基于SX-815Q的《自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試》課程改革分析

劉萌萌 左振永 余彥瓊 姜羽飛

摘要：《自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試》是機電一體化技術(shù)的專業(yè)核心課程。由于課程綜合性強，難度大，學(xué)時有限，因此傳統(tǒng)教學(xué)效果一般。針對傳統(tǒng)教學(xué)存在的不足，依托新進自動化生產(chǎn)線設(shè)備SX-815Q，構(gòu)建知識技能樹，建設(shè)多元化教學(xué)資源庫，同時采用線上線下結(jié)合的教學(xué)模式進行課程教學(xué)改革，以提高教學(xué)質(zhì)量。

Abstract： Installation and Debugging of Automated Production Line" is the specialized core of Mechatronics.Because of its comprehensive， difficulty and limited time，the effect of teaching is not good.For the shortcomings of traditional teaching mode， depend on new equipment of SX-815Q，build the tree of ?knowledge，construct diversified teaching resource warehouse，at the same time use teaching Model of“online and offline Blended learning" to implement courses reform ，in order to improve the teaching quality.

關(guān)鍵詞：自動化生產(chǎn)線;線上線下;SX-815Q

Key words： installation and debugging of automated production line;blended learning;SX-815Q

中圖分類號：TH278 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）05-0235-03

0 ?引言

隨著中國制造2025強國戰(zhàn)略的實施，智能制造、自動化生產(chǎn)線技術(shù)成為產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)。培養(yǎng)能夠從事智能制造裝備和自動化生產(chǎn)線的安裝、編程、調(diào)試、維修、運行和管理等方面的高端技術(shù)、技能人才，已成為當(dāng)前高等職業(yè)院校機電技術(shù)類專業(yè)的主要任務(wù)。伴隨互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用和教育信息化的不斷發(fā)展[1]，線上教學(xué)模式成為近年來頗為關(guān)注的熱門教學(xué)方法。機電一體化技術(shù)教師團隊依托“智慧樹”平臺，以三向教學(xué)儀器制造有限公司生產(chǎn)的SX-815Q型自動化生產(chǎn)設(shè)備為載體，開展“自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試”課程的探索與改革。

1 ?《自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試》課程分析

《自動化生產(chǎn)線的安裝與調(diào)試》課程是河南省民辦高校品牌建設(shè)專業(yè)（機電一體化技術(shù)）專業(yè)核心課程，涉及到機械安裝、傳感器技術(shù)、PLC控制技術(shù)、觸摸屏技術(shù)、氣動技術(shù)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多個領(lǐng)域的知識，綜合性較高，實踐性較強。課程旨在培養(yǎng)學(xué)生在自動化相關(guān)崗位群上所需的技能，因此專業(yè)實踐技能訓(xùn)練是教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié)。專業(yè)技能的提升離不開先進的教學(xué)設(shè)備和教學(xué)組織[2]。為達(dá)到較好的教學(xué)效果，鄭州理工職業(yè)學(xué)院購置了三向教學(xué)儀器制造有限公司的SX-815Q型自動生產(chǎn)線設(shè)備。

課程教學(xué)目標(biāo)是學(xué)生通過編寫PLC編程，安裝設(shè)備機械構(gòu)件，完成整條自動化生產(chǎn)線的軟件和硬件設(shè)計，通過調(diào)試參數(shù)，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)線的安全、可靠運行。（如圖1）

