光機電一體化實訓裝置在教學中的應用探討

李 強

山東理工職業(yè)學院 山東濟寧 272067

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光機電一體化實訓裝置在教學中的應用探討

李 強

山東理工職業(yè)學院 山東濟寧 272067

摘 要：集最新控制技術(shù)的光機電一體化實訓裝置可以用于培養(yǎng)學生的綜合能力。但在實際教學中，光機電一體化實訓裝置并沒有得到充分應用并發(fā)揮出其應有的價值。為此可通過構(gòu)建新的課程體系，把光機電一體化實訓裝置應用到新課程體系中的每個環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞：光機電一體化；實訓裝置；課程體系

隨著我國現(xiàn)代化進程的不斷加快，先進的電氣控制設(shè)備自動化生產(chǎn)線在企業(yè)得到了廣泛應用。企業(yè)迫切需要大量從事電氣控制自動化生產(chǎn)線各方面工作的機電一體化技術(shù)人才。如何提高學生的綜合能力、創(chuàng)新能力、實踐能力，使學生走向工作崗位時能夠勝任崗位要求，已經(jīng)成為高職機電一體化技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)中的一個重要課題。

實踐教學是高職學生獲得實踐能力和綜合職業(yè)能力的最主要途徑和手段。實踐教學離不開實驗實訓設(shè)備的支撐，而傳統(tǒng)的教學儀器設(shè)備主要為了滿足某門課程驗證性實驗的需要，缺乏對學生實踐動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)［1］。在這樣的形勢下，集最新控制技術(shù)的光機電一體化實訓裝置為學生提供了一個接近實際工作的訓練平臺。全國職業(yè)技能大賽“自動生產(chǎn)線安裝與調(diào)試”競賽項目，就采用了這種光機電一體化實訓裝置［2］。雖然和其他普通機電一體化實訓設(shè)備相比價格昂貴，各職業(yè)院校包括我院還是紛紛采購了類似的光機電一體化實訓裝置，為機電一體化相關(guān)技術(shù)的實訓提供了有力保障。但經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)該裝置并沒有得到充分的應用，沒有給機電一體化技術(shù)專業(yè)的教學帶來深刻影響。因此積極探索光機電一體化實訓裝置在教學中的應用具有重要意義。

1 光機電一體化實訓裝置簡介

1.1 實訓裝置組成及功能

光機電一體化實訓裝置由鋁合金實訓平臺、送料單元、裝配單元、輸送單元以及分揀單元等部件構(gòu)成。控制系統(tǒng)采用模塊組合式，由PLC模塊、變頻器模塊、觸摸屏模塊、電源模塊以及各種傳感器等組成，可按實訓需要對模塊進行靈活組合、安裝和調(diào)試。

光機電一體化實訓裝置的主要功能：通過機械手臂將供料單元料倉內(nèi)的工件送往加工單元的物料臺，完成加工操作后，把加工好的工件送往裝配單元的物料臺。然后把裝配單元料倉內(nèi)的不同顏色的小圓柱工具嵌入到物料臺上的工件中，完成裝配后的成品送往分揀單元。分揀站根據(jù)工件的材質(zhì)、顏色進行分揀。

1.2 實訓裝置特點

光機電一體化實訓裝置具有以下優(yōu)點。

（1）設(shè)備直觀：主要設(shè)備均采用直接外露的安裝形式，設(shè)備可以更加直觀地展現(xiàn)在學生面前，縮短了學生從教室到工業(yè)現(xiàn)場的過渡和適應時間。

（2）結(jié)構(gòu)靈活：系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)使用和組合更加靈活，可滿足實驗和實訓等多種內(nèi)容要求。

（3）系統(tǒng)性強：本平臺將PLC、觸摸屏、變頻器、工業(yè)交直流傳動、工業(yè)傳感器等工業(yè)現(xiàn)場主要設(shè)備集于一身，能夠真實模擬工業(yè)現(xiàn)場的各種控制方式。

（4）設(shè)備開放性、擴展性強：教師可以根據(jù)自己的教學需要方便、快速的更換主要設(shè)備。

（5）貼近現(xiàn)場實際：設(shè)備的實訓內(nèi)容均為工業(yè)現(xiàn)場主流技術(shù)應用，適應當今控制技術(shù)的發(fā)展。

