信息技術在“機電一體化”教學中的應用實例

尹悅悅，王保恒，劉　新，陳金華，孫雪蕾

(1. 江蘇聯(lián)合職業(yè)技術學院鎮(zhèn)江分院 機電工程系,江蘇 鎮(zhèn)江　212016；2. 鎮(zhèn)江誠益環(huán)保科技有限公司 技術部，江蘇 鎮(zhèn)江　212000)

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信息技術在“機電一體化”教學中的應用實例

尹悅悅1，王保恒2，劉新1，陳金華1，孫雪蕾1

(1. 江蘇聯(lián)合職業(yè)技術學院鎮(zhèn)江分院 機電工程系,江蘇 鎮(zhèn)江212016；2. 鎮(zhèn)江誠益環(huán)?？萍加邢薰?技術部，江蘇 鎮(zhèn)江212000)

摘要：利用信息技術，采用理實一體化教學模式進行教學設計，創(chuàng)設教師引領、智能導學、個性探究、自主合作、以評促學的學習環(huán)境，豐富教學手段，改變學習方式，可以有效提升學生的學習興趣。

關鍵詞：信息技術；機電一體化；教學設計

信息技術對職業(yè)教育發(fā)展具有深遠的影響?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》[1]提出：“信息技術對教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視?！痹?014年全國職業(yè)教育工作會議前夕，習近平總書記對職業(yè)教育工作做出重要指示，要高度重視、加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育。2014年，國務院召開全國職業(yè)教育工作會議，印發(fā)了《關于加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育的決定》[2]，教育部等六部門印發(fā)了《現(xiàn)代職業(yè)教育體系建設規(guī)劃(2014—2020年)》[3]。這一系列部署為加快推進職業(yè)教育信息化、建設現(xiàn)代職業(yè)教育體系提供了重要保障。實現(xiàn)現(xiàn)代信息技術與職業(yè)教育深度融合，推進與專業(yè)課程配套的虛擬仿真實訓系統(tǒng)的開發(fā)與應用，推廣教學過程與生產過程實時互動的遠程教學，實現(xiàn)職業(yè)教育優(yōu)質資源的無障礙交換和共享，可以真正提升職業(yè)教育現(xiàn)代化水平。

“機電一體化”課程融合了機械技術、傳感器技術、計算機技術等多門課程的知識。這門課程立足于使學生形成機電一體化理念，拓展機電一體化實踐技能。通過這門課程的教學，既可以檢驗學生掌握知識的情況，又可以幫助學生拓展與延伸知識[4]。隨著互聯(lián)網(wǎng)+，中國制造2025及工業(yè)4.0等國家戰(zhàn)略的提出，“機電一體化”課程教學面臨更大的挑戰(zhàn)。本文基于現(xiàn)代信息技術環(huán)境，對機電一體化系統(tǒng)典型實例——《機器人手臂動作》進行教學設計。

1教學設計依據(jù)

這個單元教學時間為4學時，教學載體是工業(yè)現(xiàn)場的機器人。機器人手臂共有4種自由度動作，分別由氣缸驅動控制，可以完成手臂左右擺動、手臂伸展、手抓臂伸縮以及抓取工件等動作[5]。這個單元的教學任務是實現(xiàn)機器人準確抓取工件并送到指定的工位。

這個單元的教學對象是機電專業(yè)三年級的學生。學生之前學習過“液壓與汽動技術”“傳感器技術”“PLC應用技術”等課程，已經(jīng)認識常用的液壓元件，了解各種傳感器在機電系統(tǒng)中的應用，能使用PLC進行簡單的編程，但機電系統(tǒng)的分析設計能力有所欠缺，學習能力存在一定的差異。

分析教學內容及學情后，將單元教學目標細化為知識目標、技能目標和職業(yè)素養(yǎng)目標。知識目標為理解機器人手臂控制的工作原理。技能目標為會用Multisim9.0軟件設計和仿真，并在實訓設備上安裝調試，以實現(xiàn)抓取功能。職業(yè)素養(yǎng)目標是讓學生遵守5S現(xiàn)場規(guī)范，提高創(chuàng)新能力、語言表達和交流溝通能力，培養(yǎng)團隊合作精神。

