“能耗制動控制線路裝調與排故”信息化教學設計案例

孫雪蕾 陳蓉 劉新

摘要：將信息化手段融入到職業學校課堂教學中，綜合運用泛雅平臺、仿真軟件、課堂實操監控系統、故障預設系統等信息化手段，以“能耗制動控制線路裝調與排故”為例，精心設計教學內容，充分調動學生的積極性，解決了傳統教學中教師難指導、操作易失誤的難題，實現從抽象的線路圖到設備安裝的轉化;解決了教師無法同時監控多個小組操作過程的難題，實現一對多指導，提高學習效率，構建了多元化、全過程的評價體系。

關鍵詞：能耗制動控制線路;信息化教學

中圖分類號：G712 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9094-（2019）02C/03C-0072-04

一、教學設計背景

由教育部主辦，教育部職成司、教師司、信推辦、工信部人教司承辦的全國職業院校信息化教學大賽已連續舉辦8年，在推動職業院校信息技術與教育教學深度融合方面發揮了積極的作用。為貫徹落實《中共中央國務院關于全面深化新時代教師隊伍建設改革的意見》和《國務院關于加快發展現代職業教育的決定》，實施好“教育信息化2.0行動計劃”，推動信息化教學應用的常態化，提高職業院校教師教學能力和信息素養，促進教師綜合素質、專業化水平和創新能力全面提升，從2018年起原全國職業院校信息化教學大賽調整為職業院校教學能力比賽，納入全國職業院校技能大賽賽事體系。

全國職業院校技能大賽教學能力比賽的總體要求為：全面貫徹黨的教育方針，落實立德樹人根本任務，適應中國特色社會主義新時代對技術技能人才培養的新要求，遵循職業教育教學規律，根據職業院校學生認知特點，全面培養學生的工匠精神、職業道德、科學文化素質、職業技能、就業創業能力等。適應大數據、人工智能等技術的發展，構建以學習者為中心的教育生態，建設滿足項目式、模塊化教學需要的教學團隊，積極有效開展教育教學，提高人才培養質量。堅持“以賽促教、以賽促學、以賽促改、以賽促建”，以提高教師教學能力為核心，促進教師綜合素質、專業化水平和創新能力全面提升，展現師德高尚、技藝精湛的新時代職業院校教師風采。促進“雙師型”教師隊伍建設。

比賽設教學設計、課堂教學、實訓教學三個比賽項目。教學設計賽項重點考察教師針對一個教學任務或教學單元完成教學設計的能力。落實教學標準，對接職業標準（規范），基于準確的學情分析和人才培養需要選取教學內容，科學確定教學目標，系統優化教學過程，合理運用技術、方法和資源等組織、實施教學，完成教學任務，進行教學考核與評價，做出教學反思與診改。

二、教學分析

（一）教材分析

“三相異步電動機能耗制動控制線路的安裝、調試與維護”選自《機床電氣控制系統運行與維護》中的“情境六：三相異步電動機的制動控制”中的任務。[1]《機床電氣控制系統運行與維護》為機電專業的核心課程，堅持“以就業為導向，以能力為本位”的宗旨，以職業崗位的能力需求為依據，根據工作過程的相關性，以典型工作任務為載體，以工作過程為導向，將為培養能力而實施的訓練任務和完成任務所需的知識點進行重組，構架新的教學內容體系，創設具有完整工作過程的學習情境，形成工作任務引領型課程，為落實“教、學、做”一體化教學模式創造條件。三相異步電動機作為重要的動力裝置，已被廣泛應用于工業生產、農業機械、交通運輸、國防工業等電力拖動裝置中。制動是電動機工作的重要環節，若不能實現有效制動，會對周圍設備造成損壞，甚至造成人員傷亡。電動機容量大、起動頻繁且要求具有平穩準確停車的場合。例如，磨床、龍門銑床、橋式起重機、石油鉆井機等設備均采用能耗制動。依據電工國家職業標準，能耗制動是必須掌握的技能。

