積木式教學方法在機電一體化教學中的探索

方 強1鐘 平2（1.天津職業技術師范大學自動化與電氣工程學院 天津 300222；2.天津市源峰科技發展有限責任公司 天津 300222）

積木式教學方法在機電一體化教學中的探索

方 強1鐘 平2
（1.天津職業技術師范大學自動化與電氣工程學院 天津 300222；2.天津市源峰科技發展有限責任公司 天津 300222）

隨著現代化工業生產的發展，機電一體化技術已成為當今工業科技的重要組成部分。機電一體化專業的教學實訓應改變傳統的課堂教學模式，采取積木式教學模式，以培養學生綜合應用、實際動手、工程設計和創新等方面的能力。

機電一體化；積木式教學；柔性化

我國普通高校、高職、中職都設有機電一體化專業，長期以來該專業基本是按照傳統的理論體系以學科為核心來組織教學的，并把傳授系統的理論知識作為組織教學的出發點，作為教學過程的主線和質量考核的主要標準，對學生系統地掌握理論知識，開發設計產品是十分有利的。但是這樣的教學在職業院校卻存在不足之處。中、高職的學生畢業后絕大部分被分配到生產第一線，所從事的工作不是研究、設計、開發、決策，而是操作設備、制定工藝、籌劃工裝卡具、調整試車、查找故障以及排除故障等，在學校里學的知識相當一部分派不上用場，而現場工作所必需的工作能力學生又不具備。因此，職業院校機電一體化專業需要改革現有教學模式，創建新的教學模式。

筆者擬提出一種應用于機電一體化實訓環節中的積木式教學模式，現介紹如下。

積木式教學方法

積木式教學方法分為三個步驟展開教學，即系統集成、積木式分解和分步教學。

（一）系統集成

將教學大綱中要求的知識點集合起來，選擇一套典型的生產過程將其展示出來。在學校的機電一體化教學大綱中，主要知識點一般包括機械系統、傳感器檢測系統、執行器系統、控制器系統、接口技術及網絡技術等六大知識點。

筆者根據學校畢業生的就業方向和實訓內容，選擇柔性裝配生產線作為典型的生產教學過程。該柔性裝配生產線集合了原料供給單元、傳輸單元、檢測單元、搬運單元、加工單元、裝配單元、倉儲單元等。在這套系統中，涉及的機械系統包括帶式傳動裝置、齒輪傳動裝置、模擬數控鉆銑車床等部件，基本上能將涉及的機械組裝、調整等知識融入其中。涉及的傳感器檢測系統包括位置傳感器、位移傳感器、溫度傳感器，其中位置傳感器包括微動開關、電感式與電容式接近開關、通過型與反射型光電傳感器等，位移傳感器包括旋轉編碼器，溫度傳感器包括熱敏電阻等；執行器包括電動機、氣動裝置等，其中電動機包括AC交流伺服電動機、直流電機、步進電機等，氣動裝置包括電磁閥與各式氣缸等。控制器包括PLC，接口技術包括從控制器到執行裝置的接口線路等。網絡技術包括PLC工業總線網絡。

（二）積木式分解

積木式分解是將完整的教學裝置依據教學點進行分解。分解的原則是功能完整、接口標準。功能完整要求分解的單元是不可再分解的最小部件集合，能獨立完成一定的實訓任務。接口標準主要包括硬件接口的標準及電氣接口標準。硬件接口標準要求拆分的單元安裝位置能夠靈活可變，能與相配套的其他單元兼容，接口標準要求拆分的單元與其他單元之間可以直接對接，無需增加轉換環節。

根據這一分解原則，拆分后的單元具有以下特點：

機電集合特性 每個單元為與其他單元對接，要求其自身有獨立的設計和電氣設計，我們稱之為機電集合特性。根據這一特性，一個龐大的工業系統就轉換成一個個獨立的積木式結構。在針對系統中的某一環節進行講解時，可以直接將其抽取出來，進行單獨教學。如在講授變頻器的操作時，可以直接從系統中移出變頻器單元，由學生獨立操作，既能讓學生在教學中有一定的成就感，也能讓學生了解所學知識的應用場合，達到學用合一的教學目的。

靈活多樣性 由于所有的環節都是標準化設計，這樣原本一套工業系統可以根據教學環節分解成若干個系統。如柔性裝配生產線可以分解為供給系統、裝配系統、搬運倉儲系統等。同時，基于這種標準的接口，同一個器件可以應用于不同的場合，完成不同的功能。如果原先系統中設計的旋轉編碼器主要用于檢測傳送帶的傳送距離，基于這種標準化拆分后，旋轉編碼器可以用于搬運系統進行速度檢測，這樣既豐富了教學，也能讓學生在組合中進行自我鍛煉。

（三）分步教學

將系統進行積木式拆分后，可以將教學計劃中的知識點進行重新組合，然后，按照教學過程分步進行。

例如，根據拆分后的單元，磁性開關與氣缸是組合的最小單元，因此，在教學計劃中，位置傳感器和氣動裝置可同時進行教學；變頻器和交流電機是組合的最小單元，因此，在教學計劃中，交流電機的知識與變頻器的知識可整合起來進行教學。

教學成果

2008年，筆者作為指導教師帶領天津市中職機電組的選手，以這種模式在此裝置上訓練了3個月。其中，兩組（2人/組）參加了全國職業院校技能競賽，分別獲得2008年全國職業院校技能競賽機電組一等獎和二等獎。

2009年，筆者作為指導教師帶領天津市中職機電組的選手，以這種模式在此裝置上訓練了3個月。其中一組（2人/組）參加了全國職業院校技能競賽，并獲得2009年全國職業院校技能競賽機電組一等獎。

2010年，筆者作為指導教師帶領天津市中職機電組的選手，以這種模式在此裝置上又訓練了3個月。其中一組（2人/組）參加了全國職業院校技能競賽，并獲得2010年全國職業院校技能競賽機電組一等獎。

總結近3年的教學實踐，積木式教學模式的優勢是便于教學，既能提高教學質量，培養學生的學習興趣，又能增強學生針對工業系統設計要求和動作流程完成整個控制系統設計的能力。對學生的綜合應用能力、實際動手能力、工程設計以及創新能力等方面的培養都能收到事半功倍的效果。

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G712

A

1672-5727(2011)05-0093-02

方強（1975—），男，福建閩清人，天津職業技術師范大學自動化與電氣工程學院工程師，研究方向為職業教育機電裝置。