項目教學法機電一體化論文

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1項目教學法的應用舉例

《機電一體化技術》是我校機械設計制造及其自動化專業的必修課程，它強調知識結構系統性和教學體系完整性的統一，使學生對機電一體化技術有較全面的認識，系統地掌握機電一體化系統各元部件的選擇、計算的基本理論和方法，初步具備機電一體化系統的設計能力。主要任務是使學生在機電一體化技術方面具有較廣泛的知識，了解機電一體化系統（產品）涉及的相關技術，重點掌握典型機電一體化系統構建、設計，使學生在今后的工作中具有綜合應用多學科知識的能力。所用教材是梁景凱主編的《機電一體化技術與系統》（機械工業出版社，2009年）[9]。先修課程主要包括電工學、機械原理、自動控制原理、微機原理、工業機器人等。電梯控制是《機電一體化技術》的重要內容，通過學習，使學生從應用角度出發熟悉常用控制電器的結構原理、用途、型號及選用方法，了解和掌握基本電氣控制系統的分析與設計方法。在此基礎上，學習可編程控制器(PLC)的基本原理，達到以下目的：具備對一般電氣控制線路獨立分析的能力；掌握PLC的基本原理；掌握某一系列PLC的邏輯指令、步進梯形指令、功能指令；了解編程器與編程軟件及其使用方法；掌握PLC的系統設計與調試。最終能綜合運用所學知識解決一定實際問題，為畢業后從事本專業范圍內的各項工作奠定基礎。針對我校機械設計制造及其自動化專業的2012級本科生，把項目教學法應用到《機電一體化技術》的教學中，為該方法的推廣應用作鋪墊。

1）項目的確立和設計項目教學法的開展，依賴于學生現有的專業理論掌握情況，是在學生掌握一定專業理論前提下的教學活動。項目教學法成敗的關鍵是設計一項合適的工作任務，即提出目標。項目目標不僅指向某種專業知識內容的掌握和應用，而且指向專業知識的綜合探究過程，指向學生的探究意識，學生可以通過各種不同的探究途徑，有不同的選擇，項目的確定要從現實條件和可行性兩方面加以選擇，項目設定難度和可操作性，要直接與學生現有知識層次關聯。項目不能設得太大，太大使學生難以完成，提不起興趣，項目的難易應循序漸進，教師的條件和學校可提供的硬件環境也是項目設定中必須考慮的因素。因此，在此環節應充分考慮以下幾個方面：（a）項目活動能否調用學生已有的知識?（b）項目活動如何幫助學生完成新知識的自主學習？（c）此項目能否讓學生感興趣？（d）如何讓學生之間加強溝通與合作學習？（e）如何讓學生把所學的知識與現實聯系起來？（f）項目完成后是否有助于增強學生的自信心？在學習“第5章電梯信號控制系統”的第3節“電梯的PLC控制”時，我們設計了這樣的任務：要求學生自己選用某一種類型的PLC，完成4層載客電梯的控制，主要任務包括：設計電氣控制原理圖；進行PLC選型及I/O分配；PLC控制程序的編寫；系統安裝、調試；繪制設計圖樣等，最終實現電梯開、關門控制電梯轎廂快、慢速升降點動控制；電梯樓層連續顯示；電梯內選、外呼信號操作指示的記憶與解除控制等具體功能。眾所周知，目前電梯控制系統主要有三種方式：繼電路控制系統、PLC控制系統、微機控制系統。繼電器控制系統由于故障率高、可靠性差、控制方式不靈活以及消耗功率大等缺點，目前已逐漸被淘汰。微機控制系統雖在智能控制方面有較強的功能，但也存在抗擾性差，系統設計復雜。而PLC控制系統由于運行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強，設計和調試周期較短等優點，倍受人們重視，已成為目前在電梯控制系統中使用最多的控制方式，也廣泛用于傳統繼電器控制系統的技術改造。PLC采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊和語句描述編程語言，編程方法的多樣性使編程簡單、應用面廣，操作靈活方便，監視和控制變量十分容易。現在PLC的功能越來越強大，品牌很多，特點各異，世界上著名的品牌有西門子、三菱、歐姆龍、施耐德等，這四大品牌各有所長，三菱FX2N系列執行速度快、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊；歐姆龍PLC功能完善，結構靈活不受環境的限制，傳輸質量高、速度快、帶寬穩定，成本低，適用面廣；西門子PLC在我國廣泛應用于冶金、化工、印刷生產線等領域，其中型機可對設備進行直接控制，具有較強的控制功能和較強的運算能力；法國施耐德PLC主要有Quantum、Compact、Mo－mentum等系列，其編程軟件是施耐德電氣自動化的核心產品，處理器的靈活性可以實現更高的性能。采用項目教學法，讓學生了解、熟悉PLC在電梯控制中的具體應用，這是在《機電一體化技術》課程中的一次全新嘗試，同學們既有濃厚的興趣，躍躍欲試，又感不知所措。

