摘 要 自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試課程教學(xué)需要大量的自動化生產(chǎn)線設(shè)備，由于購買批次、時間不同，實(shí)訓(xùn)設(shè)備數(shù)量少、型號多、廠家各異，并且安裝接線需要長時間占用設(shè)備，不利于開展多個班級教學(xué)，影響教學(xué)效果。為了解決以上問題，課程組引入虛擬仿真技術(shù)，對課程內(nèi)容進(jìn)行拆分，將新技術(shù)、新工藝、新規(guī)范融入教學(xué)過程，以工作過程為導(dǎo)向，重構(gòu)理虛實(shí)一體化的模塊化課程，以過程評價改革課程評價體系。通過優(yōu)化、序化課程教學(xué)模塊，將實(shí)際設(shè)備教學(xué)穿插在虛擬場景教學(xué)間，解決多個班級的教學(xué)問題。經(jīng)過一段時間的實(shí)施改進(jìn)，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞 教學(xué)改革；自動化生產(chǎn)線；行動導(dǎo)向；理虛實(shí)一體化

中圖分類號：G642 " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2025.05.024

Teaching Reform of Automation Production Line Installation and Debugging Course Based on Action Orientation and Integration of Theory， Reality and Reality

WANG Yanping， FENG Junlei

（Liupanshui Vocational and Technical College， Liupanshui， Guizhou 553000）

Abstract The installation and debugging course of automated production lines requires a large amount of automated production line equipment. Due to different purchase batches and times， the number of practical training equipment is small， the models are many， and the manufacturers are different. In addition， the installation and wiring require a long time to occupy the equipment， which is not conducive to conducting teaching in multiple classes and affects the teaching effectiveness. In order to solve the above problems， the course team introduced virtual simulation technology to break down the course content， integrate new technologies， processes， and standards into the teaching process， and reconstruct a modular course that integrates theory， reality， and virtuality with a work process orientation. The course evaluation system was reformed through process evaluation. By optimizing and sequencing course teaching modules， actual equipment teaching is interspersed in virtual scene teaching rooms to solve teaching problems for multiple classes. After a period of implementation and improvement， good results have been achieved.

Keywords teaching reform; automated production lines; action-oriented; integration of theory， virtuality， and practicality

自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試課程是機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)的專業(yè)核心課程，涵蓋了機(jī)械裝配、傳感檢測技術(shù)、電機(jī)與電氣控制技術(shù)、可編程控制器技術(shù)、液壓氣動技術(shù)、運(yùn)動控制技術(shù)等相關(guān)內(nèi)容，對學(xué)生綜合能力要求較高。自動化生產(chǎn)線典型場景由供料、加工、輸送、分揀倉儲等單元組成，學(xué)?，F(xiàn)有實(shí)訓(xùn)條件為模擬一條生產(chǎn)線典型工作過程的YL-239C、YL-335B等實(shí)訓(xùn)設(shè)備。課程內(nèi)容主要為供料單元、加工單元、輸送單元、分揀單元等的機(jī)械安裝、傳感器執(zhí)行器安裝、接線、編程、調(diào)試排故等。

由于實(shí)訓(xùn)設(shè)備購買批次、時間的不同，數(shù)量少、型號多、廠家各異。學(xué)生在分小組實(shí)訓(xùn)實(shí)操時，受實(shí)訓(xùn)設(shè)備數(shù)量限制，每班需要進(jìn)行分組實(shí)訓(xùn)，每組學(xué)生過多，不能保障學(xué)生學(xué)習(xí)安裝、接線、編程、排故等內(nèi)容的教學(xué)效果。實(shí)訓(xùn)用的設(shè)備元器件位置與功能固定，教學(xué)內(nèi)容固化，教學(xué)模式單一，不利于培養(yǎng)學(xué)生的元器件選型、安裝等需要結(jié)合實(shí)際情況分析處理問題的綜合能力。又由于設(shè)備型號不同，組成單元功能不同、PLC型號傳感器型號不同，學(xué)生實(shí)訓(xùn)時教學(xué)過程和評價難以統(tǒng)一。傳統(tǒng)教學(xué)模式從熟悉傳感器、執(zhí)行器，再到機(jī)械結(jié)構(gòu)安裝、傳感器安裝、接線、測試，最后到該單元PLC程序編寫、功能調(diào)試，需要長時間占用實(shí)訓(xùn)設(shè)備，在各班級教學(xué)輪換過程中需要對設(shè)備拆卸后再進(jìn)行安裝接線，安裝、接線、編程的過程不夠連貫，不利于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。

