫、實訓指導書等建設豐富、系統全面的課程資源。
中職對口升學專業課的建設需要逐步完善,并Y合每年的考綱要求及社會技能人才培養的要求進行適當調整,這樣才能滿足升學及就業的需要。提高升學錄取率的同時,達到培養適應企業要求新型人才的能力。
參考文獻:
傳統的課堂應試教學側重于傳播課本知識,通常以了解、理解、掌握某個知識點作為目標;而案例教學則以現實需求為導向,改變了以傳授知識為中心的繼承性教育觀念,不僅強調學生獲取知識的重要性,而且更注重培養學生發現問題、分析問題進而解決問題的能力,而非課本知識本身,為學生創新素質的培養提供了廣闊的天地。
2案例教學法實施的關鍵環節
近年來,案例教學法因其在培養創新型、應用型、實戰型人才方面的獨特功能和效果,已被越來越多的人所接受,并在我國高校的教學過程中得到了廣泛的應用。然而,案例教學在具體實施的過程中很難用一種固定不變的方式。案例教學法的運用,要掌握好以下三個關鍵環節[3,4]:
2.1選擇高質量的教學案例
案例是進行教學活動的基本素材,沒有一目了然的唯一正確答案。合適的案例是成功進行成功案例教學的前提,因此必須精心選編。高質量的教學案例既要覆蓋足夠多的知識點,又要有合適的規模,即具備材料典型性、信息適量性和案例適用性等特點。通過案例分析,有助于打破學生的心理定勢,建立起隨機應變、觸類旁通、新穎獨特、發散思維與聚合思維相結合的創新性思維。
2.2創造良好的案例教學氛圍
案例教學的分析、討論環節應在學生做了充分準備、寫好方案的基礎上進行。在案例教學過程中,學生互相討論,自由發表自己的見解,無拘無束,課堂氣氛熱烈。教師只是這種氛圍的培育者和討論過程的引導者,對于學生的不同觀點,不要急于表態,又不能使他們離題太遠。
2.3完善案例教學技巧
與傳統教學方法不同,在案例教學過程中,教師需要從主角變成配角,學生則要從配角變成主角,這是實現案例教學實質過程的關鍵。教師應學會贊揚、學會傾聽、學會用熱烈的情緒感染學生,通過激勵機制鼓勵更多的學生積極主動參與到案例教學的討論活動中去,使他們由此獲得自信并感到自身的價值。
3材料成形工藝課程中案例教學法的具體應用
材料成形工藝課程是針對材料成型及控制工程專業本科生所開設的一門專業必修基礎課,旨在培養學生運用課程知識分析和解決工程問題的能力。通過該課程的學習,使學生全面深入理解常見工程材料液態成形、塑性成形和焊接成形的基本過程,并在掌握典型機械零件制造基本工藝的基礎上,初步具備根據零件使用要求合理選擇成形工藝以及根據工藝要求合理設計零件結構的能力。基于以上教學目標的要求,本文將不銹鋼保溫杯作為案例教學的工程對象,從金屬材料基本成形工藝入手,介紹了材料成形工藝課程中應用案例教學法的具體情況。不銹鋼保溫杯作為板料沖壓和焊接成形案例,其成形過程除了包括板料沖壓中的分離和變形工序,還涉及材料的焊接性能、焊接工藝、焊接變形等內容,要求學生理解和掌握沖壓件的結構工藝性要求、常用沖壓工序、排樣和毛坯尺寸計算方法、焊接結構工藝性要求、金屬材料焊接性能評價方法等內容。
3.1案例題目選擇
選取不銹鋼保溫杯作為教學案例,一方面是因為金屬保溫杯是大家日常工作和生活中較為熟知的日用品,學生平日里經常會接觸它,對它的形狀特征和使用要求比較熟悉(如圖1所示)。另一方面,不銹鋼保溫杯這一教學案例具有結構簡單、成形方法多樣、覆蓋工藝內涵豐富等特點,能夠給予學生足夠的探究空間。學生可根據自己對產品實物的理解和對專業知識的掌握,選擇不同的成形方法,實施創新性結構設計,并最終通過小組討論的方式完善工藝方案設計。
3.2案例教學設計過程
案例教學的具體設計過程一般包括案例任務布置、學生分組實施、PPT匯報討論、課堂總結點評、教師評分反饋等五個環節。[5]下面以不銹鋼保溫杯成形工藝設計為例,說明案例教學法在材料成形工藝課程中的具體應用。(1)案例任務布置:針對不銹鋼保溫杯的結構和功能特點,教師提出必要的成形工藝約束條件,如保溫杯外形設計要符合人機工程學、要有較強的保溫功能、要方便制造加工等,使學生聚焦思考。但同時也要注意不能約束太多,以免限制他們的想象力。教學過程中規定雙層保溫杯由外殼和內殼構成,內外殼之間設置有保溫層;外殼材料為塑性較好、易成形的304不銹鋼(中文名為1Cr18Ni9Ti),內層杯蓋材料為聚乙烯,產品形狀為簡單的圓筒形,直徑為Φ65mm,高度為160mm。成形后,要求保溫杯杯口處沒有接縫,光滑平整,無須打磨,廢品率低。(2)學生分組實施:建議學生自由組合,約5人一組,確定組長、組員各自的任務和分工。通常案例教學的實施應在相應章節課堂講授結束之后進行的,此時學生已經掌握了材料成形的基本概念和方法,因此可通過自學、查閱資料、分析討論等手段,并運用課本中所學到的沖壓成形工藝、金屬連接成形方法等理論知識來完成案例報告。由于案例作業的順利完成需要團隊成員間的有力配合,在集體榮譽感的推動下,各小組成員將會積極、主動地參與,充分討論和思考,集思廣益,從而大大提高了學生的學習效率和學習效果,加強了團隊協作能力的培養。最終,各小組組長將團隊中每位成員的研究成果匯總成一份案例報告。(3)PPT匯報討論:不銹鋼保溫杯是一個開放式案例作業題目,無唯一、正確的標準答案,因此可激發學生的創新思考和大膽嘗試。如保溫杯不銹鋼金屬外殼成形可采用沖壓工藝,其主要工序依次為:落料—拉深—二次拉深—切邊—卷邊-拋光;也可采用正反一體拉伸成形,其工藝包括落料—正拉伸—反拉伸—焊口—抽真空—封口等。建議在課堂教學的理論課時中專門安排1個學時,請各小組組長以PPT形式匯報各自完成的案例作業。教師在聽取學生匯報的過程中,要對工藝設計方案中錯誤的概念、工藝方法和工藝參數及時提出質疑,同時給出改進工藝方案的合理建議,引導學生進一步深入思考,尋找解決辦法,從而活躍課堂教學氣氛,真正實現教師和學生之間的互動教學。