（二）學情分析

本課授課對象為機電專業三年級學生，已學過《電工技術基礎》，但理論知識薄弱;會使用常見的電工工具、電工儀表，有一定的安全操作意識，但操作規范性不強;具備高效節能的生產意識，但不能將理念落實到實際生產中。《機床電氣控制系統運行與維護》課程已學習了三相異步電動機的認識與安裝、單向運行控制、可逆運行控制、順序運行控制、降壓啟動控制、反接制動控制。未來的就業方向之一為機電設備安裝與維修等技術工作。

（三）教學目標

知識目標：了解能耗制動原理，會分析三相異步電動機能耗制動控制線路的工作過程;技能目標：能正確安裝與調試三相異步電動機能耗制動控制線路，并排除常見的故障;素質目標：養成科學、規范、安全的生產意識。其中教學重點是分析三相異步電機能耗制動控制線路的工作過程，并正確安裝及調試，難點是排除三相異步電動機能耗制動控制線路常見的故障。

三、教學策略

本課以任務驅動為主線，共4課時。為提高教學效率，實現教學的最優化，課堂上采用任務驅動、線上線下結合等教學方法，指導學生自主學習、協作探究。仿真操作同步實訓操作，虛實結合。課堂實操利用監控系統，實現教師一對多指導，解決了教學重點;運用故障預設系統，實現各類故障的模擬再現，多試練，積累排故經驗，化解教學難點。設備實操時所用設備為YL-158現代電工技術實訓考核裝置，授課教室中包含理論教學區與設備實踐區，理實一體化教學。

四、教學過程

課前，學生根據教師發布的調研內容，對能耗制動的特點、應用、整流電路的選擇，多途徑進行調研。例如，翻閱資料、網上檢索、手機問卷、電話咨詢等方式，將調研報告上傳至泛雅平臺。學生領取課堂導學案，進行課前預習，并完成課前測試。從課前測試反映，學生對于“如何將能量消耗掉”認知不清，師生帶著問題，進入課堂。教師查看學生上傳的調研報告、課前測試。查看平臺的統計結果，根據學生課前反饋問題，進行課堂教學安排的調整。

（一）講解原理

學生在泛雅平臺觀看三相異步電動機能耗制動原理的微視頻，解決課前問題。在電動機切斷交流電源后，立即在定子繞組中通入直流電，以消耗轉子慣性運轉的動能來進行制動，所以稱為能耗制動。

（二）分析任務

任務描述：某橋式起重機小車運行電動機采用12kW的三相異步電動機，要求停車平穩且位置準確，可以頻繁起動。確定制動控制線路，并安裝調試實現制動效果。針對12kW三相異步電動機進行平穩準確制動的工作任務，學生分組討論。上次課學習的反接制動，沖擊強烈且制動準確性差。根據課前調研，確定采用有變壓器單相全波整流能耗制動。學生登錄“電工技能仿真軟件”，觀看微視頻，自主學習三相異步電動機能耗制動控制線路工作過程。教師針對學生提出的問題，進行講解。接著學生填寫能耗制動工作過程流程圖并提交，解決了教學重點，為實訓做好了知識準備。

鑒于機電設備安裝與維修的崗位職責，筆者將工作任務分為兩個子任務。任務一：正確安裝與調試三相異步電動機能耗制動控制線路;任務二：排除三相異步電動機能耗制動控制線路常見的故障。

（三）實施任務

1.任務一：正確安裝與調試三相異步電動機能耗制動控制線路（教學重點）。

環節1：安裝控制線路前，學生根據控制線路圖，選擇所用的元器件，并檢測元器件的好壞。如有遺忘，借助電工技能仿真軟件，復習元器件觸點的作用與檢測方法。

環節2：虛實同步、正確安裝。從抽象的線路圖到設備安裝的轉化存在一定難度，傳統教學中學生錯接、漏接的現象較多，教學中存在安全隱患。為了解決這個問題，筆者將實訓操作與仿真操作同步，學生獨立完成。合理布局元器件，并安裝控制線路。仿真軟件中一條電線接線正確，方可進行下一條電線的安裝。由于軟件中元器件與實物一致，學生在軟件上的接線可完全對應實際安裝，學生設備安裝完全正確。

安裝過程中，每位學生均佩戴可穿戴攝像頭，以第一視角，實時錄制操作過程，并將操作視頻上傳至實操監控系統。教師通過實操監控系統，監控學生操作，如遇異常，及時干預糾正，后臺自動記錄。例如導線的露銅過多，易發生短路，及時糾正，實現規范、安全雙把關，解決了教學重點。