1.1 SX-815Q型自動化生產(chǎn)線設(shè)備

SX-815Q型自動生產(chǎn)線設(shè)備整合機械、氣動、電機與電氣控制、傳感器、PLC、觸摸屏等多種技術(shù)。設(shè)備共包括5個單元：顆粒上料單元、加蓋擰蓋單元、檢測分揀單元、搬運包裝單元、成品入倉單元，是由模塊化的工作單元組成的MPS生產(chǎn)線。每個單元都是實際工業(yè)應(yīng)用中的典型環(huán)節(jié)，極具代表性。既可實現(xiàn)單機工作，也可進行聯(lián)機工作。SX-815Q型自動化生產(chǎn)線工作流程是，瓶子通過皮帶輸送到填裝位置。與此同時顆粒上料單元將料筒的顆粒推出至選料皮帶，經(jīng)過分揀，白色顆粒被吸取并放置到瓶中。填裝完畢后，瓶被輸送到加蓋擰蓋單元進行裝配，然后裝配好的瓶子經(jīng)過皮帶傳送經(jīng)過檢測分揀單元，不合格產(chǎn)品被推出，合格產(chǎn)品被6軸機械手臂搬運并包裝，最后，成品入倉單元將包裝好對產(chǎn)品進行入倉，完成一次生產(chǎn)任務(wù)。操作人員通過人機界面輸入控制信號，查看工作狀態(tài)。

1.2 課程當(dāng)前問題

《自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試》課程目標(biāo)，是使學(xué)生掌握氣動、電氣控制、PLC等多種技術(shù)的綜合應(yīng)用，具備自動機與自動線項目設(shè)計、安裝、調(diào)試與維護、維修等崗位的職業(yè)能力;培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、開拓創(chuàng)新和團隊合作的能力以及學(xué)生分析問題、解決問題的能力。使其養(yǎng)成良好的職業(yè)道德，為從事職業(yè)崗位工作打下堅實的基礎(chǔ)[3]。當(dāng)前課程教學(xué)過程中存在問題如下：①根據(jù)國家專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)要求，高職院校學(xué)生要在第五、第六學(xué)期進行頂崗實習(xí)，學(xué)生在校時間為2年，學(xué)習(xí)時間短、機電類專業(yè)課程學(xué)習(xí)應(yīng)用難度大，因此課程改革勢在必行;②課程知識點面廣，涉及學(xué)科繁多，理論授課時間相對少，教師無法講解全部知識點;③傳統(tǒng)教學(xué)方式多為“老師教、學(xué)生學(xué)”的固定模式，師生互動少，學(xué)生缺乏主動性、創(chuàng)新性，無法滿足學(xué)生個性化需求，實現(xiàn)因材施教;④傳統(tǒng)教學(xué)因受空間時間限制，師生間交流互動僅限于課堂教學(xué)，教師無法精確掌握每個學(xué)生學(xué)習(xí)進度和學(xué)習(xí)情況，并據(jù)此作出相應(yīng)反饋，故很難實施因材施教。

2 ?線上線下混合式教學(xué)模式設(shè)計與實施

2.1 構(gòu)建知識技能樹

“自動化生產(chǎn)線的安裝與調(diào)試”是一門技術(shù)綜合應(yīng)用課程。針對課程特點，結(jié)合學(xué)院人才培養(yǎng)方案，依托學(xué)院實驗室設(shè)備SX-815Q，通過重新分析和梳理課程所涵蓋的知識和技能，設(shè)置了四個項目，共包含18個任務(wù)。在制定過程中，依據(jù)了從簡單到復(fù)雜，從單機運行到整機聯(lián)調(diào)。

項目1：準(zhǔn)備篇;（自動化生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用）（共14學(xué)時）

項目2：專項篇;（變頻器、伺服電機及驅(qū)動器、PLC控制技術(shù)）（共20學(xué)時）

項目3：單站篇;（傳感器技術(shù)、氣動技術(shù)、PLC技術(shù)、變頻技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、電工技術(shù)）（共20學(xué)時）

項目4：綜合篇;（網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、人機界面組態(tài)）（共8學(xué)時）