(4)課堂點評總結:教師在評定學生課堂報告時,要注意把握學生所選工藝方法和工藝方案的合理性,同時也要提醒學生適當考慮工藝設計的可行性和經濟性,即始終圍繞著“以最經濟的手段來生產出最合格的產品”這一原則來進行設計和討論。為獲得良好的教學效果,教師不僅要積極肯定學生的合理思路、創新方案和技術細節,最大限度地調動學生案例教學的學習熱情,同時還要指出案例報告中錯誤之處以及需要修改、完善的地方,并在此基礎上總結歸納出必要的理論知識和基本原理,要求學生重點理解和準確把握。(5)教師評分反饋:在課堂報告、討論和教師點評環節結束后,要求學生依據討論和點評意見對最初完成的案例教學作業進行修改和潤色。最終,教師對學生提交的最終案例報告進行等級制評分,同時給出簡要的評語并將評價結果反饋給學生。學生查看評語后,會進一步思考,以便提高對各種材料成形方法理論知識的學習效果。
4結束語
[關鍵詞]機電一體化系統設計;案例教學;學習興趣;創新能力
當前我國正在實施《中國制造2025》規劃,這對我國工程教育特別是機械工程教育提出了更高的要求,機械裝備制造企業迫切需要具備機、電、控制、信息處理等多學科融合的機電裝備設計制造復合型人才。機電一體化系統設計是機械設計制造及其自動化專業的一門重要專業課,它涉及機械技術、電工電子技術、自動控制技術、檢測技術、計算機信息處理技術等相關技術,是該專業所有專業課中工程性、實踐性、綜合性最強的一門課程,該課程后續的教學環節為畢業設計。機電一體化系統設計課程的任務是在先修課程的基礎上,從系統工程觀點出發,綜合運用各種專業知識,分析機電一體化產品的各組成要素之間的關系,實現機電系統要求的功能。因此,該課程對于學生全面了解和掌握所修其他課程的聯系,建立機電一體化的系統思維體系,培養綜合運用專業知識的能力,具有重要的作用。機電一體化系統設計的教學內容包括機械系統設計、傳感器測試、電機與驅動、微機原理與接口、微型計算機控制等內容。各部分內容之間相對獨立,課程自身的理論體系不突出,缺乏整體感。另外這些教學內容中的有些內容在先修課程機械原理、機械設計、數控技術與數控機床、機械工程測試技術、微機原理與接口、單片機原理與接口、微型控制技術等課程中均有所涉及,極易造成教學內容的重復,給學生一種重復教學的感覺,從而降低學生對本門課程的興趣。針對上述問題,我校在實施機電一體化系統設計教學中,以實現機械、電子、控制、信息等各異技術融合為目標,以實現閉環運動控制系統的伺服性能為出發點,以系統接口設計為主線,以案例教學為教學手段將以上教學內容有機結合,實施案例教學改革。[1][2][3]
一、緒論教學案例設計
緒論部分是機電一體化系統設計課程的關鍵部分,該部分對于學生理解本門的課程的特點和體系結構具有重要的作用,該部分主要突出機電一體化系統的特點、組成、設計方法以及接口等。在教學過程中,我們首先對數控車床與非數控車床兩個案例在結構、功能、優缺點上進行對比,機電設備與非機電設備的區別在于增加了大腦“控制器”和神經“傳感檢測單元”,從而提高了設備的自動化程度、精度和效率等。通過數控機床、機器人、AGV小車、數控雕刻機等案例介紹機電一體化系統的組成部分及各組成部分的功能,強調控制器和傳感檢測單元在機電一體化系統中的作用。另外在講解這部分內容時,突出機電一體化系統各組成部分之間的接口連接,通過機械接口(聯軸器、傳動機構等)、電子電氣接口(A/D、D/A、放大器、光電耦合器)、通信接口(232串行口、USB、以太網接口等)、軟件協議接口(TCP/IP協議、USB協議等)等案例,講解接口在機電一體化系統中運動、能量、信息傳輸變換中的作用,強調機電一體化系統通過接口將各異技術集成在一起,形成特定的功能。在機電一體化技術方向方面,主要強調當前“機械功能電子化,電子功能軟件化”的發展趨勢,通過伺服電機變速代替變速箱,無刷直流電機代替傳統電刷直流電機,電子表代替機械表,電子秤代替機械秤,高能束加工代替刀具切削加工等案例講解機械功能電子化的發展趨勢及帶來的優勢。通過軟件PID控制算法代替硬件PID控制器,可編程控制器PLC代替邏輯繼電器電路,可編程邏輯陣列FPGA代替專用芯片等案例講解硬件功能軟件化的趨勢及優勢。通過以上案例,讓學生深刻認識機電一體化技術的發展方向及帶來的優點。在緒論部分實施案例教學,可以避免相關知識點的填鴨式和說教式教學,使學生對機電一體化系統設計這門課程有一個系統的認識,強化了學生對機電一體化系統組成、功能、設計方法等知識點的認識。
二、機械系統教學案例設計
由于教學對象是機械專業的大四學生,多數學生一看到“機械系統設計”這個標題就感覺這部分沒有新的內容,認為該部分內容是機械設計課程內容的重復,甚至認為這部分內容非常簡單,沒有必要在課堂上講。恰恰相反,機械系統設計是機電一體系統設計中最為關鍵的一部分。因此,在開始講解這部分內容前,應該首先點明機電一體機械系統設計與普通機械設計的區別,提高學生對該部分內容的興趣。在課堂教學中,該部分首先通過如圖1所示的機械一體化系統中典型的閉環控制系統,說明機電一體化產品中的機械系統與非機電一體化產品中的機械系統最大的區別在于:機電一體化產品中的機械系統是微型計算機控制的閉環系統的組成部分,因此在進行機械系統設計時必須要考慮機械系統的結構參數(慣性、剛度、摩擦、阻尼、傳動間隙、固有頻率)對閉環系統伺服性能(快速性、穩定性、準確性)的影響。基于這一區別,展開講解機械系統的結構參數對閉環系統伺服性能的影響,以及如何從機械系統設計的角度提高整個閉環系統的性能。機械系統設計部分的另外一個重要內容是傳動機構設計,通過齒輪傳動案例中的間隙、剛度等對伺服性能的影響,說明在機電一體化系統中應該盡可能縮短傳動鏈,提高閉環伺服系統的性能,并以伺服電機變速代替傳動機構變速、直線電機、力矩電機、電主軸等作為縮短傳動鏈的案例;只有當電機與負載不能匹配的時候才考慮使用傳動鏈進行力矩、速度、轉動慣量的轉換。齒輪傳動鏈設計部分包括最佳傳動比的選擇、傳動級數的選擇、傳動比的分配等,這三部分內容的講解都圍繞提高伺服性能為根本目標,重點講解最小轉動慣量原則、輸出軸轉角誤差最小原則分配傳動比。為了區別機械設計,本部分除重點講解齒輪傳動鏈設計外,還通過數控機床旋轉進給工作臺、A/C軸雙擺角銑頭、機器人關節減速器等案例講解了雙導程蝸桿蝸輪傳動結構、諧波減速器、RV減速器的各自原理以及在機電一體化系統中的應用。
