信息技术在“机电一体化”教学中的应用实例

尹悦悦，王保恒，刘　新，陈金华，孙雪蕾

(1. 江苏联合职业技术学院镇江分院 机电工程系,江苏 镇江　212016；2. 镇江诚益环保科技有限公司 技术部，江苏 镇江　212000)



信息技术在“机电一体化”教学中的应用实例

尹悦悦1，王保恒2，刘新1，陈金华1，孙雪蕾1

(1. 江苏联合职业技术学院镇江分院 机电工程系,江苏 镇江212016；2. 镇江诚益环保科技有限公司 技术部，江苏 镇江212000)

摘要：利用信息技术，采用理实一体化教学模式进行教学设计，创设教师引领、智能导学、个性探究、自主合作、以评促学的学习环境，丰富教学手段，改变学习方式，可以有效提升学生的学习兴趣。

关键词：信息技术；机电一体化；教学设计

信息技术对职业教育发展具有深远的影响。《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》[1]提出：“信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以高度重视。”在2014年全国职业教育工作会议前夕，习近平总书记对职业教育工作做出重要指示，要高度重视、加快发展现代职业教育。2014年，国务院召开全国职业教育工作会议，印发了《关于加快发展现代职业教育的决定》[2]，教育部等六部门印发了《现代职业教育体系建设规划(2014—2020年)》[3]。这一系列部署为加快推进职业教育信息化、建设现代职业教育体系提供了重要保障。实现现代信息技术与职业教育深度融合，推进与专业课程配套的虚拟仿真实训系统的开发与应用，推广教学过程与生产过程实时互动的远程教学，实现职业教育优质资源的无障碍交换和共享，可以真正提升职业教育现代化水平。

“机电一体化”课程融合了机械技术、传感器技术、计算机技术等多门课程的知识。这门课程立足于使学生形成机电一体化理念，拓展机电一体化实践技能。通过这门课程的教学，既可以检验学生掌握知识的情况，又可以帮助学生拓展与延伸知识[4]。随着互联网+，中国制造2025及工业4.0等国家战略的提出，“机电一体化”课程教学面临更大的挑战。本文基于现代信息技术环境，对机电一体化系统典型实例——《机器人手臂动作》进行教学设计。

1教学设计依据

这个单元教学时间为4学时，教学载体是工业现场的机器人。机器人手臂共有4种自由度动作，分别由气缸驱动控制，可以完成手臂左右摆动、手臂伸展、手抓臂伸缩以及抓取工件等动作[5]。这个单元的教学任务是实现机器人准确抓取工件并送到指定的工位。

这个单元的教学对象是机电专业三年级的学生。学生之前学习过“液压与汽动技术”“传感器技术”“PLC应用技术”等课程，已经认识常用的液压元件，了解各种传感器在机电系统中的应用，能使用PLC进行简单的编程，但机电系统的分析设计能力有所欠缺，学习能力存在一定的差异。

分析教学内容及学情后，将单元教学目标细化为知识目标、技能目标和职业素养目标。知识目标为理解机器人手臂控制的工作原理。技能目标为会用Multisim9.0软件设计和仿真，并在实训设备上安装调试，以实现抓取功能。职业素养目标是让学生遵守5S现场规范，提高创新能力、语言表达和交流沟通能力，培养团队合作精神。

突出工作任务和理论知识的联系，提高课程内容和职业岗位能力要求的相关性。通过这个单元的教学，让学生了解专业课程在实际生产中的应用，明确机电系统设计的思路与方法。

2教学资源整合

针对这个单元的知识特点和学情，辅以行业仿真软件、动画、教学视频等进行教学。基于镇江高职校数字社区，将教师空间与学生空间有机融合，采用理实一体化教学模式，创设教师引领、智能导学、个性探究、自主合作、以评促学的学习环境。

1) 充分利用学校现有资源，积极开发新资源。镇江高职校数字社区包含“教师空间”“学生空间”“班级空间”。利用“教师空间”，如图1所示，教师可以上传预习作业、教学课件、微课、学习资料，与学生在线交流，及时解答学生的问题。课前，教师依据学生的预习反馈调整备课内容。“学生空间”，如图2 所示，主要用来记录学生的学习过程及学习心得。“班级空间”主要用来展示学生的优秀作品。基于数字平台，学生和教师可以不受时间和空间的限制，随时随地采用多种方式交流。

图1　教师空间

图2　学生空间

2) 将企业资源作为课程开发的后备资源。“机电一体化”属于实践课程，应该注重真实情境的创建，使学生在真实情境中灵活应用知识。为此，笔者创建了兴趣社团，并邀请企业专业技术人员参与社团活动。通过与企业技术人员的交流，学生可以了解更多的行业资讯。教学积极向实际工业生产过程靠拢，以解决实际问题、完成实际任务为导向，并引入行业仿真软件，使学生能早日融入工作环境。