列寫知識技能樹。（見表1）

2.2 建設(shè)多元化教學(xué)資源

為保證教學(xué)資源的豐富多樣，更好的展示課程的重要知識點和技能。引入了自主開發(fā)資源和收集資源，以便滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。其中自主開發(fā)的資源，很大一部分來源于任課教師的教學(xué)、科研，經(jīng)過積累、整理、加工，制作成教學(xué)課件、文本、圖片、視頻、動畫等;收集資源主要是來源于各個供應(yīng)商網(wǎng)站的技術(shù)資源、宣傳視頻、動畫，以及各大網(wǎng)站對在線對課程資源。

微課視頻是建設(shè)好線上線下混合式課程的前提和基礎(chǔ)[4]。結(jié)構(gòu)完整、設(shè)計完善、短小簡潔的微課視頻有助于學(xué)生有效開展線上理論學(xué)習(xí)，并指導(dǎo)學(xué)生線下實操。微課視頻一般5-12分鐘，主要圍繞課程知識點展開。以“變頻器的基本使用方法”為例來介紹微課視頻設(shè)計。課程主要包括變頻器的功能及工作原理、變頻器面板及接線、用PLC控制變頻器實現(xiàn)電動機多段速運行三個知識點。同時，教師要設(shè)計每個微課的測試、作業(yè)、PPT、擴展視頻、討論等。

2.3 教學(xué)模式設(shè)計

教學(xué)過程分三個階段：第一階段課前線上教學(xué);第二階段課中線下教學(xué)模式;第三階段課后線上模式。

①課前：教師通過在線上發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)、簽到、與學(xué)生互動，統(tǒng)計學(xué)生學(xué)習(xí)情況;學(xué)生線上查看學(xué)習(xí)任務(wù)，觀看PPT、視頻;

②課中：教師在課堂檢查學(xué)生線上學(xué)習(xí)情況，并指導(dǎo)課程實操;學(xué)生實操、總結(jié)、小組討論;

③課后：教師查看作業(yè)、話題討論、答疑、師生互動;學(xué)生完成作業(yè)，知識鞏固，與教師互動。

2.4 教學(xué)案例展示

2.4.1 課前學(xué)習(xí)

授課對象為機電一體化191專業(yè)學(xué)生，以《自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試》課程為例，教學(xué)內(nèi)容為“通用變頻器的基本使用方法”，占用時間為4個課時。

針對本節(jié)知識點，教師列出學(xué)習(xí)目標(biāo)：

①變頻器的功能及工作原理;

②變頻器面板及接線;

③用PLC控制變頻器實現(xiàn)電動機三段速運行。

教師將本節(jié)相關(guān)學(xué)習(xí)資料上傳至“智慧樹”平臺，以便學(xué)生隨時隨地學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)資料包括：①登錄“智慧樹”平臺，發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù);②通過“智慧樹”平臺，上傳學(xué)習(xí)資源（PPT、微課）：變頻器的工作原理、功能、面板、接線、“變頻器的三段速控制”。

學(xué)生本次課程學(xué)習(xí)步驟：①提前登錄“智慧樹平臺”，查看教師發(fā)布的本周學(xué)習(xí)任務(wù);②自學(xué)PPT、微課：通用變頻器的基本使用方法;③自學(xué)擴展內(nèi)容：三菱E700使用手冊、微人物（管延安）、微視頻（科技實現(xiàn)新跨越）;④通過提前預(yù)習(xí)，記錄學(xué)習(xí)本次課程后的疑難點。

2.4.2 課中教學(xué)活動

①教師對照學(xué)習(xí)任務(wù)，檢查“通用變頻器的基本使用方法”學(xué)習(xí)情況。針對學(xué)生反饋的難點、易錯點進行詳細(xì)講解。爭議較大的問題，組織學(xué)生進行分組討論。

②教師公布“PLC控制變頻器實現(xiàn)電動機三段速運行”項目要求，并進行分組。

③學(xué)生根據(jù)項目，分組實訓(xùn)。

④項目結(jié)束后，小組派出代表進行講解答辯，教師進行驗收、總結(jié)。（見表2）

2.4.3 課后教學(xué)活動

線上教學(xué)環(huán)節(jié)和實訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)后，教師發(fā)布討論：用變頻器控制傳送帶電動機運行有什么優(yōu)勢;發(fā)布課后反思，布置作業(yè);學(xué)生完成單元測試、完成課堂反思，參與話題討論。

