项目教学法机电一体化论文

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1项目教学法的应用举例

《机电一体化技术》是我校机械设计制造及其自动化专业的必修课程，它强调知识结构系统性和教学体系完整性的统一，使学生对机电一体化技术有较全面的认识，系统地掌握机电一体化系统各元部件的选择、计算的基本理论和方法，初步具备机电一体化系统的设计能力。主要任务是使学生在机电一体化技术方面具有较广泛的知识，了解机电一体化系统（产品）涉及的相关技术，重点掌握典型机电一体化系统构建、设计，使学生在今后的工作中具有综合应用多学科知识的能力。所用教材是梁景凯主编的《机电一体化技术与系统》（机械工业出版社，2009年）[9]。先修课程主要包括电工学、机械原理、自动控制原理、微机原理、工业机器人等。电梯控制是《机电一体化技术》的重要内容，通过学习，使学生从应用角度出发熟悉常用控制电器的结构原理、用途、型号及选用方法，了解和掌握基本电气控制系统的分析与设计方法。在此基础上，学习可编程控制器(PLC)的基本原理，达到以下目的：具备对一般电气控制线路独立分析的能力；掌握PLC的基本原理；掌握某一系列PLC的逻辑指令、步进梯形指令、功能指令；了解编程器与编程软件及其使用方法；掌握PLC的系统设计与调试。最终能综合运用所学知识解决一定实际问题，为毕业后从事本专业范围内的各项工作奠定基础。针对我校机械设计制造及其自动化专业的2012级本科生，把项目教学法应用到《机电一体化技术》的教学中，为该方法的推广应用作铺垫。

1）项目的确立和设计项目教学法的开展，依赖于学生现有的专业理论掌握情况，是在学生掌握一定专业理论前提下的教学活动。项目教学法成败的关键是设计一项合适的工作任务，即提出目标。项目目标不仅指向某种专业知识内容的掌握和应用，而且指向专业知识的综合探究过程，指向学生的探究意识，学生可以通过各种不同的探究途径，有不同的选择，项目的确定要从现实条件和可行性两方面加以选择，项目设定难度和可操作性，要直接与学生现有知识层次关联。项目不能设得太大，太大使学生难以完成，提不起兴趣，项目的难易应循序渐进，教师的条件和学校可提供的硬件环境也是项目设定中必须考虑的因素。因此，在此环节应充分考虑以下几个方面：（a）项目活动能否调用学生已有的知识?（b）项目活动如何帮助学生完成新知识的自主学习？（c）此项目能否让学生感兴趣？（d）如何让学生之间加强沟通与合作学习？（e）如何让学生把所学的知识与现实联系起来？（f）项目完成后是否有助于增强学生的自信心？在学习“第5章电梯信号控制系统”的第3节“电梯的PLC控制”时，我们设计了这样的任务：要求学生自己选用某一种类型的PLC，完成4层载客电梯的控制，主要任务包括：设计电气控制原理图；进行PLC选型及I/O分配；PLC控制程序的编写；系统安装、调试；绘制设计图样等，最终实现电梯开、关门控制电梯轿厢快、慢速升降点动控制；电梯楼层连续显示；电梯内选、外呼信号操作指示的记忆与解除控制等具体功能。众所周知，目前电梯控制系统主要有三种方式：继电路控制系统、PLC控制系统、微机控制系统。继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐渐被淘汰。微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂。而PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言，编程方法的多样性使编程简单、应用面广，操作灵活方便，监视和控制变量十分容易。现在PLC的功能越来越强大，品牌很多，特点各异，世界上著名的品牌有西门子、三菱、欧姆龙、施耐德等，这四大品牌各有所长，三菱FX2N系列执行速度快、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块；欧姆龙PLC功能完善，结构灵活不受环境的限制，传输质量高、速度快、带宽稳定，成本低，适用面广；西门子PLC在我国广泛应用于冶金、化工、印刷生产线等领域，其中型机可对设备进行直接控制，具有较强的控制功能和较强的运算能力；法国施耐德PLC主要有Quantum、Compact、Mo－mentum等系列，其编程软件是施耐德电气自动化的核心产品，处理器的灵活性可以实现更高的性能。采用项目教学法，让学生了解、熟悉PLC在电梯控制中的具体应用，这是在《机电一体化技术》课程中的一次全新尝试，同学们既有浓厚的兴趣，跃跃欲试，又感不知所措。

2）分组制订计划及自主学习项目确定后，接下来便是分组实施，以小组为单位，既体现合作性，又体现独立性，分组时要注意学生的搭配。将基础好、能力强的学生与基础相对较差的学生组合在一起，这样能保证任务及时地完成，利于优生对基础较差的学生进行帮助。全班30人，被分成4个组，每个组选出1名组长负责本组的实施，各组争先恐后地开始查资料、自学，甚至向其他老师咨询，不亦乐乎。

