自動生產(chǎn)線裝調與設計課程教學改革的研究與探索

摘 要：針對日益增長的學生數(shù)量和相對不變的教學環(huán)境之間的矛盾，提出了一種利用軟件平臺的方式來輔助教學方式來解決教學之間的矛盾。通過一系列的教學改革，新的課程教學方式減輕了學生的學習壓力，提高了課程的信息化水平，減少了課程考核的主觀因素，提高了學生的學習興趣，受到了學生的好評。

關鍵詞：自動生產(chǎn)線 學習通軟件 虛擬仿真平臺 教學改革

1 緒論

在中國制造業(yè)轉型升級的今天，人們正在面臨著前所未有的機遇和挑戰(zhàn)。綜合能力強的新機電工程師，將是新工業(yè)時代構建數(shù)字化未來的核心驅動力。培養(yǎng)掌握自動化生產(chǎn)線裝調與設計技術，能從事自動化生產(chǎn)線設備的安裝、編程、調試、維修、運行和管理等方面的高端技術技能人才，已經(jīng)稱為當前高職機電類教育的主要任務。

自動生產(chǎn)線裝調與設計是機電一體化技術專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，目標是讓學生掌握自動化生產(chǎn)線的設計與維護能力。它是以機械設計、電工與電子技術、液壓與氣動技術、機電傳動與控制、傳感器及應用、可編程控制器原理及其應用等課程的學習為基礎的一門綜合性較強的專業(yè)課程。該課程的整體設計思路是把課程內容與企業(yè)的實際生產(chǎn)線緊密結合，形成工學結合的高職特色，以培養(yǎng)學生動手能力為核心，以實訓室硬件設備為依托，實施教學。其課程內容與當前經(jīng)濟發(fā)展和產(chǎn)業(yè)對人才的需求相聯(lián)系，以職業(yè)活動來引導組織教學，以“應用”為主旨，按照突出應用性、實踐性的原則來確定的。該課程自推出以來，受到了學生和企業(yè)的一致好評。

但是隨著學生人數(shù)的不斷增加，教學之間的矛盾日益凸顯。具體可以表現(xiàn)為兩個方面：一方面，在理論教學方面，由于該課程所涉及的理論知識較多，如何把該課程所涉及的理論知識夠用、適量地傳授給學生，是值得教師思考的一個問題。另外一方面，從實踐教學來看，由于整個實訓室由一整條自動化生產(chǎn)線組成，不可能所有的學生都從頭到尾徹底地參加實訓教學。綜上所述，教師有必要對該課程的理論教學和實踐教學進行一定的改革來適應學生對該課程的學習需求。

2 傳統(tǒng)的自動生產(chǎn)線裝調與設計課程教學的弊端

2.1 綜合性太強，所涉及的理論知識太多，課程難度較大，學生不易學習

由于《自動生產(chǎn)線裝調與設計》課程涉及的內容較多，在教學過程中，學生要掌握機械設計、傳感檢測技術、網(wǎng)絡通信技術、可編程控制器原理及應用、電動機驅動技術、氣動技術以及人機界面技術等方面的內容。雖然這些課程眾多，但是所涉及的內容都不是很深。但是教師需要將這些內容糅合到一起，而目前的傳統(tǒng)教學的這些內容往往處于碎片化的教學狀態(tài)，并不能結合實際需求進行展開，導致學生無法將學以致用。

2.2 由于硬件條件的限制，該課程的實踐教學的教學往往很難有效地進行

通過到兄弟院校的調研，大多數(shù)高職院校都建立了自動化生產(chǎn)線實訓室，它們的硬件設備是也都是一條自動化生產(chǎn)線，教師進行該課程的實訓教學非常困難。該課程的實訓教學不能像其他比較成熟的實訓采用分組的方式，每個人一臺設備或者幾個人一臺設備。通過老師安排實訓項目，學生完成項目來進行。然而，自動化生產(chǎn)線實訓是一整條生產(chǎn)線，不可能安排每個學生從頭到尾地完成實訓操作。這間接地導致大部分同學在實訓室睡覺和玩手機，無法得到充分地實際訓練，以至于實訓教學的效果較差，學生也怨聲載道。

