“机电一体化技术”实训课程教学设计

“机电一体化技术”是高职机电一体化技术专业重要的核心课程,但调研发现,大多数学生对机电一体化相关技术知识掌握情况并不理想。主要原因:
1) 机电一体化技术涉及面广。机电一体化涉及的知识体系多,包括PLC控制技术、单片机控制技术、伺服驱动技术、液动气动技术、机械技术、检测传感技术、自动控制理论、工业控制计算机技术、机械接口技术、人机接口技术等。以往教学是独立讲授每一部分知识体系,受学时限制,学生对技术的掌握、综合应用不理想。
2)目前的教学模式强理论、轻实践,学生在工作中缺乏相应的岗位技能。
3)机电一体化技术比较复杂且难度较大,涉及的每一种技术都可以单独称为一门学科。如《控制电机》教材中介绍了步进电机原理及驱动控制、交直流伺服电机原理及驱动控制、直线电机工作原理及驱动控制等,而控制电机的伺服驱动技术只是机电一体化技术中的一种,掌握机电一体化技术知识体系难度很大。
采用理实一体化教学方式,围绕实际设备开展实训教学,借助虚拟仿真等现代化教学手段,展示实际工程案例,将前沿新技术引入课堂,可以激发学生的学习兴趣,培养学生的综合实践的能力,进而增强学生的职业技能。
1、教学设计
采用理实一体化教学模式,实训课程的教学任务是认识并掌握机电一体化系统各组成部分,并实现简单接线。实训中学生可自由提问,一般性问题以解释为主,特殊问题以指导和讨论为主,师生共同解决问题。
1.1选择实训设备
依据教学内容选取操作简单的代表性实训设备,如从常见设备入手,概括性介绍设备的功能与工作原理,指导学生从外形结构上认识设备[4]。本案例以多功能家用电风扇为实训本体,指导学生详细阅读设备使用说明书,重点内容和任务以PPT的形式显示:
1)“电风扇外形”图。电风扇是通过电动机驱动扇叶旋转实现空气加速流通的家用电器,主要由扇头、叶片、网罩、控制装置等部件组成,广泛用于家庭、教室、办公室、商店、医院、宾馆等场所,起到清凉解暑、空气流通的作用。该设备是开环系统,由单相异步电动机驱动,控制器是单片机。
2)电风扇的功能。普通风:转速不变,有强、中、微3挡;自然风:自然阵风,风速时大时小,有强、中、微3挡;睡眠风:由强自然风开始,逐渐减小风的强度,有强、中、微3挡,避免长时间强风引起头痛、鼻塞等;定时:可设定停止的时间;遥控:远距离控制风扇(一般为5m)。
3)思考并讨论:用单片机控制需要哪些输入输出点。
1.2按照设备线路图纸要求正确拆卸零件
电风扇操作简单,学生容易掌握。指导教师可适时引入课程任务,激发学生的好奇心,师生互动,共同解决问题。借助多媒体,以PPT形式显示课程任务:电风扇如何实现换挡调速,各部分如何协调工作?按照电扇线路图纸要求正确拆卸零件。教师指导学生对照机电一体化系统组成部分将电风扇各结构部分与之对应,并导引机电一体化系统的组成,以PPT形式显示。
1.2.1机械本体
指导学生了解机械本体,如齿轮传动机构、轴、轴承、风叶、网罩等,重点分析机械传动机构,布置任务。以PPT形式显示:
1)机械本体的作用。
2)任务:包括认识本案例的机械传动、引申机械传动分类及特点、机械本体的其他组成部分(包括机械支撑机构和机械执行机构),分组发言,举例说明见过的机械传动的应用。
3)本案例的机械传动部分图。
1.2.2执行器:单相异步电动机
学生分组讨论单相异步电动机工作原理及接线,并根据接线图画出原理图。以PPT形式显示:单相异步电动机的结构及接线;单相异步电动机的原理图。分析单相电动机的启动方式,总结执行电动机的起动特点。完成机电一体化系统的执行器(单相异步电动机)的学习训练后,让学生将所学理论与实际接线对应。学生了解伺服电机的实际应用相对于理论学习比较简单后可以增强胜任相应的工作岗位的自信心[5]。
1.2.3电子控制单元:单片机
指导学生复习电子控制单元XXX单片机的作用及组成。以PPT形式显示:
1)电子控制单元是机电一体化系统的核心,其作用是“收集”、处理各传感器检测到的信号和用户输入的指令,并根据信息处理结果发出控制指令,控制系统按要求运行。
2)电子控制单元主板图。
3)单片机电路原理图。
指导学生找到输入点和输出点,并了解其作用。
指导学生认识主板上的各元件,理解电风扇专用控制器各管脚的输入、输出点的意义,引入PLC和控制计算机的控制特点及应用。接触多媒体展示“PLC和控制计算机控制单元”。
1.2.4检测传感部分
此案例没有检测传感部分,但指导教师可以抛出问题:如果要引入传感器,最需要的是哪种?学生经小组讨论后一致认为是温度传感器。以PPT形式显示:1)电风扇根据温度传感器监测的环境温度,调节电风扇的旋转速度。
2)温度传感器的工作原理及接线。
教师介绍各种温度传感器的工作原理并举例重点详细讲解接线,学生自行画出,教师检查并帮助学生纠错。随后,学生分组自主探究电风扇相关元件,教师巡回指导。教师及时发现、解决问题,并将相关问题充实到教案中,不断更新教学内容,实现内容贴近生产前沿技术,并根据学生接受情况调整课程节奏,助力学生消化吸收。
2、过程评价
以往的教学评价通常不注重实训环节和学生学习过程,导致学生不重视实训和课堂表现[6]。在实训教学中,理论与实践紧密结合,凸显专业职业技能素质的核心地位,强调直观感知和实际操作,用理论知识支撑实际操作训练,可以提高学生的职业素质。评价时融入过程性评价,包括小组自评价、小组互评、教师引导性点评。实训内容结束后,指导学生按使用说明书及使用注意事项,将电风扇组装好,并通电运行,确保下次使用正常。
3、教学效果
采用理实一体化教学模式,理论与实践融合,理论支撑实践,实践论证理论,教学更直观。紧跟科学技术前沿,及时补充新问题、新技术,为学生步入社会提供知识和技术支撑。以教师为主导,以学生熟悉的机电一体化设备为对象,根据实际案例,帮助学生建构知识体系、培养职业技能。学生初步学习机电一体化相关技术,对机电一体化系统的组成有了宏观认知,有助于后续的学习。学习难度降低了,突出了知识的实用性,学生明确了学习目标,激发了兴趣,提高了实践能力。
4、教学反思
课前,发放实训报告,包括实训任务、实训目标、评价表等。课程结束,学生上交实训报告,指导教师登记学生成绩并存档或返还学生作为复习资料。学生从兴趣入手主动学习,提高了学习效率,教与学都变得轻松。教师应认真研究教学内容,合理进行教学设计,指导学生举一反三。机电一体化相关设备品牌繁多,但基本组成一致,相关技术相通,学生熟悉机电一体化产品的相关技术后可以“一通百通”,提高岗位适应能力。本案例的教学设备没有检测反馈部分,时间有限,整个系统的讲授和练习不够充分,需要进一步改进教学设计,弥补不足。