2 教學應用中存在的問題

光機電一體化實訓裝置作為先進的實訓裝置，使用過程中需用到機電一體化技術(shù)專業(yè)學習中所涉及的諸如電機驅(qū)動、機械傳動、氣動控制、可編程控制器、傳感器、變頻調(diào)速等多項應用技術(shù)，為學生提供了一個典型的系統(tǒng)綜合實訓環(huán)境，可以使學生掌握的各項專業(yè)知識得到全面、綜合地加深鞏固并靈活應用。但在實際教學應用中，光機電一體化實訓裝置的優(yōu)點卻很難發(fā)揮出來，存在以下問題。

（1）原有課程體系不完善，不能與時俱進，不能與光機電一體化實訓裝置設(shè)計理念相適應。例如，課程體系中沒有與觸摸屏技術(shù)相關(guān)的課程。另外，課程內(nèi)容相對落后，如電動機課程還是主要學習三相異步電動機，而對伺服電機、步進電機涉及很少。結(jié)果造成先進的光機電一體化實訓裝置變成了對學生新技術(shù)啟蒙的工具，無法達到提高學生綜合能力的目標。

（2）實訓裝置被定位為綜合實訓用裝置，而綜合實訓教學一般安排在主要專業(yè)課程結(jié)束后的第四學期或第五學期。一方面由于以前沒接觸過類似的實訓裝置；另一方面如果前期相關(guān)課程學習不扎實的話，很多學生就會存在畏難膽怯心理，不能全身心地投入到學習中，造成兩極分化嚴重。

（3）實訓裝置得不到科學有效使用，由于裝置數(shù)量有限，每臺裝置至少5～8人同時使用，經(jīng)常出現(xiàn)一人做多人看的情況。然而除了綜合實訓教學以外，該實訓裝置又基本閑置，可能一學期都沒有使用。

3 實訓裝置在新課程體系的應用

光機電一體化實訓裝置在教學應用中存在的問題，究其原因是沒有把光機電一體化實訓裝置在教學中的應用放在整個人才培養(yǎng)中科學規(guī)劃。

3.1 課程體系改革

專業(yè)課程體系是專業(yè)人才培養(yǎng)方案的核心內(nèi)容，也是專業(yè)建設(shè)的核心內(nèi)容，必須根據(jù)人才培養(yǎng)的需要進行改革。經(jīng)過認真調(diào)研和分析，結(jié)合我院專業(yè)建設(shè)委員會專家的意見及科學論證，認為應該充分重視光機電一體化實訓裝置在教學中的應用，提出了構(gòu)建訓練“專業(yè)綜合能力”為主的新型課程體系。核心是以規(guī)模超過一門課程的大型綜合實踐項目（專業(yè)項目）帶動多個傳統(tǒng)課程，支撐整個課程體系，訓練學生綜合能力。確定了以自動化生產(chǎn)線的裝配與調(diào)試項目作為支撐機電一體化技術(shù)專業(yè)課程體系的一個核心專業(yè)項目。這樣的課程體系可以分成三段結(jié)構(gòu)——始業(yè)與擇業(yè)教育、專業(yè)與樂業(yè)教育、就業(yè)與創(chuàng)業(yè)教育［3］。

3.2 實訓裝置的應用

光機電一體化實訓裝置可以模擬典型的自動化生產(chǎn)線，在新課程體系中的每個階段都可以引入光機電一體化實訓裝置的應用（如圖1所示）。

圖1 光機電一體化實訓裝置的應用

（1）始業(yè)與擇業(yè)教育主要為了增加學生對行業(yè)工作過程的體驗。學生入學后就可以參觀光機電一體化實訓裝置，第一學期可以開設(shè)體驗自動化生產(chǎn)線的課程，讓學生操作光機電一體化實訓裝置、拆裝實訓裝置上的部分簡單機械裝置，使學生熟悉光機電一體化實訓裝置的組成，基于實訓裝置實現(xiàn)的物料分揀系統(tǒng)工作流程。

