機電一體化綜合實訓(xùn)教學(xué)實踐探索與研究

寧宗奇 陸 勤

（上海工程技術(shù)大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院 上海 200437）

機電一體化綜合實訓(xùn)教學(xué)實踐探索與研究

寧宗奇 陸 勤

（上海工程技術(shù)大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院 上海 200437）

闡述了機電一體化綜合實訓(xùn)課程設(shè)置的意義，對課程教學(xué)內(nèi)容如何組織、教學(xué)方法如何設(shè)計，以及實際課堂教學(xué)如何貫徹教學(xué)方法、如何設(shè)計教學(xué)任務(wù)、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(xùn)；項目驅(qū)動；教學(xué)實踐

課程的設(shè)置

隨著我國制造業(yè)的飛速發(fā)展，數(shù)控機床、機器人以及自動生產(chǎn)線等設(shè)備得到了大量應(yīng)用，這就需要大量的機電一體化技術(shù)人才。隨著設(shè)備復(fù)雜程度的不斷提升，機械技術(shù)、氣動技術(shù)、液壓技術(shù)、傳感器技術(shù)、PLC技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)及通訊技術(shù)等學(xué)科相互滲透，不但對機電一體化技術(shù)人才的要求越來越高，而且對人才綜合素質(zhì)的要求也越來越高。為了適應(yīng)經(jīng)濟與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，滿足社會的需求，我校機電一體化技術(shù)專業(yè)開設(shè)了機電一體化綜合實訓(xùn)，強化人才培養(yǎng)的應(yīng)用性和綜合性，使畢業(yè)生在走上工作崗位前得到包括機械技術(shù)、氣動技術(shù)、傳感器技術(shù)、PLC技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在內(nèi)知識和技能的綜合應(yīng)用培訓(xùn)，使學(xué)生既掌握機電一體化專業(yè)理論知識，又能從事機電設(shè)備或自動化生產(chǎn)線的安裝、調(diào)試、維修、維護以及設(shè)計改造等方面的工作，為學(xué)生走上實際崗位打下良好的基礎(chǔ)。

實訓(xùn)設(shè)備主要采用亞龍YL-335A型自動生產(chǎn)線實訓(xùn)考核裝備，該設(shè)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(tǒng)，五個模塊加起來又可以構(gòu)成一個更大的機電一體化系統(tǒng)，完成更復(fù)雜的工作任務(wù)。每個模塊都涉及機械技術(shù)、驅(qū)動技術(shù)、傳感器技術(shù)、PLC技術(shù)四個方面。

教學(xué)內(nèi)容的組織

機電一體化綜合實訓(xùn)屬于實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，其主要目的是為學(xué)生創(chuàng)造一個模擬的職業(yè)情境，培養(yǎng)在該情境下工作所需的職業(yè)技能和職業(yè)素質(zhì)。在實施過程中通過對未來職業(yè)環(huán)境的分析，歸納出從事某崗位工作應(yīng)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(gòu)成實踐教學(xué)的單元或模塊。在教學(xué)中采用模塊化教學(xué)，將整個教學(xué)內(nèi)容劃分成若干個由易到難、循序漸進的教學(xué)模塊，每個教學(xué)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(xué)模塊加起來又構(gòu)成整個實訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)，服務(wù)于整體教學(xué)目標。

在教學(xué)內(nèi)容組織上，基礎(chǔ)理論以“必需、夠用”為度，以學(xué)生為主體，以培養(yǎng)能力、提高學(xué)生綜合素質(zhì)為目標，打破教材本身的框架，圍繞一個典型設(shè)備展開，將學(xué)習(xí)過程分解成若干個小任務(wù)，并結(jié)合實際操作，將所要求的知識點、能力點和職業(yè)素質(zhì)融于培訓(xùn)過程?；谶@種考慮將整個課程的教學(xué)分成三大步、七個教學(xué)模塊，如圖1所示。

第一步進行單項訓(xùn)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(yīng)用開始，為學(xué)生奠定必要的機械技術(shù)、驅(qū)動技術(shù)、傳感器技術(shù)、PLC技術(shù)四個方面的基本知識和基本技能基礎(chǔ)。

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

第三步進行綜合技能提升。模塊七在完成更大任務(wù)的基礎(chǔ)上，進一步提升綜合應(yīng)用能力。

教學(xué)過程的設(shè)計

（一）教學(xué)實施步驟設(shè)計

在教學(xué)中學(xué)生既是學(xué)習(xí)者，又是實踐活動的參與者。教學(xué)過程的實施必須堅持以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)。在完成任務(wù)的過程中，一方面,教師引導(dǎo)學(xué)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(dǎo)。具體的實施步驟如下。

圖1 課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖

表1 各個教學(xué)模塊任務(wù)的分解表

環(huán)境、對象的理解和認知 首先使學(xué)生理解實訓(xùn)設(shè)備所關(guān)聯(lián)的職業(yè)環(huán)境應(yīng)用背景，理解“為什么學(xué)”。然后使學(xué)生對設(shè)備的總體概況、結(jié)構(gòu)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(xué)什么”。最后，使學(xué)生明確總的任務(wù)目標。

