智能制造時代《電機與電氣控制技術(shù)》教學模式探索

李玉丹 余彥瓊 王松濤

（1.鄭州理工職業(yè)學院，河南 鄭州 451150；2.施耐德電氣（中國）有限公司，河南 鄭州 450000）

智能制造時代將推動傳統(tǒng)工業(yè)由集中式控制模式向分散式增強型控制模式轉(zhuǎn)變，深化制造業(yè)與信息技術(shù)的深入融合，整合瑣碎式、單一化的流水線制造資源以服務(wù)大規(guī)模智能化、個性化生產(chǎn)。機電一體化技術(shù)的應(yīng)用是提高制造業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率的重要手段，高等職業(yè)院校致力于培養(yǎng)服務(wù)區(qū)域發(fā)展的高素質(zhì)技術(shù)技能人才，據(jù)實際情況而言，當前高職機電一體化教育教學改革面臨的主要問題即是滿足人才培養(yǎng)轉(zhuǎn)向的訴求［1］。

鄭州理工職業(yè)學院（以下簡稱“我院”）機電工程系在人才培養(yǎng)模式上也是隨著社會的發(fā)展與時代的進步不斷進行改革與創(chuàng)新。《電機與電氣控制》是機電一體化專業(yè)群的專業(yè)核心課程，在整個專業(yè)的課程體系中起著重要的承上啟下的作用，電機與電氣控制課程的學習效果將直接影響后續(xù)專業(yè)課的學習和專業(yè)技能的掌握。本課題的選題對培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力、自主學習能力的機電一體化專業(yè)復(fù)合型人才具有基礎(chǔ)性的重要意義。

一、課程的教學現(xiàn)狀和存在的問題

目前我系在《電機與電氣控制技術(shù)》的課程教學上已形成理實結(jié)合的教學模式，而面對新時代的人才需求，還存在一些問題：

1.課程標準與職業(yè)標準還存在差異。

2.課程之間教學相對封閉，缺乏對學科知識綜合應(yīng)用的認知。

3.實訓項目內(nèi)容是順序教學，缺乏對學生解決問題能力的培養(yǎng)。

4.教學過程與生產(chǎn)過程的對接不利，不能充分調(diào)動學生自主學習。

二、課程教學模式的改革

針對目前我院《電機與電氣控制技術(shù)》課程教學中存在的問題，對課程教學模式進行改革。

（一）修改課程結(jié)構(gòu)，調(diào)整理論教學內(nèi)容

課程結(jié)構(gòu)以高職教育培養(yǎng)目標為依據(jù)，遵循“以應(yīng)用為目的，以必需、夠用為度”的原則，以“掌握概念、強化應(yīng)用、培養(yǎng)技能”為重點，力圖做到“精選內(nèi)容、降低理論、加強基礎(chǔ)、突出應(yīng)用”，著眼學科群，培養(yǎng)學生的綜合運用相關(guān)知識的能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力?！峨姍C與電氣控制技術(shù)》課程的教學內(nèi)容分為理論內(nèi)容和實訓內(nèi)容，根據(jù)我校的實際教學條件，在課時分配上也采用一半理論課時，一半實訓課時。理論課和實訓課在內(nèi)容設(shè)計上要相互銜接，理實結(jié)合，以項目為引導(dǎo)，模塊化教學。理論課程內(nèi)容主要包括低壓電器、直流電機、交流電機和變壓器四部分的相關(guān)知識，要求清楚電機的基本原理、拖動方法、電器選擇、控制知識，形成對電機控制系統(tǒng)的完整框架概念。實訓課要達到的整體教學目標有：熟練掌握電氣控制的幾個基本控制電路；會根據(jù)任務(wù)要求設(shè)計繪制控制原理圖；掌握電氣控制電路故障排查方法能解決遇到的電路問題。使理論課程的授課內(nèi)容為實訓課做好相應(yīng)的基礎(chǔ)知識的準備，實訓課達到對理論知識的鞏固、加深和拓展的效果。正確處理教學內(nèi)容不斷更新與教學過程相對穩(wěn)定關(guān)系的同時，通過課程綜合精選核心項目，壓縮或取消陳舊和重復(fù)的內(nèi)容，廣容先進思想，重組知識單元。

