典型模块设计模式的实践与探索

周辉

[摘           要]  自动生产线安装与调试是一门将电机控制、PLC技术、传感器检测等多学科紧密相联的专业技术课程，其综合性与实践性很强。针对当前课程教学中存在的实际问题，结合《中国制造2025》行动计划及湖南省‘双一流建设对高素质技术技能人才的需求情况，提出了将典型模块设计引入自动生产线安装与调试课程教学中的方法。对提高教学效果，达到教学目标，培养学生的创新思维与新技术开发能力，为同类课程的教学改革提供了借鉴。

[关    键   词]  典型模块设计;自动生产线安装与调试;教学效果

[中图分类号]  G712                   [文献标志码]  A                    [文章编号]  2096-0603（2019）32-0308-02

一、背景

自动生产线是将电子电工技术、传感器检测技术、PLC技术、液压与气动技术等集于一体而形成的一代新型工业自动控制装置。具有高精度、高效率和高柔性的特点。目前自动生产线已经在各种机械加工设备和工业控制领域中广泛地应用，现代集团公司或大型企业极需自动化领域中专业开发人员和维修技术人才，在这种需求形势下，自动生产线安装与调试或同类型课程已成为各职业院校相关专业都要开设的一门专业技术课。

我院于2011年开设自动生产线安装与调试。这门课程综合应用能力高、实践性强，需要对自动生产线的实验配套设施动手操作和上机调试。我们在对学生跟踪调查过程中，发现他们在岗位的应用能力及实践能力上主要存在以下问题。

1.机强电弱。在自动生产线设备或其他类似装备中机械、气路等装调部分能力突出。但在电气控制、检测机构、PLC控制系统调试包括梯形图设计与编程较弱，甚至个别学生对自动生产线这种新技术丝毫不了解，这种不平衡的能力，不仅影响学生个体岗位适应能力，还直接影响学校的社会品牌。

2.由于自动生产线是多门技术集于一体而形成的新型工业自动控制装置，控制要求极为复杂。学生分析问题、解决问题的能力差：对控制要求不能从原理入手进行系统性的分析。

针对以上现象，经座谈会、面对面等形式交流与分析，总结几点原因：（1）自动生产线涉及的学科多，知识面广（含有机械、电气、PLC、检测等），所招收学生的素质要求必须提高。（2）学生对课程知识的掌握一般处于某个孤立点，未形成知识能力的系统性。（3）实践性环节练习太少，必须加强综合性练习。经多次研讨形成决定，必须要进行课程改革，提升课程品牌，我们着手将自动生产线分解成多个典型模块设计任务的方法，使学生从浅入深、由易到难，从单个模块设计到完成整个综合性实训平台的设计。我们在实践中进行了一系列探索，取得了良好的成效。

二、目标

通过多次与毕业生及大中型企业沟通交流，我们有了清晰的认识。以往课程教学理论内容过多，重于强调学科知识的系统性和完整性。上机操作较少或实践性教学环节跟不上，属于专业教育而不是专长教育，脱离了《中国制造2025》行动计划及湖南省“双一流”建设对高素质技术技能人才需求情况的宗旨，也使我们的毕业生“四不象”，无法胜任企业交给的工作任务。以专业建设为目标，以课程改革为平台，我们对自动生产线安装与调试课程的教学内容进行重组，调整教学计划，更新教学大纲，改进教学方法，优化评价机制，使其适合职业教育的需要，更好地满足企业的用人需求。

