關于一體化教學設備和教學方法的思考與啟發

陳拓

◆摘 要：2019年6月14日，我參加了我校舉辦的劉建大師主講的機電一體化快速培訓體系示范課的聽課活動。作為國家級技能大師、廣東省愛國奮斗模范、惠州仲愷高新區技師協會會長、廣東省技師學院智能制造大師工作室主持人，他從實踐出發，見多識廣后形成的獨特的思維方式，和培養工程師式學生的教育理念深深的啟發了我，短短一上午的示范課，讓我受益良多。

一、劉建大師一體化教學設備引發的思考

首先，他肯定了目前一體化課程中的任務驅動法教學是國際公認的有效方法，并認為當下的駕校教學就是一種成功的任務驅動法教學。隨后，拋出兩個針對教學設備的啟發式問題：教練車為什么不用勞斯萊斯？教練車為什么不用電腦仿真？他的想法是機電一體化教學設備同樣也要用實物教學，這樣學生到了工作現場才不會一頭霧水。教學設備的價值不用太高，教會學生思考的能力才是最重要的。這一點我深以為然，一體化教學的初衷就是要把學生充分的調動起來，讓學生自主學習，學會思考。而如何讓學生自主學習，學會思考，就是我們一體化老師在備課中需要比傳統教學備課多準備的至關重要的那部分。同時劉建大師講到教學設備和工作實際的設備原理結構要基本相同，但為了保證學生安全，需要把一些不安全因素降到安全范圍內，如他的公司的教學產品電壓就降到了36V，甚至專門做了36V的三相電機，這讓學生和老師都少了后顧之憂，讓學生在一體化教學過程中真的能夠“玩”起來。但對于這兩個問題，我也有自己的想法。對于教學是否用“勞斯萊斯”，確實要從學生的基礎和將要達到的技能等級出發，中職教育確實不必太高，能跟對口企業相適應為最佳;對于是否使用電腦仿真，我還是認為不能一棒子打死，因為電腦仿真可以用在容錯率較低的課程教學中，如工業機器人操作、無人機操作等誤操作會帶來大量設備維修成本的課程中。

二、劉建大師一體化教學方法帶來的啟發

然后，劉建大師提出了他的機電一體化快速培訓體系，即設備教學加方法教學。這里重點說，他的方法，確實有畫龍點睛的作用，讓從事幾年一體化教學的我有種茅塞頓開的感覺。劉建大師總結了一種由一到五的電路分析方法，即“一個思想”、“兩腳原理”、“三種方法”、“四個代表”、“五個問題”。就是用這種分析方法，把各種簡單電氣元件組合成不同的設備去實現不同功能。所謂“一個思想”，就是在機電一體化設備中，把PLC比作城市，開關、電源、傳感器、電機等元件比作農村。沒有農村，就沒有城市，它們是一個整體。這是機電一體化中設計的基礎。那么，怎么能把不同的元件運用好，去組合成不同的設備實現不同的功能呢？就用“兩腳原理”、“三種方法”、“四個代表”、“五個問題”來解決。所謂“兩腳原理”，就是簡單元件都有兩個引腳，把這兩個引腳用導線連接，就可以構成電路。“三種方法”包括電氣回路法，通過已知求未知法，綜合應用設計法。再說“四個代表”，它們分別是：負載、電源、開關、導線。記得《電工基礎》第一課講的就是電路回路的這四個要素，但是我并沒有認識如此深刻，沒想到能用來進行電路的設計。“五個問題”就更具啟發，分別是：1.直流/交流;2.三相/單相;3.電壓多高;4.電流多大;5.功率多少。前三個必須匹配，后兩個能夠兼容，這樣就可以先出相應類型參數的元件。最后，用綜合應用這幾點把前面分析出的元件用導線連接，這樣電路圖就被設計出來了。劉建大師就是用這五點分析方法把原理復雜的PLC端口接線深入淺出的在短時間內講明白了，不得不讓人佩服。

示范課的最后，劉建大師又針對“PLC控制三相異步電動機正反轉”這一項目，他強調課程按照選元件，設計電氣圖，接線，編程調試來一步一步完成。由于時間有限，重點進行了設計電路圖部分的實戰教學，請老師和學生一起到黑板上進行電路圖設計，很好的實踐了剛才所講的理論。

聽完全部教學過程后，再看劉建大師設計的工作頁，我不禁聯想到我下學期將要開課的《機械手系統操作與調試》的工作頁設計。簡單介紹下機械手設備和我開發的課程。機械手實訓裝置，由機械結構部分、電氣控制部分、電機驅動部分、氣泵驅動部分等組成。該設備為坐標式機械手，可完成機械手旋轉，手臂豎直、水平移動，氣動手指旋轉四個自由度的位置精確控制。通過晶體管式PLC可編程控制器，可以對氣動手指進行較復雜的空間移位控制。設備的構成上有劉建大師的設備有相通的地方，但是我的這個設備偏機械運動控制，劉大師的設備偏電氣元件控制，也更全面一些。該課程包含了諸如步進電機驅動、機械傳動、氣動、可編程控制器、傳感器等多種知識，為學生提供了一個綜合機電一體化的練習環境，讓學生學過的諸多單科專業知識在這里得到全面認識、綜合訓練和相互提升。通過該課程的一體化訓練后，學生可更多理解傳感器、步進電機、直流電機、氣動裝置在精確機械位置控制中的應用。并根據PLC程序和各電器元件的技術要求進行現場接線操作實訓，同時培養學生對PLC高級指令的應用能力、通過接線提升對電氣元件的功能認知和運用的能力。

在聽這節示范課以前，我想把整理好的包括名稱、符號、PLC地址的機械手I/O地址分配表整個發給學生讓他們照著接線，但看過劉建大師的工作頁后，我決定只給學生名稱，其他讓學生自己通過思考和實踐摸索完成，這樣學生會真的動腦，動腦后再動手，這樣才能學到真本領，而不是機械式的“臨摹”老師的設計。我也想效仿劉大師的教學方法，由于設備的不同，我總結的步驟是：1.在我引導下，讓學生通過自己搜索資料，了解各個元件在系統中所起到的作用;2.通過接線、編程、調試來發揮各個元件的功能;3.通過編程讓機械手從局部動作到整體動作，從手動到自動。讓學生一點點看著眼前的機械手一步一步動起來，相信學生的成就感和自信心也會得到提升，體驗把知識用到實踐中的快樂。這也算是我對一體化教學方法上的一次實踐吧，但是考慮到我是一位普通教師，沒有劉大師那樣的光環，現場的經驗也沒那么多，到底能達到什么樣效果就等下學期見分曉了。我會多多的準備，爭取做到更好的效果。