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1、电气控制与PLC教改研究与实践成果总结课程建设是学校办学水平的重要标志,高职院校如何改革课程建设,形成自己的办学特色,是各高职院校提升内涵的重点所在。作为广东建设职业技术学院首批教育教学改革项目,2002年获得立项,项目名称为现代教育技术的研究与实践,主持人巫 莉,2006年结题,完成了电气控制与PLC课程动画课件的制作及其教学网站的建设。随着课程建设的研究在学院的不断推进和深入,作为延续课题,2006年6月再次获得立项,项目名称为电气控制与PLC课程教学改革的研究与实践,主持人巫莉,在学院的支持下,我们与企业的专家、工程师合作,研究并实践了基于“工作岗位群和工作过程”的课程开发理念和开发模式
2、。 1 本项目的研究背景 高职教育是培养适应生产、建设、管理、服务第一线需要的高素质技能型人才,以就业为导向的高等教育,高职院校在办学过程中,围绕市场需求,不断探索、大胆创新、主动适应社会、适应地方经济发展对人才的需求。在形成自己的办学特色中,课程是重要的载体,办学特色正是通过课程教学来实现的,抓好课程建设,对高职特色的形成具有重要意义。从这个意义上讲,为了将我院机电系建筑设备工程技术专业建设成为广东省示范性专业,加强我院机电系建筑设备工程技术和楼宇智能化工程技术专业精品课程的建设迫在眉睫,而适应建筑设备工程技术专业和楼宇智能化工程技术专业的电气控制与PLC课程的教学内容仍然不够实用,跟不上时
3、代要求,不能满足岗位的需求,不能很好地反映现代楼宇常用设备电气控制技术的新方法、新工艺;实践教学环节与理论教学衔接不够紧密,实践教学环节还不能完全满足专业的需要;考核方式单一。目前学院还未开发出适合机电系各专业的电气控制与PLC课程的教材及其配套的完整的多媒体课件。 综上所述,本项目的研究对建筑设备工程技术示范性专业的精品课程建设有着积极的意义。 2 研究并实践了基于“工作岗位群和工作过程”的课程开发理念和开发模式,将电气控制与PLC课程建设成为了2008年的省级精品课程(http:/plc. ) 。 以服务于建筑设备工程技术专业、楼宇智能化工程技术专业的电气控制与PLC课程的建设为研究对象,
4、研究基于“工作岗位群和工作过程”的课程开发理念和开发模式,以就业需求为导向,整个课程开发流程为岗位群调研工作过程分析专业培养目标确定课程定位基于工作过程的教学内容设计教学情境设计考核评价体系设计,并以企业对学生的能力评价作为检测参数,形成闭环控制,适时调整和更新教学内容,保证和提高教学质量。 图1 基于“工作岗位群和工作过程”的课程开发模式 2.1课程的定位与总体设计 (1) 课程的定位 电气控制与PLC课程是建筑设备工程技术专业、楼宇智能化工程技术专业的一门平台课程。建筑设备工程技术专业的培养目标是为建筑设备施工技术管理岗位培养高素质技能型人才,使学生具备建筑设备施工管理能力,学会学习、学会
5、工作的方法能力,具备良好的团队合作、沟通协调能力,从而能够在建筑企业行业顶岗实习,获得综合实践能力。而现代建筑设备离不开控制技术的发展,电气控制与PLC课程的培养目标是通过本课程的学习和训练,使学生具备分析、安装、调试建筑设备控制系统的能力。 图2 课程的定位 (2)课程设计理念 为了培养工作在建筑企业一线的高素质技能型人才,电气控制与PLC课程的课程设计体现了工学结合的理念,我们与建筑行业、企业的工程师、专家合作,以行业和岗位的需求为导向,以培养学生的职业能力、可持续发展能力为目标,进行系统化的项目课程开发。 2.2基于工作过程的课程教学内容设计 电气控制与PLC课程教学设计充分结合现代职业
6、教育的思想和理念,符合工学结合的特点,体现工作过程的完整性和课程的系统化。 (1) 教学内容的选取 根据建筑行业企业的发展需要,依据能够胜任建筑行业企业的施工技术管理员等职业岗位所必需的知识、能力、素质来选取教学内容,对后续课程、电工考证的应知应会内容等起到很好的支撑作用。课程内容的排序是基于由简单到复杂、由单一到综合的工作过程来组织序化教学内容,并兼顾理论知识的系统性和连贯性,为学生可持续发展奠定了良好的基础。 图3 教学内容的选取 根据课程服务的建筑设备工程技术专业、楼宇智能化工程技术专业的职业岗位需求,基于建筑电气控制真实的工作任务,由简单到复杂的工作过程,在认真分析所服务专业岗位工作过
7、程的基础上,提取工作项目和任务,依据基于工作过程的六个要素:对象、内容、手段、组织、产品、环境,选择具有代表性的建筑电气控制对象,将课程开发设计为六个项目,项目一货物升降机的继电-接触器控制、工作对象为货物升降机,工作手段为继电-接触器控制;项目二生活给水排水系统的电气控制、工作对象为生活水泵,工作手段继电-接触器控制;项目三消防给水控制系统,工作对象为消防水泵,工作手段为继电-接触器控制;项目四将继电接触器控制系统改造为PLC控制系统,工作对象为货物升降机,工作手段为PLC控制;项目五PLC与变频器、触摸屏在恒压供水系统中的应用,工作对象为生活水泵,工作手段为PLC控制;项目六PLC与变频器
