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(jī)電一體化綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)實(shí)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(jī)電一體化綜合實(shí)訓(xùn)課程設(shè)置的意義，對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容如何組織、教學(xué)方法如何設(shè)計(jì)，以及實(shí)際課堂教學(xué)如何貫徹教學(xué)方法、如何設(shè)計(jì)教學(xué)任務(wù)、如何進(jìn)行考核評(píng)價(jià)等實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行了探索和研究。

機(jī)電一體化；綜合實(shí)訓(xùn)；項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)；教學(xué)實(shí)踐

課程的設(shè)置

隨著我國(guó)制造業(yè)的飛速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人以及自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)等設(shè)備得到了大量應(yīng)用，這就需要大量的機(jī)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(jī)械技術(shù)、氣動(dòng)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(duì)機(jī)電一體化技術(shù)人才的要求越來(lái)越高，而且對(duì)人才綜合素質(zhì)的要求也越來(lái)越高。為了適應(yīng)經(jīng)濟(jì)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，滿(mǎn)足社會(huì)的需求，我校機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)了機(jī)電一體化綜合實(shí)訓(xùn)，強(qiáng)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(jī)械技術(shù)、氣動(dòng)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(shí)和技能的綜合應(yīng)用培訓(xùn)，使學(xué)生既掌握機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)，又能從事機(jī)電設(shè)備或自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的安裝、調(diào)試、維修、維護(hù)以及設(shè)計(jì)改造等方面的工作，為學(xué)生走上實(shí)際崗位打下良好的基礎(chǔ)。

實(shí)訓(xùn)設(shè)備主要采用亞龍YL-335A型自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)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(gè)功能模塊都是一個(gè)能夠獨(dú)立工作的機(jī)電一體化系統(tǒng)，五個(gè)模塊加起來(lái)又可以構(gòu)成一個(gè)更大的機(jī)電一體化系統(tǒng)，完成更復(fù)雜的工作任務(wù)。每個(gè)模塊都涉及機(jī)械技術(shù)、驅(qū)動(dòng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、PLC技術(shù)四個(gè)方面。

教學(xué)內(nèi)容的組織

機(jī)電一體化綜合實(shí)訓(xùn)屬于實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，其主要目的是為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)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(shí)施過(guò)程中通過(guò)對(duì)未來(lái)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(xiàng)技能要求進(jìn)行能力分解，構(gòu)成實(shí)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(gè)教學(xué)內(nèi)容劃分成若干個(gè)由易到難、循序漸進(jìn)的教學(xué)模塊，每個(gè)教學(xué)模塊都有自己明確的目標(biāo)，可以獲得一項(xiàng)專(zhuān)項(xiàng)能力。所有的教學(xué)模塊加起來(lái)又構(gòu)成整個(gè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)，服務(wù)于整體教學(xué)目標(biāo)。

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(biāo)，打破教材本身的框架，圍繞一個(gè)典型設(shè)備展開(kāi)，將學(xué)習(xí)過(guò)程分解成若干個(gè)小任務(wù)，并結(jié)合實(shí)際操作，將所要求的知識(shí)點(diǎn)、能力點(diǎn)和職業(yè)素質(zhì)融于培訓(xùn)過(guò)程?；谶@種考慮將整個(gè)課程的教學(xué)分成三大步、七個(gè)教學(xué)模塊，如圖1所示。

第一步進(jìn)行單項(xiàng)訓(xùn)練強(qiáng)化。模塊一作為整個(gè)課程的起點(diǎn)，從機(jī)械、氣動(dòng)、傳感器、電氣控制、電動(dòng)機(jī)和PLC六項(xiàng)基本應(yīng)用開(kāi)始，為學(xué)生奠定必要的機(jī)械技術(shù)、驅(qū)動(dòng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、PLC技術(shù)四個(gè)方面的基本知識(shí)和基本技能基礎(chǔ)。

第二步進(jìn)行綜合訓(xùn)練強(qiáng)化。從模塊二到模塊六實(shí)現(xiàn)對(duì)基本知識(shí)和技能的綜合訓(xùn)練強(qiáng)化。

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

教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)

（一）教學(xué)實(shí)施步驟設(shè)計(jì)

在教學(xué)中學(xué)生既是學(xué)習(xí)者，又是實(shí)踐活動(dòng)的參與者。教學(xué)過(guò)程的實(shí)施必須堅(jiān)持以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)。在完成任務(wù)的過(guò)程中，一方面,教師引導(dǎo)學(xué)生自己查閱資料，自己實(shí)驗(yàn)去尋找答案，遇到問(wèn)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(shí)施步驟如下。

