机电一体化综合实训教学实践探索与研究

宁宗奇 陆 勤

（上海工程技术大学高等职业技术学院 上海 200437）

机电一体化综合实训教学实践探索与研究

宁宗奇 陆 勤

（上海工程技术大学高等职业技术学院 上海 200437）

阐述了机电一体化综合实训课程设置的意义，对课程教学内容如何组织、教学方法如何设计，以及实际课堂教学如何贯彻教学方法、如何设计教学任务、如何进行考核评价等实际问题进行了探索和研究。

机电一体化；综合实训；项目驱动；教学实践

课程的设置

随着我国制造业的飞速发展，数控机床、机器人以及自动生产线等设备得到了大量应用，这就需要大量的机电一体化技术人才。随着设备复杂程度的不断提升，机械技术、气动技术、液压技术、传感器技术、PLC技术、网络及通讯技术等学科相互渗透，不但对机电一体化技术人才的要求越来越高，而且对人才综合素质的要求也越来越高。为了适应经济与产业发展的需要，满足社会的需求，我校机电一体化技术专业开设了机电一体化综合实训，强化人才培养的应用性和综合性，使毕业生在走上工作岗位前得到包括机械技术、气动技术、传感器技术、PLC技术、网络通信技术在内知识和技能的综合应用培训，使学生既掌握机电一体化专业理论知识，又能从事机电设备或自动化生产线的安装、调试、维修、维护以及设计改造等方面的工作，为学生走上实际岗位打下良好的基础。

实训设备主要采用亚龙YL-335A型自动生产线实训考核装备，该设备包括供料、加工、装配、分拣和输送五大功能模块。每个功能模块都是一个能够独立工作的机电一体化系统，五个模块加起来又可以构成一个更大的机电一体化系统，完成更复杂的工作任务。每个模块都涉及机械技术、驱动技术、传感器技术、PLC技术四个方面。

教学内容的组织

机电一体化综合实训属于实践教学环节，其主要目的是为学生创造一个模拟的职业情境，培养在该情境下工作所需的职业技能和职业素质。在实施过程中通过对未来职业环境的分析，归纳出从事某岗位工作应具备的综合技能要求，然后综合技能所包括的单项技能要求进行能力分解，构成实践教学的单元或模块。在教学中采用模块化教学，将整个教学内容划分成若干个由易到难、循序渐进的教学模块，每个教学模块都有自己明确的目标，可以获得一项专项能力。所有的教学模块加起来又构成整个实训教学环节，服务于整体教学目标。

在教学内容组织上，基础理论以“必需、够用”为度，以学生为主体，以培养能力、提高学生综合素质为目标，打破教材本身的框架，围绕一个典型设备展开，将学习过程分解成若干个小任务，并结合实际操作，将所要求的知识点、能力点和职业素质融于培训过程。基于这种考虑将整个课程的教学分成三大步、七个教学模块，如图1所示。

第一步进行单项训练强化。模块一作为整个课程的起点，从机械、气动、传感器、电气控制、电动机和PLC六项基本应用开始，为学生奠定必要的机械技术、驱动技术、传感器技术、PLC技术四个方面的基本知识和基本技能基础。

第二步进行综合训练强化。从模块二到模块六实现对基本知识和技能的综合训练强化。

第三步进行综合技能提升。模块七在完成更大任务的基础上，进一步提升综合应用能力。

教学过程的设计

（一）教学实施步骤设计

在教学中学生既是学习者，又是实践活动的参与者。教学过程的实施必须坚持以学生为主体、教师为主导。在完成任务的过程中，一方面,教师引导学生自己查阅资料，自己实验去寻找答案，遇到问题尽量自己去解决；另一方面，教师给予必要的辅助和指导。具体的实施步骤如下。

图1 课程内容结构图

表1 各个教学模块任务的分解表

环境、对象的理解和认知 首先使学生理解实训设备所关联的职业环境应用背景，理解“为什么学”。然后使学生对设备的总体概况、结构组成、工作过程、工艺流程以及安全操作有初步认知，初步理解“学什么”。最后，使学生明确总的任务目标。

任务分解 具体任务的分解如表1所示。“模块一”从认知系统开始，设置了系统认知和系统总体目标认知任务；对系统所涉及的机械装配和气动回路的基本知识进行学习；为了巩固机械装配和气动回路的知识，设置了以气动机械手的装配调试为背景的较为综合的任务；根据系统装配与调试的需要，设置了电气原理图的认知、传感器的认知、交流电机的认知、步进电机的认知、FX2N系列PLC基础知识和步进指令编程共六个单项训练任务；在初步掌握基本知识和基本技能的基础上，以气动机械手的PLC控制对单项知识和技能进行初步综合。“模块二”到“模块六”以学生感兴趣的任务为引导，以任务的完成、任务改进和问题发现为动力，按照先易后难、循序渐进的策略逐步展开课程内容。每个模块都是对机械技术、驱动技术、传感器技术和PLC技术基本知识和基本技能的强化训练。通过五个具有不同层次的教学模块不断地、反复地强化训练，使学生对基本知识和基本技能的掌握有一个质的飞跃，达到能够综合应用所学知识和技能解决实际问题的目的。“模块七”是对综合应用能力的拓展和提升。通过自己设计方案、自己编程调试，使学生的综合应用能力得到进一步的提升，将综合知识和技能转化为未来就业的综合素质，实现毕业到就业的另一个飞跃。

