尹悅悅，王保恒，劉　新，陳金華，孫雪蕾

(1. 江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院鎮(zhèn)江分院 機(jī)電工程系,江蘇 鎮(zhèn)江　212016；2. 鎮(zhèn)江誠益環(huán)?？萍加邢薰?技術(shù)部，江蘇 鎮(zhèn)江　212000)

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信息技術(shù)在“機(jī)電一體化”教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例

尹悅悅1，王保恒2，劉新1，陳金華1，孫雪蕾1

(1. 江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院鎮(zhèn)江分院 機(jī)電工程系,江蘇 鎮(zhèn)江212016；2. 鎮(zhèn)江誠益環(huán)保科技有限公司 技術(shù)部，江蘇 鎮(zhèn)江212000)

摘要：利用信息技術(shù)，采用理實(shí)一體化教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，創(chuàng)設(shè)教師引領(lǐng)、智能導(dǎo)學(xué)、個(gè)性探究、自主合作、以評(píng)促學(xué)的學(xué)習(xí)環(huán)境，豐富教學(xué)手段，改變學(xué)習(xí)方式，可以有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞：信息技術(shù)；機(jī)電一體化；教學(xué)設(shè)計(jì)

信息技術(shù)對(duì)職業(yè)教育發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》[1]提出：“信息技術(shù)對(duì)教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視。”在2014年全國職業(yè)教育工作會(huì)議前夕，習(xí)近平總書記對(duì)職業(yè)教育工作做出重要指示，要高度重視、加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育。2014年，國務(wù)院召開全國職業(yè)教育工作會(huì)議，印發(fā)了《關(guān)于加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育的決定》[2]，教育部等六部門印發(fā)了《現(xiàn)代職業(yè)教育體系建設(shè)規(guī)劃(2014—2020年)》[3]。這一系列部署為加快推進(jìn)職業(yè)教育信息化、建設(shè)現(xiàn)代職業(yè)教育體系提供了重要保障。實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代信息技術(shù)與職業(yè)教育深度融合，推進(jìn)與專業(yè)課程配套的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，推廣教學(xué)過程與生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)互動(dòng)的遠(yuǎn)程教學(xué)，實(shí)現(xiàn)職業(yè)教育優(yōu)質(zhì)資源的無障礙交換和共享，可以真正提升職業(yè)教育現(xiàn)代化水平。

“機(jī)電一體化”課程融合了機(jī)械技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多門課程的知識(shí)。這門課程立足于使學(xué)生形成機(jī)電一體化理念，拓展機(jī)電一體化實(shí)踐技能。通過這門課程的教學(xué)，既可以檢驗(yàn)學(xué)生掌握知識(shí)的情況，又可以幫助學(xué)生拓展與延伸知識(shí)[4]。隨著互聯(lián)網(wǎng)+，中國制造2025及工業(yè)4.0等國家戰(zhàn)略的提出，“機(jī)電一體化”課程教學(xué)面臨更大的挑戰(zhàn)。本文基于現(xiàn)代信息技術(shù)環(huán)境，對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)典型實(shí)例——《機(jī)器人手臂動(dòng)作》進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

1教學(xué)設(shè)計(jì)依據(jù)

這個(gè)單元教學(xué)時(shí)間為4學(xué)時(shí)，教學(xué)載體是工業(yè)現(xiàn)場的機(jī)器人。機(jī)器人手臂共有4種自由度動(dòng)作，分別由氣缸驅(qū)動(dòng)控制，可以完成手臂左右擺動(dòng)、手臂伸展、手抓臂伸縮以及抓取工件等動(dòng)作[5]。這個(gè)單元的教學(xué)任務(wù)是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人準(zhǔn)確抓取工件并送到指定的工位。

這個(gè)單元的教學(xué)對(duì)象是機(jī)電專業(yè)三年級(jí)的學(xué)生。學(xué)生之前學(xué)習(xí)過“液壓與汽動(dòng)技術(shù)”“傳感器技術(shù)”“PLC應(yīng)用技術(shù)”等課程，已經(jīng)認(rèn)識(shí)常用的液壓元件，了解各種傳感器在機(jī)電系統(tǒng)中的應(yīng)用，能使用PLC進(jìn)行簡單的編程，但機(jī)電系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)能力有所欠缺，學(xué)習(xí)能力存在一定的差異。

分析教學(xué)內(nèi)容及學(xué)情后，將單元教學(xué)目標(biāo)細(xì)化為知識(shí)目標(biāo)、技能目標(biāo)和職業(yè)素養(yǎng)目標(biāo)。知識(shí)目標(biāo)為理解機(jī)器人手臂控制的工作原理。技能目標(biāo)為會(huì)用Multisim9.0軟件設(shè)計(jì)和仿真，并在實(shí)訓(xùn)設(shè)備上安裝調(diào)試，以實(shí)現(xiàn)抓取功能。職業(yè)素養(yǎng)目標(biāo)是讓學(xué)生遵守5S現(xiàn)場規(guī)范，提高創(chuàng)新能力、語言表達(dá)和交流溝通能力，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神。