為了提高機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，課程組在教學(xué)實(shí)訓(xùn)中引入Factory" IO虛擬仿真軟件[1]，對課程內(nèi)容進(jìn)行拆分，將新技術(shù)、新工藝、新規(guī)范融入教學(xué)過程，以工作過程為導(dǎo)向，重構(gòu)課程模塊，保障學(xué)習(xí)效果。

1" 教學(xué)改革內(nèi)容

1.1" 理虛實(shí)一體化的教學(xué)模式

虛擬仿真技術(shù)的引入，為教育教學(xué)提供了很大的便利[2]。但對于自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試這種實(shí)踐屬性強(qiáng)的課程來講，過多的虛擬仿真不利于對學(xué)生分析問題、解決問題的能力和實(shí)際操作能力的培養(yǎng)和檢驗(yàn)。

本課程從實(shí)際設(shè)備相關(guān)理論出發(fā)，讓學(xué)生建立起自動化生產(chǎn)線各典型場景的組成要素、傳感器類型、執(zhí)行器類型等理論概念。虛擬仿真軟件便于復(fù)制粘貼擴(kuò)展規(guī)模，讓每位學(xué)生都能進(jìn)行自動化產(chǎn)線場景的搭建、信號連接、程序設(shè)計(jì)和功能調(diào)試。用實(shí)際設(shè)備來完成一次整體的安裝、接線、排故、程序設(shè)計(jì)流程，提升學(xué)生對自動化系統(tǒng)的理解。學(xué)生從實(shí)際設(shè)備了解自動化生產(chǎn)線相關(guān)理論[3]，使用虛擬仿真技術(shù)鍛煉核心能力，使用實(shí)際設(shè)備完成理論和虛擬不能完成的機(jī)械裝配、傳感器接線等，建立起理虛實(shí)一體化教學(xué)模式。

1.2" 行動導(dǎo)向教學(xué)模式

行動導(dǎo)向理念是針對職業(yè)的“行動領(lǐng)域”的工作過程，按照“資訊―計(jì)劃―決策―實(shí)施―檢查―評估”完整的行動方式來進(jìn)行教學(xué)[4]，以能力為本位培養(yǎng)學(xué)生。

傳統(tǒng)的“復(fù)習(xí)舊課―講解新課―實(shí)訓(xùn)―總結(jié)歸納―作業(yè)布置”課堂教學(xué)模式[5]在自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試這類綜合應(yīng)用型課程的教學(xué)中效果不理想。為了更好地適應(yīng)高素質(zhì)技術(shù)技能人才培養(yǎng)，課程組引入行動導(dǎo)向教學(xué)模式。自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試課程內(nèi)容主要為供料單元、加工單元、輸送單元、分揀單元等的機(jī)械安裝、傳感器執(zhí)行器安裝、接線、編程、調(diào)試排故等，各單元相對獨(dú)立、工作流程一致，適合以行動為導(dǎo)向開展教學(xué)。

1.3" 多班級教學(xué)協(xié)調(diào)

課程引入虛擬仿真技術(shù)后，按照理虛實(shí)一體化、行動導(dǎo)向的教學(xué)模式，重構(gòu)模塊化課程，將供料單元、加工單元、輸送單元、分揀單元的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、信號連接、程序設(shè)計(jì)、調(diào)試等過程提升為以仿真技術(shù)為主的供料單元、加工單元、輸送項(xiàng)目，讓學(xué)生通過形象的虛擬仿真軟件建立自動化生產(chǎn)線傳感器、執(zhí)行器、程序設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)能力，通過實(shí)際設(shè)備的裝配、接線、編程、調(diào)試項(xiàng)目鍛煉學(xué)生實(shí)際的動手能力。虛擬仿真各單元間可以穿插實(shí)際設(shè)備的裝配、接線、編程、調(diào)試項(xiàng)目。在進(jìn)行教學(xué)時，不同的班級可以調(diào)整實(shí)際設(shè)備的裝配、接線、編程、調(diào)試項(xiàng)目位置，來保證在一段時間內(nèi)學(xué)生對設(shè)備的獨(dú)占，達(dá)到系統(tǒng)的教學(xué)效果。

2" 課程內(nèi)容重構(gòu)