（2）專業(yè)與樂業(yè)教育重點是專業(yè)能力的訓練和專業(yè)應用知識的系統(tǒng)學習。根據(jù)機電一體化技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)的需要，結(jié)合光機電一體化技術(shù)實訓裝置，可以在原有課程基礎(chǔ)上進行專業(yè)課程開發(fā)。從而確保在學習使用光機電一體化實訓裝置的時候，涉及所有知識技術(shù)都能在相關(guān)課程中學到。項目化教學已經(jīng)在職業(yè)教育領(lǐng)域中得到了廣泛應用。項目化教學是以項目為載體，以工作任務為驅(qū)動，將理論與實踐有機結(jié)合，使學生在完成任務的過程中掌握知識和技能。項目直接影響著教學效果，讓學生完成基于光機電一體化實訓裝置的課程項目。一方面可以克服傳統(tǒng)的課程項目過于簡單，缺少真實、具體、接近實際工作崗位的實訓裝置支持，項目實現(xiàn)只是停留在簡單模擬仿真上等一系列問題；另一方面能夠?qū)崿F(xiàn)對學生相應基本技能的訓練，從而在綜合實訓教學時能夠集中提高學生綜合技能水平。基于光機電一體化實訓裝置的課程項目設(shè)計主要完成對相關(guān)課程項目的改造或擴充，設(shè)計思路包括以下幾方面。

（1）對相關(guān)課程傳統(tǒng)項目的設(shè)計和實現(xiàn)可以充分利用光機電一體化實訓裝置上的軟硬件設(shè)備進行改造，針對具體情況還可以對實訓裝置進行擴展和改造。例如，電氣控制與PLC技術(shù)課程在項目設(shè)計時，可以把過去只能通過控制指示燈的亮滅來模擬系統(tǒng)控制過程的項目改造成可以依托實訓裝置實現(xiàn)的項目，如報警燈控制系統(tǒng)、上料控制系統(tǒng)和機器手控制系統(tǒng)等項目。為了加強學生PLC技能的訓練，可以對實訓裝置進行改造把PLC模塊制作成PLC控制盤，從而能更好地完成相應的課程項目。

（2）把光機電一體化實訓裝置上所用的先進設(shè)備和技術(shù)要引入擴充到相關(guān)課程項目設(shè)計中。例如，實訓裝置中使用了各種類型的接近式傳感器都可以引入到傳感器與檢測技術(shù)課程項目中。

（3）提高課程項目的綜合性，可以根據(jù)需要設(shè)置包含兩門或兩門以上技術(shù)的小綜合項目，用于初步培養(yǎng)學生的綜合技能。例如，設(shè)計PLC與變頻器技術(shù)綜合的傳送帶控制項目。

（4）就業(yè)與創(chuàng)業(yè)教育主要為了增加學生崗位工作過程的實戰(zhàn)體驗。把原來在第四學期或第五學期開設(shè)的機電一體化技術(shù)綜合實訓課放在這個階段，可以讓學生組成團隊一起完成基于光機電一體化實訓裝置的物料分揀系統(tǒng)裝配與調(diào)試。通過提出不同的分揀控制要求，不斷加大難度，為學生提供更接近未來上崗實戰(zhàn)的項目任務，全面提高學生的綜合技能，為學生下一步頂崗實習和畢業(yè)設(shè)計實踐打好堅實基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

光機電一體化實訓裝置基本涵蓋了機電一體化技術(shù)專業(yè)的核心技術(shù)內(nèi)容。通過在人才培養(yǎng)中科學規(guī)劃光機電一體化實訓裝置在教學中的應用，才能充分發(fā)揮出實訓裝置的優(yōu)點。光機電一體化實訓裝置可以應用到新的課程體系中的每一個環(huán)節(jié)。以光機電一體化實訓裝置為載體，再進一步深化課程改革和教學模式改革必將大大提高機電一體化技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。

參考文獻

［1］方貴盛，孫平.光機電一體化實訓裝置在機電類課程教學中的應用［J］.電腦知識與技術(shù)，2010，6（1）:254-256.

［2］劉科建.光機電一體化實訓教學系統(tǒng)的設(shè)計［J］.科技風，2010（9）:167-168.

［3］戴士弘.職教院校整體教改［M］.北京:清華大學出版社，2012.

Study on the Opto-mechatronics Practice Training Equipment Application in Teaching

Li Qiang
Shangdong Polytechnic College， Jining， 272067， China

Abstract:The opto-mechatronics practice training equipment of the latest control technology can be applied to train students' comprehensive ability. But in fact，the training equipment can't be fully applied and play its role. So in the paper， the new curricular system is structured. The training equipment will be applied in the whole Personnel Cultivation Project of mechatronics technology specialty.

Key words:opto-mechatronics； training equipment； curricular system

收稿日期：2015-12-02

作者簡介：李強，碩士，講師。