安裝完成后，學生在教師監督下按照安全測試步驟，自主進行安全監測并記錄結果，無誤后方可進行通電調試。

環節3：視頻回放、教師點評。通過視頻回放，教師點評安裝調試過程中存在的問題，例如制動過于頻繁，易引起電動機繞組過熱。錯誤點記錄包括：導線露銅過多、未做絕緣端子、制動過于頻繁、帶電操作、走線不規范等，強調操作規范。

環節4：連線預約的企業導師，課前告知本課上課內容，將課堂上學生操作的視頻、圖片等發送給企業導師，課上在線評價。企業導師指出，三相異步電動機能耗制動控制線路中的限流電阻因功率較大，一般安裝在控制板外面;時間繼電器的整定時間不宜調得過長，以免制動時間過長引起電動機繞組過熱。

2.任務二：排除能耗制動控制線路常見的故障（教學難點）。

設備運行時，可能出現不能起動、點動、制動，或者制動效果不明顯等故障現象，如何快速精準地定位故障點并排除故障呢？

環節1：故障預設，理清思路。針對這一教學難點，教師借助故障預設系統，將所對應的元器件設置成損壞，或將導線設置成錯接、漏接、連接不牢靠，預設故障。

環節2：軟件排故，過程有序。學生進入仿真軟件，查看故障現象，分析故障，定位故障點并排除故障。例如按下制動按鈕，到達制動時間，但電動機沒有立即停車。分析故障原因，故障發生在整流電路中，線路圖中故障相關線路閃爍作為提示。選擇正確的測試點，測試導線連接是否牢靠。排除故障，通電運行，可迅速制動，化解難點。

環節3：設備排故，迅速有效。明確排故方法后，學生很快便將設備故障進行排除，有效提高檢修能力。學生依據能耗制動控制線路，結合軟件排故和實操，梳理故障點，形成排故思維導圖，使排故有序化，提高電路分析能力和邏輯推理能力。

（四）總結評價

教師組織小組匯報，學生匯報實訓過程中遇到的問題及解決方法。學生完成隨堂檢測，并上傳至泛雅平臺。教師總結實訓結果并進行評價。平臺根據課前反饋、仿真操作、實踐操作的階段性成績按權重統計總分，構建了多元化、全過程的評價體系。

（五）整理整頓

學生拆除三相異步電機能耗制動控制線路，整理導線，歸置元器件，可在后續課程中重復使用，實現5S管理。

（六）拓展提高

能耗制動是通過消耗動能來制動的，是否有其他的制動方式將動能回收利用呢？作為知識的延伸，學生自主探究再生制動原理，調研其應用場合及特點。

課后學生走入校企合作單位，參與橋式起重機電氣控制線路的日常維保和檢修工作，提高規范操作和專業實踐能力，使所學轉為所用。

五、教學效果

本課將實際工作過程與機電設備安裝與維修的崗位職責相結合，設置工作任務。教學過程中，仿真操作與實訓操作同步，虛實結合，解決了傳統教學中教師難指導、操作易失誤的難題，實現從抽象的線路圖到設備安裝的轉化。課堂實操監控系統，解決了教師無法同時監控多個小組操作過程的難題，實現一對多指導。調取存檔視頻，將學生操作重現，實現過程的可觀、可感、可回顧。故障預設系統，實現各類故障的模擬再現，多試練，積累排故經驗。思維導圖，使排故有序化，提高電路分析能力和邏輯思維能力。利用泛雅平臺組織教學，再結合泛雅平臺的在線評價系統，及時對學生進行評價，形成了課上與課外、教師與學生、過程與結果多元的評價體系，也便于教師及時了解學生學習情況并及時調整教學進度。從實訓效果來看，與往屆未進行信息化學習的班級比較，本屆實訓耗材和學生錯誤操作有了明顯減少，教學質量有明顯提高，在同類課程的教學中具有較好的推廣作用。

參考文獻：

[1]袁忠，申愛民.機床電氣控制系統運行與維護[M].北京：電子工業出版社，2012.

責任編輯：章躍一