三、計算機測控系統教學案例設計
計算機測量控制系統是機電一體化系統的核心,它負責采集機械部件的運動信息,并與給定值比較,生成運動控制指令。該部分的教學內容在機械工程測試技術、數控技術與數控機床、單片機原理與接口、微機控制技術等課程中均有涉及,因此,在本課程教學中將傳感器、伺服電機、工業控制機結合起來,以工業控制機為中心,以接口為橋梁,將相關內容通過案例整合在一起。首先簡單介紹增量式旋轉編碼器、光柵、感應同步器等位移測量傳感器的位移測量和辨向原理,由于上述傳感器直接輸出相位相差90度的正弦信號,因此隨后重點講解傳感器的接口電路如何對正弦信號處理獲得相位相差90度方波信號,以及如何完成變相細分等功能。在控制電機部分,重點介紹了步進、直流、交流電機的功率驅動電路,如斬波恒流功放電路、PWM原理、SP-WM原理等,比較了三種電機在扭矩和功率輸出特性上的不同點。最后以8051單片機為處理器,使用Proteus軟件設計了教學案例[4][5],涉及位移傳感器測量接口電路和D/A轉換接口電路,PID數字控制等知識點。
四、機電一體化系統教學案例設計
機電一體化系統是一個機械、電子、控制、信息等各異技術相融合的系統,在機電一體化系統設計課程的最后一章,以電腦刺繡機為設計實例,通過對這一典型機電一體化系統的設計過程,使學生能夠根據設計需求綜合應用機械系統設計、傳感器測試、電機與驅動、微機原理與接口、微型計算機控制等各方面知識來設計一個機電一體化的系統。如圖2所示,刺繡工藝的動作包括繡框在x、y兩個方向的直線往復運動和繡針在z方向的連續上下往復直線運動,通過這兩類運動的配合和刺料機構的作用形成線跡,繡框在x、y兩個方向的移動距離決定了線跡的長度和方向,繡品由線跡的集合構成。繡針在織物上方時,繡框沿x、y兩個方向移動到指定的位置,當繡針自上而下落到織物表面時,繡框停止移動,在刺料機構的作用下即完成一針線跡的動作。根據機電一體化系統的幾個功能要素,電腦刺繡機由微機控制系統(控制與信息處理單元)、移框步進電動機及主軸電動機(驅動與執行單元)、x、y、z三個方向的傳動機構及刺料機構(機械傳動單元)、針桿位置傳感器(傳感檢測單元)、220V單相交流電源(動力單元)、機架(機械結構單元)以及各部分之間的接口組成。由刺繡打版機輸出的刺繡花樣數據保存在電腦刺繡機的EPROM或磁盤中,電腦刺繡機的工作過程如下:控制微機啟動主軸運轉,由刺料機構帶動旋梭和針桿運動,微機從刺繡花樣數據文件中順序讀取每一針的x、y相對位移坐標,根據坐標數據通過兩個電機的協調運轉驅動繡框在平面內進行移動,微機通過讀取針桿位置檢測器的信號使繡框的平面移動與刺料機構的運動相互配合。電腦刺繡機設計參數的計算主要包括x、y、z三個方向運動件的運動參數和動力參數的計算、結構參數計算以及品質參數、環境參數和界面參數的確定。運動參數計算主要包括主軸轉速范圍的確定、繡框位移計算、繡框位移與主軸轉動的運動配合、繡框運動速度計算、主軸轉速計算、x、y步進電動機工作頻率及傳動比計算、移框加速度計算等;動力參數計算主要包括刺料機構驅動功率計算、移框步進電動機驅動力矩計算等;結構參數計算主要指刺繡機工作臺面的長、寬、高三個方向尺寸的計算及機頭頭距的計算;品質參數主要包括系統可靠性、傳動精度等;環境參數包括工作電壓、環境溫度、環境濕度等;界面參數則用于表征機器的人—機對話方式和功能。系統各部分之間通過接口進行連接,主要的接口包括微機系統前向通道與各傳感器模塊的接口以及微機系統后向通道與各功率驅動模塊的接口,各接口通過采用光電隔離技術防止外部模塊對微機系統的回饋干擾以及防止強電信號對微機電源的干擾。盡管電腦刺繡機由微機對刺繡工藝實行全面控制,但刺繡過程會出現斷線、斷針等隨機因素。為保證刺繡工藝的準確進行,系統必須對針桿位置、繡線通斷狀況、繡框極限位置進行實時檢測,因此,系統必須包含繡針布上布下位置檢測、針桿最高位置檢測、斷線檢測、繡框越界檢測等傳感檢測模塊。各傳感器模塊與微機系統前向通道之間需要進行接口設計,另外,微機系統后向通道與電機驅動模塊之間也需要進行接口設計。微機控制系統是電腦刺繡機系統的核心,根據用戶要求和工藝分析,控制微機除完成用戶的基本要求外,還應具備花樣存儲與選擇功能、記憶功能、工作狀態顯示功能、各種進退針功能等功能。微機控制系統設計除滿足上述設計要求外,還應對控制微機的軟硬組成方案進行初步設計。
五、結束語
針對機電一體化系統設計課程工程性、實踐性、綜合性最強的特點,圍繞機械一體化閉環伺服系統的各組成要素,實施案例教學,通過典型案例實現理論教學和實踐教學相結合的教學方法,不但加深了學生對機電一體化系統的理解,而且提高了學生學習興趣、自學能力和創新能力,取得了良好的教學效果。
[參考文獻]
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[關鍵詞]高職;電工電子教學;現狀;教學方法
