機電一體化綜合實訓教學實踐探索與研究

寧宗奇 陸 勤

（上海工程技術大學高等職業技術學院 上海 200437）

機電一體化綜合實訓教學實踐探索與研究

寧宗奇 陸 勤

（上海工程技術大學高等職業技術學院 上海 200437）

闡述了機電一體化綜合實訓課程設置的意義，對課程教學內容如何組織、教學方法如何設計，以及實際課堂教學如何貫徹教學方法、如何設計教學任務、如何進行考核評價等實際問題進行了探索和研究。

機電一體化；綜合實訓；項目驅動；教學實踐

課程的設置

隨著我國制造業的飛速發展，數控機床、機器人以及自動生產線等設備得到了大量應用，這就需要大量的機電一體化技術人才。隨著設備復雜程度的不斷提升，機械技術、氣動技術、液壓技術、傳感器技術、PLC技術、網絡及通訊技術等學科相互滲透，不但對機電一體化技術人才的要求越來越高，而且對人才綜合素質的要求也越來越高。為了適應經濟與產業發展的需要，滿足社會的需求，我校機電一體化技術專業開設了機電一體化綜合實訓，強化人才培養的應用性和綜合性，使畢業生在走上工作崗位前得到包括機械技術、氣動技術、傳感器技術、PLC技術、網絡通信技術在內知識和技能的綜合應用培訓，使學生既掌握機電一體化專業理論知識，又能從事機電設備或自動化生產線的安裝、調試、維修、維護以及設計改造等方面的工作，為學生走上實際崗位打下良好的基礎。

實訓設備主要采用亞龍YL-335A型自動生產線實訓考核裝備，該設備包括供料、加工、裝配、分揀和輸送五大功能模塊。每個功能模塊都是一個能夠獨立工作的機電一體化系統，五個模塊加起來又可以構成一個更大的機電一體化系統，完成更復雜的工作任務。每個模塊都涉及機械技術、驅動技術、傳感器技術、PLC技術四個方面。

教學內容的組織

機電一體化綜合實訓屬于實踐教學環節，其主要目的是為學生創造一個模擬的職業情境，培養在該情境下工作所需的職業技能和職業素質。在實施過程中通過對未來職業環境的分析，歸納出從事某崗位工作應具備的綜合技能要求，然后綜合技能所包括的單項技能要求進行能力分解，構成實踐教學的單元或模塊。在教學中采用模塊化教學，將整個教學內容劃分成若干個由易到難、循序漸進的教學模塊，每個教學模塊都有自己明確的目標，可以獲得一項專項能力。所有的教學模塊加起來又構成整個實訓教學環節，服務于整體教學目標。

在教學內容組織上，基礎理論以“必需、夠用”為度，以學生為主體，以培養能力、提高學生綜合素質為目標，打破教材本身的框架，圍繞一個典型設備展開，將學習過程分解成若干個小任務，并結合實際操作，將所要求的知識點、能力點和職業素質融于培訓過程。基于這種考慮將整個課程的教學分成三大步、七個教學模塊，如圖1所示。

第一步進行單項訓練強化。模塊一作為整個課程的起點，從機械、氣動、傳感器、電氣控制、電動機和PLC六項基本應用開始，為學生奠定必要的機械技術、驅動技術、傳感器技術、PLC技術四個方面的基本知識和基本技能基礎。

第二步進行綜合訓練強化。從模塊二到模塊六實現對基本知識和技能的綜合訓練強化。

第三步進行綜合技能提升。模塊七在完成更大任務的基礎上，進一步提升綜合應用能力。

教學過程的設計

（一）教學實施步驟設計

在教學中學生既是學習者，又是實踐活動的參與者。教學過程的實施必須堅持以學生為主體、教師為主導。在完成任務的過程中，一方面,教師引導學生自己查閱資料，自己實驗去尋找答案，遇到問題盡量自己去解決；另一方面，教師給予必要的輔助和指導。具體的實施步驟如下。

圖1 課程內容結構圖

表1 各個教學模塊任務的分解表

環境、對象的理解和認知 首先使學生理解實訓設備所關聯的職業環境應用背景，理解“為什么學”。然后使學生對設備的總體概況、結構組成、工作過程、工藝流程以及安全操作有初步認知，初步理解“學什么”。最后，使學生明確總的任務目標。

任務分解 具體任務的分解如表1所示。“模塊一”從認知系統開始，設置了系統認知和系統總體目標認知任務；對系統所涉及的機械裝配和氣動回路的基本知識進行學習；為了鞏固機械裝配和氣動回路的知識，設置了以氣動機械手的裝配調試為背景的較為綜合的任務；根據系統裝配與調試的需要，設置了電氣原理圖的認知、傳感器的認知、交流電機的認知、步進電機的認知、FX2N系列PLC基礎知識和步進指令編程共六個單項訓練任務；在初步掌握基本知識和基本技能的基礎上，以氣動機械手的PLC控制對單項知識和技能進行初步綜合。“模塊二”到“模塊六”以學生感興趣的任務為引導，以任務的完成、任務改進和問題發現為動力，按照先易后難、循序漸進的策略逐步展開課程內容。每個模塊都是對機械技術、驅動技術、傳感器技術和PLC技術基本知識和基本技能的強化訓練。通過五個具有不同層次的教學模塊不斷地、反復地強化訓練，使學生對基本知識和基本技能的掌握有一個質的飛躍，達到能夠綜合應用所學知識和技能解決實際問題的目的。“模塊七”是對綜合應用能力的拓展和提升。通過自己設計方案、自己編程調試，使學生的綜合應用能力得到進一步的提升，將綜合知識和技能轉化為未來就業的綜合素質，實現畢業到就業的另一個飛躍。

