“機電一體化技術與系統”課程改革實踐

摘 要：“機電一體化技術與系統”課程內容較抽象、單調，以純理論的形式上課難以取得理想的教學效果。實訓室作為培養學生實踐動手能力、實現知識技能轉化的平臺，能使教學效果明顯得以提高，但傳統實驗設備操作實訓讓學生直接進行實物操作，往往會因出錯率較高而造成設備損壞，尤其是對于一些貴重設備，將造成巨大損失與資源耗費。為此，本研究以轉變教育觀念為先導，力圖構建虛擬仿真教學環境，以期用真實的PLC控制虛擬的來有效解決這些問題，增強實訓效果、降低不必要的損耗，建設移動物聯自主學習平臺，進而提高教學效率。

關鍵詞：課程改革；虛擬仿真；虛擬硬件；自主學習；機電一體化

作者簡介：李嫄，廣東松山職業技術學院講師，研究方向為機電一體化。（廣東 韶關 512126）

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568（2018）29-0044-02

目前，廣東松山職業技術學院機電一體化專業的專業課“機電一體化技術與系統”以純理論的形式上課，內容抽象、上課形式單調，教學效果不理想。實訓室作為培養學生實際操作能力，實現知識技能轉化的平臺，對于高職院校及應用型大學人才培養及其重要；但傳統設備操作實訓，學生直接進行實物操作，往往因出錯率較高造成設備損壞，尤其是對于一些貴重設備，將造成巨大損失與資源耗費。若在實物操作之前應用仿真軟件進行訓練，便可有效解決這些問題，提高實訓效果、降低不必要的損耗。

一、課程改革的總體思路

首先，從行業企業對人才及崗位技能的需要出發，梳理出教學計劃及課程體系、實訓體系，進而建設與之相匹配的實訓室體系，建設立足當下，更著眼未來。其次，以機電一體化課程知識技能為導向，基于工作過程，實現“教、學、做”的有機融合。實訓室建設充分考慮實際工作崗位對于專業知識和操作技能的要求，設置合理的軟硬件及仿真環境布局，讓學生身臨其境體驗實際的工作環境。以緊密銜接機電一體化課程的實訓教學為主題。改變傳統教學“重理論、輕實踐、缺實戰”的弊端，將仿真實訓教學與機電一體化課程緊密結合，在實踐中深入理解知識、并積累操作經驗。再次，仿真實訓軟件與硬件設備一體化創新結合。仿真實訓軟件與實驗室的硬件設備完美融合，打造完整的、具有可拓展性的專業實訓室。此外，通過搭建技術支持平臺及多種終端展現形式，用仿真化、形象化的方式表現出來。根據課程配套的教學資源，將概念、原理、問題和解決方法等知識點、技能點進行可視化處理，使抽象的概念學習、操作技能變得容易理解并能夠快速掌握，讓教學實訓變得高效、簡單。通過專業網站及資源庫建設，進一步提升專業內涵及品牌影響力。最后，依托我院的機電技術服務中心，從而提升社會服務能力。“機電一體化技術與系統”課程的改革既提升了實訓硬件條件，也為科研和校企合作提供了良好的平臺，進而逐步提升機電專業社會服務能力。

二、課程改革方法

1.建設實訓室，開發虛擬仿真硬件。為了提高教學效果，將“機電一體化技術與系統”這門理論課程進行教學改革，創建機電一體化綜合實訓室。目前，實訓室已經建設成功并已經投入使用，實訓系統集成人機界面、通信網絡、多種傳感器（壓力、流量控制等），能實現自動化技術相關專業中PLC應用技術教學、訓練和考核。平臺將機械部件的裝調、氣動傳動的應用、電氣控制系統、傳感器檢測、PLC以及工業網絡控制技術有機地的整合到一起，結構采用模塊化，非常方便組合，可以選擇單個模塊進行單項技能訓練，也可以選擇某幾個模塊組合進行綜合性項目的訓練。平臺可以實現機械部件安裝及調試的訓練、氣動傳動系統的安裝及調試實訓、電氣控制電路的安裝與故障檢測、PLC的編程訓練，自動控制系統安裝與調試、機電設備安裝及調試、集工業網絡控制系統安裝及調試于一體，能很好地滿足我們學院機電一體化專業實訓教學的需要。