2.1" 設(shè)計(jì)虛擬工作場景

根據(jù)設(shè)備的各單元功能，在虛擬仿真軟件中進(jìn)行各要素搭建，在整個供料、加工等單元，傳感器選擇為漫反射傳感器，而分揀單元根據(jù)物品的材質(zhì)不同，選擇電感式傳感器。供料倉選擇供料發(fā)射器，供料站的供料推桿選擇氣動推式分揀機(jī)。在Factory" IO中采用兩個傳送帶橫放來代替供料站的供料臺。在加工站上，因?yàn)樵O(shè)備的加工站工作動作太簡單，為了體現(xiàn)加工站的功能，選擇了有加工功能的加工中心模塊來模擬設(shè)備的加工站。分揀站選用傳送帶和氣動推式分揀機(jī)相互配合，有三臺氣動式分揀機(jī)，分別用于推出不同顏色的金屬工件。設(shè)計(jì)的Factroy" IO虛擬場景如圖1所示（p73）。

2.2" 課程內(nèi)容重構(gòu)

經(jīng)過對核心能力的細(xì)化，對課程案例進(jìn)行優(yōu)化、序化，引入Factory" IO虛擬仿真技術(shù)，將典型的供料單元、加工單元、分揀單元和倉儲單元場景進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。引入輥式傳送帶、大型立體倉庫等實(shí)際應(yīng)用的大型設(shè)備，讓每位學(xué)生都有機(jī)會身臨其境地提升傳感器選型、位置調(diào)整、信號連接、程序設(shè)計(jì)、調(diào)試等核心能力。通過不同型號的自動化生產(chǎn)線設(shè)備，對學(xué)生的裝配、接線、運(yùn)動控制設(shè)備參數(shù)設(shè)置等能力進(jìn)行強(qiáng)化培養(yǎng)，減少對大量實(shí)際設(shè)備的需求。改革后的自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試課程教學(xué)模塊如表1所示。

按照實(shí)際自動化生產(chǎn)線工作流程，課程教學(xué)時，建議從模塊1至模塊4順序進(jìn)行，模塊5可根據(jù)多個班級教學(xué)的實(shí)際情況穿插在模塊1―4之間，保證學(xué)生安裝接線調(diào)試過程中對設(shè)備的獨(dú)占。

3" 教學(xué)方法研究

完整的教學(xué)過程可以分為輸入階段、任務(wù)階段和輸出階段。自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試課程是綜合性很強(qiáng)的課程，課程知識和技能涵蓋廣，學(xué)生開展實(shí)踐所需的知識和技能已在前期課程中學(xué)習(xí)。行動導(dǎo)向教學(xué)模式貫穿整個課程，選擇合適的教學(xué)方法，可以提高教學(xué)效果。

3.1" 適合輸入階段使用的教學(xué)方法

自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試所需的知識和技能已在前期課程中學(xué)過，在任務(wù)需求導(dǎo)入后，學(xué)生要對前期知識進(jìn)行查缺補(bǔ)漏。此過程適合采用拼圖式教學(xué)。拼圖式教學(xué)適合多種理論知識的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)開始時先進(jìn)行重新分組，每小組領(lǐng)取一種學(xué)習(xí)資料，組內(nèi)成員互相討論交流學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，成長為此知識點(diǎn)的“專家”。學(xué)習(xí)時間結(jié)束，各成員返回原小組，原小組就有了具有多種知識的“專家”，“專家”可幫助其他同學(xué)學(xué)習(xí)各自的知識點(diǎn)。

3.2" 適合任務(wù)階段使用的教學(xué)方法

任務(wù)階段，學(xué)生需要根據(jù)任務(wù)需求進(jìn)行計(jì)劃、決策、實(shí)施。計(jì)劃階段影響后續(xù)實(shí)施環(huán)節(jié)，學(xué)生需要對實(shí)施過程中的工作流程、工藝規(guī)范、所需元器件和耗材進(jìn)行計(jì)劃。為了輔助學(xué)生完成相應(yīng)過程，教師可以采用過程打鉤的教學(xué)方法。在任務(wù)開始前，教師向?qū)W生發(fā)放過程打鉤表格，通過過程打鉤，可以用于學(xué)生自評和互評。學(xué)生根據(jù)表格內(nèi)容完成計(jì)劃、決策及實(shí)施。

計(jì)劃、決策是行動導(dǎo)向教學(xué)模式中的重要環(huán)節(jié)，計(jì)劃、決策結(jié)果可以通過集市式展示與評比。集市式展示與評比在學(xué)生作出計(jì)劃、決策結(jié)果后，將結(jié)果展示在黑板上，一人負(fù)責(zé)講解，其他同學(xué)觀察、學(xué)習(xí)別人的成果，可從中學(xué)習(xí)更多、更優(yōu)的解決方案。

