“能耗制动控制线路装调与排故”信息化教学设计案例

孙雪蕾 陈蓉 刘新

摘要：将信息化手段融入到职业学校课堂教学中，综合运用泛雅平台、仿真软件、课堂实操监控系统、故障预设系统等信息化手段，以“能耗制动控制线路装调与排故”为例，精心设计教学内容，充分调动学生的积极性，解决了传统教学中教师难指导、操作易失误的难题，实现从抽象的线路图到设备安装的转化;解决了教师无法同时监控多个小组操作过程的难题，实现一对多指导，提高学习效率，构建了多元化、全过程的评价体系。

关键词：能耗制动控制线路;信息化教学

中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1673-9094-（2019）02C/03C-0072-04

一、教学设计背景

由教育部主办，教育部职成司、教师司、信推办、工信部人教司承办的全国职业院校信息化教学大赛已连续举办8年，在推动职业院校信息技术与教育教学深度融合方面发挥了积极的作用。为贯彻落实《中共中央国务院关于全面深化新时代教师队伍建设改革的意见》和《国务院关于加快发展现代职业教育的决定》，实施好“教育信息化2.0行动计划”，推动信息化教学应用的常态化，提高职业院校教师教学能力和信息素养，促进教师综合素质、专业化水平和创新能力全面提升，从2018年起原全国职业院校信息化教学大赛调整为职业院校教学能力比赛，纳入全国职业院校技能大赛赛事体系。

全国职业院校技能大赛教学能力比赛的总体要求为：全面贯彻党的教育方针，落实立德树人根本任务，适应中国特色社会主义新时代对技术技能人才培养的新要求，遵循职业教育教学规律，根据职业院校学生认知特点，全面培养学生的工匠精神、职业道德、科学文化素质、职业技能、就业创业能力等。适应大数据、人工智能等技术的发展，构建以学习者为中心的教育生态，建设满足项目式、模块化教学需要的教学团队，积极有效开展教育教学，提高人才培养质量。坚持“以赛促教、以赛促学、以赛促改、以赛促建”，以提高教师教学能力为核心，促进教师综合素质、专业化水平和创新能力全面提升，展现师德高尚、技艺精湛的新时代职业院校教师风采。促进“双师型”教师队伍建设。

比赛设教学设计、课堂教学、实训教学三个比赛项目。教学设计赛项重点考察教师针对一个教学任务或教学单元完成教学设计的能力。落实教学标准，对接职业标准（规范），基于准确的学情分析和人才培养需要选取教学内容，科学确定教学目标，系统优化教学过程，合理运用技术、方法和资源等组织、实施教学，完成教学任务，进行教学考核与评价，做出教学反思与诊改。

二、教学分析

（一）教材分析

“三相异步电动机能耗制动控制线路的安装、调试与维护”选自《机床电气控制系统运行与维护》中的“情境六：三相异步电动机的制动控制”中的任务。[1]《机床电气控制系统运行与维护》为机电专业的核心课程，坚持“以就业为导向，以能力为本位”的宗旨，以职业岗位的能力需求为依据，根据工作过程的相关性，以典型工作任务为载体，以工作过程为导向，将为培养能力而实施的训练任务和完成任务所需的知識点进行重组，构架新的教学内容体系，创设具有完整工作过程的学习情境，形成工作任务引领型课程，为落实“教、学、做”一体化教学模式创造条件。三相异步电动机作为重要的动力装置，已被广泛应用于工业生产、农业机械、交通运输、国防工业等电力拖动装置中。制动是电动机工作的重要环节，若不能实现有效制动，会对周围设备造成损坏，甚至造成人员伤亡。电动机容量大、起动频繁且要求具有平稳准确停车的场合。例如，磨床、龙门铣床、桥式起重机、石油钻井机等设备均采用能耗制动。依据电工国家职业标准，能耗制动是必须掌握的技能。

