基于微课“电液气技术及应用”课程的教学设计应用＊

沈小燕，刘媛媛，陈 翡，张福杰

（无锡科技职业学院，江苏 无锡 214028）

0 引言

“电液气技术及应用”是无锡科技职业学院机电类专业的一门专业核心课程，目标是使学生具备熟练应用液压与气动知识以及设计简单液气压系统的能力。它需要以“电工电子学基础”“机械设计基础”“工程制图”等课程的学习为基础，也是进一步学习“机电设备故障诊断与维修”“自动化生产线技术应用”等课程的基础。在“中国制造2025”的大背景下，根据市场调研和企业人才需求分析，现代制造业使用的制造装备大多是自动化生产线等，以汽车自动化生产线为代表的现代化设备，综合应用了机、电、液、气一体化技术[1]。

笔者在实际教学过程中发现，相对于传统的“灌输式”教学，将知识点有机地融入到微课中，充分利用信息化教学手段，生动形象地将枯燥的专业理论知识呈现出来，不仅有效激发了学生的学习兴趣，而且显著提高了教学效率[2]。笔者以本课程中“双作用气缸的自动伸缩控制”知识点为例，进行微课的教学设计应用分析。

1 教学背景

气动控制技术是生产过程自动化的有效手段之一，被广泛应用于各类自动化设备中，如汽车生产线、食品灌装生产线、口罩机生产设备等。气压传动中，压缩空气是气动设备的工作介质，相对于液压传动，气压传动环保高效且方便快捷，被广泛应用于自动控制的工业领域中。随着电子技术和传感器的大量使用，气动控制越来越智能化，“双作用气缸的自动伸缩控制”介绍了电磁换向阀控制电气回路的设计过程。本教学内容浅显易懂，电气回路设计按认知规律由浅入深，采用产生式教学策略，应用问题引导的探究式教学方法，通过仿真、动画及实践操作的讲解，使学生轻松掌握控制电路的设计方法，从而激发他们的学习兴趣。

学情分析：教学对象为机电专业大二学生，学习本课程前已掌握低压电器相关基础知识，已学习气动控制元件、气动执行元件、气动回路的基本知识，会搭建手动换向阀控制的气压换向回路，能利用仿真软件搭建简单的电气回路，具备硬件电路安装和调试的基础技能。

2 教学设计思路

本项目的设计思路根据企业的具体职业岗位职能，遵循学生的认知规律而确定[3]。在已学习“手动换向阀实现双作用气缸的伸缩控制”基础上开展，通过视频、动画、虚拟仿真等信息技术手段，将气动回路与控制电路的工作过程形象具体地表现出来。使用虚拟软件完成电气回路的设计。电路设计部分由浅入深，循序渐进，环环相扣，完成点动、自锁、电气互锁、双重互锁及带磁开关的控制电路设计及分析，最终实现利用磁开关搭建气缸自动伸缩的控制电路设计。利用虚拟仿真软件，将抽象的电路设计转变为可视可验的具体动画过程；通过实物搭建和调试过程，强调了学生应具备的实践操作能力；同时结合实操中出现的问题，提出“工匠精神”对于职业能力培养的重要性。视频学习使学生掌握电气回路设计相关的知识要点，又培养学生的应用和实操能力，围绕教学重点，突破了教学难点，达到了使学生懂原理、会设计、能验证、知标准的教学目标。

2.1 教学重点与难点

1）教学重点：①控制电磁铁得失电的自锁和互锁电路设计及工作原理；②磁开关的工作原理和接线方式；③中间继电器在控制电路设计中的应用特点。

2）教学难点：利用磁开关实现双作用气缸的自动伸缩控制电路设计。

2.2 教学策略

教学过程中利用虚拟仿真软件对电气回路工作过程进行可视化的验证，利用实物搭建和安装调试对整个工作过程进行可操可调的验证，相对于传统的“灌输式”教学方式，更能激发学生的学习兴趣，在学习理论知识的同时掌握实践动手能力。利用虚实相结合的教学方式，由浅入深，循序渐进，有效化解教学重难点。以问题引出下一个电路设计要点，这种以问题引导的探究式教学方法更能培养学生的创新思维能力。

2.3 教学准备

1）资源：视频、图片、PPT、虚拟仿真软件、实验设备等。

2）工作场所：理实一体化教室。

2.4 教学效果

通过微课学习，学生掌握了电磁换向阀控制的气动回路工作过程；理解了点动、自锁、电气互锁、电气和按钮双重互锁以及磁开关在双作用气缸伸缩控制电路设计中的作用和区别；能够用虚拟仿真软件完成气缸自动伸缩控制的电气回路设计，并完成实物搭建及调试。

3 教学目标

1）知识目标：①掌握磁开关的结构、工作原理和接线方法；②掌握点动、自锁、电气互锁和按钮互锁在控制电路中的作用和区别；③掌握利用磁开关和中间继电器构建的气缸自动伸缩的控制电路。

