信息技術(shù)在機(jī)電專業(yè)課程項(xiàng)目化教學(xué)中的應(yīng)用

尹悅悅，黨麗峰，王保恒

(1. 江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院鎮(zhèn)江分院 機(jī)電工程系，江蘇 鎮(zhèn)江 212016；2. 鎮(zhèn)江誠益環(huán)?？萍加邢薰?技術(shù)部，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

《國家中長期教育改革與發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》提出：“信息技術(shù)對(duì)教育發(fā)展具有革命性的影響，必須予以高度重視?！盵1]項(xiàng)目化教學(xué)，學(xué)生主動(dòng)參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng)新，但在實(shí)踐中存在課堂教學(xué)時(shí)間難以控制、生產(chǎn)情境難以模仿等難題[2]。運(yùn)用信息技術(shù)可以改善“教與學(xué)環(huán)境”“教與學(xué)方式”，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)的根本性變革[3]。

1 專業(yè)課程分析

1) 教學(xué)依據(jù)。“電器與PLC控制技術(shù)”是機(jī)電技術(shù)應(yīng)用專業(yè)的核心課程。根據(jù)中等職業(yè)學(xué)校專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，從教學(xué)目標(biāo)和崗位職業(yè)能力要求出發(fā)，以教材為基礎(chǔ)、大綱為線索，選取真實(shí)素材、案例[4]，將教學(xué)內(nèi)容整合為5個(gè)典型自動(dòng)控制系統(tǒng)，即電機(jī)控制系統(tǒng)、包裹分揀系統(tǒng)、十字路口交通信號(hào)燈系統(tǒng)、城市霓虹燈系統(tǒng)和液體混合系統(tǒng)。包裹分揀系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的分揀系統(tǒng)和配送中心，滿足了商品分揀的自動(dòng)化需求，提高了生產(chǎn)效率。

授課對(duì)象為機(jī)電技術(shù)應(yīng)用專業(yè)二年級(jí)學(xué)生。學(xué)生具備一定的PLC編程基礎(chǔ)，但編程的邏輯性和靈活度有待加強(qiáng)，系統(tǒng)調(diào)試能力有待提高。教學(xué)目標(biāo)是教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)媒體、教學(xué)評(píng)價(jià)的主要依據(jù)[5]。知識(shí)目標(biāo)是掌握變址寄存器的工作原理。能力目標(biāo)是靈活運(yùn)用變址寄存器編寫程序，完成分揀系統(tǒng)的程序調(diào)試。素質(zhì)目標(biāo)是提高交流能力，強(qiáng)化團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。

2) 教學(xué)資源整合。依托網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)為學(xué)生規(guī)劃學(xué)習(xí)路徑，提供學(xué)習(xí)資源； 運(yùn)用Flash動(dòng)畫、交互游戲等導(dǎo)學(xué)、助學(xué)； 自主開發(fā)PLC虛實(shí)一體系統(tǒng)，有機(jī)融合真實(shí)的PLC和虛擬分揀車間，提高學(xué)生程序調(diào)試能力，使調(diào)試好的程序能直接應(yīng)用于設(shè)備。

2 信息技術(shù)在項(xiàng)目教學(xué)中的應(yīng)用

依托網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，將教學(xué)過程分為課前探究、課中學(xué)習(xí)、課后拓展3個(gè)階段。

2.1 課前探究

在教學(xué)準(zhǔn)備階段，教師完成課堂教學(xué)的設(shè)計(jì)，上傳教學(xué)資源至教學(xué)平臺(tái)[6]。課前，學(xué)生登錄教學(xué)平臺(tái)，自主學(xué)習(xí)變址寄存器等知識(shí)，進(jìn)行在線測(cè)試，編寫包裹掃碼信息值存儲(chǔ)程序。期間，教師與學(xué)生適時(shí)互動(dòng)，密切關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)。依據(jù)教學(xué)平臺(tái)記錄的學(xué)習(xí)情況，帶著問題進(jìn)入課堂教學(xué)。

2.2 課中學(xué)習(xí)

2.2.1 任務(wù)引入

課上，播放一段視頻，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到人工分揀只能靠眼尖手快，存在效率低、易出錯(cuò)等問題，已無法滿足分揀需求。之后，學(xué)生登錄教學(xué)平臺(tái)領(lǐng)取任務(wù)——某配送公司因業(yè)務(wù)發(fā)展需要對(duì)原有人工分揀線進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)改造，根據(jù)控制要求編寫PLC程序，以實(shí)現(xiàn)4個(gè)區(qū)域包裹的自動(dòng)分揀。

2.2.2 任務(wù)分析

學(xué)生觀看包裹自動(dòng)分揀模擬仿真動(dòng)畫，結(jié)合硬件分析控制要求，在億圖軟件中繪制流程圖。教師巡視，指導(dǎo)學(xué)生細(xì)化流程圖。小組代表展示控制流程圖，經(jīng)討論得出編程的關(guān)鍵點(diǎn)——路徑規(guī)劃。實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃的首要條件是了解包裹所屬分揀區(qū)域，即信息值的正確存儲(chǔ)。