鑒于以上改革思路，首先對教材理論課的內(nèi)容在授課順序和重點內(nèi)容上做調(diào)整。理論知識的四個部分中，低壓電器的知識是一個獨立的模塊，在這個模塊中介紹各個常用低壓電器的結(jié)構(gòu)、功能和工作原理，還包括低壓電器的選用、檢測、接線和操作。此部分知識在理論課講授之后，到了實訓室學生會依然出現(xiàn)不認識、不會用的現(xiàn)象。因此模塊的知識也放在實訓課上，采用實物教學法，邊講邊操作。根據(jù)實訓室現(xiàn)有的電機只有三相交流電機的實訓條件，實訓項目中基本控制電路的設(shè)計部分都是以三相交流異步感應(yīng)電機為控制對象，實訓內(nèi)容由易到難的規(guī)律設(shè)計。因此在開始電氣控制電路的項目之前需要提前做好三相電機理論知識的儲備，所以需要調(diào)整教材上的授課順序，電機部分的授課計劃把三相電機部分排在前面，直流電機部分稍后。另外由于我們的教學對象是高職高專的學生，因此交流電機和直流電機的內(nèi)容安排上，側(cè)重點也做一些改變，輕理論重實用。在一些方程式的推導(dǎo)和特性分析的部分要求學生了解即可，而電機的運行、控制內(nèi)容要求學生熟練掌握。還有一些特種電機在日常生活和生產(chǎn)實際中廣泛使用，如伺服電機、步進電機、測速發(fā)電機等，這部分知識與實際聯(lián)系緊密，實用性強，也是不可省略的部分。第四部分是變壓器部分，變壓器的基本知識在前期課程《電工電子技術(shù)》上已經(jīng)講過，因此本課程講述變壓器的重點在于變壓器及特種變壓器的應(yīng)用上。

（二）教學過程加強學科間的融合，優(yōu)化實訓項目指導(dǎo)書

為了使實訓內(nèi)容更好地實現(xiàn)學科融合，貼近行業(yè)標準，提高學生的綜合技能，需要優(yōu)化實訓指導(dǎo)書。按照項目性質(zhì)類型把所有的實訓項目分為五個模塊，模塊1：基本控制電路。主要內(nèi)容是點動、連續(xù)、多地、時間控制電路等。模塊2：綜合控制電路，主要包括順序控制、正反轉(zhuǎn)控制，自動往復(fù)控制等綜合實訓項目。模塊3：降壓啟動電路，主要包括接觸器、時間繼電器控制Y-△降壓啟動。模塊4：典型機床電氣控制電路，主要包括C6140普通車床、Z3040型搖臂鉆床的電氣控制線路的分析和電氣故障排查仿真。模塊5：自主設(shè)計項目。該模塊給定工作任務(wù)要求，讓學生獨立完成電路設(shè)計、器材選用和檢測、安裝、調(diào)試、運行、故障排查及完成實驗報告［2］。

在每個模塊選取設(shè)計實訓項目時，以繼電器—接觸器控制系統(tǒng)為主線，同時要考慮職業(yè)標準、學科的融合和技能的訓練。根據(jù)機電一體化技術(shù)應(yīng)用人員職業(yè)標準，職業(yè)功能三電氣控制的工作內(nèi)容，涉及的知識范圍有電氣控制元件、控制系統(tǒng)、傳感器的應(yīng)用和Plc控制。在控制電路的設(shè)計中，可設(shè)置具體的工作環(huán)境要求加入不同的傳感器，如在照明電路中加入光敏傳感器，自動往返控制電路項目中可另加入接近傳感器替換行程開關(guān)。改變模塊4單純的電氣控制線路的分析，加入電氣故障排查仿真，加強知識的運用，培養(yǎng)學生獨立分析、處理實際問題的能力，與《機電設(shè)備故障診斷與維修》課程銜接。PLC是基于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的原理而設(shè)計。根據(jù)人才培養(yǎng)方案，我系機電一體化專業(yè)群的PLC課程和《電機與電氣控制技術(shù)》課程安排在同一個學期開設(shè)，因此PLC與電氣控制的融合安排在學期的后期模塊五部分，電路的設(shè)計實現(xiàn)繼電器-接觸器的控制設(shè)計和PLC控制的設(shè)計。充分利用現(xiàn)有的機電設(shè)備故障診斷與維修實訓室和PLC實訓室資源，這樣一門課程的教學將不是孤立的、封閉的，通過學科間知識的交叉，實現(xiàn)學以致用，提高學生知識的綜合運用能力和專業(yè)技能水平。

（三）改變教學方法，使用障礙法教學替代順序教學，從而培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力