圖1 課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖

表1 各個(gè)教學(xué)模塊任務(wù)的分解表

環(huán)境、對(duì)象的理解和認(rèn)知 首先使學(xué)生理解實(shí)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(duì)設(shè)備的總體概況、結(jié)構(gòu)組成、工作過(guò)程、工藝流程以及安全操作有初步認(rèn)知，初步理解“學(xué)什么”。最后，使學(xué)生明確總的任務(wù)目標(biāo)。

任務(wù)分解 具體任務(wù)的分解如表1所示。“模塊一”從認(rèn)知系統(tǒng)開(kāi)始，設(shè)置了系統(tǒng)認(rèn)知和系統(tǒng)總體目標(biāo)認(rèn)知任務(wù)；對(duì)系統(tǒng)所涉及的機(jī)械裝配和氣動(dòng)回路的基本知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)；為了鞏固機(jī)械裝配和氣動(dòng)回路的知識(shí)，設(shè)置了以氣動(dòng)機(jī)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(rèn)知、傳感器的認(rèn)知、交流電機(jī)的認(rèn)知、步進(jìn)電機(jī)的認(rèn)知、FX2N系列PLC基礎(chǔ)知識(shí)和步進(jìn)指令編程共六個(gè)單項(xiàng)訓(xùn)練任務(wù)；在初步掌握基本知識(shí)和基本技能的基礎(chǔ)上，以氣動(dòng)機(jī)械手的PLC控制對(duì)單項(xiàng)知識(shí)和技能進(jìn)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(jìn)和問(wèn)題發(fā)現(xiàn)為動(dòng)力，按照先易后難、循序漸進(jìn)的策略逐步展開(kāi)課程內(nèi)容。每個(gè)模塊都是對(duì)機(jī)械技術(shù)、驅(qū)動(dòng)技術(shù)、傳感器技術(shù)和PLC技術(shù)基本知識(shí)和基本技能的強(qiáng)化訓(xùn)練。通過(guò)五個(gè)具有不同層次的教學(xué)模塊不斷地、反復(fù)地強(qiáng)化訓(xùn)練，使學(xué)生對(duì)基本知識(shí)和基本技能的掌握有一個(gè)質(zhì)的飛躍，達(dá)到能夠綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)和技能解決實(shí)際問(wèn)題的目的?！澳K七”是對(duì)綜合應(yīng)用能力的拓展和提升。通過(guò)自己設(shè)計(jì)方案、自己編程調(diào)試，使學(xué)生的綜合應(yīng)用能力得到進(jìn)一步的提升，將綜合知識(shí)和技能轉(zhuǎn)化為未來(lái)就業(yè)的綜合素質(zhì)，實(shí)現(xiàn)畢業(yè)到就業(yè)的另一個(gè)飛躍。

實(shí)踐操作 在每個(gè)教學(xué)任務(wù)中，都包含一定的理論知識(shí)和實(shí)踐操作內(nèi)容。在實(shí)踐操作過(guò)程中，一是強(qiáng)調(diào)實(shí)踐操作與理論知識(shí)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(qiáng)調(diào)操作的細(xì)節(jié)，使學(xué)生明確操作細(xì)節(jié)對(duì)安全及規(guī)范操作、提高勞動(dòng)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(guò)團(tuán)結(jié)協(xié)作的形式完成，通過(guò)組員之間的協(xié)商討論和團(tuán)結(jié)配合，不斷優(yōu)化解決方案，完成工作任務(wù)。另外，以書(shū)面和口頭的形式進(jìn)行自我總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的文字表達(dá)能力、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力等。

（二）教學(xué)方法設(shè)計(jì)

根據(jù)不同的教學(xué)對(duì)象和教學(xué)內(nèi)容，實(shí)施不同的教學(xué)方法。根據(jù)機(jī)電一體化綜合實(shí)訓(xùn)課程中每個(gè)任務(wù)的特點(diǎn)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(dòng)原理圖

圖3 氣動(dòng)回路仿真圖

第一，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法。作為主要的教學(xué)方法之一，以實(shí)際任務(wù)的解決引出知識(shí)點(diǎn)，再結(jié)合實(shí)踐操作和總結(jié)提高，將學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用能力。

第二，互動(dòng)交流教學(xué)法。通過(guò)師生之間、學(xué)生之間的互動(dòng)交流激發(fā)學(xué)生興趣，使知識(shí)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(wèn)題、解決問(wèn)題及不斷創(chuàng)新的能力。

