基于微課“電液氣技術及應用”課程的教學設計應用＊

沈小燕，劉媛媛，陳 翡，張福杰

（無錫科技職業學院，江蘇 無錫 214028）

0 引言

“電液氣技術及應用”是無錫科技職業學院機電類專業的一門專業核心課程，目標是使學生具備熟練應用液壓與氣動知識以及設計簡單液氣壓系統的能力。它需要以“電工電子學基礎”“機械設計基礎”“工程制圖”等課程的學習為基礎，也是進一步學習“機電設備故障診斷與維修”“自動化生產線技術應用”等課程的基礎。在“中國制造2025”的大背景下，根據市場調研和企業人才需求分析，現代制造業使用的制造裝備大多是自動化生產線等，以汽車自動化生產線為代表的現代化設備，綜合應用了機、電、液、氣一體化技術[1]。

筆者在實際教學過程中發現，相對于傳統的“灌輸式”教學，將知識點有機地融入到微課中，充分利用信息化教學手段，生動形象地將枯燥的專業理論知識呈現出來，不僅有效激發了學生的學習興趣，而且顯著提高了教學效率[2]。筆者以本課程中“雙作用氣缸的自動伸縮控制”知識點為例，進行微課的教學設計應用分析。

1 教學背景

氣動控制技術是生產過程自動化的有效手段之一，被廣泛應用于各類自動化設備中，如汽車生產線、食品灌裝生產線、口罩機生產設備等。氣壓傳動中，壓縮空氣是氣動設備的工作介質，相對于液壓傳動，氣壓傳動環保高效且方便快捷，被廣泛應用于自動控制的工業領域中。隨著電子技術和傳感器的大量使用，氣動控制越來越智能化，“雙作用氣缸的自動伸縮控制”介紹了電磁換向閥控制電氣回路的設計過程。本教學內容淺顯易懂，電氣回路設計按認知規律由淺入深，采用產生式教學策略，應用問題引導的探究式教學方法，通過仿真、動畫及實踐操作的講解，使學生輕松掌握控制電路的設計方法，從而激發他們的學習興趣。

學情分析：教學對象為機電專業大二學生，學習本課程前已掌握低壓電器相關基礎知識，已學習氣動控制元件、氣動執行元件、氣動回路的基本知識，會搭建手動換向閥控制的氣壓換向回路，能利用仿真軟件搭建簡單的電氣回路，具備硬件電路安裝和調試的基礎技能。

2 教學設計思路

本項目的設計思路根據企業的具體職業崗位職能，遵循學生的認知規律而確定[3]。在已學習“手動換向閥實現雙作用氣缸的伸縮控制”基礎上開展，通過視頻、動畫、虛擬仿真等信息技術手段，將氣動回路與控制電路的工作過程形象具體地表現出來。使用虛擬軟件完成電氣回路的設計。電路設計部分由淺入深，循序漸進，環環相扣，完成點動、自鎖、電氣互鎖、雙重互鎖及帶磁開關的控制電路設計及分析，最終實現利用磁開關搭建氣缸自動伸縮的控制電路設計。利用虛擬仿真軟件，將抽象的電路設計轉變為可視可驗的具體動畫過程；通過實物搭建和調試過程，強調了學生應具備的實踐操作能力；同時結合實操中出現的問題，提出“工匠精神”對于職業能力培養的重要性。視頻學習使學生掌握電氣回路設計相關的知識要點，又培養學生的應用和實操能力，圍繞教學重點，突破了教學難點，達到了使學生懂原理、會設計、能驗證、知標準的教學目標。

2.1 教學重點與難點

1）教學重點：①控制電磁鐵得失電的自鎖和互鎖電路設計及工作原理；②磁開關的工作原理和接線方式；③中間繼電器在控制電路設計中的應用特點。

2）教學難點：利用磁開關實現雙作用氣缸的自動伸縮控制電路設計。

2.2 教學策略

教學過程中利用虛擬仿真軟件對電氣回路工作過程進行可視化的驗證，利用實物搭建和安裝調試對整個工作過程進行可操可調的驗證，相對于傳統的“灌輸式”教學方式，更能激發學生的學習興趣，在學習理論知識的同時掌握實踐動手能力。利用虛實相結合的教學方式，由淺入深，循序漸進，有效化解教學重難點。以問題引出下一個電路設計要點，這種以問題引導的探究式教學方法更能培養學生的創新思維能力。

2.3 教學準備

1）資源：視頻、圖片、PPT、虛擬仿真軟件、實驗設備等。

2）工作場所：理實一體化教室。

2.4 教學效果

通過微課學習，學生掌握了電磁換向閥控制的氣動回路工作過程；理解了點動、自鎖、電氣互鎖、電氣和按鈕雙重互鎖以及磁開關在雙作用氣缸伸縮控制電路設計中的作用和區別；能夠用虛擬仿真軟件完成氣缸自動伸縮控制的電氣回路設計，并完成實物搭建及調試。

3 教學目標

1）知識目標：①掌握磁開關的結構、工作原理和接線方法；②掌握點動、自鎖、電氣互鎖和按鈕互鎖在控制電路中的作用和區別；③掌握利用磁開關和中間繼電器構建的氣缸自動伸縮的控制電路。