（二）学情分析

本课授课对象为机电专业三年级学生，已学过《电工技术基础》，但理论知识薄弱;会使用常见的电工工具、电工仪表，有一定的安全操作意识，但操作规范性不强;具备高效节能的生产意识，但不能将理念落实到实际生产中。《机床电气控制系统运行与维护》课程已学习了三相异步电动机的认识与安装、单向运行控制、可逆运行控制、顺序运行控制、降压启动控制、反接制动控制。未来的就业方向之一为机电设备安装与维修等技术工作。

（三）教学目标

知识目标：了解能耗制动原理，会分析三相异步电动机能耗制动控制线路的工作过程;技能目标：能正确安装与调试三相异步电动机能耗制动控制线路，并排除常见的故障;素质目标：养成科学、规范、安全的生产意识。其中教学重点是分析三相异步电机能耗制动控制线路的工作过程，并正确安装及调试，难点是排除三相异步电动机能耗制动控制线路常见的故障。

三、教学策略

本课以任务驱动为主线，共4课时。为提高教学效率，实现教学的最优化，课堂上采用任务驱动、线上线下结合等教学方法，指导学生自主学习、协作探究。仿真操作同步实训操作，虚实结合。课堂实操利用监控系统，实现教师一对多指导，解决了教学重点;运用故障预设系统，实现各类故障的模拟再现，多试练，积累排故经验，化解教学难点。设备实操时所用设备为YL-158现代电工技术实训考核装置，授课教室中包含理论教学区与设备实践区，理实一体化教学。

四、教学过程

课前，学生根据教师发布的调研内容，对能耗制动的特点、应用、整流电路的选择，多途径进行调研。例如，翻阅资料、网上检索、手机问卷、电话咨询等方式，将调研报告上传至泛雅平台。学生领取课堂导学案，进行课前预习，并完成课前测试。从课前测试反映，学生对于“如何将能量消耗掉”认知不清，师生带着问题，进入课堂。教师查看学生上传的调研报告、课前测试。查看平台的统计结果，根据学生课前反馈问题，进行课堂教学安排的调整。

（一）讲解原理

学生在泛雅平台观看三相异步电动机能耗制动原理的微视频，解决课前问题。在电动机切断交流电源后，立即在定子绕组中通入直流电，以消耗转子惯性运转的动能来进行制动，所以称为能耗制动。

（二）分析任务

任务描述：某桥式起重机小车运行电动机采用12kW的三相异步电动机，要求停车平稳且位置准确，可以频繁起动。确定制动控制线路，并安装调试实现制动效果。针对12kW三相异步电动机进行平稳准确制动的工作任务，学生分组讨论。上次课学习的反接制动，冲击强烈且制动准确性差。根据课前调研，确定采用有变压器单相全波整流能耗制动。学生登录“电工技能仿真软件”，观看微视频，自主学习三相异步电动机能耗制动控制线路工作过程。教师针对学生提出的问题，进行讲解。接着学生填写能耗制动工作过程流程图并提交，解决了教学重点，为实训做好了知识准备。

鉴于机电设备安装与维修的岗位职责，笔者将工作任务分为两个子任务。任务一：正确安装与调试三相异步电动机能耗制动控制线路;任务二：排除三相异步电动机能耗制动控制线路常见的故障。

（三）实施任务

1.任务一：正确安装与调试三相异步电动机能耗制动控制线路（教学重点）。

环节1：安装控制线路前，学生根据控制线路图，选择所用的元器件，并检测元器件的好坏。如有遗忘，借助电工技能仿真软件，复习元器件触点的作用与检测方法。

环节2：虚实同步、正确安装。从抽象的线路图到设备安装的转化存在一定难度，传统教学中学生错接、漏接的现象较多，教学中存在安全隐患。为了解决这个问题，笔者将实训操作与仿真操作同步，学生独立完成。合理布局元器件，并安装控制线路。仿真软件中一条电线接线正确，方可进行下一条电线的安装。由于软件中元器件与实物一致，学生在软件上的接线可完全对应实际安装，学生设备安装完全正确。

安装过程中，每位学生均佩戴可穿戴摄像头，以第一视角，实时录制操作过程，并将操作视频上传至实操监控系统。教师通过实操监控系统，监控学生操作，如遇异常，及时干预纠正，后台自动记录。例如导线的露铜过多，易发生短路，及时纠正，实现规范、安全双把关，解决了教学重点。