实践操作 在每个教学任务中，都包含一定的理论知识和实践操作内容。在实践操作过程中，一是强调实践操作与理论知识的结合，不仅要知道“怎么做”，而且还要知道“为什么这么做”和“怎样才能做得更好”；二是强调操作的细节，使学生明确操作细节对安全及规范操作、提高劳动效率、培养良好职业习惯、形成优秀职业素养的重要意义。

协作与提高 安排有部分编程调试的任务，该部分通过团结协作的形式完成，通过组员之间的协商讨论和团结配合，不断优化解决方案，完成工作任务。另外，以书面和口头的形式进行自我总结，培养学生的文字表达能力、计算机应用能力等。

（二）教学方法设计

根据不同的教学对象和教学内容，实施不同的教学方法。根据机电一体化综合实训课程中每个任务的特点以及学生的具体情况，在教学中主要采用以下几种教学方法：

图2 供料模块气动原理图

图3 气动回路仿真图

第一，项目驱动教学法。作为主要的教学方法之一，以实际任务的解决引出知识点，再结合实践操作和总结提高，将学生对理论知识的理解转化为实际应用能力。

第二，互动交流教学法。通过师生之间、学生之间的互动交流激发学生兴趣，使知识脉络更加清晰、解决方案更加优化，不断培养学生分析问题、解决问题及不断创新的能力。

第三，多媒体与实训设备结合。实训设备的直观性和针对性强，但带有一定程度的局限性。多媒体具有开放性，可以提供大量、丰富、形象的资料，便于拓展学生的视野，但针对性不强。综合利用实训设备的针对性与多媒体的开放性，便于激发学生的学习兴趣，开阔学生的视野。

第四，仿真软件与实训设备的结合可降低设备少、故障频发对教学的干扰。初学者对设备比较陌生，容易使设备产生损坏，往往会影响教学。借助FESTO仿真软件搭建气动回路和电气控制回路，并进行仿真调试，学生乐于接受。

课堂教学的实施

（一）明确任务目标

按照气动控制回路原理图，熟练、规范地连接气路；熟练应用气动回路连接与调试的方法，完成供料单元的气路连接与调试。

表2 课程考核表

（二）供料模块气动原理图

气动控制回路的工作原理如图2所示，图中1A和2A分别为推料气缸和顶料气缸，1B1和1B2为安装在推料气缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关，2B1和2B2为安装在顶料气缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关。1Y1和2Y1分别为控制推料气缸和顶料气缸的电磁阀的电磁控制端。

（三）气动回路的仿真

应用FESTO公司的气动回路仿真软件仿真组建气动回路图，如图3所示。搭建好仿真回路之后，可以通过控制电磁阀1Y1和2Y1分别控制推料气缸和顶料气缸的伸出和缩回，使学生对气动回路原理以及电磁阀、气缸的工作原理有一个较为清晰的认识。

（四）完成气动回路的连接与调试

连接步骤与方法：按照图2所示气动原理图从汇流排开始连接电磁阀、气缸；连接调试结束后扎紧气管，并固定在铝合金型材支撑架上。

连接要求：连接时气管走向应按序排布，均匀美观，不能交叉、打折；气管要在快速接头中插紧，不能有漏气现象。

调试步骤：首先检查气管接头处是否漏气，如有漏气须重新连接。然后用电磁阀上的手动换向加锁钮检验顶料气缸和推料气缸的初始位置和动作位置是否符合工作要求。最后调整气缸节流阀以控制活塞杆的伸出、缩回运动速度。

（五）考核评价

课堂的考核应注重对学生工作过程的动态考核。考核包括理论知识、操作技能、劳动效率和安全操作四个方面，具体考核标准和量化的考核依据见表2。此外，为鼓励学生不断提升的积极性，可改变一次考核定成绩的模式，学生在考核后如对考核成绩不满意，可以再提供两次考核机会，成绩以三次成绩中的最高成绩计算。

存在的问题

在机电一体化综合实训课程教学改革过程中，也存在着几个关键的问题需要进一步研究和探索：一是如何量化理论教学与实践教学的比重；二是考评模式较传统考评模式有所转变，但也存在着操作难度大、理论与实践考核如何具体量化的问题；三是如何保证课程教学实施的可操作性，因为只有可操作性更强，持续性才能更久。

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宁宗奇（1983—），男，河南洛阳人，硕士，上海工程技术大学高等职业技术学院助教，研究方向为机电一体化技术及高职教育教学。

陆勤（1958—），女，江西南昌人，硕士，上海工程技术大学高等职业技术学院副教授，研究方向为机电一体化技术及高职教育教学。

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1672-5727（2011）12-0120-03