用信息化教學手段助力機電一體化項目教學

蔡凌云

機電一體化專業最實用的設備是YL-235A型教學設備，在這套設備中，氣動機械手由機械裝置、傳感器裝置、氣動裝置和電氣控制線路幾部分組成。機械手的PLC控制用傳統教學法分三大步進行：第一步，氣路的檢測與連接;第二步，電路的檢測與連接;第三步，程序的編寫與調試。在每執行一步的時候，教師都要分析講解，教會學生如何操作，學生再動手操作。學生操作的過程中，教師也要不停地巡回指導，即使是30人的小班教學，學生的問題也會應接不暇，焦頭爛額的感覺時常困擾著教師，且教學效果一般。

而信息化教學手段的運用則可以將這個項目的教學變得輕松、自如，效率高，效果好。下面筆者就以機械手的PLC控制為例，從四個方面介紹如何使用信息化教學手段助力機電一體化項目教學。

一、用信息化教學手段助力機電一體化項目教學，功在課前準備

信息化教學手段的利用，需要各種教學資源的承載，因此教師課前對各種教學資源的準備是工作的重點，也是工作的難點。教師要對即將進行的教學進行全面考慮。

（一）備教材

氣動機械手的PLC控制將《傳感器應用》《液壓與氣動傳動》和《PLC編程》有機結合，對機電一體化專業學生核心技能的形成起重要作用。這部分內容選自江蘇教育出版社徐輝、張艷主編的《PLC編程與應用（三菱FX2N）》一書的項目三任務二。因機械手的PLC控制用單流程法設計簡單、直觀、容易實現，因此將本任務調整到項目二PLC基本指令的應用并作為任務五進行。

（二）備學生

授課對象是中職三年級機電一體化專業的學生。他們活潑好動，愛表現，有合作能力，具備了一定的讀圖、安裝和查閱資料的能力，能編寫簡單的PLC程序。他們是信息時代的原住民，電腦和網絡是他們生活的必須品，但對理論教學容易產生厭倦。

（三）備教學目標、重難點

根據教材、學情和機電一體化人才培養方案，筆者確定了以下的教學目標和教學重難點。

知識目標：掌握使用PLC順控指令進行編程的方法。

能力目標：能正確安裝相關的氣路、電路，并能順利完成系統調試。

情感目標：注重團隊協作，培養精益求精的工匠精神。

教學重點：順控指令編程的方法、思路。

教學難點：氣動機械手的安裝、調試。

（四）備教法學法

根據學情和教學目標，筆者采取項目教學法進行教學，用項目任務引領學生自主探究。同時借助網絡教學平臺、UMU互動學習等信息化手段和虛擬仿真系統，先讓學生在仿真軟件中模擬仿真，再讓學生以小組為單位，到實訓平臺，共同協作，動手完成機械手的編程、連線和綜合調試。

（五）備教學資源

首先，學生賬號導入。課前將學生的賬號導入職教高地，學生利用自己的手機關注職教高地公眾號，用自己的賬號登錄，即可查看到教師上傳的所有學習資源。

其次，教學資源準備。①準備導學方案。②準備各種微課、視頻。這些資源主要包括：機械手動作動畫;《單流程設計法》的微課;《PLC控制一個氣缸動作》的仿真微課;氣路連接、電路連接、綜合調試的模擬仿真微課;氣路連接、電路連接、綜合調試安裝的調試視頻和課后拓展任務的機械手動作視頻。③準備項目評價表。項目評價內容包括理論知識、實操技能、學習態度、安全文明生產四個部分，項目評價分自評、他評、師評三個部分。

二、用信息化教學手段助力機電一體化項目教學，重在課中應用

以《機械手的PLC控制》為例，筆者將教學過程分成課前、課中、課后三部分。

首先，課前探索，初步認識。利用網絡學習平臺發布導學方案和學習資源。導學方案，引導學生課前學什么，課中怎么做，課后完成什么樣的任務等。學習資源包括符合任務要求的機械手動作動畫，《步進順控指令設計法》的微課和《PLC控制一個氣缸動作》的仿真微課。通過學習，學生完成I/O分配表，設計出功能圖，轉化成梯形圖，并上傳到學習平臺。

課端，反饋討論，確定設計。學生以四人一組進行分配，分組討論課前設計的功能圖。本任務的PLC編程使用單流程法完成。因其方法簡單，編程容易，學生只要會設計功能圖，就能順利畫出梯形圖。程序設計，是本次課的教學重點，但非教學難點，因此使用微課教學、小組討論、分析、對比等方法，學生即可掌握這一學習重點。

除此之外，本環節還要求學生通過小組討論，設計出各元器件在仿真系統中位置的擺放，為后續的模擬仿真做好準備。

接著，進入模擬仿真，解決重點階段。本階段主要培養學生自主探究解決問題的能力。

在課前學習資源庫中已經提供了《PLC控制一個氣缸動作》的學習微課，本階段，再提供與本任務相關的電路連接、氣路連接和綜合調試的微課資源。這些微課只提供了每個環節的部分操作過程，既為學生的學習提供參考，又為學生的自由發揮留有余地，也為解決本次課的教學難點埋下伏筆。在這個階段，學生還可以通過微信群或面對面形式，進行師生交流，生生互動，及時解決在繪圖和仿真時遇到的問題。

