智能制造时代《电机与电气控制技术》教学模式探索

李玉丹 余彦琼 王松涛

（1.郑州理工职业学院，河南 郑州 451150；2.施耐德电气（中国）有限公司，河南 郑州 450000）

智能制造时代将推动传统工业由集中式控制模式向分散式增强型控制模式转变，深化制造业与信息技术的深入融合，整合琐碎式、单一化的流水线制造资源以服务大规模智能化、个性化生产。机电一体化技术的应用是提高制造业产品质量和劳动生产率的重要手段，高等职业院校致力于培养服务区域发展的高素质技术技能人才，据实际情况而言，当前高职机电一体化教育教学改革面临的主要问题即是满足人才培养转向的诉求［1］。

郑州理工职业学院（以下简称“我院”）机电工程系在人才培养模式上也是随着社会的发展与时代的进步不断进行改革与创新。《电机与电气控制》是机电一体化专业群的专业核心课程，在整个专业的课程体系中起着重要的承上启下的作用，电机与电气控制课程的学习效果将直接影响后续专业课的学习和专业技能的掌握。本课题的选题对培养具有创新能力、自主学习能力的机电一体化专业复合型人才具有基础性的重要意义。

一、课程的教学现状和存在的问题

目前我系在《电机与电气控制技术》的课程教学上已形成理实结合的教学模式，而面对新时代的人才需求，还存在一些问题：

1.课程标准与职业标准还存在差异。

2.课程之间教学相对封闭，缺乏对学科知识综合应用的认知。

3.实训项目内容是顺序教学，缺乏对学生解决问题能力的培养。

4.教学过程与生产过程的对接不利，不能充分调动学生自主学习。

二、课程教学模式的改革

针对目前我院《电机与电气控制技术》课程教学中存在的问题，对课程教学模式进行改革。

（一）修改课程结构，调整理论教学内容

课程结构以高职教育培养目标为依据，遵循“以应用为目的，以必需、够用为度”的原则，以“掌握概念、强化应用、培养技能”为重点，力图做到“精选内容、降低理论、加强基础、突出应用”，着眼学科群，培养学生的综合运用相关知识的能力，培养学生的创新精神和创新能力。《电机与电气控制技术》课程的教学内容分为理论内容和实训内容，根据我校的实际教学条件，在课时分配上也采用一半理论课时，一半实训课时。理论课和实训课在内容设计上要相互衔接，理实结合，以项目为引导，模块化教学。理论课程内容主要包括低压电器、直流电机、交流电机和变压器四部分的相关知识，要求清楚电机的基本原理、拖动方法、电器选择、控制知识，形成对电机控制系统的完整框架概念。实训课要达到的整体教学目标有：熟练掌握电气控制的几个基本控制电路；会根据任务要求设计绘制控制原理图；掌握电气控制电路故障排查方法能解决遇到的电路问题。使理论课程的授课内容为实训课做好相应的基础知识的准备，实训课达到对理论知识的巩固、加深和拓展的效果。正确处理教学内容不断更新与教学过程相对稳定关系的同时，通过课程综合精选核心项目，压缩或取消陈旧和重复的内容，广容先进思想，重组知识单元。

鉴于以上改革思路，首先对教材理论课的内容在授课顺序和重点内容上做调整。理论知识的四个部分中，低压电器的知识是一个独立的模块，在这个模块中介绍各个常用低压电器的结构、功能和工作原理，还包括低压电器的选用、检测、接线和操作。此部分知识在理论课讲授之后，到了实训室学生会依然出现不认识、不会用的现象。因此模块的知识也放在实训课上，采用实物教学法，边讲边操作。根据实训室现有的电机只有三相交流电机的实训条件，实训项目中基本控制电路的设计部分都是以三相交流异步感应电机为控制对象，实训内容由易到难的规律设计。因此在开始电气控制电路的项目之前需要提前做好三相电机理论知识的储备，所以需要调整教材上的授课顺序，电机部分的授课计划把三相电机部分排在前面，直流电机部分稍后。另外由于我们的教学对象是高职高专的学生，因此交流电机和直流电机的内容安排上，侧重点也做一些改变，轻理论重实用。在一些方程式的推导和特性分析的部分要求学生了解即可，而电机的运行、控制内容要求学生熟练掌握。还有一些特种电机在日常生活和生产实际中广泛使用，如伺服电机、步进电机、测速发电机等，这部分知识与实际联系紧密，实用性强，也是不可省略的部分。第四部分是变压器部分，变压器的基本知识在前期课程《电工电子技术》上已经讲过，因此本课程讲述变压器的重点在于变压器及特种变压器的应用上。

（二）教学过程加强学科间的融合，优化实训项目指导书

为了使实训内容更好地实现学科融合，贴近行业标准，提高学生的综合技能，需要优化实训指导书。按照项目性质类型把所有的实训项目分为五个模块，模块1：基本控制电路。主要内容是点动、连续、多地、时间控制电路等。模块2：综合控制电路，主要包括顺序控制、正反转控制，自动往复控制等综合实训项目。模块3：降压启动电路，主要包括接触器、时间继电器控制Y-△降压启动。模块4：典型机床电气控制电路，主要包括C6140普通车床、Z3040型摇臂钻床的电气控制线路的分析和电气故障排查仿真。模块5：自主设计项目。该模块给定工作任务要求，让学生独立完成电路设计、器材选用和检测、安装、调试、运行、故障排查及完成实验报告［2］。