三、实践与教学效果

（一）课程设置的变革

在具体教学内容上，我们针对企业对高素质技能人才的需求，对自动生产线安装与调试首先在课程设置上进行调整，将自动生产线分为多个典型模块设计，模块又分为基础部分、核心部分：实训部分、综合项目部分。基础部分以构建人才培养的专业基础知识为目标，如电子技术、电工技术、机械装配基础技术等。核心部分以培养学生专业知识能力结构为目标，如传感器检测技术、电气控制与PLC技术、液压与气路技术等。实训部分以培养学生單元模块课程应用能力和实践能力为目标，包括：（1）供料单元模块。具体分为：①供料单元机械部分的结构、安装与调试。②供料单元控制电路的原理、连接与调试。③供料单元气路控制回路包括气缸电磁阀的结构、连接与调试。④供料单元接近开关的工作原理、连接与调试。⑤供料单元PLC的编程、设计与调试。（2）加工单元模块。具体分为：①加工单元包括冲压机构的机械部分结构、安装与调试。②加工单元控制电路的原理、连接与调试。③加工单元气动控制回路包括冲压气缸的结构、连接与调试。④加工单元漫射式光电开关的工作原理、连接与调试。⑤加工单元PLC的编程、设计与调试。（3）装配单元模块。具体分为：①装配单元包括机械手的机械部分结构、安装与调试。②装配单元控制电路的原理、连接与调试。③装配单元气动控制回路包括机械手的结构、连接与调试。④装配单元光纤式光电开关的工作原理、连接与调试。⑤装配单元PLC的编程、设计与调试。（4）分拣单元。具体分为：①分拣单元包括运输机构的机械部分结构、安装与调试。②分拣单元控制电路包括变频器电路的原理、连接与调试。③分拣单元气动控制回路的结构、连接与调试。④分拣单元电感式、电容式传感器的工作原理、连接与调试。⑤分拣单元PLC的编程、设计与调试。⑥分拣单元变频器参数设定。（5）输送单元模块。具体分为：①输送单元包括三维机械手臂的机械部分结构、安装与调试。②输送单元控制电路的原理、连接、调试。③输送单元气动控制回路包括三维机械手臂的结构、连接与调试。④输送单元限位开关的工作原理、连接与调试。⑤输送单元PLC的编程、设计与调试。⑥输送单元伺服电机及伺服驱动器的连接、调试及参数设定。综合项目部分以培养学生对自动生产线典型模块设计故障诊断及排除、多个模块联机运行的综合应用能力为目标，具体分为：①典型模块设计故障诊断：包括对出现的问题进行诊断和排除常见电气故障、气路故障，机械故障及参数错误。②多个模块联机运行：自动生产线采用PPI协议的通信方式可以将2个或2个以上的典型模块设计联机调试，实现复杂的控制要求。如下图所示。

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典型模块设计联机运行

学生可根据教师提供的模块控制要求结合自己专业的优势自主实践课题，教师重点把握进度、节奏以及个体的辅导，主体部分由学生协作完成并形成典型模块设计实验报告，当然最后的自评互评程序是关键的一环。成绩评定的标准如下：实验报告20%，设计质量50%，自评互评成绩20%，6S管理10%，综合评定不合格必须重新实践。

（二）校本教材开发

课程改革的目标是优化人才培养方案、提高教学质量。防止一到实践环节出现教师“大声喊”，学生“静悄悄”的现象。于是按照专业培养的特点，引入典型模块设计编写《自动生产线安装与调试》，开发符合学生实际的校本课程教材。在教材编写过程中，首先编写了以职业技能及相关知识为内容的单元模块，再以这些单元模块为基础进行整合，以覆盖自动生产线领域中所需的具体要求。其次，注重学生自主学习能力的培养，教材能使学生看得懂，模得着，做得好;充分利用学生的形象思维强的优点，贴近学生的实际，不要求知识点的连续性，但求教师讲完某一个模块任务，学生就掌握这一个模块任务的理论及实践，经过几年的努力，成功编写出校本教材《自动生产线安装与调试》，经多个学期的检验，均取得了良好的教学效果。

（三）教学过程的变革

1.教学方法

传统的职业教育方式是教师在讲台上讲学生在讲台下听，只研究教的过程，而不考虑学和做的过程;往往是教师讲完了，学生也忘记了，还是不会做;其次，缺失对毕业生及企业需求实际性的交流沟通，很多企业对毕业学生在上岗之前还是要进行相关技能培训，造成企业的不满与教育资源的浪费。在课程改革指引下，我们贯彻以学生为主体，采用“做为主体，学为主线，知识传授与实践能力培养并重”的原则，以典型模块设计教学法结合实验室的现有系统进行自动生产线电气、机械、气路与PLC设计等技术的教学，使学生真正掌握这种目前在国内工厂企业中广泛应用的自动生产线设备，培养出走出校门就基本满足企业所需要的高素质人才。

2.评价体系

学生成绩评价在自动生产线安装与调试课程体系中起着激励导向和质量监控的作用。我们给学生的综合评价制度应由“单方面”转向“多方面”，建立符合当今学生实际的成绩评价体系。有助于学生素质的全面发展。针对职业教育的特点和课程改革的需要，我们坚持做到几个“结合”，绝对评价与相对评价相结合，基础评价与“特长”评价相结合。在加强过程管理的同时，对过程评价、结果评价指标进行细分，客观反映学生自动生产线安装与调试课程实践能力的优势与不足，为学生素质能力的提升指明方向，提供依据。

四、結语

自动生产线安装与调试课程教学难度大、要求高、任务重、师资能力要求高。在课程教学实践中，我们感谢学院领导高度重视、大力支持，更得益于团队教师的精诚团结，是高度的责任使命感，推动了课程教学的不断前进，我们任重道远。

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◎编辑 冯永霞