機電類專業貫穿式項目制教學體系研究與實踐

姚 佳，黃有全，曾義聰

（長沙民政職業技術學院 電子信息工程學院，湖南 長沙 410004）

《中國制造2025》提出了制造強國戰略，而技藝精湛的技術技能人才隊伍是制造業強盛的重要支撐。國家大力發展職業技術教育，以產教融合、訂單班、現代學徒制班等多種模式推進校企合作[1]。改革職業技術教育課程內容，培養適應智能制造行業所需要的高素質綜合型人才，是職業技術院校的重要職責。

以往的職業教育，在實踐教學、對學生能力培養方面多有不足，對學生能力培養也與國家需求有一定差距，不能完全適應制造業向智能制造發展的要求。因此，采用貫穿多門課程的項目制教學，設計與行業企業同步的教學項目，構建機電一體化專業實踐教學體系，培養具有項目開發設計能力和創新能力的人才，對于提高教學質量，具有很好的現實意義。

1 機電一體化專業課程體系構建

根據《高等職業學校專業教學標準》機電一體化專業教學標準[2]中關于課程設置的要求，機械識圖與繪制、機械制造技術、液壓與氣壓傳動、電氣與PLC控制技術、工業機器人編程與調試、機電設備故障診斷與維修、智能制造系統等課程是該專業的核心課程。

德國職業教育模式是世界公認的先進職業教育模式，是采用雙元制、基于工作過程的教學等先進的教學模式[3-4]。我校結合德國職業教育機電一體化專業課程體系劃分，對照國家關于機電一體化辦學標準中的課程設置要求，構建了機電一體化專業課程體系。

機電一體化課程體系包括9 個學習領域：

（1）機械基礎：主要包括機械識圖與繪制、機械零部件測繪等課程。

（2）機械零部件制作：主要包括機械制造技術、金屬加工實訓等課程。

（3）電氣控制設計、安裝與調試：主要包括電工電子、電氣控制技術等課程。

（4）電氣液控制與實現：包括液壓與氣動技術等課程。

（5）機電控制系統安裝與調試：包括PLC 控制技術、微控制技術、柔性控制技術等課程。

式（5）為逆變器輸出電壓的控制模型，實際的濾波器中三個電容器的數值都相同且為定值即C1=C2=C12=C，將其用估計值代替，則公式（6）變為：

（6）工業機器人編程調試及應用：包括工業機器人編程與調試等課程。

（7）智能制造生產線應用：包括智能工廠、自動生產線調試等課程。

（8）機電系統維修：包括機械系統維修和機床電氣維修等課程。

（9）客戶交流與交付：包括生產管理、技術資料編寫等課程。

機電一體化課程體系遵循從基礎到融合、從簡單到復雜的原則，符合國家關于機電一體化專業辦學所要求的標準，也符合企業對人才的要求，是一個相對科學的體系。

2 貫穿式項目制教學體系構建

對于職業院校來說，培養學生的職業技能是核心目標；而對于工科專業的職業技術教育，培養學生技能的較好方式是采用項目制教學[5-6]。項目制教學法最顯著的特點是以項目為主線、以教師為主導、以學生為主體，改變了學生被動學習的教學模式，創造了學生主動參與、自主協作、探索創新的新型教學模式[7-8]。

項目教學法在我國高等教育中已經應用多年。大多數項目教學是設置為一門獨立的課程，每門課程設置多個由淺入深的項目[9-10]；而設計一個或幾個綜合性項目，將項目貫穿專業核心課程之中的做法卻較少。我校機電一體化專業自主設計和開發了多個融合多門課程的貫穿式綜合項目，例如簡易挖掘機模型、快遞派發裝置、機械手臂等。通過綜合項目的實踐教學，學生對專業課程之間的聯系以及專業整體性技術認知有很大提高。

2.1 挖掘機模型項目載體的設計思路

機電一體化是將機械與電氣結合在一起的專業技術，學習難度較大，但學生對于動手操作是有很大興趣的，選取適合教學的載體和項目是貫穿式項目綜合教學的首要問題[11]。通過調研，選取了本省支柱產業之一的工程機械制造業的典型產品——挖掘機進行了項目開發。本著既來源于實際、又能用于教學的思想，最終設計了一個簡易挖掘機模型作為貫穿核心課程的項目。

圖1 為簡易挖掘機項目的功能示意圖。簡易挖掘機由控制盒進行控制，其上面有多個控制搖桿，可以控制簡易挖掘機模型的前進和后退、大臂和中臂的伸出和縮回、挖斗的挖掘動作等。該項目是機械識圖與繪制、機械制造技術、金屬加工實訓、液壓與氣壓傳動、電氣控制、可編程控制技術等課程知識和技能的結合，是一個貫穿多門核心課程知識和技能的綜合項目。

圖1 簡易挖掘機項目功能示意圖

2.2 課程項目設計過程

根據上述核心課程的教學內容，結合挖掘機模型制作過程中涉及的知識點和技能點，設計了6 個教學課程及項目，如表1 所示。每門課程由多個項目組成，與常用的項目制教學相同。課程項目的創新點在于每門課程中都設計有與挖掘機模型制作相關的一個項目，通常作為最后一個項目，每個項目完成后組裝調試好就完成了整個挖掘機模型的制作。

表1 課程項目對應表

學生在機械識圖與繪制課程中，需用繪圖軟件繪制挖掘機模型的零件圖和裝配圖（見圖2），然后在機械制造技術課程中按零件圖加工零件，然后進行挖掘機模型的裝配。

在電氣控制課程中，學生需進行控制板的設計與制作，并對挖掘機模型中的電氣部分進行接線。

圖2 簡易挖掘機機械裝配圖

在氣動課程中進行氣動回路的設計與安裝。挖掘機一般采用液壓控制，為方便教學本項目采用氣壓控制，而氣壓與液壓的工作原理基本相同。氣動回路控制原理如圖3 所示。在單片機課程編寫相應的控制程序，還可以在PLC 課程中進行另一種程序控制。

圖3 氣動回路控制圖

通過這個項目的訓練，可以讓學生將多門課程的知識進行融會貫通，很好地理解知識的關聯，一項課程項目的完成情況將影響后續課程項目的實施，使學生對專業和課程的應用有整體的認知，提高綜合實踐能力[12-13]。

2.3 課程項目實施

簡易挖掘機項目已經在機電一體化專業課程教學中進行了多次實施，取得了很好的教學效果，該項目還被用在2019 湖南—老撾職業教育師資國際培訓班中，受到了老撾教育部的好評。圖4 為調試完成的挖掘機模型實物圖。

圖4 簡易挖掘機模型實物圖

3 結語

在設計和運用機電類專業貫穿式項目制教學體系的過程中有以下體會和思考：

（1）由于一個項目貫穿多門核心課程，提高了學生對知識的綜合運用能力和創新意識。

（2）采用企業的真實機械產品作為項目實例，提高了學生的學習興趣和團隊協作精神，開發者可根據專業特點和當地產業的需求選取合適的項目載體。

（3）作為貫穿式項目制教學體系，宜選取多個載體、設計多個項目，例如機械類課程設計一個綜合項目、電類課程設計一個綜合項目，也可以是機電結合的項目，并且采用內容和難度可拓展的項目為好。