經濟的迅速發展帶動了科學技術的進步,各行業的自動化與電氣化程度在逐漸提高,從而行業技術人員更應該具備較強的電工技術技能與理論知識,隨著行業的不斷進步,各種新技術不斷涌現,使高職電工電子課程教學內容得到了相應的拓展,但是目前很多高職院校在不斷地減少專業培養學時,導致學生不能對所學知識有更深入的理解和認知,更不能把學到的理論知識應用到實踐中,無法成為企業發展需要的高素質人才。
一、目前高職院校電工電子教學現狀
(一)教學內容較為落后
當前有不少高職院校的電工電子教學內容比較落后,從而使學生無法奠定扎實的專業基礎。另外,學生個體的差異,也導致學生在學習能力和理解能力方面存在差異,對于理解能力較差的學生來說,教材中的較多內容無法全面掌握。同時當前高職電工電子教學內容的理論性知識偏多,導致學生沒有足夠的時間去實踐。只是枯燥的理論,不能把理論在實踐中得到應用,會在很大程度上降低學生對該專業學習的積極性。
(二)高職電工電子教學內容缺乏深度
目前,高職電工電子教學存在缺乏深度的問題。雖然教師也在追求改革,但往往只是在教學過程中根據課時的安排更改教學內容,這種做法最終導致出現教學不連貫的情況。另外,在教學模式上缺乏創新,使教學無法達到理想的目標。
(三)缺乏高素質的師資團隊
教師是學生的引導者,教師只有不斷地提高自身綜合素養才能更好地引導學生,但是目前存在缺乏高素質師資團隊的問題,部分教師只擁有過較強的專業理論水平,卻缺乏一定的實踐操作能力。并且很多教師在教學中根本沒有結合企業工作的實際流程來教學,還是只依靠書本知識,無法掌握教學規律,不具備“雙師型”的素質。
(四)教學的局限性較強
高職院校電子電工這門課程的實踐性、應用性特別強,教師要引導學生把學到的理論知識充分應用到實踐中,但是目前高職電子電工教學的局限性較強,教師往往把教學范圍局限在課本知識中,而不善于拓展學生的知識面,也無法在教學過程中例舉一些優秀的課外教學案例,學生無法深入了解自身所學到的知識。
二、提高高職電工電子教學質量的方法
(一)采用多樣化的教學方法
興趣是學習的根本動力。在高職電工電子教學過程中,教師應當不斷地思考、實踐,善于采用多樣化的教學方法,以達到提高學生學習興趣的目的。教師要摒棄灌輸式的教學模式,不斷創新教學理念,在教學中起到良好的引導作用,把學生作為學習的主體,讓學生真正成為課堂的主導者,讓他們敢于發現問題,敢于提出問題,達到深化理解和認知,形成良好探索精神的目的。
(二)加強實驗教學
電工電子是一門以實踐為基礎的學科。因其實踐性較強,教師在教學中不但要做好理論教學,還要注重實驗教學,引導學生多動手操作,在實際操作中掌握和運用所學的知識,提高學生的動手能力。另外教師在教學過程中可以加強現代多媒體技術的應用,因為多媒體技術能夠用圖片、聲音、視頻的形式把實驗過程表現出來,因為電工電子有些實驗是無法在課堂上展示的,而通過多媒體技術展示給學生,讓學生能更加直觀地觀察實驗過程。
(三)更新教學評價體系
評價是對學生學習成果的總結,好的評價體系對提高教學質量有重要的促進作用。在高職電工電子教學中要不斷更新教學評價體系,以往的教學評價中總是以學生的理論成績作為評定的標準,而這樣無法提高學生學習的積極性,也無法保證教學評價的公平性,所以教師要采用綜合法的形式評定學生,包括學生的理論知識、實踐操作能力、課堂表現等,這樣才能讓學生端正學習態度,用認真的態度對待該門專業,提高學生的綜合素養。
三、總結
總之,在高職電工電子教學過程中,教師要不斷地更新教學理念,把學生作為課堂教學的主體,提高學生學習該門課程的積極性,提高學生的實踐能力,引導學生把學到理論知識充分應用到實踐操作中,這樣才能提高課堂教學效率與質量,讓學生對所學知識有更深入的理解和認知,從而成為社會、企業發展需要的高素質技能型人才。教師在電工電子教學中要起到一個良好的引導作用,引導學生找到適合自己的學習方法,師生共同構建高效課堂。
參考文獻:
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【關鍵詞】電工電子技術課程;微課;應用
在新時期,網絡信息技術得到了迅速發展,電工電子技術教學作為一門基礎性的信息化學科也得到了普遍的推廣,并且其具有掌握信息量廣泛、涉及內容多及實踐性較強等特點。但從電工電子課程教學現狀來看,大多數教師仍然采取傳統的教學方法,只重視電工電子知識的傳授,卻忽略了為學生提供實踐操作的機會,進而導致學生在枯燥的學習環境中逐漸失去了學習熱情。為有效改變這種現象,教師應積極應用新型的教學模式,提高學生的實踐水平,為日后的電工電子課程學習奠定基礎。
一、關于微課教學模式的含義和特點概述
微課教學模式作為一種新型的教學方式逐漸受到重用,其不但改善了以往對學習時間和場所的嚴格要求,還積極采取各種新穎的形式展開教學,如視頻教學方式,為學生展開電工電子技術學習提供了便利。同時微課教學模式的廣泛使用不僅依靠于其課堂教學的靈活多變,更重要的在于其課堂教學時間短,能夠有效突出重點難點內容,進而達到高效教學的目的。微課的教學形式還能逐漸加強學生和教師、學生和學生之間的溝通交流,使他們能夠互相幫助和借鑒,進而最大限度提高學生的學習效率。
二、對電工電子技術課程的教學現狀分析
電工電子技術課程就是將理論性知識和實踐操作相結合的一門學科,其不但要求學生要牢固掌握電工電子的理論性知識,還要求學生具備較強的動手實踐能力。雖然目前大多數學校和教師都已經實行針對性的教學方式,但由于一部分學生自身理論性知識的欠缺,導致出現了以下幾個方面問題。
第一,在實際的電工電子技術教學中,學生對基礎知識的掌握存在一定的差距,導致他們綜合水平參差不齊。如果教師還是沿用傳統的教學方式,只會使學生失去學習興趣,無法實現最佳的課堂教學效果。