在每个模块选取设计实训项目时，以继电器—接触器控制系统为主线，同时要考虑职业标准、学科的融合和技能的训练。根据机电一体化技术应用人员职业标准，职业功能三电气控制的工作内容，涉及的知识范围有电气控制元件、控制系统、传感器的应用和Plc控制。在控制电路的设计中，可设置具体的工作环境要求加入不同的传感器，如在照明电路中加入光敏传感器，自动往返控制电路项目中可另加入接近传感器替换行程开关。改变模块4单纯的电气控制线路的分析，加入电气故障排查仿真，加强知识的运用，培养学生独立分析、处理实际问题的能力，与《机电设备故障诊断与维修》课程衔接。PLC是基于继电器逻辑控制系统的原理而设计。根据人才培养方案，我系机电一体化专业群的PLC课程和《电机与电气控制技术》课程安排在同一个学期开设，因此PLC与电气控制的融合安排在学期的后期模块五部分，电路的设计实现继电器-接触器的控制设计和PLC控制的设计。充分利用现有的机电设备故障诊断与维修实训室和PLC实训室资源，这样一门课程的教学将不是孤立的、封闭的，通过学科间知识的交叉，实现学以致用，提高学生知识的综合运用能力和专业技能水平。

（三）改变教学方法，使用障碍法教学替代顺序教学，从而培养学生发现问题解决问题的能力

目前的教学方法主要采用的是教师先讲、学生再练的验证性的顺序教学方法。这种教学方法只是让学生学会了识图和接线工艺的提升，短时间内学生会有成就感，但是这种教学方法不利于培养学生的创新能力和解决问题的能力，而且重复的接线工作也会使学生失去兴趣，感觉枯燥［3］。

改变教学方法，采用以学生自主学习为主的障碍法教学。把课堂分成课上课下两部分，以一周为一个实训周期，按计划提前一个实训周期给学生布置实训项目要求，学生以三人或四人分成一个小组，课下按要求组内合作完成控制电路的设计，设计的电路可以有意设置故障。规定时间内完成之后利用我校合作网络平台“智慧树”网站交给老师，老师再随机分给其他小组，进行学生互评，评价结果上传班级课程作业群，所有人都可以随时随地查看。学生总结评价结果之后自主完成正确的控制电路原理设计，课上按图进行布线安装，并断电、上电检测，检测过程若出现问题，小组合作利用万用表检查线路，找出故障并解决问题。这样线上线下相结合既可以给学生充分的课堂操作时间，发现问题能及时解决，又锻炼了学生创造力。

（四）结合实际生产过程设计教学过程，利用任务教学法，调动学生自主学习，并纳入考核体系

实训项目的设置要紧贴生产生活的实例，根据生产过程的工艺要求给学生下达任务书，并按工作标准考核每个学生。例如为客户设计一个无塔供水系统，要求当水罐内空气压力低于压力传感器设定值时，水泵打开水罐进水，压力增大，当压力增大到设定值时，水泵停止运行，水罐停止进水。首先按要求设计原理图，并综合考虑成本、效益等因素，此步骤占此次任务考核的20%。然后根据原理图布线，在安装过程中要符合以下要求：1.安装布局要整齐、匀称、合理。2.元件的安装要牢固，不可漏装螺钉，不可损坏元件。3.电源、按钮和三相电机接线要接到端子排上，并且标注引出端子标号。4.接线时尽量采用等电位点连接，以节约导线的使用。此步骤占考核比重为40%。最后通电检测，此部分占20%。另外安全文明生产规范列入扣分范围，违反操作扣5到30分。按行业标准要求学生，让学生发挥主观能动性和创造性，完成项目任务。

（五）培养、鼓励学生参加技能大赛，提高学生的技能竞争力

今年我院新增四台SX-815Q机电一体化综合实训考核设备，搭建了机电一体化综合实训室。SX-815Q设备是全国职业院校技能大赛机电一体化项目的技能竞赛平台，其技术要求直接反映了企业对于一线机电一体化技术专业人才的需求。我们将积极组织学生参加机电一体化技能竞赛训练。这样可使电气模块的实践教学不只是电气单项技术应用能力的训练，还有机电综合技能的训练。一方面可以锻炼学生的职业技能，促进就业，指导老师在赛前培训和指导比赛过程中的实践中获得了锻炼。另一方面针对在整个比赛过程中学生暴露出的问题，为我们不断进行教学改革和实践提供依据。

三、结束语

本文基于2020年我院校级课题“智能制造时代《电机与电气控制技术》教学模式探索”，本课题基于智能制造时代对机电一体化专业培养人才的要求，对专业核心课程《电机与电气控制技术》在教学模式上进行积极探索，合理安排教学内容，交叉融合利用现有的教学资源，采用新的教学方法。力求提升学生创新设计能力、解决问题的能力和知识的综合运用能力，培养具备多项技能的复合型人才。