任務(wù)分解 具體任務(wù)的分解如表1所示?！澳K一”從認知系統(tǒng)開始，設(shè)置了系統(tǒng)認知和系統(tǒng)總體目標認知任務(wù)；對系統(tǒng)所涉及的機械裝配和氣動回路的基本知識進行學(xué)習(xí)；為了鞏固機械裝配和氣動回路的知識，設(shè)置了以氣動機械手的裝配調(diào)試為背景的較為綜合的任務(wù)；根據(jù)系統(tǒng)裝配與調(diào)試的需要，設(shè)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(chǔ)知識和步進指令編程共六個單項訓(xùn)練任務(wù)；在初步掌握基本知識和基本技能的基礎(chǔ)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?！澳K二”到“模塊六”以學(xué)生感興趣的任務(wù)為引導(dǎo)，以任務(wù)的完成、任務(wù)改進和問題發(fā)現(xiàn)為動力，按照先易后難、循序漸進的策略逐步展開課程內(nèi)容。每個模塊都是對機械技術(shù)、驅(qū)動技術(shù)、傳感器技術(shù)和PLC技術(shù)基本知識和基本技能的強化訓(xùn)練。通過五個具有不同層次的教學(xué)模塊不斷地、反復(fù)地強化訓(xùn)練，使學(xué)生對基本知識和基本技能的掌握有一個質(zhì)的飛躍，達到能夠綜合應(yīng)用所學(xué)知識和技能解決實際問題的目的?！澳K七”是對綜合應(yīng)用能力的拓展和提升。通過自己設(shè)計方案、自己編程調(diào)試，使學(xué)生的綜合應(yīng)用能力得到進一步的提升，將綜合知識和技能轉(zhuǎn)化為未來就業(yè)的綜合素質(zhì)，實現(xiàn)畢業(yè)到就業(yè)的另一個飛躍。

實踐操作 在每個教學(xué)任務(wù)中，都包含一定的理論知識和實踐操作內(nèi)容。在實踐操作過程中，一是強調(diào)實踐操作與理論知識的結(jié)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(diào)操作的細節(jié)，使學(xué)生明確操作細節(jié)對安全及規(guī)范操作、提高勞動效率、培養(yǎng)良好職業(yè)習(xí)慣、形成優(yōu)秀職業(yè)素養(yǎng)的重要意義。

協(xié)作與提高 安排有部分編程調(diào)試的任務(wù)，該部分通過團結(jié)協(xié)作的形式完成，通過組員之間的協(xié)商討論和團結(jié)配合，不斷優(yōu)化解決方案，完成工作任務(wù)。另外，以書面和口頭的形式進行自我總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的文字表達能力、計算機應(yīng)用能力等。

（二）教學(xué)方法設(shè)計

根據(jù)不同的教學(xué)對象和教學(xué)內(nèi)容，實施不同的教學(xué)方法。根據(jù)機電一體化綜合實訓(xùn)課程中每個任務(wù)的特點以及學(xué)生的具體情況，在教學(xué)中主要采用以下幾種教學(xué)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(qū)動教學(xué)法。作為主要的教學(xué)方法之一，以實際任務(wù)的解決引出知識點，再結(jié)合實踐操作和總結(jié)提高，將學(xué)生對理論知識的理解轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用能力。

第二，互動交流教學(xué)法。通過師生之間、學(xué)生之間的互動交流激發(fā)學(xué)生興趣，使知識脈絡(luò)更加清晰、解決方案更加優(yōu)化，不斷培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題及不斷創(chuàng)新的能力。

第三，多媒體與實訓(xùn)設(shè)備結(jié)合。實訓(xùn)設(shè)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(xué)生的視野，但針對性不強。綜合利用實訓(xùn)設(shè)備的針對性與多媒體的開放性，便于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開闊學(xué)生的視野。

第四，仿真軟件與實訓(xùn)設(shè)備的結(jié)合可降低設(shè)備少、故障頻發(fā)對教學(xué)的干擾。初學(xué)者對設(shè)備比較陌生，容易使設(shè)備產(chǎn)生損壞，往往會影響教學(xué)。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(diào)試，學(xué)生樂于接受。

課堂教學(xué)的實施

（一）明確任務(wù)目標

按照氣動控制回路原理圖，熟練、規(guī)范地連接氣路；熟練應(yīng)用氣動回路連接與調(diào)試的方法，完成供料單元的氣路連接與調(diào)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(yīng)接近開關(guān)，2B1和2B2為安裝在頂料氣缸的兩個極限工作位置的磁感應(yīng)接近開關(guān)。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(yīng)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(xué)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(diào)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(diào)試結(jié)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(yīng)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(xiàn)象。

調(diào)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(diào)整氣缸節(jié)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(yīng)注重對學(xué)生工作過程的動態(tài)考核?？己税ɡ碚撝R、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(jù)見表2。此外，為鼓勵學(xué)生不斷提升的積極性，可改變一次考核定成績的模式，學(xué)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(xùn)課程教學(xué)改革過程中，也存在著幾個關(guān)鍵的問題需要進一步研究和探索：一是如何量化理論教學(xué)與實踐教學(xué)的比重；二是考評模式較傳統(tǒng)考評模式有所轉(zhuǎn)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(xué)實施的可操作性，因為只有可操作性更強，持續(xù)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(shù)大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院助教，研究方向為機電一體化技術(shù)及高職教育教學(xué)。

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

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1672-5727（2011）12-0120-03