第二,在傳統的電工電子技術教學中,學校對教學時間有著嚴格的規定,致使教師不能在課堂教學中進行全面具體的講解,容易使學生存在理論性知識方面的漏洞。
第三,雖然現階段的大多數學校都已加強了對信息化技術教育的重視,但在學生的實際應用階段還是存在一系列問題,導致學校信息化資源的大量浪費。
三、微課教學模式在電工電子技術教學中的重要性分析
(一)完全滿足學生的自身特點
大多數電工電子技術的學生基礎知識較差,對于一些理論性知識的學習普遍存在抵觸心理,這和學生長期以來養成的學習習慣有著很大的關系。這種行為在短時間內無法改變,并且學生認為實踐操作能力比理論性知識更有意義,這些都會導致學生電工電子技術的理論性知識總體水平較低。為有效解決這一問題,教師就要在電工電子技術教學中,合理采用微課教學方式,充分M足學生時間自由安排的特點,再加上微課教學模式具有時間短、直觀生動及重點突出等特點,因而不但能最大限度改變學生對電工電子技術理論性知識的抵觸心理,還能有效提高電工電子技術課程教學的效率和質量。
(二)充分滿足電工電子技術課程的教學特點
在學校教學中,電工電子技術課程能在多個專業領域得到應用,但其涵蓋的內容較為廣泛且復雜,并且課堂教學時間較短,讓學生在較短的時間內對如此復雜多變的內容進行學習是非常艱難的。因此,教師要合理利用微課這一教學形式。對于學生來說一些較難的知識點,教師可以引導其充分利用課下時間以微課的形式進行學習,一旦在學習過程中遇到任何問題,學生可以立即停止學習,直到將難點內容充分了解掌握之后方可繼續學習,避免出現學習上的漏洞。同時由于電工電子技術課程屬于一門實踐操作性較強的學科,教師應將該門學科的理論內容和實踐操作有效結合,從而促進學生的日后全面學習。除此之外,微課教學主要是以視頻教學的形式展開,不但便于學生以更加直觀的方式進行學習,還能對一些實踐操作流程和構件展開詳細的了解,有利于提高學生的電工電子技術綜合水平。
(三)有利于電工電子技術教學的教師全面成長
在目前的電工電子技術課程教學中,微課新型教學模式的應用不但能為學生提供高質量的學習平臺,還能最大限度提高教師的教學水平。教師在對微課進行制作時,不但要以自身的教學經驗和學生的實際水平為基礎,選擇有價值有意義的內容進行微課制作,還要將重難點內容以最簡潔的方式向學生展示,滿足學生的趣味性要求。由此可知,微課教學模式不僅能推動教師對技術課程內容展開深入的挖掘,進而便于學生對其進行理解,還能有效提高教師的實踐操作能力和專業知識水平,從而促進教師的全面成長。
四、微課教學模式在電工電子技術課程中的應用分析
(一)微課教學模式在電工電子課前的預習應用
現階段學習電工電子技術的學生,其積極主動性較低,大多數學生都沒有養成課前預習的習慣,因而在對新知識進行學習時存在一定的障礙,破壞教師的教學流程,不利于學生對電工電子技術課程新知識的掌握和明確。為有效改變這一現象,教師就可以合理利用微課的教學模式,合理突出重點內容,并以生動幽默的方式向學生展現課程內容,吸引學生的學習興趣和熱情,從而實現高效教學的目的。同時,教師為學生預留的課前預習內容也不能過于簡單化,否則會使學生失去基本的探索求知欲望,但也不能過于復雜化,否則會極大降低學生的自信心。除此之外,教師在對電工電子技術課程內容進行微課設計時,要選擇難度適中的內容,進而有效激發學生的學習積極性。如:在學習有關整流電路相關內容時,教師可以在電路圖講述的基礎上搭配相應的音樂背景,然后通過動畫的方式向學生展示電路的布線情況,以此來引導學生對電路波形進行有效分析;教師還可以增加一定難度,如將二極管進行調換,讓學生針對其展開研究探索。
(二)微課教學模式在電工電子知識掌握方面的應用
一般教師在對電工電子技術方面的重難點內容進行教學時,可以積極通過微課為學生展示一些典型的標準案例,進而引導學生探索其內在規律,還可以將班級學生分成幾個小組,教師引導學生進行視頻的觀看,從而達到課堂教學的最佳效果。例如:在學極管相關內容的知識時,由于其具有較強的實踐操作性,因而在實際教學中教師往往都要借助一些實驗來達到教學目標,并且教師還可以將教材內容和視頻有效結合,將二極管的相關實驗錄制成視頻,然后通過視頻的方式向學生更直觀地展示相關知識點,從而形成一個典型的教學案例。通過這種方式不但能有效鞏固學生的已學知識點,還能提高學生的電工電子技術水平,達到理想的教學效果。
(三)微課教學模式在電工電子技術課堂上的應用
通常在進行電工電子技術教學時,其中涉及多個實驗環節,但往往只有前排學生能真實感受到實驗的變化和每個具體的流程,而后排的大多數學生則無法通過實驗變化來學習課堂內容,從而導致教學效果并不理想。為有效改變這種現象,教師就要在電工電子技術課程教學中積極引入微課教學模式,在大屏幕上為學生展示實驗操作,進而使學生充分掌握實驗的具體流程和變化,便于其更好地理解和學習。例如:在進行晶體管的相關實驗操作時,由于二極管等體積較小,在具體實驗過程中不利于實驗效果,因此教師可以以微課的形式展示。
(四)微課教學模式在電工電子技術課后復習中的應用
電工電子技術課程中包含著許多的復雜知識點,如果單單依靠教師在有限的課堂時間范圍內進行講解,是無法使學生有效掌握課堂內容的,并且還會導致課堂漏洞的出現。在這種狀況下,教師就可以充分發揮微課的優勢,將學生不理解或是沒有聽懂的知識點利用課下時間讓學生進行復習鞏固,以充分滿足學生對知識的實際需求,提高學生的電工電子技術水平。
五、結束語
總之,微課作為一種新穎的教學模式在電工電子技術課程教學中得到了廣泛的應用和重視,其不但能充分發揮出微課教學的生動靈活性特點,還能成為提高學生電工電子技術水平的有效工具,使學生能夠對電工電子技術中的重難點知識進行全面的了解和掌握,從而激發學生的學習興趣,達到理想的教學效果。
