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高职机电一体化专业应用型创新人才培养


根据调研,生产制造型企业因订单量较多并赶交货期,大部分实行24小时三班制工作的制度,这就意味着有一部分制造业工人面临着必须要上夜班的境况。而近些年随着人们逐渐意识到自身健康的重要性,企业很难招聘到愿意上夜班并且能胜任岗位的一线工人。针对此问题,大部分生产制造型企业选择通过不断引进先进自动化生产线,将重复性的操作工作交予机器完成来解决这一难题。这些自动化生产线包括机械结构设计、液压气动、PLC控制、机器视觉、网络通讯以及人机界面等。企业在大量引进自动化生产线的同时,就需要招聘相关专业的技术人员去操作与维护设备。但是,从众多用人单位反馈的信息来看,企业招聘到的机电一体化专业毕业生的能力与企业期望相差较远,大部分毕业生对学校所学知识和技能只知道死搬硬套,在实际生产活动中不能活学活用,做到触类旁通,因此,不能满足企业对应用型创新人才的要求。
一、机电一体化技术专业现状
目前,全国各高职院校都有开设机电一体化专业,该专业的教学体系和教学模式也发展得比较完善。但是随着互联网通信技术引爆全球经济高速发展的同时,机电领域的技术也应该跟随于经济的发展,因此,时代和社会也呼吁机电领域人才能够及时更新观念,打破思想禁锢,提高创新意识。机电一体化人才可分为以下几类:(1)研发型创新人才,即可以根据企业的需求来设计机电非标产品的人才;(2)应用型创新人才,指可以对企业的自动化设备进行改造或对企业员工进行机电一体化技能培训的人才;(3)操作、维修型人才,指具备熟练操作自动化设备或进行维修维护能力的人才。高职院校的机电一体化技术专业的人才培养目标定位于以应用型创新人才与操作维护型人才为主。高职院校培养的应用型人才,不仅仅拥有能够对学校所学知识和技能灵活应用的能力,而且能够针对新情境活学活用及时解决新问题的能力。这些软性实力包括自我学习能力和独立思考能力;能够独挡一面,具有强大的责任心;能够随着科学技术的发展不断提高自己。
二、创新人才培养路径
要想培养出应用型创新人才,首先,必须优化师资结构,建设一批能够培养学生创新精神的教师队伍;其次,需要建设能够适应时代发展要求的实训平台,提高学生解决实际问题的实践能力;另外,还必须更新课程体系,做到精与泛相结合,培养学生独立思考的能力。以上三者是相互影响相互关联的有机整体,缺一不可。但是除了这三者之外,还需要与之配套的课程评价体系和教师考核激励机制。改变过去课程评价过分强调甄别的功能,进一步提高教师的待遇,优化学校管理。四者的关系如图1所示,创新型教师是大脑,创新型实训平台与创新型课程体系是左膀右臂,创新型考核激励机制是填饱肚子的粮食。

图1 创新人才培养关键因素
(一)创新型师资队伍建设
培养能够提高学生创新能力的师资队伍是高职院校开展创新教育的核心因素。任何能力的培养都是先从观念改变开始,创新教育也不例外。首先,需要高职院校教师能够与时俱进更新教育理念;其次,在教育教学实践活动中逐步提高教学能力与专业技术能力;最后,能够不断总结反思,精益求精。
1.教育理念。职业院校的一线教师每学期的课时量普遍偏高,教师没有充足的时间和精力来反思教学过程并改进教学方法,最终导致教师上课力不从心,学生上课勉强马虎的现象。回想学生时代,如果老师在课堂都是讲一些枯燥无味的知识点,课堂氛围死气沉沉,师生之间没有任何互动,再有毅力的学生恐怕也无法坚持到最后。相反,如果老师能够改变教学方式,尊重学生学习的主体地位,活跃课堂气氛,引导学生积极参与到课堂教学中,最终能够激发学生的学习热情,相信教师也能够从中获益颇多。因此,高职院校教师需要由知识的传授者转变为学生学习的引导者,即教师不仅仅需要传授学生科学知识和实践技能,更应该引导学生挖掘自身的主动性和积极性,培养学生自学的能力和终身学习的态度。
对于课时量过多的问题,本专业采用线上线下教学相结合的方式,即学生在线下课堂学习之后,教师在线上布置作业与引导学生讨论,以此培养学生思辨精神,锻炼学生的自学能力。这种方式同时也可以把教师从繁重的教学任务中解放出来,使教师能够有时间和精力研究教学内容和教学方法,提高自身的教育教学能力;在线下课堂里,教师也可以针对教学重点和学生的疑难问题进行重点讲解,不断加强深化,突出教学主旨,引导学生自我学习。在如此长时间的反复锻炼的情况下,学生的自学能力必定能够得到显著的提高,最终能够形成教师越教越轻松,学生越学越有动力的良性循环。
2.教学方法。最近十年来互联网技术的高速发展,教师不再是学生唯一的知识源,学生可以在互联网上检索查阅文献和知识。但是大部分高职院校学生因为自身的局限性还不能充分利用互联网上的资源,还需要教师在课堂上手把手引导学生通过浏览知网、论坛、QQ群、专业网站等途径获取自己所需的知识。教师同时也要对课堂的授课形式进行创新,深入挖掘学生的想象力,培养学生创新力,使学生在学习中获得满足感与成就感,从而激起学生的学习兴趣,最终使学生主动积极地投入课堂学习。