仿真調試成功后，學生通過拍照將自己的繪圖結果上傳到UMU互動學習平臺，然后再以小組為單位，匯報展示，談自己或小組在仿真過程中遇到的問題及解決方法。學生間互相拍磚、點贊，選出設計最佳的一組，并頒發最佳設計獎。

最后，教師對模擬仿真階段進行點評，講解仿真時的重難點、易錯點。

本階段學生在學中做，做中學，互相討論，在虛擬仿真中掌握了教學重點，明確了學習難點。

之后，進入動手操作，突破難點階段。本階段采取小組競賽形式，通過動手操作，解決教學難點，鍛煉學生動手操作能力，培養嚴謹的工匠精神。

起始階段，重新分組，兩人一小組，分工協作，共同完成PLC控制的氣動機械手的安裝和調試。同時明確評價規則，安裝的速度快慢和成敗都將決定競賽成績的好壞。

為了突破教學難點，本環節，再為學生提供競賽同學的安裝調試視頻。視頻分氣路安裝、電路安裝和綜合調試三個部分。因此本環節也要求學生分三步走。第一，先完成氣路的安裝調試;第二，再完成電路的連線;第三，綜合調試。當學生在操作過程中出現問題，自己解決不了的時候，可以通過查看視頻找出解決問題的辦法。但為了提高安裝效率，小組成員只有真正地掌握了PLC的I/O口分配，看懂了電路的原理圖和氣路圖才能快速高效地完成本次安裝調試任務。

在整個安裝調試過程中，小組的兩位學生，團結協作，互相討論，互相提高，一步步動手操作的過程，就是解決本次課教學難點的過程。

課尾，分享交流，總結評價。教師和小組長分別對每個小組的調試結果進行評分，教師再根據小組完成的先后順序及過程表現，選出效果最佳的兩組，并頒發“最佳拍檔”獎。

課后，繼續進行鞏固提升，拓展延伸。但為了進一步鞏固學生的學習情況， 教師通過網絡學習平臺發布拓展任務，提供機械手動作視頻。要求每個學生在仿真軟件中獨立完成電路仿真接線圖與模擬調試，并將最后的電路仿真接線圖上傳到學習平臺。通過任務拓展，學生所學的知識再次得到鞏固提高。

三、用信息化教學手段助力機電一體化項目教學，好在課堂效果

在《機械手的PLC控制》這次教學活動中，應用信息技術和模擬仿真軟件有效地解決了氣動機械手的電路和氣路安裝復雜、調試困難的問題。

在教學過程中，教師利用網絡平臺，共享學習資源，達到了延伸課堂的目的。微信群和UMU互動軟件的使用，為學生交流提供平臺，激發學生學習興趣，提高學生參與度。

在仿真軟件中進行電路模擬接線，教師不用再擔心因電路或氣路的錯誤連線而損壞實驗設備，有效地節約了教學資源，提高了教學效率;同時還將教師解放出來，回歸主導地位。學生先仿真再操作的學習方法，切實高效地將理論知識轉化為實操能力。

因為有了信息化教學手段輔助教學，整個教學過程真正做到了將課堂還給了學生，真正實現了以學生為主體，教師為指導的教學理念;學生在學中做，做中學，大大提升了學生的學習興趣，減少了設備的損壞，提高了學習效率，增強了學習效果。

四、用信息化教學手段助力機電一體化項目教學，利在未來發展

第一，為學生未來就業打下基礎。在整個教學過程中，教師用項目引導學生，用任務驅動學生。學生通過自己的努力，動手操作，學會了分析問題、解決問題的方法和技巧，既積累了理論知識，又提升了操作技能;同時還有成就感和職業素養的提升。而良好的職業素養就是未來就業的基礎。

第二，有利于教學資源的積累。為了成功地完成這樣一次教學，教師要全面考慮教學的全過程，要充分準備教學素材，制作各種教學資源。僅一個《機械手的PLC控制》項目，教師要準備十幾項的教學素材，若每個教學項目，教師都能如此堅持，日積月累，教學資源終將出現積沙成塔，集腋成裘的壯舉。教學資源的積累，也將為日后的教學提供方便。

第三，有利于教師教學能力的提升。“給學生一杯水，自己必須要有一桶水”。教師在利用信息化教學手段進行教學的時候，首先自己要熟練各種信息化手段，要不斷提高自己的信息化水平，要強迫自己不斷地去學習去提升。在使用網絡平臺提供教學資源時，教師也常會思考，教學資源使用得是否合理，教學過程設計得是否恰當……當工作在一線的教師靜下心來學習和思考的時候，也是教師教學能力提升的時候。

信息時代的教學，離不開信息化教學手段。作為一線教學的教師要“善假于物”，不斷改進和提升自我。

責任編輯 何麗華