“機電一體化技術”實訓課程教學設計

“機電一體化技術”是高職機電一體化技術專業重要的核心課程,但調研發現,大多數學生對機電一體化相關技術知識掌握情況并不理想。主要原因:
1) 機電一體化技術涉及面廣。機電一體化涉及的知識體系多,包括PLC控制技術、單片機控制技術、伺服驅動技術、液動氣動技術、機械技術、檢測傳感技術、自動控制理論、工業控制計算機技術、機械接口技術、人機接口技術等。以往教學是獨立講授每一部分知識體系,受學時限制,學生對技術的掌握、綜合應用不理想。
2)目前的教學模式強理論、輕實踐,學生在工作中缺乏相應的崗位技能。
3)機電一體化技術比較復雜且難度較大,涉及的每一種技術都可以單獨稱為一門學科。如《控制電機》教材中介紹了步進電機原理及驅動控制、交直流伺服電機原理及驅動控制、直線電機工作原理及驅動控制等,而控制電機的伺服驅動技術只是機電一體化技術中的一種,掌握機電一體化技術知識體系難度很大。
采用理實一體化教學方式,圍繞實際設備開展實訓教學,借助虛擬仿真等現代化教學手段,展示實際工程案例,將前沿新技術引入課堂,可以激發學生的學習興趣,培養學生的綜合實踐的能力,進而增強學生的職業技能。
1、教學設計
采用理實一體化教學模式,實訓課程的教學任務是認識并掌握機電一體化系統各組成部分,并實現簡單接線。實訓中學生可自由提問,一般性問題以解釋為主,特殊問題以指導和討論為主,師生共同解決問題。
1.1選擇實訓設備
依據教學內容選取操作簡單的代表性實訓設備,如從常見設備入手,概括性介紹設備的功能與工作原理,指導學生從外形結構上認識設備[4]。本案例以多功能家用電風扇為實訓本體,指導學生詳細閱讀設備使用說明書,重點內容和任務以PPT的形式顯示:
1)“電風扇外形”圖。電風扇是通過電動機驅動扇葉旋轉實現空氣加速流通的家用電器,主要由扇頭、葉片、網罩、控制裝置等部件組成,廣泛用于家庭、教室、辦公室、商店、醫院、賓館等場所,起到清涼解暑、空氣流通的作用。該設備是開環系統,由單相異步電動機驅動,控制器是單片機。
2)電風扇的功能。普通風:轉速不變,有強、中、微3擋;自然風:自然陣風,風速時大時小,有強、中、微3擋;睡眠風:由強自然風開始,逐漸減小風的強度,有強、中、微3擋,避免長時間強風引起頭痛、鼻塞等;定時:可設定停止的時間;遙控:遠距離控制風扇(一般為5m)。
3)思考并討論:用單片機控制需要哪些輸入輸出點。
1.2按照設備線路圖紙要求正確拆卸零件
電風扇操作簡單,學生容易掌握。指導教師可適時引入課程任務,激發學生的好奇心,師生互動,共同解決問題。借助多媒體,以PPT形式顯示課程任務:電風扇如何實現換擋調速,各部分如何協調工作?按照電扇線路圖紙要求正確拆卸零件。教師指導學生對照機電一體化系統組成部分將電風扇各結構部分與之對應,并導引機電一體化系統的組成,以PPT形式顯示。
1.2.1機械本體
指導學生了解機械本體,如齒輪傳動機構、軸、軸承、風葉、網罩等,重點分析機械傳動機構,布置任務。以PPT形式顯示:
1)機械本體的作用。
2)任務:包括認識本案例的機械傳動、引申機械傳動分類及特點、機械本體的其他組成部分(包括機械支撐機構和機械執行機構),分組發言,舉例說明見過的機械傳動的應用。
3)本案例的機械傳動部分圖。
1.2.2執行器:單相異步電動機
學生分組討論單相異步電動機工作原理及接線,并根據接線圖畫出原理圖。以PPT形式顯示:單相異步電動機的結構及接線;單相異步電動機的原理圖。分析單相電動機的啟動方式,總結執行電動機的起動特點。完成機電一體化系統的執行器(單相異步電動機)的學習訓練后,讓學生將所學理論與實際接線對應。學生了解伺服電機的實際應用相對于理論學習比較簡單后可以增強勝任相應的工作崗位的自信心[5]。
1.2.3電子控制單元:單片機
指導學生復習電子控制單元XXX單片機的作用及組成。以PPT形式顯示:
1)電子控制單元是機電一體化系統的核心,其作用是“收集”、處理各傳感器檢測到的信號和用戶輸入的指令,并根據信息處理結果發出控制指令,控制系統按要求運行。
2)電子控制單元主板圖。
3)單片機電路原理圖。
指導學生找到輸入點和輸出點,并了解其作用。
指導學生認識主板上的各元件,理解電風扇專用控制器各管腳的輸入、輸出點的意義,引入PLC和控制計算機的控制特點及應用。接觸多媒體展示“PLC和控制計算機控制單元”。
1.2.4檢測傳感部分
此案例沒有檢測傳感部分,但指導教師可以拋出問題:如果要引入傳感器,最需要的是哪種?學生經小組討論后一致認為是溫度傳感器。以PPT形式顯示:1)電風扇根據溫度傳感器監測的環境溫度,調節電風扇的旋轉速度。
2)溫度傳感器的工作原理及接線。
教師介紹各種溫度傳感器的工作原理并舉例重點詳細講解接線,學生自行畫出,教師檢查并幫助學生糾錯。隨后,學生分組自主探究電風扇相關元件,教師巡回指導。教師及時發現、解決問題,并將相關問題充實到教案中,不斷更新教學內容,實現內容貼近生產前沿技術,并根據學生接受情況調整課程節奏,助力學生消化吸收。
2、過程評價
以往的教學評價通常不注重實訓環節和學生學習過程,導致學生不重視實訓和課堂表現[6]。在實訓教學中,理論與實踐緊密結合,凸顯專業職業技能素質的核心地位,強調直觀感知和實際操作,用理論知識支撐實際操作訓練,可以提高學生的職業素質。評價時融入過程性評價,包括小組自評價、小組互評、教師引導性點評。實訓內容結束后,指導學生按使用說明書及使用注意事項,將電風扇組裝好,并通電運行,確保下次使用正常。
3、教學效果
采用理實一體化教學模式,理論與實踐融合,理論支撐實踐,實踐論證理論,教學更直觀。緊跟科學技術前沿,及時補充新問題、新技術,為學生步入社會提供知識和技術支撐。以教師為主導,以學生熟悉的機電一體化設備為對象,根據實際案例,幫助學生建構知識體系、培養職業技能。學生初步學習機電一體化相關技術,對機電一體化系統的組成有了宏觀認知,有助于后續的學習。學習難度降低了,突出了知識的實用性,學生明確了學習目標,激發了興趣,提高了實踐能力。
4、教學反思
課前,發放實訓報告,包括實訓任務、實訓目標、評價表等。課程結束,學生上交實訓報告,指導教師登記學生成績并存檔或返還學生作為復習資料。學生從興趣入手主動學習,提高了學習效率,教與學都變得輕松。教師應認真研究教學內容,合理進行教學設計,指導學生舉一反三。機電一體化相關設備品牌繁多,但基本組成一致,相關技術相通,學生熟悉機電一體化產品的相關技術后可以“一通百通”,提高崗位適應能力。本案例的教學設備沒有檢測反饋部分,時間有限,整個系統的講授和練習不夠充分,需要進一步改進教學設計,彌補不足。