突出工作任務和理論知識的聯(lián)系，提高課程內容和職業(yè)崗位能力要求的相關性。通過這個單元的教學，讓學生了解專業(yè)課程在實際生產中的應用，明確機電系統(tǒng)設計的思路與方法。

2教學資源整合

針對這個單元的知識特點和學情，輔以行業(yè)仿真軟件、動畫、教學視頻等進行教學?；阪?zhèn)江高職校數(shù)字社區(qū)，將教師空間與學生空間有機融合，采用理實一體化教學模式，創(chuàng)設教師引領、智能導學、個性探究、自主合作、以評促學的學習環(huán)境。

1) 充分利用學?，F(xiàn)有資源，積極開發(fā)新資源。鎮(zhèn)江高職校數(shù)字社區(qū)包含“教師空間”“學生空間”“班級空間”。利用“教師空間”，如圖1所示，教師可以上傳預習作業(yè)、教學課件、微課、學習資料，與學生在線交流，及時解答學生的問題。課前，教師依據(jù)學生的預習反饋調整備課內容?！皩W生空間”，如圖2 所示，主要用來記錄學生的學習過程及學習心得?！鞍嗉壙臻g”主要用來展示學生的優(yōu)秀作品?；跀?shù)字平臺，學生和教師可以不受時間和空間的限制，隨時隨地采用多種方式交流。

圖1　教師空間

圖2　學生空間

2) 將企業(yè)資源作為課程開發(fā)的后備資源?！皺C電一體化”屬于實踐課程，應該注重真實情境的創(chuàng)建，使學生在真實情境中靈活應用知識。為此，筆者創(chuàng)建了興趣社團，并邀請企業(yè)專業(yè)技術人員參與社團活動。通過與企業(yè)技術人員的交流，學生可以了解更多的行業(yè)資訊。教學積極向實際工業(yè)生產過程靠攏，以解決實際問題、完成實際任務為導向，并引入行業(yè)仿真軟件，使學生能早日融入工作環(huán)境。

3教學活動組織

利用信息化教學手段，將課堂教學延展為課前自學、課堂學做、課后提升3個環(huán)節(jié)，分別完成準備任務、學做任務和拓展任務。

3.1課前自學

課前，教師在“教師空間”(見圖1)上傳預習內容及相關知識鏈接。學生接收學習進度提示，在學習平臺觀看機器人手臂動作視頻，并在教師預留問題的引導下分析任務。學生的注意力不可能長時間集中，教師可將知識內容分解，制作成5～8 min的微課，幫助學生分段學習相關知識。學生也可以登錄“學習論壇”或利用“留言板”，參與互動，完成課前準備任務。

3.2課堂學做

課前，教師通過“備課空間”了解學生自學情況，有針對性地備課。課堂學做環(huán)節(jié)由教師引領，以學生自主學習的方式完成。學生的學習過程由系統(tǒng)認識、知識學習、方案設計、方案驗證、學習評價5個步驟組成。

3.2.1系統(tǒng)認識

用一段關于工業(yè)現(xiàn)場機器人的視頻導入新課，使學生對機器人手臂動作有一個直觀的認識，以此激發(fā)學生的學習興趣，讓學習由被動變?yōu)橹鲃?。教師還可以穿插講解相關知識的來龍去脈。

3.2.2知識學習

教師利用多媒體講解機器人手臂的結構及其系統(tǒng)的一般設計方法，分析并分解任務，讓學生學會選擇相關傳感器元件。在此基礎上引導學生具體問題具體分析。

3.2.3方案設計

方案設計采用小組合作方式。首先，教師繪制任務時序圖，讓學生明晰動作順序。然后，學生以小組學習、小組互動等方式進行方案設計。最后，分析和比較方案，提高學生的創(chuàng)新能力。學生在學習的過程中體驗了主動探索知識的樂趣，累積了實踐經(jīng)驗，減少了盲目性和重復勞動，深刻理解了方案設計[6]，經(jīng)常能提出好的創(chuàng)意。

3.2.4方案驗證

筆者在方案設計中引入行業(yè)專用仿真軟件，不僅可以加深學生對機電系統(tǒng)的直觀認識，而且方案的修改更加便利，設計準確率更高，設備損壞率更低，耗材也大為減少。方案確定后，學生利用Multisim9.0軟件進行設計和仿真。通過模擬的場景，學生在高仿真環(huán)境下接線實驗，查找問題，為真實環(huán)境下的接線操作打下良好基礎[7]。仿真之后，進行硬件的安裝與調試。教師播放安裝與調試的相關視頻并進行現(xiàn)場指導示范，幫助學生掌握動作要領，熟悉安全規(guī)程、5S操作規(guī)范。

