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工程教育认证电气控制技术研究

2020/03/27 阅读:

摘要:按照工程教育认证标准,应按照期望学生达到的毕业要求(包括知识、能力和素质要求)建立课程体系。在课程讲授中更多地关注学生怎样取得学习成果,怎样评估学生的学习成果。结合山东理工大学机械设计制造及自动化专业的人才培养计划,研究了毕业要求达成度评价方法,以及电气控制技术与PLC课程体系与试验教学改革方法。

关键词:工程教育认证;毕业要求;达成度评价;课程改革

工程教育认证标准的三大核心理念是以学生为中心的教育理念,“产出导向”的教育体系,以及持续改进的质量观[1]。1981年Spady率先提出产出导向教育(OBE),被教育界一致认为是追求卓越教育的正确方向,《华盛顿协议》全面接受了OBE理念。按照OBE理念,最基层主体对象是学生和教师,最基本元素是课程和教研室(或课程组)[2,3]。在工程教育认证建设背景下,结合山东理工大学机械设计制造及自动化专业人才培养计划,研究了毕业要求达成度评价方法,以及电气控制技术与PLC课程体系与试验教学改革。

1机械设计制造及其自动化专业建设基础

2010年,山东理工大学机械设计制造及其自动化专业入选首批教育部“卓越工程师教育培养计划”项目。以机械设计制造及其自动化为核心,以机械电子工程、材料成型及控制工程、测控技术与仪器专业为支撑,紧密围绕《山东省新旧动能转换重大工程实施规划》所确定的“高端装备”产业,以机械工程“山东省一流学科”和机械工程国家级实验教学示范中心为依托,机械设计制造及其自动化专业群2018年获得“山东省新旧动能转换教育服务十强产业项目”支持。自2016年以来,机械设计制造及其自动化专业一直按照工程教育认证标准,持续改进人才培养方案,进行毕业要求达成度计算和评价,完善课堂教学体系与实践教学体系,不断优化师资队伍建设和教学条件。电气控制技术与PLC是机械设计制造及其自动化、机械电子工程、测控技术与仪器专业的重要主干课程,也是山东理工大学机械工程学院承担的中等职业学校专业骨干教师“机电技术应用”“机电一体化技术”国家级省级培训方案中的重要实践课程,经过课程组多年努力,已具有较好的建设基础。

2机械设计制造及其自动化专业毕业要求达成度评价

2.1毕业要求达成度评价机制

随着科学技术和社会经济的发展,以及我国社会转型的不断深入,社会对人才的需求呈现不同的态势,机械设计制造及其自动化专业对毕业要求和培养目标的定位也需要动态调整和持续改进。因此,需要对毕业要求达成度评价各环节及其制订过程进行跟踪,并根据教学活动反馈,对各环节进行调整优化[4]。机械设计制造及其自动化专业毕业要求达成度评价由机械工程学院成立专门评价小组实施,评价小组在学院教学指导委员会指导下,进行数据采集分析、达成度定期计算等工作,保证评价结果对毕业要求以及培养目标的合理支撑。机械设计制造及其自动化专业对毕业要求达成度的评价采取直接评价与间接评价相结合的方法。通过课程考核成绩分析的直接评价方式,辅以毕业生问卷调查和用人单位问卷调查等间接评价方式,对毕业要求达成度进行评价。直接评价是在课程结束后进行,由任课教师完成,选取机械设计制造及其自动化专业的教学班为样本;间接评价是在问卷调查后进行,由评价工作组根据调查数据完成,调查的样本是机械设计制造及其自动化专业的毕业生;根据直接评价和间接评价的数据,评价工作组进行毕业要求的综合达成评价。参与评价的课程包括通识教育必修课程、数学与自然科学课程、工程基础课程、专业基础课程、专业必修课程和占学分的工程实践与毕业设计环节。选修课程只参与课程层面的达成度计算,不参与专业培养层面的达成度评价。机械设计制造及其自动化专业针对以上课程分别规定了合理且充分的考核项目。对于各考核项目,任课教师应提供必要的支撑材料。用来佐证课程教学真实、有效地实施了所提出的教学环节。(1)理论课程包括平时成绩(课堂表现、作业、线上学习和课堂测验)、期末成绩(可细分为不超过10个子项目)、实验成绩(实验表现与报告),共3大项、15小项。(2)课程设计包括平时成绩(过程表现、作业、小测试和线上学习)和设计成果成绩(说明书、程序、图纸、实物、其他),共2大项、9小项。(3)实习实训包括平时成绩(过程表现、小测试和线上学习)以及实习成果成绩(大作业、实习报告、实物或操作、答辩),共2大项、7小项。

2.2评价结果及反馈

机械设计制造及其自动化专业组织教学系、教学督导组、教学工作办公室、学生工作办公室对学生的学习过程共同跟踪评价,并将评价结果及时反馈给相关部门和任课教师,教师对每门课程的评价结果和评价的合理性进行分析,提出存在的问题及持续改进意见,保证学生毕业要求的达成。机械设计制造及其自动化专业评价机制的达成标准值定为0.7,即各项指标达成度均不小于0.7,表示此项毕业要求达成。机械设计制造及其自动化专业工程教育认证评价工作组对毕业要求达成的总体情况进行评价和综合分析,形成毕业要求达成评价意见,主要内容包括:(1)提出人才培养方案的修订意见和教学工作的持续改进意见。(2)形成毕业生和用人单位对毕业要求达成情况的基本结论。(3)形成本专业学生是否达成毕业要求的评价结论。评价形成毕业要求达成度评价记录文档,包括“毕业要求达成度评价表”“毕业要求课程达成度评价表”“毕业要求问卷达成度评价表”“课程体系对毕业要求评价值统计表”等,明确是否“达成”。