8、、触摸屏在中央空调节能改造技术中的应用,工作对象为中央空调,工作手段为PLC控制。这6个项目由简单到复杂,层层递进,将职业岗位所需的理论知识系统地串在一起,体现了理论知识的系统性和连贯性,又遵循控制技术的发展过程,充分体现了系统化项目课程的开发设计。例如项目一的工作对象为货物升降机,工作手段为继电-接触器控制;工作内容分解为四个循序渐进的工作任务:任务1货物升降机上升的点动控制;任务2货物升降机上升的连续运行控制;任务3货物升降机上升、下降的自动控制;任务4货物升降机的自动停止控制;工作组织形式为分小组协作;工作产品为货物升降机的继电-接触器控制线路板;工作环境为模拟工作场景的实训室。 图4
9、课程开发的六个项目 图5 项目一基于工作过程的六个要素 (2)课程内容组织与安排 以项目为载体,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任务。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六个步骤:资讯、决策、计划、实施、检查,评估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,掌握了建筑电气控制系统的基本知识,具备了分析、安装、调试建筑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
10、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。 图6 课程内容组织与安排 图7 完成工作任务的六个步骤 2.3 教学方法与手段 (1)教学模式设计 采取以项目为导向、以实训项目任务为驱动、工学交替、“教、学、做”一体化的教学模式,首先教师布置实训项目任务,学生在项目任务的驱动下进行资讯、决策、计划,即借助教师建设的网站,查阅学习资料获取信息,制定完成实训项目任务的计划、步骤,教师也可通过教学网站对学生决策过程中遇到的问题进行答疑,即在学生“做”中“教”。教师只是指导者,以学生为中心,教师精心设计,巧妙构思,创设符合工作需要的工作学习
11、场景,学生在“做”中“学”,教师在学生 “做”中“教”,学生全程参与教学活动,通过意义建构的方式不仅获得知识和岗位的职业能力,而且增强了学习工作的方法能力和与人协作沟通的社会能力。通过采用全新的教学模式,使学生由外部刺激的被动接受者和知识灌输对象转变为信息加工的主体、知识意义的主动建构者,教师由知识的传授者、灌输者转变为学生主动建构意义的帮助者、促进者。 图8 教学模式设计 (2)多种教学方法的运用 灵活运用多种形式的教学方法,例如项目驱动法、实物展示直观教学、现场教学、分组讨论、小组协作、多媒体课件教学、启发式教学、案例式教学等,突出以教师为主导,学生作为学习主体的教学原则,注重课堂教学的互
12、动性,引导学生积极地参与教学的全过程,使学生由“要我学”变成“我要学”,由“学知识”上升到“用知识”。 启发式教学法 首先运用激疑导入法,在复习旧知识的基础上,通过项目任务驱动、案例或演示实验,提出问题,激发学生的求知欲,启发学生思考,引出所要讲授的课题。 结合传统的课堂教学与网络教学的优势,在教学实践中,避免单纯地运用现代教育技术,充分发挥传统教学模式有利于直接交流的优势,以及运用实物进行直观教学和在实验(实训)室进行现场教学的优势。一边利用课件中的动画讲授,一边在实验(训)室利用实物操作演示教学,理论联系实际,使抽象的原理变得生动,使学生感到学有所用、容易理解,从而既解决了教学中的重点和难
13、点,又激发了学生动手操作的欲望。 将理论教学内容融合到实践教学中,让学生一边学习理论知识一边动手做实验,真正做到理论联系实际,并通过设置实训思考题达到培养学生在实践中发现问题、解决问题的能力。这样,既训练了学生的动手操作能力又加深了学生对理论知识的理解和灵活运用。 暗示教学法 在检查学生的实训项目时,当发现学生的错误时,并不直接指出,而是通过暗示,激发学生的联想和抽象思维能力,从而找到错误所在。 分组讨论、小组协作 组织学生进行讨论,小组协作式学习,及时地安排适当的实训、课题,组织学生以小组的形式进行讨论学习,培养学生运用知识的能力以及相互合作的精神。 “设故障”教学法 针对每个项目的难点和重