3.3" 適合輸出階段使用的教學(xué)方法

受設(shè)備數(shù)量限制，進(jìn)行實(shí)際操作時學(xué)生需要分組進(jìn)行，此時可以采用觀察清單法，讓一名或多名學(xué)生觀察操作學(xué)生的操作過程、要素、安全操作等是否符合要求，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行判斷填寫清單。待操作人員完成后，輪換進(jìn)行此過程，學(xué)生可以實(shí)際操作一遍，并觀察其他同學(xué)學(xué)習(xí)和提高。

任務(wù)輸出階段，學(xué)生將觀察結(jié)果或者操作心得體會分享給大家，可以提升其語言表達(dá)能力。每小組派一名代表向班內(nèi)同學(xué)進(jìn)行分享，其他組進(jìn)行點(diǎn)評，教師在鼓勵學(xué)生的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生總結(jié)自己做得好的地方和不足的地方。

4" 課程評價方式改革

合理設(shè)計(jì)課程評價方式，不僅可以作為學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)，還能增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)習(xí)效果[6]。

以行動導(dǎo)向作為評價體系的主線，對“咨詢”“計(jì)劃”“決策”“實(shí)施”“檢查”“評估”進(jìn)行過程性評價，綜合評價學(xué)生能力。咨詢環(huán)節(jié)是對實(shí)施后續(xù)任務(wù)所需知識進(jìn)行學(xué)習(xí)，計(jì)劃環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生對項(xiàng)目實(shí)施過程、實(shí)施所需元器件、工具、耗材等事前規(guī)劃計(jì)劃的能力，決策環(huán)節(jié)通過對比其他小組的決策過程和決策結(jié)果增強(qiáng)學(xué)生的決策能力，實(shí)施環(huán)節(jié)中重點(diǎn)檢驗(yàn)學(xué)生對操作規(guī)范和安全生產(chǎn)的意識，檢查環(huán)節(jié)通過檢查表對實(shí)施結(jié)果進(jìn)行檢查、排故，評估環(huán)節(jié)對項(xiàng)目整體實(shí)施進(jìn)行評估，完善改進(jìn)后續(xù)項(xiàng)目。

過程性評價需要學(xué)生先進(jìn)行自評，教師再進(jìn)行評價。為了減少因?qū)W生對評價標(biāo)準(zhǔn)掌握的不同影響學(xué)生自評的效果，學(xué)生評價不計(jì)入評價成績。以對學(xué)生評價的評價（教師評價和學(xué)生評價的差值）和教師評價作為成績的主要組成部分。各環(huán)節(jié)配合不同的成績比重，體現(xiàn)學(xué)生的綜合能力。設(shè)計(jì)的評價體系中以模塊5實(shí)際設(shè)備安裝與調(diào)試檢測環(huán)節(jié)的目測檢查表為例，目測檢查評分表如表2所示。

5" 教學(xué)改革成效

引入Factory" IO虛擬仿真技術(shù)后，自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試課程從之前的一人做三人看，轉(zhuǎn)變成了人人做人人會。通過行動導(dǎo)向的課程內(nèi)容重構(gòu)，引入虛擬仿真技術(shù)，學(xué)生可以直觀地看到實(shí)際生產(chǎn)中用到的先進(jìn)設(shè)備、生產(chǎn)場景，對自動化生產(chǎn)線設(shè)備有了系統(tǒng)性的認(rèn)識。通過改革評價方式，學(xué)生的學(xué)習(xí)更加有目標(biāo)性，通過過程考核的積累，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性得到了充分提高。通過調(diào)整課程項(xiàng)目的順序，有效地避免了中斷實(shí)際設(shè)備安裝與調(diào)試，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)效果。減少了對昂貴、體積巨大的自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)設(shè)備的需求，大大減少了實(shí)訓(xùn)室建設(shè)經(jīng)費(fèi)投入。從2020級開始引入Factory" IO虛擬仿真教學(xué)后，評教成績逐年提高，學(xué)生獲得了2022年貴州省職業(yè)院校師生技能大賽機(jī)電一體化項(xiàng)目學(xué)生組二等獎，教師獲得了2023年師生技能大賽機(jī)電一體化項(xiàng)目教師組二等獎，取得了新的突破。

基金項(xiàng)目：2022年貴州省職業(yè)教育“技能貴州”行動計(jì)劃省級教師教學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)“煤礦智能開采技術(shù)專業(yè)群教師教學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”（黔教函〔2022〕108號）；六盤水職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研項(xiàng)目“基于PLCSIM的機(jī)電控制實(shí)訓(xùn)裝置設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”（LYK2208）；六盤水職業(yè)技術(shù)學(xué)院2023年院級教師教學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)“機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)教師教學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”（院辦通〔2024〕3號）。

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