2）分組制訂計劃及自主學習項目確定后，接下來便是分組實施，以小組為單位，既體現合作性，又體現獨立性，分組時要注意學生的搭配。將基礎好、能力強的學生與基礎相對較差的學生組合在一起，這樣能保證任務及時地完成，利于優生對基礎較差的學生進行幫助。全班30人，被分成4個組，每個組選出1名組長負責本組的實施，各組爭先恐后地開始查資料、自學，甚至向其他老師咨詢，不亦樂乎。

3）實施計劃第1組選用日本三菱FX2N系列PLC，第2組選用日本歐姆龍CPM1A-V1系列，第3組選用德國西門子S7-200系列，第4組選用法國施耐德Momentum系列。明確任務后，各小組在組長的領導下，有條不紊地校電工電子實訓中心進行，先從電梯的控制原理入手，查資料、討論、試驗、再討論、再試驗。具體實施步驟如下：①元件選擇。在明確項目任務的情況下，根據控制要求，確定PLC的輸入輸出點數，畫出I/O分配圖。②程序設計。在程序設計思路上，采用順序控制設計法，即根據系統的工作過程繪出順序功能圖，再根據順序功能圖設計出梯形圖的方法。這是整個項目的難點，同時也是培養學生獨立思考、分析問題、解決問題、進行創造性思維的過程。③運行調試。在程序調試過程中，學生遇到了許多問題，在我們的啟發下，讓學生自己去分析發現錯誤原因，使他們在解決問題的過程中學習分析問題的方法和技巧，最終4個小組都完成了規定任務。

4）檢查、評估項目教學中，學習過程是人人主動參與的創造性實踐活動，注重的不是最終的結果，而是完成項目的過程。在這個過程中，學生理解和把握課程要求的知識和技能，體驗創新的艱辛與樂趣，培養分析問題和解決問題的能力及溝通合作等關鍵能力。它改變了傳統教學老師介紹知識聲嘶力竭，學生覺得枯燥無味，效率低下，死記硬背，難以將知識運用于實際的弊端。經過1周的團隊合作，4個組都完成了任務，都感到很欣慰。接下來讓學生進行自我評估，并講解、展示各自的成果。最后我們對各組進行點評，首先充分肯定了同學們的成績，點贊各組在實施過程中的靚點，指出這四種PLC各有自己的優勢，并將主要優勢列于表1中。總之，經過這樣一次嘗試，讓學生獲得了一定知識，而且激發了他們繼續探索的興趣，好象打開了一扇窗口。不僅各組完成了規定的任務，在老師的啟發下，學生自己又將這幾種PLC進行了比較。比如：三菱PLC與西門子PLC的編程理念不同，三菱PLC編程直觀易懂，學習起來會比較輕松，而西門子PLC指令比較抽象，學習難度較大，但指令較少，而三菱的指令較多，所以學習三菱和學習西門子的周期是一樣的；三菱的優勢還在于離散控制和運動控制，三菱的指令豐富，有專用的定位指令，控制伺服和步進容易實現，要實現某些復雜的動作控制也是三菱的強項，而西門子在這塊就較弱，沒有專用的指令，做伺服或步進定位控制也可以實現，但程序復雜，控制精度不高；過程控制與通信控制是西門子的強項，西門子的模擬量模塊價格便宜，程序簡單，而三菱的模擬量模塊價格昂貴，程序復雜，西門子做通信也容易，程序簡單，三菱在這塊功能較弱；假如某設備只要求控制動作，如機械手，可選擇三菱的PLC，某設備有伺服或步進要進行定位控制，也可選三菱的PLC；像中央空調，污水處理，溫度控制等這類有很多模擬量要處理的就要選西門子的PLC比較合適；若某設備在現場有很多儀表的數據要用通信進行采集，則選西門子的就比較明智，……。雖然所學的書本知識這一節已經結束了，但同學們的興趣和討論卻遠遠沒有停止。

2結語

項目教學法具有諸多優點：1)使學生真正感覺到了理論與實踐的有機結合，學會了怎樣學習和運用新知識、新技能的方法，學會了學習，體驗了知識技能的“邊學邊用，活學活用”的價值，自主學習能力初步形成。學會了面對問題、分析問題、解決問題的方法。2)培養了學生協作學習、合作探究的學習能力，初步形成了團隊意識。3)培養了學生搜集信息、分析取舍信息、整理信息的能力。4)鞏固拓展了學生以前的知識技能，使學生完成專業任務的綜合能力得到提高。5)自我評價、小組互評、教師評價相結合的形式，調動了學生的積極性。這個過程既培養了學生的獨立工作能力、協作精神，同時也有助于學生社會能力及綜合職業能力的養成。因此，實施項目教學法，既是一種教學方法的嘗試，也將推動教學內容、教學過程、教學管理的全面改革。以電梯控制為例在我校機械設計制造及其自動化專業中實施項目教學法，激發了學生的興趣，收到了良好的效果，起到了拋磚引玉的作用。

作者：姚齊國劉玉良葉繼英熊雕單位：浙江海洋學院船舶與海洋工程學院