14、点,教师事先在项目中设置故障,让学生加深印象,提高学生分析问题和解决问题的能力; 2.4精品课程教学网站的建设() 教学团队从2002年开始利用Flash软件制作课程动画课件(见课程教学网站首页动画教学),动画课件构思巧妙,有效地解决教学中的难点和重点,将学生不容易理解的抽象的电路控制动作、PLC程序运行状态生动地演示出来,帮助学生学习体会控制电路的控制方法和PLC编程方法,受到了学生欢迎。充分利用校园网,从2003年开始建设电气控制与PLC课程的教学网站,摸索现代教育技术在教学中的应用,课程教学网站也从最初的静态HTML网页,发展到现在的ASP程序搭配ACCESS数据库应用网站技术,使课程教
15、学网站的更新和完善更加科学和便捷。经过多年的探索和积累,本课程网站资源丰富,主要包括有教学文件资源、网络课件教学资源( 图9 课程教学网站 2.5考核评价体系设计 考核是检验教学效果的手段,评价是对学生学习的促进,为了实现对学生的团队合作精神、创新意识和综合实践能力的培养,考核评价体系主要是建立在对学生参与教学、完成实训项目情况、工作态度、创新过程的考核,考核评价体系兼顾教师评价、学生自评、学生互评,考核形式为形成性考核,即平时课堂表现、作业、每个实训项目任务完成情况的过程考核与期末的综合性考核结合起来。实训项目考核将理论考核(口试或笔试)和实践考核融为一体,改变原来的理论考核、实践考核分开考
16、的模式,其考核指标分为实训项目成果考核和工作态度考核,前者主要是对学生学习能力、工作能力的考核,后者主要是对学生职业素质、团队合作精神的考核。期末的综合性考核是综合性实训项目的考核和理论知识的考核。表1 电气控制与PLC课程考核评价表姓名学号过程考核60%期末综合项目考核40%总评成绩课堂表现5%作业5%实训项目考核50%实训项目成果30%工作态度20%教师评价70%学生自评10%学生互评20%教师评价70%学生自评10%学生互评20% 3 开发出了配套的创新性动画教材电气控制与PLC应用。 采用的教材是由课程团队与来自企业的专家、工程师合作,根据高职教育特色和建筑企业、行业岗位群的需求编定的
17、。以实际的工程项目为载体,由以往的实训课内容跟着理论课内容走变为以岗位职业标准和要求为依据,以训练学生的职业能力为目标,并结合当前建筑电气控制发展现状,设置课程的内容,使学生得到的训练与岗位要求接轨。并亲自制作了与教材配套的多媒体动画课件,形象生动,深受学生欢迎。 本教材打破大篇幅文字说明的传统编写方法,利用现代计算机Flash动画技术,将所制作的Flash动画课件以图解的方式展现在教材中,“静”中有“动”,使学生(读者)通过教材的阅读就可以达到观看动画课件的效果,非常有利于学生(读者)自学。 本教材采用黑色和蓝色两种颜色图解Flash动画课件,运用色彩的变化,“动态”地展示了电路中“有电”和
18、“无电”,元件的“通电”和“断电”,即当电路或元件变为蓝色则表示“有电”或“通电”,当电路或元件变为黑色则表示“无电”或“断电”,一目了然。 对电路中开关的状态、电路中电流的状态、控制电器的工作状态进行动画复现,通过动画的图解演示,大大提高了读者对于控制电路的理解能力。 图10 Flash动画课件的图解(点动正转控制线路的动作示意图) 以“动态”的图解方式展现控制线路的工作状态(或PLC程序的运行状态)与被控对象的动作,与软件仿真的效果相媲美,有效地解决了学生学习中的“难点”。 图11 Flash动画课件的图解(台车自动往返控制) 对PLC编程元件的使用进行动画复现,通过动画的图解演示,将抽象
19、的编程元件的使用进行直观动态的展示,增强了学生的学习兴趣。 图12 Flash动画课件的图解(PLC编程元件的使用) 以“动态”的图解方式将Flash动画课件中PLC的输入设备的动作、PLC的工作原理、PLC程序的运行状态、PLC输出设备的动作展现出来,直观地反映了PLC控制系统与继电-接触器控制系统的不同之处,完全超越了软件仿真的效果,提高了学生(读者)对于PLC程序的理解能力,大大降低了学生的学习难度。 图13 Flash动画课件的图解(异步电动机的PLC控制方案分析) (a)启动控制示意图解 (b)停止控制示意图解 4 结论 本成果经过几年的教学实践表明,教学效率和教学质量得到明显提高,学生反映精品课程教学网站学习资源丰富,为学生课后进行自我学习提供了一个很好的学习平台,收获很大。本成果设计的大量的动画课件有效地解决教学中的难点和重点,受到了学生欢迎。成果中所采取的以项目为导向、以实训项目任务为驱动、工学交替、“教、学、做”一体化的教学模式,促使学生全程参与教学活动,学生的创新能力得到提高。成果中所研究并实践的基于“工作岗位群和工作过程”的课程开发理念和开发模式,在全院已经作为典范全面地推广开来,据来自出版社、校外同行和校外学生的信息,本成果的教材不仅在学校还在社会上得到广泛使用,反映教材深受读者欢迎。