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關鍵詞:教學設計;教學活動;教學方法
電子產品生產工藝與管理是一門實踐性很強的課程,為了使學生進一步掌握電子產品生產工藝與管理方面的基本理論、基本知識和基本技能。筆者基于行動導向教學法設計了本教學方案。本教學方案包括:教學目的與對象、教學內容的安排、教學時間的分配、教學活動的組織與調控、教學方法的選擇與應用、教學評價方式與手段的應用等。
一、單元教學設計流程
課程的單元教學設計是所有課程教學的基礎,具體流程包括教學目標的確定、學習者分析、教學內容的安排、教學方法與策略、教學媒體與手段、教學環境與情境及教學評價與反思。
二、教學案例的設計
1.教案
(1)設計思想。電子產品生產工藝與管理是電子技術應用專業學生從事電子行業必須掌握的基本技能。在課程設計理念上,要充分體現職業性、開放性和實踐性。為此,在課程教學思路設計上,部分內容通過案例分析討論、現場教學和情境教學法幫助學生解決共性的理論認知問題,更多的則是通過在校內的電工電子綜合實訓中心和校外建立的實訓基地進行強化實踐教學學習,著力培養學生的職業能力。實訓體系由單元化實訓任務和綜合性實訓項目構成。
(2)教學內容分析。通過學習電子元器件引線加工成型與插裝技術,掌握電阻、電容、晶體管、導線、開關、接插件等元器件的引線成型工藝,掌握電子元器件的插裝工藝。
(3)教學內容處理。學生需要在教學活動中充分發揮自主參與的主動性。所有任務實施計劃、人員分配、材料配置都將由學生獨立完成,在教學過程中,教師起指導、咨詢作用,讓學生有充分的機會自行處理任務實施中出現的各種問題。教學目標為:①知識與技能目標:初步具有查閱電子元器件手冊并合理選用元器件的能力,會使用常用電工工具,初步具有制作元器件引線的加工成形的能力,初步具有進行元器件插裝的能力。②過程與方法目標:了解電子產品生產工藝的認知方法,培養學習興趣,形成正確的學習方法,有一定的自主學習能力;具有一定的交流、分析、解決問題的能力。③情感態度與價值觀目標:樹立辯證唯物主義觀點,養成實事求是的科學態度和良好的職業道德;具有創新精神和團隊精神。
(4)學情分析。本課程主要針對電子技術應用專業一年級學生。學生在學習該課程之前要熟悉常用電工工具的使用,基本電子元器件的識別與檢測,基本電工電子知識與技能等。
(5)重點和難點分析。重點:掌握電子元器件的加工工藝和插裝要求。難點:電路的整體安裝、安裝時人員的配合、工具的使用、異常情況的排除等。
(6)教學策略選擇與設計。學生進行自由分組組合,原則上每組人員在3~5人。學生分工角色有組長、檢驗員、物料員、作業員等。
(7)教學環境及資源準備。教學環境:具有多媒體教學條件的實訓場地。實訓工具:尖嘴鉗、鑷子、電子元器件若干。
2.教學設計
(1)情境創設。職業崗位角色:技術工人;行動虛擬情境:模擬電子產品生產線;設備與工具:尖嘴鉗、斜口鉗、鑷子等。
傳統填鴨式教學法以傳授知識為主,學生上課缺乏思考,考試時機械應考,成績與實際能力不相稱,有高分低能的現象,不太適合施工安全課程的教學,當面臨各種新變化和背景復雜的情況時,傳統的知識不能迅速轉化為能力,難以很快做出決策。案例教學是由美國哈佛法學院于1870年首創并推廣,迅速傳播到世界許多地方,被認為是代表未來教育方向的一種成功有效的教學方法。其主要作用是培養學生的創造性思維,并能嚴密推理、判斷、表達及解決問題等實際管理能力。20世紀80年代,案例教學引入我國。早期應用較廣的工商管理案例,將實際發生的事例,包括各種確定和不確定的信息、相關意見和實施過程的商業管理及其決策過程記錄下來,編寫成為案例用于課堂教學,基以培養學生的分析判斷和決策推理能力。類似的方法可以應用到路橋施工安全管理教學中,搜集整理包含不同路橋施工背景、事故、隱患、問題、選項、相關意見和選擇過程的管理和決策記錄,形成施工安全管理案例,并用之于教學。因此,施工安全管理案例實際上是借鑒其他行業領域案例的一種具體應用,它和其他專業案例一樣,目的都是通過將實際事件的典型過程科學有序再現出來,以引導和培養學生的推理和決策處理能力。
二、促進路橋工程施工安全管理教學
國家強調全面實施素質教育,加快發展現代職業教育,立德樹人,質量興教,加強內涵建設,培養學生社會責任感、創新精神、實踐能力。作為施工現場的技術人員,應具備相應的安全知識和技能,對個人和企業及項目都是非常有益的。路橋施工安全是交通高職路橋類專業群中重要課程之一,安全與事故是對立的,而事故的發生都有一定的原因,施工安全課程正是從探究這些原因而展開的,而通過案例可以很好地完成事故前因后果的展示和分析。隨著社會的發展,施工安全管理課程在專業建設中的位置越顯重要。安全意識是人的生存本能之一,路橋施工場面宏大,涉及材料、人員、用電、機械設備、高處作業、水上水下、季節性施工等危險因素,必須進行專門的學習和訓練,才能滿足現場的安全生產需要。要正確理解和處理好理論教學和實踐教學關系,案例教學可以實現理論與實踐并重,對職業精神等軟技能的培養也有較好幫助。應當充分地消化吸收基礎理論,案例教學對授課教師的專業實踐能力有一定的要求,通過他們的真情實感和高質量分析推理,促進學生綜合處理能力的提升。
三、案例的選取
(一)根據課程內容