3）实施计划第1组选用日本三菱FX2N系列PLC，第2组选用日本欧姆龙CPM1A-V1系列，第3组选用德国西门子S7-200系列，第4组选用法国施耐德Momentum系列。明确任务后，各小组在组长的领导下，有条不紊地校电工电子实训中心进行，先从电梯的控制原理入手，查资料、讨论、试验、再讨论、再试验。具体实施步骤如下：①元件选择。在明确项目任务的情况下，根据控制要求，确定PLC的输入输出点数，画出I/O分配图。②程序设计。在程序设计思路上，采用顺序控制设计法，即根据系统的工作过程绘出顺序功能图，再根据顺序功能图设计出梯形图的方法。这是整个项目的难点，同时也是培养学生独立思考、分析问题、解决问题、进行创造性思维的过程。③运行调试。在程序调试过程中，学生遇到了许多问题，在我们的启发下，让学生自己去分析发现错误原因，使他们在解决问题的过程中学习分析问题的方法和技巧，最终4个小组都完成了规定任务。

4）检查、评估项目教学中，学习过程是人人主动参与的创造性实践活动，注重的不是最终的结果，而是完成项目的过程。在这个过程中，学生理解和把握课程要求的知识和技能，体验创新的艰辛与乐趣，培养分析问题和解决问题的能力及沟通合作等关键能力。它改变了传统教学老师介绍知识声嘶力竭，学生觉得枯燥无味，效率低下，死记硬背，难以将知识运用于实际的弊端。经过1周的团队合作，4个组都完成了任务，都感到很欣慰。接下来让学生进行自我评估，并讲解、展示各自的成果。最后我们对各组进行点评，首先充分肯定了同学们的成绩，点赞各组在实施过程中的靓点，指出这四种PLC各有自己的优势，并将主要优势列于表1中。总之，经过这样一次尝试，让学生获得了一定知识，而且激发了他们继续探索的兴趣，好象打开了一扇窗口。不仅各组完成了规定的任务，在老师的启发下，学生自己又将这几种PLC进行了比较。比如：三菱PLC与西门子PLC的编程理念不同，三菱PLC编程直观易懂，学习起来会比较轻松，而西门子PLC指令比较抽象，学习难度较大，但指令较少，而三菱的指令较多，所以学习三菱和学习西门子的周期是一样的；三菱的优势还在于离散控制和运动控制，三菱的指令丰富，有专用的定位指令，控制伺服和步进容易实现，要实现某些复杂的动作控制也是三菱的强项，而西门子在这块就较弱，没有专用的指令，做伺服或步进定位控制也可以实现，但程序复杂，控制精度不高；过程控制与通信控制是西门子的强项，西门子的模拟量模块价格便宜，程序简单，而三菱的模拟量模块价格昂贵，程序复杂，西门子做通信也容易，程序简单，三菱在这块功能较弱；假如某设备只要求控制动作，如机械手，可选择三菱的PLC，某设备有伺服或步进要进行定位控制，也可选三菱的PLC；像中央空调，污水处理，温度控制等这类有很多模拟量要处理的就要选西门子的PLC比较合适；若某设备在现场有很多仪表的数据要用通信进行采集，则选西门子的就比较明智，……。虽然所学的书本知识这一节已经结束了，但同学们的兴趣和讨论却远远没有停止。

2结语

项目教学法具有诸多优点：1)使学生真正感觉到了理论与实践的有机结合，学会了怎样学习和运用新知识、新技能的方法，学会了学习，体验了知识技能的“边学边用，活学活用”的价值，自主学习能力初步形成。学会了面对问题、分析问题、解决问题的方法。2)培养了学生协作学习、合作探究的学习能力，初步形成了团队意识。3)培养了学生搜集信息、分析取舍信息、整理信息的能力。4)巩固拓展了学生以前的知识技能，使学生完成专业任务的综合能力得到提高。5)自我评价、小组互评、教师评价相结合的形式，调动了学生的积极性。这个过程既培养了学生的独立工作能力、协作精神，同时也有助于学生社会能力及综合职业能力的养成。因此，实施项目教学法，既是一种教学方法的尝试，也将推动教学内容、教学过程、教学管理的全面改革。以电梯控制为例在我校机械设计制造及其自动化专业中实施项目教学法，激发了学生的兴趣，收到了良好的效果，起到了抛砖引玉的作用。

作者：姚齐国刘玉良叶继英熊雕单位：浙江海洋学院船舶与海洋工程学院