2）能力目标：①能够根据气动回路控制要求设计电磁铁的控制电路；②能灵活应用仿真软件，完成电磁换向阀控制的电气回路设计并调试；③能够按照规范完成气动回路、控制电路的接线和调试。

3）情感目标：①培养善于思考，勤于实践的创新劳动理念；②强化用电安全意识，培养严谨细致的工作态度和精益求精的工作理念。

4 教学内容纲领

根据三位五通电磁换向阀控制的气压换向回路，由简到难，层层递进，环环相扣：1）按钮点动控制的电气回路设计；2）带自锁的电气回路设计；3）电气互锁的电气回路设计；4）双重互锁的电气回路设计；5）带磁开关的电气回路设计。

5 教学方法

1）教学方式：①实践操作教学法及比较法讲解5 种电气回路的设计特点；②步骤分解法及对比法讲解5种电气回路的工作原理。

2）教学资源：①通过汽车生产线、食品灌装生产线、口罩机设备等视频资源，了解气压传动的应用场合；②通过仿真软件设计电气回路，利用虚拟仿真软件进行仿真实验，最后进行实物接线和调试以进行验证。

3）教学媒体：①把相关图片、文字等资源制作成PPT，再借助软件编辑和录制PPT，录制配套的讲解视频；②使用PPT、实物展示、实践操作视频、教师讲解视频和网络教学平台。

6 教学过程设计

将教学环节一共分成9个，采用相应的教学手段递进讲解知识点。

1）问题引入：气动技术在自动化设备中应用广泛，通过视频介绍，引出本次微课的主讲内容。

2）复习引入：教师通过PPT 和动画讲解手动换向阀控制的气动换向回路，引入利用FluidSIM-P 虚拟仿真软件搭建的电磁换向阀控制的气动换向回路，并手动让两个电磁铁依次得电，观察气缸的往复运动仿真运行过程。

3）点动控制电气回路分析：教师通过视频讲解回顾电磁阀工作原理，利用FluidSIM-P 虚拟仿真软件，在不改变电磁阀控制的气动换向回路基础上，再搭建最简单的点动控制回路，利用宇龙实物仿真动画分析电路控制的缺点，引出问题“如何实现双作用气缸伸缩的连续动作”。

4）带自锁的控制电路分析：教师通过引入中间继电器搭建带自锁的控制电路，并通过FluidSIM-P 虚拟仿真软件搭建电气回路，介绍电路控制的特点，指出电路“电磁铁不可以同时得电”的要求，引出互锁电路的设计。

5）带电气互锁的控制电路分析：教师利用视频和仿真动画讲解电气互锁电路的工作原理，提出伸缩直接切换的控制要求，引出电气和按钮双重互锁电路。

6）带电气和按钮双重互锁的控制电路分析：教师利用分步骤讲解和仿真电路动画讲解，对比指出电气互锁回路和双重互锁回路的区别，发现后者的双作用气缸的伸缩可直接进行切换。

7）带磁开关的控制电路分析：教师先通过PPT 讲解磁开关在气压传动中的应用，及三线制磁开关的接线方法，并利用FluidSIM-P 虚拟仿真软件讲解磁开关实现气缸自动伸缩的电路设计。

8）实物接线和调试与课程思政：教师先通过实操视频展示带磁开关的电气回路调试过程，然后讲解实物接线和调试过程中的注意事项；最后通过课程思政强调，工匠精神的培养要贯穿在学生的知识技能学习和训练之中。

9）课程总结：教师总结课程主要内容和重难点。

7 教学总结与特色

1）教学目标达成度：通过本微课设计，能够达成以下教学目标。①学生能利用仿真软件独立完成5 种电气回路的设计；②学生能轻松分析5 种电气回路的工作原理及特点；③学生能熟练完成磁开关控制的气缸自动伸缩的实物搭建及调试。

2）教学效果：效果良好，教师已经把本微课应用于课程教学中，学生观看后，易于接受微课中的教学内容。

3）教学特色：①跟踪气动技术的最新发展，介绍气压传动的应用场合，通过视频学习提高学生的学习兴趣；②教学策略上摒弃老套的文字概念讲解法，采用产生式教学策略，通过教师实践操作分析、分步骤讲解、对比教学法和理实一体化教学法等，帮助学生更易于理解5种电气回路的特点；③利用虚实相结合的教学方式，充分发挥虚拟仿真软件的优势，由浅入深，循序渐进，环环相扣，完成5 种电气回路的设计及分析，最终实现了利用磁开关搭建气缸自动伸缩的控制电路设计，有效化解重难点知识。

8 结论

“互联网+”时代的到来，让知识点以微课的形式呈现出来，更方便学生学习和理解，而单纯的传授式教学已不能满足要求，运用信息化手段的启发式、探究式教学模式正逐渐取而代之[4]。现代信息化教学整合多种教学资源，实现了理想的学习模式。21 世纪是知识更新日新月异的时代，智能手机改变了人们的生活，同时让学生的学习也更方便快捷[5]。因此，只有适应新环境，转变传统观念，改进教学策略，不断进行探索，才能实现教与学的双丰收。