高職路橋類專業相關課程包括施工安全管理的實訓受行業特點影響明顯。案例教學可以有效彌補現場教學等實踐教學的不足,綜合考慮,提前選擇,由于施工內容繁雜,案例中不可能面面俱到,也很難在某個方面搞得非常精深,重點應是通過案例,促使學生形成安全員基本職業技能,以及敬業精神、分析判斷能力、推理能力、應變能力、協作能力等方面的專業訓練。案例教學對于學生安全技能的培養和訓練有著重要的作用,是實踐教學的重要形式之一。路橋工程安全施工內容龐雜,涉及的因素多,如路基、路面、橋涵、隧道、房建及拆除工程安全;機械設備安全;危險源辯識、風險評估與控制;隱患排查與治理;防火與消防工作,應急響應與事故救援、調查和處理;安全檢查與問題整改、職業健康;安全標識、標牌等各個方面,需認真加以分析,精心設計案例內容,構建教學路徑,設置問題節點。
(二)根據案例性質
公路施工現場情況復雜,從現代路橋建設開始,國內外不斷地發生各種各樣的安全質量事故,也有做得比較好的典型案例。案例的選取應有針對性和說服力。從案例性質方面的選擇上,首先,要有一定的典型性,比如在施工實踐中的機械傷人事故、橋梁垮塌、觸電、墜落等,要善于收集整理一些社會影響大,具有較強典型意義的案例,按照典型案例的評判和處理,對以后實踐中遇到類似事件,熟悉其處理過程,分析其產生原因,采取有效措施加以防范和制止,為以后類似問題的處理提供參照。同時,對于參建單位的類似行為產生引導作用,對自己和本單位的類似行為作出預期,以規范施工中的各種行為。其次,要有一定先進性,結合當前國內推行的公路工程施工標準化和平安工地建設,對做得比較好的和水平比較高的項目加以總結和提煉,應用到教學中,既推廣了先進的經驗做法,又使建設水平上升到新的高度。還有,案例要有一定的普遍性。這相當于常規的安全培訓,也是正常的應該做到的一些基本要求,不需求超水平發揮,隨意發揮易導致不合格品,即會誘發事故,只有按常規要求,合理操作,才能把安全生產控制在一個穩定的水平。
(三)根據教學需要
隨著教學進度的推進,師生互動的加強,對教學中的薄弱環節和其他課程對本課程的影響也逐步有深入了解,這時候根據教學的需要調整相應的案例。重視并建成比較豐富的案例庫,可以根據教學的需要進行選擇運用。教師客觀地點評有效地幫助學生驗證解決方案的價值和引導職業技能的形成。通過典型案例素材的展示,能夠使學生的注意力高度集中,調動學生進入到學習狀態,激發學生學習的興趣。對典型案例素材引導學生進行思考分析,重在思路的構建與整理,幫助學生學會透過現象看本質,舉一反三,總結規律,達到遷移知識、培養能力的目的。有鑒于此,可以選取一些操作性較強、容易找到切入點的案例素材,加以整理研究,在課堂中使用,通過教學實踐可以進一步修改、完善,使案例素材更貼近教學實際需要,更符合教師個人的教學風格。
四、案例教學的實施與效果評價
(一)素材的收集和加工
案例教學成功的第一步就是要選一個合適的案例供學習討論[2],現在信息社會,大數據時代,網絡媒體發達,注意收集和整理各種路橋工程施工過程素材,加工成有用的教學案例。事件只是案例的基本素材,并不是所有的施工中發生的事件都可以成為案例。能夠成為案例的事件,必須包含有問題、疑難情境或一定的教育指導意義在內,并且也可能包含有解決問題的方法在內。也正因此,案例才成為一種獨特的研究成果和教學情境的表現形式。教師有大量的實際問題,需要通過研究,妥善解決,自覺或不自覺地進行了大量的教學研究,有很多經驗和教訓,其中不乏真知灼見,會給教師留下比較深刻的印象,成為撰寫教學案例的素材。教師有事實可說,有道理可講,課堂教學便如魚得水,揮灑自如。大量收集路橋施工過程中各個領域的事例,是教師撰寫教學案例取之不盡、用之不竭的源泉。事實證明,選取適當的案例進行教學,對學生安全職業技能的培養效果很好,這也是案例教學法范圍廣泛、久用不衰的原因。聯系學生周圍的生活現象與生活體驗中提煉出一系列的小問題作為案例素材,能夠提高學生學習的積極性,激發學生探究問題的興趣,加深對這一部分內容的理解。如安全用電、高處作業、季節性安全施工等。如果能夠及時地將最近的時事新聞中安全方面的事例,較好地融入到課堂教學中,將會豐富學生的視野,吸引學生對課堂的關注,提高對時事政治的關心,加強了課程的時效性和實用性。對于教師而言也能夠豐富教學方法,更好地讓學生吸收知識、增強能力,例如,央視大火案、上海大火事故。
(二)案例教學的實施
學生通過感知材料背景,引發興趣,才能提出問題,激活其求知的動力源泉[3]。案例教學由觀看案例資料、學生討論分析、教師啟發引導、歸納結論等幾部分組成。例如,在講授《施工安全管理》這門課的路基土石方安全施工時,先讓學生了解與此相關的背景知識,再提出問題切入到討論的案例中,循序漸進分析個案,由學生自行歸納出正確答案。例如,案例資料之一:某年5月19日下午約16時30分,土方工程公司安排王XX進行挖掘機的操作,王在沒有取得場內機動車駕駛操作證、現場沒有專人負責指揮,并在酒后情況下登機操作,在未確認作業區內無行人和障礙物的情況下,進行挖掘機倒行,把正在搬運鋼管的水電工、電焊工壓倒,造成一死一傷的事故。請根據以上資料探討分析事故原因及防范措施。討論分析時,預先將班上學生分成若干小組,每小組6-7人,指定一位小組長,各組在規定時間內由小組長牽頭自行討論,將討論結果進行整理、匯總。然后,由教師組織課堂討論,進行口頭案例分析,評價每個小組的討論結果,師生一起不斷地討論與深入分析,適度擴大討論范圍,拓寬學生的思路,啟發更深層次的思考,不斷激發學生探索性學習的興趣,去偽存真,精益求精,找出符合情景要求的合理答案,培養學生邏輯推理、自主學習與研究的習慣。
(三)教學效果反饋評價