3 ?教學(xué)效果

3.1 教學(xué)模式的突破

與傳統(tǒng)課堂相比，線上線下教學(xué)模式實現(xiàn)傳統(tǒng)課堂和線上課堂的有機結(jié)合，使教學(xué)活動突破時間、空間、人數(shù)、內(nèi)容的限制，構(gòu)建了線下線上相互配合、相得益彰的柔性課程[5]。教師通過充分調(diào)用、組織平臺資源組織教學(xué)活動，亦可通過平臺實時查看學(xué)生學(xué)習(xí)進度，作業(yè)完成情況，話題參與等情況。平臺準(zhǔn)確監(jiān)控每個學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并進行有針對性輔導(dǎo)，實現(xiàn)因材施教。

3.2 提升了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力

教學(xué)設(shè)備的升級和教學(xué)方法的不斷改進，課程教學(xué)效果和質(zhì)量也得到了很大改善。學(xué)生可根據(jù)興趣愛好、學(xué)習(xí)情況、專業(yè)特點，展開有針對性的課程學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)過程中，可結(jié)合自身情況，合理安排學(xué)習(xí)時間，利用網(wǎng)絡(luò)和移動設(shè)備隨時隨地學(xué)習(xí)。針對重難點，可進行碎片式、反輻射學(xué)習(xí)，從而實現(xiàn)“被動學(xué)習(xí)到主動學(xué)習(xí)”的轉(zhuǎn)變，充分發(fā)揮了學(xué)習(xí)的積極性、主動性。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生根據(jù)教師設(shè)置任務(wù)，運用所學(xué)知識技能，通過查閱資料、小組討論、實踐驗證等渠道獲取新知識、新技能，更為重要的是掌握了學(xué)習(xí)的方法和途徑，從而提升了自主學(xué)習(xí)能力。

3.3 提高學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)

學(xué)生在授課過程中，應(yīng)獲取知識、能力和職業(yè)素養(yǎng)，但職業(yè)素養(yǎng)在傳統(tǒng)教學(xué)中，難以精準(zhǔn)培養(yǎng)。學(xué)生在先修課程的學(xué)習(xí)中，已掌握必要的知識和技能?！白詣踊a(chǎn)線的安裝與調(diào)試”包含企業(yè)生產(chǎn)的各種經(jīng)典案例，為學(xué)生提供了企業(yè)生產(chǎn)線的模擬現(xiàn)場。在特定的模擬現(xiàn)場工況下，完成機械、電氣、氣動等設(shè)備的安裝、調(diào)試，不但培養(yǎng)學(xué)生現(xiàn)場處理解決問題的能力，鍛煉了學(xué)生的團結(jié)協(xié)作、自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力，從而實訓(xùn)對職業(yè)素養(yǎng)的提升。

3.4 課程建設(shè)的突破

線上線下的混合式教學(xué)是基于系統(tǒng)化和信息化平臺的新教學(xué)模式。故因課程本身的綜合性，要求教師不但要具備全面系統(tǒng)的理論知識，熟悉機電一體化專業(yè)的課程體系，較強的現(xiàn)場處理能力，還要求教師具有較強的信息化應(yīng)用能力，以及對大量資料信息梳理、整合、利用。

4 ?結(jié)語

《自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試》是一門實踐性和理論性要求較高的專業(yè)核心課程，針對傳統(tǒng)教學(xué)中存在的諸多問題，提出開展線上線下混合式的教學(xué)改革，線上教學(xué)的開展，突破時間、空間上限制，學(xué)生在線上預(yù)習(xí)、討論，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，從而提升了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，提高教學(xué)效果。

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