安装完成后，学生在教师监督下按照安全测试步骤，自主进行安全监测并记录结果，无误后方可进行通电调试。

环节3：视频回放、教师点评。通过视频回放，教师点评安装调试过程中存在的问题，例如制动过于频繁，易引起电动机绕组过热。错误点记录包括：导线露铜过多、未做绝缘端子、制动过于频繁、带电操作、走线不规范等，强调操作规范。

环节4：连线预约的企业导师，课前告知本课上课内容，将课堂上学生操作的视频、图片等发送给企业导师，课上在线评价。企业导师指出，三相异步电动机能耗制动控制线路中的限流电阻因功率较大，一般安装在控制板外面;时间继电器的整定时间不宜调得过长，以免制动时间过长引起电动机绕组过热。

2.任务二：排除能耗制动控制线路常见的故障（教学难点）。

设备运行时，可能出现不能起动、点动、制动，或者制动效果不明显等故障现象，如何快速精准地定位故障点并排除故障呢？

环节1：故障预设，理清思路。針对这一教学难点，教师借助故障预设系统，将所对应的元器件设置成损坏，或将导线设置成错接、漏接、连接不牢靠，预设故障。

环节2：软件排故，过程有序。学生进入仿真软件，查看故障现象，分析故障，定位故障点并排除故障。例如按下制动按钮，到达制动时间，但电动机没有立即停车。分析故障原因，故障发生在整流电路中，线路图中故障相关线路闪烁作为提示。选择正确的测试点，测试导线连接是否牢靠。排除故障，通电运行，可迅速制动，化解难点。

环节3：设备排故，迅速有效。明确排故方法后，学生很快便将设备故障进行排除，有效提高检修能力。学生依据能耗制动控制线路，结合软件排故和实操，梳理故障点，形成排故思维导图，使排故有序化，提高电路分析能力和逻辑推理能力。

（四）总结评价

教师组织小组汇报，学生汇报实训过程中遇到的问题及解决方法。学生完成随堂检测，并上传至泛雅平台。教师总结实训结果并进行评价。平台根据课前反馈、仿真操作、实践操作的阶段性成绩按权重统计总分，构建了多元化、全过程的评价体系。

（五）整理整顿

学生拆除三相异步电机能耗制动控制线路，整理导线，归置元器件，可在后续课程中重复使用，实现5S管理。

（六）拓展提高

能耗制动是通过消耗动能来制动的，是否有其他的制动方式将动能回收利用呢？作为知识的延伸，学生自主探究再生制动原理，调研其应用场合及特点。

课后学生走入校企合作单位，参与桥式起重机电气控制线路的日常维保和检修工作，提高规范操作和专业实践能力，使所学转为所用。

五、教学效果

本课将实际工作过程与机电设备安装与维修的岗位职责相结合，设置工作任务。教学过程中，仿真操作与实训操作同步，虚实结合，解决了传统教学中教师难指导、操作易失误的难题，实现从抽象的线路图到设备安装的转化。课堂实操监控系统，解决了教师无法同时监控多个小组操作过程的难题，实现一对多指导。调取存档视频，将学生操作重现，实现过程的可观、可感、可回顾。故障预设系统，实现各类故障的模拟再现，多试练，积累排故经验。思维导图，使排故有序化，提高电路分析能力和逻辑思维能力。利用泛雅平台组织教学，再结合泛雅平台的在线评价系统，及时对学生进行评价，形成了课上与课外、教师与学生、过程与结果多元的评价体系，也便于教师及时了解学生学习情况并及时调整教学进度。从实训效果来看，与往届未进行信息化学习的班级比较，本届实训耗材和学生错误操作有了明显减少，教学质量有明显提高，在同类课程的教学中具有较好的推广作用。

参考文献：

[1]袁忠，申爱民.机床电气控制系统运行与维护[M].北京：电子工业出版社，2012.

责任编辑：章跃一