3教学活动组织

利用信息化教学手段，将课堂教学延展为课前自学、课堂学做、课后提升3个环节，分别完成准备任务、学做任务和拓展任务。

3.1课前自学

课前，教师在“教师空间”(见图1)上传预习内容及相关知识链接。学生接收学习进度提示，在学习平台观看机器人手臂动作视频，并在教师预留问题的引导下分析任务。学生的注意力不可能长时间集中，教师可将知识内容分解，制作成5～8 min的微课，帮助学生分段学习相关知识。学生也可以登录“学习论坛”或利用“留言板”，参与互动，完成课前准备任务。

3.2课堂学做

课前，教师通过“备课空间”了解学生自学情况，有针对性地备课。课堂学做环节由教师引领，以学生自主学习的方式完成。学生的学习过程由系统认识、知识学习、方案设计、方案验证、学习评价5个步骤组成。

3.2.1系统认识

用一段关于工业现场机器人的视频导入新课，使学生对机器人手臂动作有一个直观的认识，以此激发学生的学习兴趣，让学习由被动变为主动。教师还可以穿插讲解相关知识的来龙去脉。

3.2.2知识学习

教师利用多媒体讲解机器人手臂的结构及其系统的一般设计方法，分析并分解任务，让学生学会选择相关传感器元件。在此基础上引导学生具体问题具体分析。

3.2.3方案设计

方案设计采用小组合作方式。首先，教师绘制任务时序图，让学生明晰动作顺序。然后，学生以小组学习、小组互动等方式进行方案设计。最后，分析和比较方案，提高学生的创新能力。学生在学习的过程中体验了主动探索知识的乐趣，累积了实践经验，减少了盲目性和重复劳动，深刻理解了方案设计[6]，经常能提出好的创意。

3.2.4方案验证

笔者在方案设计中引入行业专用仿真软件，不仅可以加深学生对机电系统的直观认识，而且方案的修改更加便利，设计准确率更高，设备损坏率更低，耗材也大为减少。方案确定后，学生利用Multisim9.0软件进行设计和仿真。通过模拟的场景，学生在高仿真环境下接线实验，查找问题，为真实环境下的接线操作打下良好基础[7]。仿真之后，进行硬件的安装与调试。教师播放安装与调试的相关视频并进行现场指导示范，帮助学生掌握动作要领，熟悉安全规程、5S操作规范。

3.2.5学习评价

任务完成后，进入评价环节，包括成果汇报答辩、职业素养评价、个人测试。其中成果汇报答辩是以小组的形式汇报任务成果，进行系统的演示。在成果汇报答辩时，汇总各小组遇到的问题，鼓励学生一起分析、处理。在讨论中，学生对本系统的设计有了更深的理解，学习的积极性更高了，团队协作意识更强了，分析问题、解决问题的能力也有所提高。职业素养评价包括学生自评、小组成员互评及教师评价。教师将结果录入学生个人成长档案，并指出下一步努力的方向。

3.3课后提升

学生在“学习平台”进一步完成课后的拓展任务，通过观看教师备课笔记，实现重点和难点知识的重现。利用“交流论坛”，学生和教师可以进行多种形式的交流、互动。教师与企业技术骨干组建了职业技能类社团(如图3所示)，学生可以在学习之余参与社团活动，与同学、教师、企业技术骨干交流互动。

4结束语

以学生为主体，融入信息化手段，利用动画、视频、仿真软件等将单元知识动态化、形象化、碎片化，可以促进学生自主学习，培养自主探索的精神。引入信息技术，学生学习的时间和方式更加多样，企业技术人员也可以有效参与教学。

图3　职业技能类社团

参考文献：

[1] 教育部.国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)[EB/OL].(2010-07-29) [2015-11-16]. http://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/moe_838/201008/93704.html.

[2] 教育部.关于加快发展现代职业教育的决定 [EB/OL].(2014-06-22) [2015-11-16].http://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s5147/201406/170695.html.

[3] 教育部.现代职业教育体系建设规划(2014-2020年)[EB/OL].(2014-06-16) [2015-11-16]. http://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/moe_630/201406/170737.html.

[4] 李玉兰,范月圆,陈金华.信息技术在“组合逻辑电路设计”教学中的应用[J].镇江高专学报,2014,27(1):109-111.

[5] 李建刚.巧用PLC实现机械手运动的示教与再现[J].农业科技与装备,2011(8):32-35.

[6] 张志洁，王风彬，鞠熀先.验证性实验教学中的创新意识培养[J]. 实验室研究与探索,2005,24(12):9-17.

[7] 唐民丽. 基于Multisim 9.0的PLC案例设计与仿真[J].镇江高专学报,2014,27(1):42-44.

〔责任编辑： 卢蕊〕

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

基金项目：镇江市教育科学“十二五”规划课题(第四批)(镇教所发〔2015〕6号)

作者简介：尹悦悦(1987—)，女，山东聊城人，助教，硕士，主要从事自动控制技术研究；王保恒(1985—)，男，山东德州人，工程师，主要从事电气自动化研究。

中图分类号：G642.41

文献标志码：C

文章编号：1008-8148(2016)02-0094-03