突出工作任務(wù)和理論知識(shí)的聯(lián)系，提高課程內(nèi)容和職業(yè)崗位能力要求的相關(guān)性。通過這個(gè)單元的教學(xué)，讓學(xué)生了解專業(yè)課程在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，明確機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路與方法。

2教學(xué)資源整合

針對(duì)這個(gè)單元的知識(shí)特點(diǎn)和學(xué)情，輔以行業(yè)仿真軟件、動(dòng)畫、教學(xué)視頻等進(jìn)行教學(xué)?；阪?zhèn)江高職校數(shù)字社區(qū)，將教師空間與學(xué)生空間有機(jī)融合，采用理實(shí)一體化教學(xué)模式，創(chuàng)設(shè)教師引領(lǐng)、智能導(dǎo)學(xué)、個(gè)性探究、自主合作、以評(píng)促學(xué)的學(xué)習(xí)環(huán)境。

1) 充分利用學(xué)?，F(xiàn)有資源，積極開發(fā)新資源。鎮(zhèn)江高職校數(shù)字社區(qū)包含“教師空間”“學(xué)生空間”“班級(jí)空間”。利用“教師空間”，如圖1所示，教師可以上傳預(yù)習(xí)作業(yè)、教學(xué)課件、微課、學(xué)習(xí)資料，與學(xué)生在線交流，及時(shí)解答學(xué)生的問題。課前，教師依據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)反饋調(diào)整備課內(nèi)容。“學(xué)生空間”，如圖2 所示，主要用來記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)過程及學(xué)習(xí)心得?！鞍嗉?jí)空間”主要用來展示學(xué)生的優(yōu)秀作品。基于數(shù)字平臺(tái)，學(xué)生和教師可以不受時(shí)間和空間的限制，隨時(shí)隨地采用多種方式交流。

圖1　教師空間

圖2　學(xué)生空間

2) 將企業(yè)資源作為課程開發(fā)的后備資源?！皺C(jī)電一體化”屬于實(shí)踐課程，應(yīng)該注重真實(shí)情境的創(chuàng)建，使學(xué)生在真實(shí)情境中靈活應(yīng)用知識(shí)。為此，筆者創(chuàng)建了興趣社團(tuán)，并邀請企業(yè)專業(yè)技術(shù)人員參與社團(tuán)活動(dòng)。通過與企業(yè)技術(shù)人員的交流，學(xué)生可以了解更多的行業(yè)資訊。教學(xué)積極向?qū)嶋H工業(yè)生產(chǎn)過程靠攏，以解決實(shí)際問題、完成實(shí)際任務(wù)為導(dǎo)向，并引入行業(yè)仿真軟件，使學(xué)生能早日融入工作環(huán)境。

3教學(xué)活動(dòng)組織

利用信息化教學(xué)手段，將課堂教學(xué)延展為課前自學(xué)、課堂學(xué)做、課后提升3個(gè)環(huán)節(jié)，分別完成準(zhǔn)備任務(wù)、學(xué)做任務(wù)和拓展任務(wù)。

3.1課前自學(xué)

課前，教師在“教師空間”(見圖1)上傳預(yù)習(xí)內(nèi)容及相關(guān)知識(shí)鏈接。學(xué)生接收學(xué)習(xí)進(jìn)度提示，在學(xué)習(xí)平臺(tái)觀看機(jī)器人手臂動(dòng)作視頻，并在教師預(yù)留問題的引導(dǎo)下分析任務(wù)。學(xué)生的注意力不可能長時(shí)間集中，教師可將知識(shí)內(nèi)容分解，制作成5～8 min的微課，幫助學(xué)生分段學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)。學(xué)生也可以登錄“學(xué)習(xí)論壇”或利用“留言板”，參與互動(dòng)，完成課前準(zhǔn)備任務(wù)。

3.2課堂學(xué)做

課前，教師通過“備課空間”了解學(xué)生自學(xué)情況，有針對(duì)性地備課。課堂學(xué)做環(huán)節(jié)由教師引領(lǐng)，以學(xué)生自主學(xué)習(xí)的方式完成。學(xué)生的學(xué)習(xí)過程由系統(tǒng)認(rèn)識(shí)、知識(shí)學(xué)習(xí)、方案設(shè)計(jì)、方案驗(yàn)證、學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)5個(gè)步驟組成。

3.2.1系統(tǒng)認(rèn)識(shí)

用一段關(guān)于工業(yè)現(xiàn)場機(jī)器人的視頻導(dǎo)入新課，使學(xué)生對(duì)機(jī)器人手臂動(dòng)作有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)習(xí)由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)。教師還可以穿插講解相關(guān)知識(shí)的來龍去脈。

3.2.2知識(shí)學(xué)習(xí)

教師利用多媒體講解機(jī)器人手臂的結(jié)構(gòu)及其系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法，分析并分解任務(wù)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)選擇相關(guān)傳感器元件。在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生具體問題具體分析。