图2 课堂组织形式
如图2所示,例如,班级有30人,分为5组,每组5人。在分组时,教师要注意每组学生能力的均衡;第1组学生编号为A1、B1、C1、D1、E1,第2组学生编号为A2、B2、C2、D2、E2,其他组以此类推;教师为每组发放相同知识点不同任务的任务书1、2、3、4、5,各组完成各自任务后;学生重新分组,1、2、3、4、5组的A1、A2、A3、A4、A5组成A组,1、2、3、4、5组的B1、B2、B3、B4、B5组成B组,以此类推,形成A、B、C、D、E五组。A1同学为A组的其他同学讲解任务1,A2同学为A组的其他同学讲解任务2,A3同学为A组的其他同学讲解任务3,A4同学为A组的其他同学讲解任务4,A5同学为A组的其他同学讲解任务5,B、C、D、E组也是如此进行。最后教师根据每位同学的表现进行打分与点评。如此进行,学生与学生之间有了多次知识的碰撞,同时每位学生经过了“知识的输入与知识的输出”过程,知识点掌握更加牢固。
3.专业技术能力。大部分高职院校教师的职业生涯是从学校毕业后直接参加到学校的教育教学活动,自身也没有在企业中实践过,因此,培养出的学生也缺少实战能力。高职教师要认识到提高自身专业能力对于提高学生竞争力的重要意义,应该积极主动地通过参与教师技能竞赛和科研项目来提高自己的专业技术能力。通过近几年校企项目合作以及市场调研,大部分中小型企业正在逐步地实现机器代替人工的转变,这些企业需要的机器设备一般数量较少,而且是非标自动化设备,如果找非标产品设计公司去做费用较高,中小企业又不想付出太高的成本,所以会选择与高校合作研发设备。高职教师要抓住这些机会,积极参与到生产实践中,提高自己的专业技术能力。同时,高职院校也要为教师寻找项目,例如学校的实训室设备开发,可以尝试让教师竞标研发的方式创造实践机会。
(二)创新型实训平台建设
高职在实训教学中可以尝试适当增加创新性实验,以培养学生综合应用所学知识和技能解决实际问题的能力。创新实训室,可以采用“理+虚+实”分层递进的模式,即理论知识学习、虚拟模型调试、实物设备调试,如图3所示。

图3 “理+虚+实”创新实训体系
“理+虚+实”创新实训体系包括:“虚拟模型调试实训室”与“DIY创新实训室”。机电一体化设备大部分是根据企业需求定制的非标设备,更新换代较快,如果全部采用实物设备,较难实现。针对这个问题,可以选用机电一体化仿真软件,例如IRAI软件。IRAI软件具有机械设计、气动液压、电工电子、机器人、PLC控制等多领域知识。支持外部PLC通讯,仿真对象真实并可编辑。学生可以根据自己的设计思路来利用CAD软件建立机械仿真模型,然后将模型导入IRAI软件,与虚拟PLC通讯进行调试,即虚拟PLC控制虚拟机械模型。
解决了机电一体化设备数量有限,很难满足教学需求的难题;同时学生在虚拟模型上仿真后,对设备更加熟悉,避免犯一些低级错误,延长了设备的使用寿命,保证了学生的人身安全。
当学生能够在“虚拟模型调试实训室”完成相应的任务,就可以到“DIY创新实训室”进行创新设计。“DIY创新实训室”,即学生可以自主选择机械零件与电气元件进行DIY组装设计。创新实训室要购置常用的PLC、伺服电机、步进电机、变频器、触摸屏、网络通讯模块、继电器、电磁阀、气缸、按钮、报警灯等,再购置一些常用的机械传动机构及型材。“DIY创新实训室”为学生创新提供开放式服务平台,通过此平台学生可以为参加“挑战杯”“机电设备安装与调试”等技能大赛作准备,同时也能为学生的毕业设计提供素材,更重要的是激发了学生的科技创新兴趣以及动手实践能力。另外,要保证创新实训室的正常运行并发挥功效,一定要有配套的实训室考核以及管理制度。
(三)创新型课程体系建设
机电一体化专业学生的普遍现象是机械懂一点,电气懂一点,但都不精通;主要原因是学生没有经过完整的机电一体化项目训练。针对这种现象,可选择典型的载体项目,将知识点分解到课程中,载体项目不宜过难;例如,物品智能分类设备,可将此项目分解融入到相应的课程中,见表1。

表1 项目分解到课程
学生学完表1中的课程,基本了解了机电产品的设计过程。教师在教学过程中,一定不要局限于这些项目载体,重点讲解机电产品设计思路,锻炼学生独立设计产品能力。学生在校三年不断线,由浅入深、由单项到综合项目,循序渐进地培养学生的专业技能和岗位职业能力。
三、总结
从创新型师资队伍建设、创新型实训平台建设、创新型课程体系建设等几个方面探讨了高职机电一体化技术专业创新型人才的培养路径。通过近几年的实践,已有32位学生申请了国家专利,25位学生在省级以上技能大赛或创新创业大赛中获奖;学生在课堂上动手解决问题的能力明显提高,同时这些学生都找到了自己感兴趣的毕业设计课题。
要保证这个体系正常运行发挥功效,除了硬件设施,最核心的是师资队伍的建设,教师要从原来的教学模式转变为创新型教学,需要付出大量的时间与精力,短时间内还看不到效果;所以学校要给予一定的物质与精神上的激励,同时学校的考核制度也要给予支持。

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