用信息化教学手段助力机电一体化项目教学——以机械手的PLC控制为例

文/佛山市顺德区陈村职业技术学校 蔡凌云

机电一体化专业最实用的设备是YL-235A型教学设备，在这套设备中，气动机械手由机械装置、传感器装置、气动装置和电气控制线路几部分组成。机械手的PLC控制用传统教学法分三大步进行：第一步，气路的检测与连接；第二步，电路的检测与连接；第三步，程序的编写与调试。在每执行一步的时候，教师都要分析讲解，教会学生如何操作，学生再动手操作。学生操作的过程中，教师也要不停地巡回指导，即使是30人的小班教学，学生的问题也会应接不暇，焦头烂额的感觉时常困扰着教师，且教学效果一般。

而信息化教学手段的运用则可以将这个项目的教学变得轻松、自如，效率高，效果好。下面笔者就以机械手的PLC控制为例，从四个方面介绍如何使用信息化教学手段助力机电一体化项目教学。

一、用信息化教学手段助力机电一体化项目教学，功在课前准备

信息化教学手段的利用，需要各种教学资源的承载，因此教师课前对各种教学资源的准备是工作的重点，也是工作的难点。教师要对即将进行的教学进行全面考虑。

(一)备教材

气动机械手的PLC控制将《传感器应用》《液压与气动传动》和《PLC编程》有机结合，对机电一体化专业学生核心技能的形成起重要作用。这部分内容选自江苏教育出版社徐辉、张艳主编的《PLC编程与应用(三菱FX2N)》一书的项目三任务二。因机械手的PLC控制用单流程法设计简单、直观、容易实现，因此将本任务调整到项目二PLC基本指令的应用并作为任务五进行。

(二)备学生

授课对象是中职三年级机电一体化专业的学生。他们活泼好动，爱表现，有合作能力，具备了一定的读图、安装和查阅资料的能力，能编写简单的PLC程序。他们是信息时代的原住民，电脑和网络是他们生活的必须品，但对理论教学容易产生厌倦。

(三)备教学目标、重难点

根据教材、学情和机电一体化人才培养方案，笔者确定了以下的教学目标和教学重难点。

知识目标：掌握使用PLC顺控指令进行编程的方法。

能力目标：能正确安装相关的气路、电路，并能顺利完成系统调试。

情感目标：注重团队协作，培养精益求精的工匠精神。

教学重点：顺控指令编程的方法、思路。

教学难点：气动机械手的安装、调试。

(四)备教法学法

根据学情和教学目标，笔者采取项目教学法进行教学，用项目任务引领学生自主探究。同时借助网络教学平台、UMU互动学习等信息化手段和虚拟仿真系统，先让学生在仿真软件中模拟仿真，再让学生以小组为单位，到实训平台，共同协作，动手完成机械手的编程、连线和综合调试。

(五)备教学资源

首先，学生账号导入。课前将学生的账号导入职教高地，学生利用自己的手机关注职教高地公众号，用自己的账号登录，即可查看到教师上传的所有学习资源。

其次，教学资源准备。①准备导学方案。②准备各种微课、视频。这些资源主要包括：机械手动作动画；《单流程设计法》的微课；《PLC控制一个气缸动作》的仿真微课；气路连接、电路连接、综合调试的模拟仿真微课；气路连接、电路连接、综合调试安装的调试视频和课后拓展任务的机械手动作视频。③准备项目评价表。项目评价内容包括理论知识、实操技能、学习态度、安全文明生产四个部分，项目评价分自评、他评、师评三个部分。

二、用信息化教学手段助力机电一体化项目教学，重在课中应用

以《机械手的PLC控制》为例，笔者将教学过程分成课前、课中、课后三部分。

首先，课前探索，初步认识。利用网络学习平台发布导学方案和学习资源。导学方案，引导学生课前学什么，课中怎么做，课后完成什么样的任务等。学习资源包括符合任务要求的机械手动作动画，《步进顺控指令设计法》的微课和《PLC控制一个气缸动作》的仿真微课。通过学习，学生完成I/O分配表，设计出功能图，转化成梯形图，并上传到学习平台。

课端，反馈讨论，确定设计。学生以四人一组进行分配，分组讨论课前设计的功能图。本任务的PLC编程使用单流程法完成。因其方法简单，编程容易，学生只要会设计功能图，就能顺利画出梯形图。程序设计，是本次课的教学重点，但非教学难点，因此使用微课教学、小组讨论、分析、对比等方法，学生即可掌握这一学习重点。

除此之外，本环节还要求学生通过小组讨论，设计出各元器件在仿真系统中位置的摆放，为后续的模拟仿真做好准备。

接着，进入模拟仿真，解决重点阶段。本阶段主要培养学生自主探究解决问题的能力。

在课前学习资源库中已经提供了《PLC控制一个气缸动作》的学习微课，本阶段，再提供与本任务相关的电路连接、气路连接和综合调试的微课资源。这些微课只提供了每个环节的部分操作过程，既为学生的学习提供参考，又为学生的自由发挥留有余地，也为解决本次课的教学难点埋下伏笔。在这个阶段，学生还可以通过微信群或面对面形式，进行师生交流，生生互动，及时解决在绘图和仿真时遇到的问题。