目前的教學方法主要采用的是教師先講、學生再練的驗證性的順序教學方法。這種教學方法只是讓學生學會了識圖和接線工藝的提升，短時間內(nèi)學生會有成就感，但是這種教學方法不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和解決問題的能力，而且重復(fù)的接線工作也會使學生失去興趣，感覺枯燥［3］。

改變教學方法，采用以學生自主學習為主的障礙法教學。把課堂分成課上課下兩部分，以一周為一個實訓周期，按計劃提前一個實訓周期給學生布置實訓項目要求，學生以三人或四人分成一個小組，課下按要求組內(nèi)合作完成控制電路的設(shè)計，設(shè)計的電路可以有意設(shè)置故障。規(guī)定時間內(nèi)完成之后利用我校合作網(wǎng)絡(luò)平臺“智慧樹”網(wǎng)站交給老師，老師再隨機分給其他小組，進行學生互評，評價結(jié)果上傳班級課程作業(yè)群，所有人都可以隨時隨地查看。學生總結(jié)評價結(jié)果之后自主完成正確的控制電路原理設(shè)計，課上按圖進行布線安裝，并斷電、上電檢測，檢測過程若出現(xiàn)問題，小組合作利用萬用表檢查線路，找出故障并解決問題。這樣線上線下相結(jié)合既可以給學生充分的課堂操作時間，發(fā)現(xiàn)問題能及時解決，又鍛煉了學生創(chuàng)造力。

（四）結(jié)合實際生產(chǎn)過程設(shè)計教學過程，利用任務(wù)教學法，調(diào)動學生自主學習，并納入考核體系

實訓項目的設(shè)置要緊貼生產(chǎn)生活的實例，根據(jù)生產(chǎn)過程的工藝要求給學生下達任務(wù)書，并按工作標準考核每個學生。例如為客戶設(shè)計一個無塔供水系統(tǒng)，要求當水罐內(nèi)空氣壓力低于壓力傳感器設(shè)定值時，水泵打開水罐進水，壓力增大，當壓力增大到設(shè)定值時，水泵停止運行，水罐停止進水。首先按要求設(shè)計原理圖，并綜合考慮成本、效益等因素，此步驟占此次任務(wù)考核的20%。然后根據(jù)原理圖布線，在安裝過程中要符合以下要求：1.安裝布局要整齊、勻稱、合理。2.元件的安裝要牢固，不可漏裝螺釘，不可損壞元件。3.電源、按鈕和三相電機接線要接到端子排上，并且標注引出端子標號。4.接線時盡量采用等電位點連接，以節(jié)約導(dǎo)線的使用。此步驟占考核比重為40%。最后通電檢測，此部分占20%。另外安全文明生產(chǎn)規(guī)范列入扣分范圍，違反操作扣5到30分。按行業(yè)標準要求學生，讓學生發(fā)揮主觀能動性和創(chuàng)造性，完成項目任務(wù)。

（五）培養(yǎng)、鼓勵學生參加技能大賽，提高學生的技能競爭力

今年我院新增四臺SX-815Q機電一體化綜合實訓考核設(shè)備，搭建了機電一體化綜合實訓室。SX-815Q設(shè)備是全國職業(yè)院校技能大賽機電一體化項目的技能競賽平臺，其技術(shù)要求直接反映了企業(yè)對于一線機電一體化技術(shù)專業(yè)人才的需求。我們將積極組織學生參加機電一體化技能競賽訓練。這樣可使電氣模塊的實踐教學不只是電氣單項技術(shù)應(yīng)用能力的訓練，還有機電綜合技能的訓練。一方面可以鍛煉學生的職業(yè)技能，促進就業(yè)，指導(dǎo)老師在賽前培訓和指導(dǎo)比賽過程中的實踐中獲得了鍛煉。另一方面針對在整個比賽過程中學生暴露出的問題，為我們不斷進行教學改革和實踐提供依據(jù)。

三、結(jié)束語

本文基于2020年我院校級課題“智能制造時代《電機與電氣控制技術(shù)》教學模式探索”，本課題基于智能制造時代對機電一體化專業(yè)培養(yǎng)人才的要求，對專業(yè)核心課程《電機與電氣控制技術(shù)》在教學模式上進行積極探索，合理安排教學內(nèi)容，交叉融合利用現(xiàn)有的教學資源，采用新的教學方法。力求提升學生創(chuàng)新設(shè)計能力、解決問題的能力和知識的綜合運用能力，培養(yǎng)具備多項技能的復(fù)合型人才。