3.2.3方案設(shè)計(jì)

方案設(shè)計(jì)采用小組合作方式。首先，教師繪制任務(wù)時(shí)序圖，讓學(xué)生明晰動(dòng)作順序。然后，學(xué)生以小組學(xué)習(xí)、小組互動(dòng)等方式進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。最后，分析和比較方案，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中體驗(yàn)了主動(dòng)探索知識(shí)的樂趣，累積了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，減少了盲目性和重復(fù)勞動(dòng)，深刻理解了方案設(shè)計(jì)[6]，經(jīng)常能提出好的創(chuàng)意。

3.2.4方案驗(yàn)證

筆者在方案設(shè)計(jì)中引入行業(yè)專用仿真軟件，不僅可以加深學(xué)生對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的直觀認(rèn)識(shí)，而且方案的修改更加便利，設(shè)計(jì)準(zhǔn)確率更高，設(shè)備損壞率更低，耗材也大為減少。方案確定后，學(xué)生利用Multisim9.0軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真。通過模擬的場景，學(xué)生在高仿真環(huán)境下接線實(shí)驗(yàn)，查找問題，為真實(shí)環(huán)境下的接線操作打下良好基礎(chǔ)[7]。仿真之后，進(jìn)行硬件的安裝與調(diào)試。教師播放安裝與調(diào)試的相關(guān)視頻并進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)示范，幫助學(xué)生掌握動(dòng)作要領(lǐng)，熟悉安全規(guī)程、5S操作規(guī)范。

3.2.5學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)

任務(wù)完成后，進(jìn)入評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，包括成果匯報(bào)答辯、職業(yè)素養(yǎng)評(píng)價(jià)、個(gè)人測試。其中成果匯報(bào)答辯是以小組的形式匯報(bào)任務(wù)成果，進(jìn)行系統(tǒng)的演示。在成果匯報(bào)答辯時(shí)，匯總各小組遇到的問題，鼓勵(lì)學(xué)生一起分析、處理。在討論中，學(xué)生對(duì)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有了更深的理解，學(xué)習(xí)的積極性更高了，團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)更強(qiáng)了，分析問題、解決問題的能力也有所提高。職業(yè)素養(yǎng)評(píng)價(jià)包括學(xué)生自評(píng)、小組成員互評(píng)及教師評(píng)價(jià)。教師將結(jié)果錄入學(xué)生個(gè)人成長檔案，并指出下一步努力的方向。

3.3課后提升

學(xué)生在“學(xué)習(xí)平臺(tái)”進(jìn)一步完成課后的拓展任務(wù)，通過觀看教師備課筆記，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)和難點(diǎn)知識(shí)的重現(xiàn)。利用“交流論壇”，學(xué)生和教師可以進(jìn)行多種形式的交流、互動(dòng)。教師與企業(yè)技術(shù)骨干組建了職業(yè)技能類社團(tuán)(如圖3所示)，學(xué)生可以在學(xué)習(xí)之余參與社團(tuán)活動(dòng)，與同學(xué)、教師、企業(yè)技術(shù)骨干交流互動(dòng)。

4結(jié)束語

以學(xué)生為主體，融入信息化手段，利用動(dòng)畫、視頻、仿真軟件等將單元知識(shí)動(dòng)態(tài)化、形象化、碎片化，可以促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)自主探索的精神。引入信息技術(shù)，學(xué)生學(xué)習(xí)的時(shí)間和方式更加多樣，企業(yè)技術(shù)人員也可以有效參與教學(xué)。

圖3　職業(yè)技能類社團(tuán)

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〔責(zé)任編輯： 盧蕊〕

Application of information technology in the teaching of Mechatronics

YIN Yueyue1, WANG Baoheng2, LIU Xin1, CHEN Jinhua1, SUN Xue-lei1

(1. Electrical and Mechanical Engineering Department， Zhenjiang Branch of Jiangsu Combined Higher Vocational College, Zhenjiang 212016, China;2. Technology Department, Zhenjiang Chengyi Environmental Technology Co., Zhenjiang 212000, China)

Abstract:Teaching design is made by the use of information technology and theory-and- practice integration teaching mode to create the learning environments: teacher leading, intelligent tutoring, personality exploring, autonomous cooperation and appraisal-based learning. Enriching the teaching instruments and changing the ways of learning can effectively improve the students’ interest in learning.

Key words:information technology; Mechatronics; teaching design

收稿日期：2015-12-10

基金項(xiàng)目：鎮(zhèn)江市教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題(第四批)(鎮(zhèn)教所發(fā)〔2015〕6號(hào))

作者簡介：尹悅悅(1987—)，女，山東聊城人，助教，碩士，主要從事自動(dòng)控制技術(shù)研究；王保恒(1985—)，男，山東德州人，工程師，主要從事電氣自動(dòng)化研究。

中圖分類號(hào)：G642.41

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C

文章編號(hào)：1008-8148(2016)02-0094-03