仿真调试成功后，学生通过拍照将自己的绘图结果上传到UMU互动学习平台，然后再以小组为单位，汇报展示，谈自己或小组在仿真过程中遇到的问题及解决方法。学生间互相拍砖、点赞，选出设计最佳的一组，并颁发最佳设计奖。

最后，教师对模拟仿真阶段进行点评，讲解仿真时的重难点、易错点。

本阶段学生在学中做，做中学，互相讨论，在虚拟仿真中掌握了教学重点，明确了学习难点。

之后，进入动手操作，突破难点阶段。本阶段采取小组竞赛形式，通过动手操作，解决教学难点，锻炼学生动手操作能力，培养严谨的工匠精神。

起始阶段，重新分组，两人一小组，分工协作，共同完成PLC控制的气动机械手的安装和调试。同时明确评价规则，安装的速度快慢和成败都将决定竞赛成绩的好坏。

为了突破教学难点，本环节，再为学生提供竞赛同学的安装调试视频。视频分气路安装、电路安装和综合调试三个部分。因此本环节也要求学生分三步走。第一，先完成气路的安装调试；第二，再完成电路的连线；第三，综合调试。当学生在操作过程中出现问题，自己解决不了的时候，可以通过查看视频找出解决问题的办法。但为了提高安装效率，小组成员只有真正地掌握了PLC的I/O口分配，看懂了电路的原理图和气路图才能快速高效地完成本次安装调试任务。

在整个安装调试过程中，小组的两位学生，团结协作，互相讨论，互相提高，一步步动手操作的过程，就是解决本次课教学难点的过程。

课尾，分享交流，总结评价。教师和小组长分别对每个小组的调试结果进行评分，教师再根据小组完成的先后顺序及过程表现，选出效果最佳的两组，并颁发“最佳拍档”奖。

课后，继续进行巩固提升，拓展延伸。但为了进一步巩固学生的学习情况， 教师通过网络学习平台发布拓展任务，提供机械手动作视频。要求每个学生在仿真软件中独立完成电路仿真接线图与模拟调试，并将最后的电路仿真接线图上传到学习平台。通过任务拓展，学生所学的知识再次得到巩固提高。

三、用信息化教学手段助力机电一体化项目教学，好在课堂效果

在《机械手的PLC控制》这次教学活动中，应用信息技术和模拟仿真软件有效地解决了气动机械手的电路和气路安装复杂、调试困难的问题。

在教学过程中，教师利用网络平台，共享学习资源，达到了延伸课堂的目的。微信群和UMU互动软件的使用，为学生交流提供平台，激发学生学习兴趣，提高学生参与度。

在仿真软件中进行电路模拟接线，教师不用再担心因电路或气路的错误连线而损坏实验设备，有效地节约了教学资源，提高了教学效率；同时还将教师解放出来，回归主导地位。学生先仿真再操作的学习方法，切实高效地将理论知识转化为实操能力。

因为有了信息化教学手段辅助教学，整个教学过程真正做到了将课堂还给了学生，真正实现了以学生为主体，教师为指导的教学理念；学生在学中做，做中学，大大提升了学生的学习兴趣，减少了设备的损坏，提高了学习效率，增强了学习效果。

四、用信息化教学手段助力机电一体化项目教学，利在未来发展

第一，为学生未来就业打下基础。在整个教学过程中，教师用项目引导学生，用任务驱动学生。学生通过自己的努力，动手操作，学会了分析问题、解决问题的方法和技巧，既积累了理论知识，又提升了操作技能；同时还有成就感和职业素养的提升。而良好的职业素养就是未来就业的基础。

第二，有利于教学资源的积累。为了成功地完成这样一次教学，教师要全面考虑教学的全过程，要充分准备教学素材，制作各种教学资源。仅一个《机械手的PLC控制》项目，教师要准备十几项的教学素材，若每个教学项目，教师都能如此坚持，日积月累，教学资源终将出现积沙成塔，集腋成裘的壮举。教学资源的积累，也将为日后的教学提供方便。

第三，有利于教师教学能力的提升。“给学生一杯水，自己必须要有一桶水”。教师在利用信息化教学手段进行教学的时候，首先自己要熟练各种信息化手段，要不断提高自己的信息化水平，要强迫自己不断地去学习去提升。在使用网络平台提供教学资源时，教师也常会思考，教学资源使用得是否合理，教学过程设计得是否恰当……当工作在一线的教师静下心来学习和思考的时候，也是教师教学能力提升的时候。

信息时代的教学，离不开信息化教学手段。作为一线教学的教师要“善假于物”，不断改进和提升自我。