2）能力目標：①能夠根據氣動回路控制要求設計電磁鐵的控制電路；②能靈活應用仿真軟件，完成電磁換向閥控制的電氣回路設計并調試；③能夠按照規范完成氣動回路、控制電路的接線和調試。

3）情感目標：①培養善于思考，勤于實踐的創新勞動理念；②強化用電安全意識，培養嚴謹細致的工作態度和精益求精的工作理念。

4 教學內容綱領

根據三位五通電磁換向閥控制的氣壓換向回路，由簡到難，層層遞進，環環相扣：1）按鈕點動控制的電氣回路設計；2）帶自鎖的電氣回路設計；3）電氣互鎖的電氣回路設計；4）雙重互鎖的電氣回路設計；5）帶磁開關的電氣回路設計。

5 教學方法

1）教學方式：①實踐操作教學法及比較法講解5 種電氣回路的設計特點；②步驟分解法及對比法講解5種電氣回路的工作原理。

2）教學資源：①通過汽車生產線、食品灌裝生產線、口罩機設備等視頻資源，了解氣壓傳動的應用場合；②通過仿真軟件設計電氣回路，利用虛擬仿真軟件進行仿真實驗，最后進行實物接線和調試以進行驗證。

3）教學媒體：①把相關圖片、文字等資源制作成PPT，再借助軟件編輯和錄制PPT，錄制配套的講解視頻；②使用PPT、實物展示、實踐操作視頻、教師講解視頻和網絡教學平臺。

6 教學過程設計

將教學環節一共分成9個，采用相應的教學手段遞進講解知識點。

1）問題引入：氣動技術在自動化設備中應用廣泛，通過視頻介紹，引出本次微課的主講內容。

2）復習引入：教師通過PPT 和動畫講解手動換向閥控制的氣動換向回路，引入利用FluidSIM-P 虛擬仿真軟件搭建的電磁換向閥控制的氣動換向回路，并手動讓兩個電磁鐵依次得電，觀察氣缸的往復運動仿真運行過程。

3）點動控制電氣回路分析：教師通過視頻講解回顧電磁閥工作原理，利用FluidSIM-P 虛擬仿真軟件，在不改變電磁閥控制的氣動換向回路基礎上，再搭建最簡單的點動控制回路，利用宇龍實物仿真動畫分析電路控制的缺點，引出問題“如何實現雙作用氣缸伸縮的連續動作”。

4）帶自鎖的控制電路分析：教師通過引入中間繼電器搭建帶自鎖的控制電路，并通過FluidSIM-P 虛擬仿真軟件搭建電氣回路，介紹電路控制的特點，指出電路“電磁鐵不可以同時得電”的要求，引出互鎖電路的設計。

5）帶電氣互鎖的控制電路分析：教師利用視頻和仿真動畫講解電氣互鎖電路的工作原理，提出伸縮直接切換的控制要求，引出電氣和按鈕雙重互鎖電路。

6）帶電氣和按鈕雙重互鎖的控制電路分析：教師利用分步驟講解和仿真電路動畫講解，對比指出電氣互鎖回路和雙重互鎖回路的區別，發現后者的雙作用氣缸的伸縮可直接進行切換。

7）帶磁開關的控制電路分析：教師先通過PPT 講解磁開關在氣壓傳動中的應用，及三線制磁開關的接線方法，并利用FluidSIM-P 虛擬仿真軟件講解磁開關實現氣缸自動伸縮的電路設計。

8）實物接線和調試與課程思政：教師先通過實操視頻展示帶磁開關的電氣回路調試過程，然后講解實物接線和調試過程中的注意事項；最后通過課程思政強調，工匠精神的培養要貫穿在學生的知識技能學習和訓練之中。

9）課程總結：教師總結課程主要內容和重難點。

7 教學總結與特色

1）教學目標達成度：通過本微課設計，能夠達成以下教學目標。①學生能利用仿真軟件獨立完成5 種電氣回路的設計；②學生能輕松分析5 種電氣回路的工作原理及特點；③學生能熟練完成磁開關控制的氣缸自動伸縮的實物搭建及調試。

2）教學效果：效果良好，教師已經把本微課應用于課程教學中，學生觀看后，易于接受微課中的教學內容。

3）教學特色：①跟蹤氣動技術的最新發展，介紹氣壓傳動的應用場合，通過視頻學習提高學生的學習興趣；②教學策略上摒棄老套的文字概念講解法，采用產生式教學策略，通過教師實踐操作分析、分步驟講解、對比教學法和理實一體化教學法等，幫助學生更易于理解5種電氣回路的特點；③利用虛實相結合的教學方式，充分發揮虛擬仿真軟件的優勢，由淺入深，循序漸進，環環相扣，完成5 種電氣回路的設計及分析，最終實現了利用磁開關搭建氣缸自動伸縮的控制電路設計，有效化解重難點知識。

8 結論

“互聯網+”時代的到來，讓知識點以微課的形式呈現出來，更方便學生學習和理解，而單純的傳授式教學已不能滿足要求，運用信息化手段的啟發式、探究式教學模式正逐漸取而代之[4]。現代信息化教學整合多種教學資源，實現了理想的學習模式。21 世紀是知識更新日新月異的時代，智能手機改變了人們的生活，同時讓學生的學習也更方便快捷[5]。因此，只有適應新環境，轉變傳統觀念，改進教學策略，不斷進行探索，才能實現教與學的雙豐收。