3.2.5學習評價

任務完成后，進入評價環(huán)節(jié)，包括成果匯報答辯、職業(yè)素養(yǎng)評價、個人測試。其中成果匯報答辯是以小組的形式匯報任務成果，進行系統(tǒng)的演示。在成果匯報答辯時，匯總各小組遇到的問題，鼓勵學生一起分析、處理。在討論中，學生對本系統(tǒng)的設計有了更深的理解，學習的積極性更高了，團隊協(xié)作意識更強了，分析問題、解決問題的能力也有所提高。職業(yè)素養(yǎng)評價包括學生自評、小組成員互評及教師評價。教師將結果錄入學生個人成長檔案，并指出下一步努力的方向。

3.3課后提升

學生在“學習平臺”進一步完成課后的拓展任務，通過觀看教師備課筆記，實現(xiàn)重點和難點知識的重現(xiàn)。利用“交流論壇”，學生和教師可以進行多種形式的交流、互動。教師與企業(yè)技術骨干組建了職業(yè)技能類社團(如圖3所示)，學生可以在學習之余參與社團活動，與同學、教師、企業(yè)技術骨干交流互動。

4結束語

以學生為主體，融入信息化手段，利用動畫、視頻、仿真軟件等將單元知識動態(tài)化、形象化、碎片化，可以促進學生自主學習，培養(yǎng)自主探索的精神。引入信息技術，學生學習的時間和方式更加多樣，企業(yè)技術人員也可以有效參與教學。

圖3　職業(yè)技能類社團

參考文獻：

[1] 教育部.國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)[EB/OL].(2010-07-29) [2015-11-16]. http://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/moe_838/201008/93704.html.

[2] 教育部.關于加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育的決定 [EB/OL].(2014-06-22) [2015-11-16].http://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s5147/201406/170695.html.

[3] 教育部.現(xiàn)代職業(yè)教育體系建設規(guī)劃(2014-2020年)[EB/OL].(2014-06-16) [2015-11-16]. http://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/moe_630/201406/170737.html.

[4] 李玉蘭,范月圓,陳金華.信息技術在“組合邏輯電路設計”教學中的應用[J].鎮(zhèn)江高專學報,2014,27(1):109-111.

[5] 李建剛.巧用PLC實現(xiàn)機械手運動的示教與再現(xiàn)[J].農業(yè)科技與裝備,2011(8):32-35.

[6] 張志潔，王風彬，鞠熀先.驗證性實驗教學中的創(chuàng)新意識培養(yǎng)[J]. 實驗室研究與探索,2005,24(12):9-17.

[7] 唐民麗. 基于Multisim 9.0的PLC案例設計與仿真[J].鎮(zhèn)江高專學報,2014,27(1):42-44.

〔責任編輯： 盧蕊〕

Application of information technology in the teaching of Mechatronics

YIN Yueyue1, WANG Baoheng2, LIU Xin1, CHEN Jinhua1, SUN Xue-lei1

(1. Electrical and Mechanical Engineering Department， Zhenjiang Branch of Jiangsu Combined Higher Vocational College, Zhenjiang 212016, China;2. Technology Department, Zhenjiang Chengyi Environmental Technology Co., Zhenjiang 212000, China)

Abstract:Teaching design is made by the use of information technology and theory-and- practice integration teaching mode to create the learning environments: teacher leading, intelligent tutoring, personality exploring, autonomous cooperation and appraisal-based learning. Enriching the teaching instruments and changing the ways of learning can effectively improve the students’ interest in learning.

Key words:information technology; Mechatronics; teaching design

收稿日期：2015-12-10

基金項目：鎮(zhèn)江市教育科學“十二五”規(guī)劃課題(第四批)(鎮(zhèn)教所發(fā)〔2015〕6號)

作者簡介：尹悅悅(1987—)，女，山東聊城人，助教，碩士，主要從事自動控制技術研究；王保恒(1985—)，男，山東德州人，工程師，主要從事電氣自動化研究。

中圖分類號：G642.41

文獻標志碼：C

文章編號：1008-8148(2016)02-0094-03