2.2.3 任務(wù)實(shí)施

1) 程序編寫。針對(duì)學(xué)生編寫存儲(chǔ)包裹信息程序時(shí)不熟悉變址應(yīng)用的情況，引導(dǎo)學(xué)生觀看動(dòng)畫。如圖1所示，將PLC抽象的變址尋址過程類比具體的問路過程。動(dòng)畫中，問路者所處的位置類比信息存儲(chǔ)的初始地址，問路者的目的地類比信息存儲(chǔ)的目標(biāo)地址，問路過程代表變址尋址過程，如圖2所示。變址寄存器的使用簡化了學(xué)生課前編寫的程序。如圖3所示，借助教師設(shè)計(jì)的互動(dòng)游戲，學(xué)生觀察包裹行進(jìn)路徑，記錄包裹所屬區(qū)域傳感器得電次數(shù)，并得知得電次數(shù)與存儲(chǔ)信息值有關(guān)，進(jìn)而編寫這部分程序，如圖4所示。此處的編程可采用變址的方法，流程圖中涉及的傳送運(yùn)輸、分揀執(zhí)行等程序的編寫，可直接調(diào)用前期課程已完成并上傳至教學(xué)平臺(tái)的子程序。編好的程序載入PLC，為調(diào)試程序做準(zhǔn)備。

圖1 變址寄存器工作原理

圖2 包裹信息值存儲(chǔ)程序

圖3 “分揀規(guī)律”互動(dòng)游戲

圖4 路徑規(guī)劃程序

2) 程序調(diào)試。利用自主開發(fā)的PLC虛實(shí)一體系統(tǒng)，將PLC與虛擬仿真軟件對(duì)接，協(xié)助學(xué)生調(diào)試。學(xué)生進(jìn)入系統(tǒng)，選擇PLC型號(hào)，通信成功后，配置分揀設(shè)備的輸入、輸出地址，開始調(diào)試，如圖5所示。

圖5 虛實(shí)連接成功

調(diào)試過程中出現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)不傳輸、氣缸動(dòng)作不及時(shí)等故障時(shí)，可利用系統(tǒng)的回放功能，及時(shí)找出原因，省時(shí)省力。學(xué)生可通過關(guān)鍵字匹配的方法在故障庫中尋求幫助，根據(jù)提示逐一排除故障，如圖6所示。

圖6 求助功能

調(diào)試過程中，學(xué)生自行排查的新故障可通過申請(qǐng)、教師審核后錄入故障庫，如圖7所示。調(diào)試過程中，系統(tǒng)自動(dòng)記錄任務(wù)完成情況、調(diào)試時(shí)間、求助次數(shù)等，形成該環(huán)節(jié)的過程性評(píng)價(jià)。

圖7 審核故障入庫

調(diào)試過程中，教師巡視指導(dǎo)，鼓勵(lì)已完成調(diào)試的學(xué)生交換程序相互調(diào)試。注重個(gè)體差異，實(shí)現(xiàn)分層教學(xué)，有效化解調(diào)試難點(diǎn)。

2.2.4 任務(wù)總結(jié)

調(diào)試結(jié)束后，學(xué)生將調(diào)試小結(jié)、IO地址表、PLC程序等技術(shù)文件上傳教學(xué)平臺(tái)，培養(yǎng)規(guī)范、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)穆殬I(yè)作風(fēng)。綜合評(píng)價(jià)是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成果的考量[6]。學(xué)生利用教學(xué)平臺(tái)和PLC虛實(shí)一體系統(tǒng)中的評(píng)價(jià)功能進(jìn)行自評(píng)、互評(píng)，結(jié)合教師點(diǎn)評(píng)，形成綜合評(píng)價(jià)[7]。由綜合評(píng)價(jià)較高的3組學(xué)生代表分享調(diào)試過程中遇到的問題及解決方法，拓展調(diào)試思路，豐富調(diào)試經(jīng)驗(yàn)。

2.3 課后拓展

課后，教師可登錄教學(xué)平臺(tái)，評(píng)價(jià)學(xué)生上傳的技術(shù)文件及調(diào)試錄像。學(xué)生根據(jù)反饋意見優(yōu)化程序，利用開放的PLC虛實(shí)一體實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行程序調(diào)試的拓展訓(xùn)練，完成教師預(yù)設(shè)的故障排查任務(wù)，提高工程實(shí)踐能力，如圖8所示。為拓展學(xué)生的職業(yè)技能，特邀企業(yè)專家加入教學(xué)平臺(tái)。專家可再現(xiàn)企業(yè)真實(shí)場(chǎng)景，直觀評(píng)價(jià)項(xiàng)目任務(wù)的完成質(zhì)量[8]。與企業(yè)掛鉤，可以增強(qiáng)學(xué)生的體驗(yàn)感。

圖8 調(diào)試拓展學(xué)習(xí)

3 結(jié)束語

以真實(shí)的PLC控制虛擬的包裹分揀系統(tǒng)為載體，運(yùn)用信息化手段，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題能力； 運(yùn)用自主開發(fā)的PLC虛實(shí)一體系統(tǒng)，將現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過程可視化，突破調(diào)試難點(diǎn)。課前，學(xué)生依托網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)自主學(xué)習(xí)； 課中，利用現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)視頻模擬生產(chǎn)情境，在虛擬教學(xué)平臺(tái)上完成項(xiàng)目任務(wù)； 課后，完成拓展任務(wù)。在項(xiàng)目化教學(xué)中加入信息化手段，可以使知識(shí)內(nèi)容形象化、動(dòng)態(tài)化[9]。利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)可以合理分配、延展學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，企業(yè)人員可參與學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。信息技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用還需要學(xué)校、教師、學(xué)生共同努力。