實踐操作 在每個教學任務中，都包含一定的理論知識和實踐操作內容。在實踐操作過程中，一是強調實踐操作與理論知識的結合，不僅要知道“怎么做”，而且還要知道“為什么這么做”和“怎樣才能做得更好”；二是強調操作的細節，使學生明確操作細節對安全及規范操作、提高勞動效率、培養良好職業習慣、形成優秀職業素養的重要意義。

協作與提高 安排有部分編程調試的任務，該部分通過團結協作的形式完成，通過組員之間的協商討論和團結配合，不斷優化解決方案，完成工作任務。另外，以書面和口頭的形式進行自我總結，培養學生的文字表達能力、計算機應用能力等。

（二）教學方法設計

根據不同的教學對象和教學內容，實施不同的教學方法。根據機電一體化綜合實訓課程中每個任務的特點以及學生的具體情況，在教學中主要采用以下幾種教學方法：

圖2 供料模塊氣動原理圖

圖3 氣動回路仿真圖

第一，項目驅動教學法。作為主要的教學方法之一，以實際任務的解決引出知識點，再結合實踐操作和總結提高，將學生對理論知識的理解轉化為實際應用能力。

第二，互動交流教學法。通過師生之間、學生之間的互動交流激發學生興趣，使知識脈絡更加清晰、解決方案更加優化，不斷培養學生分析問題、解決問題及不斷創新的能力。

第三，多媒體與實訓設備結合。實訓設備的直觀性和針對性強，但帶有一定程度的局限性。多媒體具有開放性，可以提供大量、豐富、形象的資料，便于拓展學生的視野，但針對性不強。綜合利用實訓設備的針對性與多媒體的開放性，便于激發學生的學習興趣，開闊學生的視野。

第四，仿真軟件與實訓設備的結合可降低設備少、故障頻發對教學的干擾。初學者對設備比較陌生，容易使設備產生損壞，往往會影響教學。借助FESTO仿真軟件搭建氣動回路和電氣控制回路，并進行仿真調試，學生樂于接受。

課堂教學的實施

（一）明確任務目標

按照氣動控制回路原理圖，熟練、規范地連接氣路；熟練應用氣動回路連接與調試的方法，完成供料單元的氣路連接與調試。

表2 課程考核表

（二）供料模塊氣動原理圖

氣動控制回路的工作原理如圖2所示，圖中1A和2A分別為推料氣缸和頂料氣缸，1B1和1B2為安裝在推料氣缸的兩個極限工作位置的磁感應接近開關，2B1和2B2為安裝在頂料氣缸的兩個極限工作位置的磁感應接近開關。1Y1和2Y1分別為控制推料氣缸和頂料氣缸的電磁閥的電磁控制端。

（三）氣動回路的仿真

應用FESTO公司的氣動回路仿真軟件仿真組建氣動回路圖，如圖3所示。搭建好仿真回路之后，可以通過控制電磁閥1Y1和2Y1分別控制推料氣缸和頂料氣缸的伸出和縮回，使學生對氣動回路原理以及電磁閥、氣缸的工作原理有一個較為清晰的認識。

（四）完成氣動回路的連接與調試

連接步驟與方法：按照圖2所示氣動原理圖從匯流排開始連接電磁閥、氣缸；連接調試結束后扎緊氣管，并固定在鋁合金型材支撐架上。

連接要求：連接時氣管走向應按序排布，均勻美觀，不能交叉、打折；氣管要在快速接頭中插緊，不能有漏氣現象。

調試步驟：首先檢查氣管接頭處是否漏氣，如有漏氣須重新連接。然后用電磁閥上的手動換向加鎖鈕檢驗頂料氣缸和推料氣缸的初始位置和動作位置是否符合工作要求。最后調整氣缸節流閥以控制活塞桿的伸出、縮回運動速度。

（五）考核評價

課堂的考核應注重對學生工作過程的動態考核。考核包括理論知識、操作技能、勞動效率和安全操作四個方面，具體考核標準和量化的考核依據見表2。此外，為鼓勵學生不斷提升的積極性，可改變一次考核定成績的模式，學生在考核后如對考核成績不滿意，可以再提供兩次考核機會，成績以三次成績中的最高成績計算。

存在的問題

在機電一體化綜合實訓課程教學改革過程中，也存在著幾個關鍵的問題需要進一步研究和探索：一是如何量化理論教學與實踐教學的比重；二是考評模式較傳統考評模式有所轉變，但也存在著操作難度大、理論與實踐考核如何具體量化的問題；三是如何保證課程教學實施的可操作性，因為只有可操作性更強，持續性才能更久。

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寧宗奇（1983—），男，河南洛陽人，碩士，上海工程技術大學高等職業技術學院助教，研究方向為機電一體化技術及高職教育教學。

陸勤（1958—），女，江西南昌人，碩士，上海工程技術大學高等職業技術學院副教授，研究方向為機電一體化技術及高職教育教學。

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1672-5727（2011）12-0120-03