3 改進后的自動生產(chǎn)線裝調與設計的課程教學方式

3.1 通過超星學習通軟件對理論教學進行重構

超星學習通是由北京超星教育集團所開發(fā)的，以在線教學為主體，涵蓋課前、課中、課后教學服務全過程的智慧教學系統(tǒng)。它可以在不增加硬件投入的前提下，將互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術與教育相結合。將其引入自動生產(chǎn)線裝調與設計課程教學的主要優(yōu)勢列舉如下。

3.1.1 功能齊全，操作便捷

學習通涵蓋線上建課、上課考勤、主題討論、作業(yè)發(fā)布、直播教學、自動閱卷、群聊互動、選人答題、搶答環(huán)節(jié)、調查問卷、投票活動、考試測驗等功能。操作頁面簡潔直觀，教師及學生可在短時間內掌握其使用方法。

3.1.2 資源豐富，易于拓展

學習通引進先進的MOOC理念，匯聚各方名師名課，其所包含的爾雅示范教學包包含公共必修等共約2000門課程，其中百分之九十的課程來自國內外知名科研機構。教師可運用示范教學包快速建課，并利用其中包含的視頻、課件、試題庫等教學資料直接進行教學，或可在電腦端進行資源的剪輯、添加、修改、拓展，整合成為適用于自己的教學內容。

3.1.3 加強互動，講學結合

學習通包含強大全面的教學互動功能包含通知、作業(yè)、考試、討論、搶答、群聊、直播等。老師可靈活快速實時掌握學生學習動態(tài)及學習成效，有的放矢地進行課程改良，為師生間提供高效互動。

實踐證明，在自動生產(chǎn)線裝調與設計的理論課程中引入學習通軟件大大提高了學習效率，減輕了教師的工作量，改善了師生之間的互動，由此獲得了比較良好的學習效果。

3.2 通過引入自動生產(chǎn)線虛擬仿真軟件來進行實訓教學

在自動化生產(chǎn)線裝調與設計實訓教學課程中，實訓室硬件的矛盾尤為突出。然而一味地增加硬件的數(shù)量不僅會增加學校的教學成本，而且會帶來實訓室硬件的維護保養(yǎng)的問題。如何破解這一矛盾呢？這里需要采用硬件軟件化的思維來解決這個問題。通過引入自動化生產(chǎn)線的虛擬實訓平臺融人實訓的教學環(huán)節(jié)，把硬件實訓變成軟件實訓，這里所采用的是北京歐倍爾軟件技術開發(fā)公司的自動化生產(chǎn)線虛擬仿真軟件來實現(xiàn)的。它依托虛擬現(xiàn)實、人機交互、網(wǎng)絡通訊等技術，構建高仿真的虛擬實驗環(huán)境，將真實操作技術與虛擬機構相互結合，通過通訊插件結合數(shù)學建模軟件，將可編程控制器和自動化生產(chǎn)線虛擬實訓設備的模型建立聯(lián)系，將占大空間、高成本、結構復雜的生產(chǎn)實訓設備轉化為占地小、成本較低的虛擬仿真實訓平臺。

自動生產(chǎn)線虛擬仿真實訓軟件包含但不限于按學校現(xiàn)有自動化生產(chǎn)線安裝與調試硬件設備還原結構與功能，完全還原真實的實訓操作的PLC控制環(huán)節(jié)?？蓪崿F(xiàn)五個工作站的機械結構裝配、氣路調試、電氣系統(tǒng)配置（控制單元裝配、端子接線及線纜敷設），并可以通過PLC控制器實現(xiàn)虛擬場景中各站點的策略控制。自動生產(chǎn)線裝調虛擬仿真實訓軟件，具有學習、練習兩種模式，覆蓋用戶實訓教學的各個環(huán)節(jié)，做到用戶利用軟件即可完成整個實訓過程，即能通過數(shù)字資源多維度了解實訓過程，又能通過虛擬仿真達到反復練習，通過練習結果檢驗學習效果。圖1為自動生產(chǎn)線虛擬仿真實訓軟件界面。