第三，多媒體與實(shí)訓(xùn)設(shè)備結(jié)合。實(shí)訓(xùn)設(shè)備的直觀性和針對(duì)性強(qiáng)，但帶有一定程度的局限性。多媒體具有開(kāi)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(duì)性不強(qiáng)。綜合利用實(shí)訓(xùn)設(shè)備的針對(duì)性與多媒體的開(kāi)放性，便于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開(kāi)闊學(xué)生的視野。

第四，仿真軟件與實(shí)訓(xùn)設(shè)備的結(jié)合可降低設(shè)備少、故障頻發(fā)對(duì)教學(xué)的干擾。初學(xué)者對(duì)設(shè)備比較陌生，容易使設(shè)備產(chǎn)生損壞，往往會(huì)影響教學(xué)。借助FESTO仿真軟件搭建氣動(dòng)回路和電氣控制回路，并進(jìn)行仿真調(diào)試，學(xué)生樂(lè)于接受。

課堂教學(xué)的實(shí)施

（一）明確任務(wù)目標(biāo)

按照氣動(dòng)控制回路原理圖，熟練、規(guī)范地連接氣路；熟練應(yīng)用氣動(dòng)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(dòng)原理圖

氣動(dòng)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(gè)極限工作位置的磁感應(yīng)接近開(kāi)關(guān)，2B1和2B2為安裝在頂料氣缸的兩個(gè)極限工作位置的磁感應(yīng)接近開(kāi)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(dòng)回路的仿真

應(yīng)用FESTO公司的氣動(dòng)回路仿真軟件仿真組建氣動(dòng)回路圖，如圖3所示。搭建好仿真回路之后，可以通過(guò)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(duì)氣動(dòng)回路原理以及電磁閥、氣缸的工作原理有一個(gè)較為清晰的認(rèn)識(shí)。

（四）完成氣動(dòng)回路的連接與調(diào)試

連接步驟與方法：按照?qǐng)D2所示氣動(dòng)原理圖從匯流排開(kāi)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(shí)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(dòng)換向加鎖鈕檢驗(yàn)頂料氣缸和推料氣缸的初始位置和動(dòng)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(yùn)動(dòng)速度。

（五）考核評(píng)價(jià)

課堂的考核應(yīng)注重對(duì)學(xué)生工作過(guò)程的動(dòng)態(tài)考核?？己税ɡ碚撝R(shí)、操作技能、勞動(dòng)效率和安全操作四個(gè)方面，具體考核標(biāo)準(zhǔn)和量化的考核依據(jù)見(jiàn)表2。此外，為鼓勵(lì)學(xué)生不斷提升的積極性，可改變一次考核定成績(jī)的模式，學(xué)生在考核后如對(duì)考核成績(jī)不滿(mǎn)意，可以再提供兩次考核機(jī)會(huì)，成績(jī)以三次成績(jī)中的最高成績(jī)計(jì)算。

存在的問(wèn)題

在機(jī)電一體化綜合實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)改革過(guò)程中，也存在著幾個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題需要進(jìn)一步研究和探索：一是如何量化理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的比重；二是考評(píng)模式較傳統(tǒng)考評(píng)模式有所轉(zhuǎn)變，但也存在著操作難度大、理論與實(shí)踐考核如何具體量化的問(wèn)題；三是如何保證課程教學(xué)實(shí)施的可操作性，因?yàn)橹挥锌刹僮餍愿鼜?qiáng)，持續(xù)性才能更久。

[1]呂景泉.自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)安裝與調(diào)試（第2版）[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2009：83-93.

[2]何瑞.模塊化生產(chǎn)加工系統(tǒng)應(yīng)用教程[M].天津：天津大學(xué)出版社，2008：17-38.

[3]金芬，陶亦亦，陸春元.高職院校機(jī)電一體化綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)的實(shí)踐探討[J].職業(yè)教育研究，2009，（10）：104-105.

[4]宋志剛，朱梅，孫衛(wèi)和.機(jī)電一體化綜合實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)模式探討[J].職業(yè)教育研究，2007，（7）：119-120.

[5]吳獻(xiàn)文，陳成歡，劉志成.以職業(yè)崗位能力為向?qū)У捻?xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)改革實(shí)踐[J].職業(yè)技術(shù)教育，2010，31（2）：42-44.

[6]張平亮，辛望旦，唐正育，等.高職機(jī)電一體化復(fù)合型人才課程體系的構(gòu)建[J].寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，13（2）：5-9.

[7]孫樹(shù)文，楊建武，等.FluidSIM仿真軟件在機(jī)電一體化教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2008，（5）：94-95.

寧宗奇（1983—），男，河南洛陽(yáng)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?yàn)闄C(jī)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?yàn)闄C(jī)電一體化技術(shù)及高職教育教學(xué)。

G712

A

1672-5727（2011）12-0120-03