3面向工程教育认证的电气控制技术与PLC课程改革

3.1课程教学目标

面向工程教育认证标准和毕业要求,修订了电气控制技术与PLC课程的知识、能力和素质目标[5]。本课程内容主要包括继电器接触器控制技术和可编程控制器控制技术两大部分,知识目标包括:掌握常用低压控制电器元件的结构、原理、动作特点、选用原则;掌握电机拖动系统中电气控制线路的基本原则和基本控制环节;掌握可编程控制器(PLC)的组成、工作原理及软、硬件基础;掌握可编程控制器的系统配置、指令系统;掌握可编程控制器系统的设计方法及应用。能力目标包括:能正确选用常用低压控制电器元件;具有电气控制线路的分析和排除故障的能力;初步具有生产机械电气线路的安装、调试能力;能根据生产工艺过程和控制要求正确选用PLC和编制用户程序,进行调试应用的能力。素质目标包括:通过本课程的学习,提高学生自主学习意识,分析、解决问题和交流、合作团队意识;提高学生的动手操作能力,培养其具有初步的工程设计、应用及管理能力。

3.2电气控制技术与PLC课程改革

3.2.1采用模块化方式组织电气控制技术与PLC教学拟将电气控制技术与PLC课程教学内容分为继电器接触器控制系统及机床控制线路设计教学模块、可编程控制器工作原理及应用教学模块、直流电动机的调速系统教学模块、交流电动机调速控制系统教学模块。继电器接触器控制系统及机床控制线路设计教学模块主要讲授电气图识图方法,电动机的直接起动、降压起动,电动机的正反转控制电路、制动控制电路,点动、联锁、多点控制、工作循环的自动控制等常用环节,机床电气控制系统的设计。可编程控制器工作原理及应用教学模块主要讲授PLC应用范围及特点,可编程控制器的基本结构及工作方式,可编程控制器编程语言,西门子可编程控制器及其指令系统,可编程控制器系统设计及应用。直流电动机的调速系统教学模块主要讲授转速反馈直流调速系统,无静差直流调速系统,转速电流双闭环直流调速系统。交流电动机调速控制系统教学模块主要讲授交流调速基本原理,变极调速、电磁离合器调速等调速系统。3.2.2设计实验对象和实验项目基于PLC可编程控制器同步互动教学系统,精心设计实验对象和实验项目。在机电一体化、先进制造技术领域,有针对性地设计一些常用PLC工程案例硬件和软件系统组织教学,例如,四层电梯、交通信号灯、恒压变频供水、污水自动化处理等案例的PLC硬件、软件设计(包括I/O接口、PLC梯形图语句表和上位机控制系统),以及PLC技术在数控装备、机器人和智能制造中的应用,如自动上下料机械手的PLC控制系统、搬运机器人PLC控制系统、两轴联动数控装备PLC控制系统等,要包括PLC控制的I/O接口、硬件设计、软件编程、控制柜制作及设备的调试,在实验项目过程中培养学生的动手能力、思考能力及解决实际问题的能力。3.2.3优化教学内容和实验环节针对中等职业学校专业骨干教师“机电技术应用”“机电一体化技术”国家级省级培训,优化电气控制技术与PLC教学内容和实验环节。电气控制技术与PLC实践项目要贴近行业生产实际,以提高培训学员的行业实践经验。开发了5个实验项目,包括三相异步电动机的起动及正反转控制、STEP7编程软件的使用及指令训练、三级皮带传动控制、交通灯的模拟控制以及彩灯的模拟控制。在三相异步电动机的起动及正反转控制实验中,通过对三相异步电动机点动控制和自锁控制线路的实际安装接线,掌握由电气原理图变换成安装接线图的知识。在三级皮带传动控制实验中,通过编制三级皮带传动的控制程序,掌握PLC编程的常用方法。在彩灯的模拟控制实验中,通过编制彩灯的控制程序,掌握移位寄存器的常用方法,编制彩灯的控制程序并上机验证。总之,使国家级省级培训学员在短时间内,既能学到电气控制技术与PLC的相关理论,也能具备设计PLC系统以解决机电控制、先进制造技术领域实际问题的能力。

4结语

传统的教学体系在课程设置上主要注重知识系统的完整性,教学组织表现为以教师、教材为中心,学生作为被动的单向接受者,缺乏考虑学生深度参与的教学过程设计。本文以山东理工大学机械设计制造及自动化专业为例,研究了毕业要求达成度评价机制,评价结果及反馈,以及电气控制技术与PLC课程教学目标与课程教学改革方法,在实际教学中取得了良好效果。

参考文献

[1]于华,刘玉飞.工程教育认证背景下机械制造装备设计课程教学模式探索与实施[J].教育教学论坛,2019(26):125-126.

[2]李洪均,胡伟.工程教育专业认证背景下电子信息类实践课程建设与改革[J].中国教育技术装备,2019(4):129-131.

[3]王铭,黄瑶,黄珊.新时代我国工程教育认证存在的问题与对策[J].教育理论与实践,2019,39(15):3-5.

[4]高圣伟,刘晓明,李龙女,等.工程教育认证毕业要求指标点支撑设计与优化[J].高教学刊,2019(11):23-26.

[5]赵庆志,谭培红.基于有效教学目标的《电气控制技术》教学改革创新[J].高教学刊,2018(10):66-68.

作者:赵国勇 许云理 曲宝军 高名旺 单位:山东理工大学机械工程学院

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