3.2.1 學習模式

學習模式操作界面提供：任務來源、任務描述、相關知識與技能、知識準備、設備認知、理論學習等內容。完成每個訓練任務的知識準備和理論知識學習，系統(tǒng)將自動完成理論水平測試。包括且不限于如下內容。

①實訓目的：了解訓練任務完成后應能夠全面掌握的基本技能、關鍵技能、知識目標和職業(yè)素養(yǎng)目標。

②實訓所需元件明細表：詳細列明任務所需的電氣元件清單，包括圖形符號、名稱、型號、數(shù)量及參數(shù)備注。

③電氣控制圖紙：電路原理圖、電氣接線圖等。

④相關知識與技能模塊：提供與訓練任務相關的專業(yè)理論知識學習。

3.2.2 練習模式

練習模式提供3D模擬實訓場景，學生可以通過鼠標或鍵盤控制視角在場景中任意漫游，并且可以進行設備選型、裝配、接線、調試等練習。同時提供教學視頻、操作手冊、系統(tǒng)接線圖、示范操作任務等相關資料，通過展示設備結構、接線效果、操作指引和功能演示，了解任務內容和場景，掌握實操方法。

①裝配：對于已經(jīng)選定型號的元器件及設備，可將其安裝擺放到三維場景中。安裝方式可分為模塊組裝、單站裝配、整站裝配和組裝和拆分。

②接線：系統(tǒng)可以判斷設備接線端口的類型，若設備端口類型與線材不符，則無法連接提示錯誤。學生通過選擇線材可以接線，接線包括氣路連接和電氣連接。

③調試：包括但不限于對如下虛擬設備進行調試。

④評價：系統(tǒng)記錄學生練習過程的耗時和操作記錄，給出評價報告，據(jù)此能判定學生成績。

4 分析與結論

采用新的教學方式之后，學生有如下反饋。

4.1 理論課程的學生的體驗感有一定的提高

通過采用學習通軟件對理論課程的數(shù)字化重構，學生普遍對理論知識的興趣大大提高，學習的參與度有一定增強，對理論考試成績的質疑的人數(shù)大大減少。

4.2 實訓教學的規(guī)范性有一定提高

采用自動化生產(chǎn)線虛擬仿真平臺進行實訓大大減輕了教師的壓力，實訓設備的壓力，乃至實訓設備維護和保養(yǎng)的壓力。學生普遍反映，參加實訓有一種娛樂的感覺，大大增強了學生對課程的體驗感，從而學生實訓的參與程度大大提高。

5 結語

綜上所述，引入軟件平臺的形式對課程的理論和實踐教學進行一定程度的改革。通過學習通軟件對理論教學的數(shù)字化重構不等于完全摒棄傳統(tǒng)的教學方式，而是在傳統(tǒng)的基礎上進行數(shù)字化的改革。而采用虛擬仿真實訓平臺方式來進行實訓教學的改革，也不等于說完全脫離硬件，而是在學生充分熟悉硬件的情況上，通過軟件平臺的形式讓學生充分參與實訓活動。新的課程教學改革方式減輕學生的學習壓力，提高了課程的數(shù)字化程度，增加了學生對課程學習興趣，降低了學生對課程考核成績的質疑，學生普遍反應學習效果良好。與此同時，教師對自動生產(chǎn)線裝調與設計的課程改革的探索是永無止境的，希望更多的教師加入到其中。

基金項目：1.武漢城市學院文件，城院教[2024]21號，2024CYYBJY013；2.武漢城市學院文件，城院科技［2021］7號，2021年度湖北省教育廳科研計劃指導項目，編號：B2021415。

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