案例教學背后的理念在于對教學質量和教學效率的追求[4]。經過實踐,發現在施工安全管理教學中,運用案例教學法來完成基本理論、基本內容的教學,課堂氣氛活躍,師生都很歡迎,提高了效率,保證了教學質量。教師在貫徹落實教學目標的基礎上,要充分準備,考慮全面、規范,治學嚴謹,切忌沒有考量,信口開河。善于啟發學生,互動質疑,逐步深入,指導學生積極思考和發問,才能使得課堂氛圍和諧活躍。案例教學是師生教學相長,共同提高進步的過程,尤其對于教師來說,每一次的教學過程都應會有新的感受和認識。案例教學強化了課堂教學知識的運用和掌握,有利于安全技能的形成,克服了理論脫離實際的不良傾向,增強畢業生對今后工作環境的適應能力,有助于加強師生合作性,進而構建和諧的現代化教學模式。經過適當的設問和課前課后的互動,反饋課堂案例教學的效果,尋找改進措施,不斷完善案例教學的內容和形式。加強與工程一線技術人員和安全管理人員的溝通交流,制定一定的標準,對案例教學的效果的進行評價和考查,用以不斷優化教學內容和程序,避免機械重復,注意與其他教學方法的配合使用,持續改進教學質量。
五、結束語
【關鍵詞】PLC 案例教學 項目教學 整合創新 校企合作 教學效果
一、問題的提出
PLC簡稱可編程控制器,自20世紀60年代問世以來,在工業控制領域獲得了快速的發展。它通過編程的軟件來實現控制,在工業控制的各個領域得到非常廣泛的應用。作為機電技術應用專業的主干課程和高級維修電工的必考內容,許多學校開設了該課程,但面對目前職業學校學生學習基礎差的現狀,很多時候,教學效果不盡如人意,如何提高PLC課程的課堂教學效果,讓學生掌握PLC的基本知識和技能,成為擺在我們每一位教師面前的重要課題。
目前PLC教學過程中通行的做法是:很多職業技術學校的老師完全按照教材,先將PLC的全部基本指令教授完畢,然后才進入應用和實踐的環節。這樣的教學方法使學生總是面對著一些枯燥的指令,大大打擊了學習的熱情,等到應用和實踐環節時,之前的指令又忘記了大半。這種傳統的講授模式并不適用于PLC課程的教學。近年很多老師也提出了諸如案例教學、項目教學等方法,但在實際教學中,又極容易走極端,選取的案例、項目偏離目前中職學生的實際水平,脫離學生的實際。另一個不容忽視的問題是:目前我們大多數老師都是大學畢業后從學校到學校,參加企業實習、工作的時間很少,在應用PLC解決實際問題方面本身就存在一定的局限性,凡此種種,均使PLC課程的教學效果大打折扣,筆者結合近幾年從事PLC課程教學的經驗和體會,談談自己的一些基本看法。
二、PLC教學方法和手段探討
(一)關于案例教學法
案例教學法是一種實踐性較強的教學方式。PLC的課程的案例教學法,就是根據教學目標和教學內容,引用一些現實中典型的案例,讓學生對其分析、研究從而提出解決的方案。
案例教學的整個過程都是以案例為線索的,案例的選擇是否典型、是否生動有趣、能否吸引學生參與思考、與教學內容和教學目的是否符合,會對教學活動的進行和效果產生直接的影響。因此,教學案例的選擇或者設計應緊抓重點和難點,讓學生能通過具體的案例對抽象的知識有形象的認識。以PLC梯形圖編程法為例,可以選取“電機正、反轉程序設計”作為案例來講解,PLC的幾種基本指令如AND、OR、ORI、OUT、END等的應用。這個案例是最基礎、最典型的,但也是實踐中運用最多的,通過此案例的分析,學生能比較清晰地掌握梯形圖程序與指令表程序之間的轉換,而這在傳統的純理論授課中通常需要耗費大量的講解。由此可見案例教學法在PLC教學中的優勢。
PLC課程中案例教學法的另一優勢在于,將一個個相對枯燥冗長且數量極大的指令的集合,融入實際案例中去,幫助學生更輕松地掌握PLC的編程設計。使用典型、實用的案例將知識內容實例化,學生的興趣自然會有提高,從而提高了課堂的教學效果。
值得一說的是,案例教學法雖然能夠提高教學的效果,但是對老師的要求也更高。老師必須要制定出一個周密的課堂計劃,因為相較于傳統的教學模式,使用案例是一種更為開放和變動較大的教學模式。
(二)關于項目教學
項目化教學是利用構建一個具體的項目,讓學生在此項目的環境和驅動下,設計一個PLC程序。這種教學法通常要求學生參與團隊合作,分工完成一個復雜的項目,從而提高知識與技能的掌握能力,記憶分析問題、解決問題等綜合素質。對學生的要求更高、難度更大。在項目化教學中,學生的課堂活動都是圍繞一個項目進行的,所以這個項目的設計必須緊密貼合教學內容,對教學目標的實現有所幫助。老師提出一個項目后,學生就要在老師的指導下,運用專業的知識,分析討論出解決問題方法和步驟。老師需要把握學生的進度,引導他們有效率地進行項目,更為重要的是幫助學生掌握學習內容,提高將理論運用于實踐的能力。例如:設計一個控制十字路通燈的程序。圍繞這個項目,學生和老師開展課堂教學活動。面對這個很復雜的項目時,學生可能無從入手,這時老師就需要提供十字路通燈的控制的原理和編程的基本思路,然后留下時間讓學生自主討論、分析問題。當再次遇到困難時,老師要適時地點撥,解讀出現的情況,然后繼續思考。從教育的根本來說,在這個過程中,也是培養學生的團隊合作意識和能力,對步入社會后所需的溝通能力和公共關系處理能力都有鋪墊和幫助作用。
以上兩種教學方法是目前比較流行的實踐教學模式,具有各自的特點,無論采用哪一種方法,都不能脫離目前中職學生的實際水平和認知能力,歸根到底還是激發學生的學習興趣和提高學生的實際動手能力,因此,在教學過程中,要注意實驗內容的整合和創新。
三、注重實驗內容的整合與創新
現在的中職學生,他們大多是初中升學考試的失敗者,很多對課堂學習已經失去了信心,相當一部分同學課堂睡覺、講話已經成為常態,往往是老師在課堂上講得興致盎然,學生在臺下鼾聲如雷。學生的學多處于自發狀態,沒有明確的學習目標,為解決或緩解這一問題,老師在實驗內容的選取上要首先考慮趣味性,讓學生自覺參與進來,再步步深入,而不能讓學生“閑”下來,只有讓學生去親身體驗,才能讓學生真正成為課堂的主角,現代認知理論認為:“聽”會忘記“看”能記住,“做”才能真正掌握,這是很有道理的,只有這樣,學生們的學習積極性就會自然而然的被充分調動起來。但要注意以下幾個問題。