全套大中型新型PLC（siemens s7-1200 plc、 siemens s7-200smart plc）與配套觸摸屏（siemens ktp1200）組合的控制系統。系統包含A、B、C、D四個模塊，可以實現以太網通訊和DP通訊的實訓，A模塊與C模塊用siemens s7-1200 plc控制，A與C之間的通訊可采用DP通訊也可以選擇以太網通訊，其他模塊之間的通訊采用以太網通訊方式，具體如圖1所示：

該門課程的主要教學內容包括機械部件的裝調、傳感器的原理及裝調、plc的編程及調試、變頻器的使用、觸摸屏的使用。值得一提的是，“PLC的編程及調試”在實訓過程中極易發生碰撞，其中旋轉氣缸幾乎每一批實訓中會被撞壞一到兩臺。而虛擬仿真是解決這個問題的最好方法。聯合企業開發虛擬的硬件裝置，用真實的PLC控制虛擬的硬件，這樣在調試中如果程序錯誤，虛擬硬件發生了碰撞，我們可以及時修改程序，直到程序調試正確再去調試真實的硬件。這樣就防止了真實硬件的碰撞，從而大大節約了成本，提高了教學效果。除此之外，虛擬硬件的使用對實物硬件的數量要求就大大降低，可以進一步提高教學效率，同時，節約了購置大量硬件的成本，而該課程中的其他部分可直接采用實物實訓的方式。

2.建設移動自主學習平臺。平臺主要由三部分組成，即“服務器+無線AP+客戶端APP”。教師錄制視頻直接上傳到移動課堂終端，學生立即可以通過移動課堂進行視頻學習，實操過程中則隨時查閱對照，加深認識。“移動物聯自主學習平臺”是依托自帶局域Wifi，基于移動終端（智能手機、平板電腦等）數字化應用的移動式物聯的創新型學習平臺，可廣泛架構在校園內的任意場室，讓學生共享校內的資訊與學習資源，并自主學習課程及相關知識，同時，該平臺更注重于實訓教學過程中數字化學習資源的開發與整合、結合二維碼等掃描技術，讓數字媒體資源與實訓教學場室的物體（設備、看板、工具等）進行對應鏈接，實現“所見即所學”的新型學習方式與途徑，從而實現學習資源的開放共享，完美實現了“數字資源與實物載體相對接，線上與線下學習相結合”的新型移動自主學習策略。提供無紙化考試功能，隨時進行單元測試、期末測試、考證模擬測試，答完即時判卷，并可針對答錯試題重新練習。學生在過程中有不懂的知識點，不需要求助老師，可以通過移動學習平臺下載資源，也可以通過掃一掃實訓室內設備、在學習器件及掛圖中帶有二維碼的知識點，選擇相關實訓內容下載到自己的手機上，進行自主學習（不需要流量）。此外，通過考試系統還能隨時檢驗自己學習的效果。

三、課程教學實施

1.教學要求。以校企合作的方式積極探索適合該門課程的教學方法，堅持以學生為主體、邊做邊學的教學理念。充分利用現代化的教學方法，實現仿真教學與實物教學的有機結合；充分結合公司崗位工作情況，實施真實的項目化教學，開展企業崗位能力內容培訓和業績考核。

2.教學組織形式。強化現場教學，改革教學方法，創新教學手段和教學模式，實現集中講授以任務驅動、項目實施、案例分析等，突出培養學生解決和分析實際問題的能力；加強數字化資源、仿真資源等教學資源的開發與利用；教學手段應多元化，運用網絡多媒體教學，引入企業和學校遠程資源。

3.課程改革的預期效果。創建“一體多能”的機電一體化綜合實訓室，提升學校實訓條件，縮小實訓條件與企業生產之間的距離，形成設備技術力量上的無縫對接，聯合企業共同開發虛擬仿真軟件。

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責任編輯 陳 莉