“胡格教学模式”背景下的机电实训装置研发与应用

江玉才，徐巧玲

（六安职业技术学院，安徽 六安 237158）

1 引言

为进一步探索机电一体化技术专业教学改革，学校组建了机电一体化技术专业“胡格教学模式”实验班（以下简称实验班），采用基于德国职业教育专家托马斯·胡格提出“能力模型+课程大纲+方法大纲”三位一体的课程和教学模式，即胡格教学模式[1]。“胡格教学模式”的要素特点是：理论依据的精髓在于行动导向；操作程序是打造鲜活的教学组织形式和教学方法；实现条件则需要师生互动、团队的建设与合作以及硬件的保障等；教学评价是通过课程考核与职业行动能力测评进行[2]。因此，从学生的学习成果导向出发，需要做好硬件保障工作。

为了创设集教学做一体，且满足专业技术综合应用能力培养的实训教学环境，同时实现体验式学习和陪伴式教学的运行目标[3]。在对机电一体化技术专业课程教学内容梳理、解析后，明确教学目标，通过逆向开发设计机电实训装置（以下简称装置），即分拣机系统，作为正向组织开展胡格模式教学的实践载体。

2 装置总体设计思路

分拣机系统是工业生产中常见的机电一体化设备，控制方法与组成形式多样，从专业教学内容实际出发，解构并重新设计产品。产品的组成及使用，要有机融入机械制图与CAD、传感器与自动检测技术、数控机床编程与操作、可编程序控制器技术、液压与气动技术、组态软件技术、变频与调速技术、电机及电气控制等专业课程内容。学生以小组为单位（两人一组），辅以教师的陪伴式教学，可以通过对分拣机系统的设计、加工（分拣零件的加工）、组装、编程、调试等一系列教学过程，完成最终学习成果——分拣机系统设计与应用。

为体现工厂实际操作的要求，拉近与机电类相关岗位的距离，本分拣机系统控制侧设备放置在电气柜中，装置侧在工作台上，两者通过电气端子排（航空插头）连接。电气柜按照工厂常用电气柜进行设计，学生可根据控制要求，自主选择低压电器，完成电气接线。工作台上的各部件按照控制任务的要求不同，可进行自由布置、灵活拆装。

3 装置设备的构成及各部分功能

分拣机系统以三菱FX3U-48MTPLC作为控制核心，接入FX3U-3A-ADP模拟量输入输出适配器。整个系统主要分为工作台上的装置侧与电气柜中的电气控制侧。其中装置侧的主要结构有：铝合金型材工作台、搬运机构装置、分拣机构装置、供料机构装置、人机界面等。具体细节组成与实物结构如图1和图2所示。

图1 自动分拣系统整体结构示意图

图2 自动分拣系统实物图

电气柜规格尺寸（长×宽×高）约为800 mm×600 mm×1600 mm。内部装有镀锌板制作的网孔板，网孔板间距采用科学合理的布局和尺寸，分拣系统相关的电气设备如：PLC、变频器、伺服驱动器、接触器、开关电源、低压断路器等布置在网孔板上。为方便所有电气元件的拆装，电气控制柜配有接线端子排和多芯航空插座，可以实现电气控制柜和工作台装置间的快速电气连接。

4 装置运行的基本流程

系统启动运行后，分拣机系统通过分拣机构顶料气缸、退料气缸的动作配合，推出工件到传感带滚筒上，待工件被光电传感器检测到位后，电机运行，驱动传感带把工件带往检测区。经检测区的光纤传感器、霍尔传感器、电容传感器等多种传感器检测判断，按照工艺要求，工件运行至指定滑槽位置，推料气缸把不同类型的工件推向相应的滑槽。然后机械手在伺服电机、步进电机和直线气缸作用下，分别可实现x、y、z三个方向的运动定位，把滑槽中的不同零件送到不同料仓中。其整机工作参考框图如图3所示。

图3 系统整体运行流程框图

5 装置的特点及应用情况介绍

装置经过多轮教学使用，取得了良好的使用效果。强化了学生对课程理论知识的理解，提升了学生的实践技能水平，通过灵活组合变动、培养了学生专业知识的综合运用能力。该装置在的特点及应用情况总结如下：

5.1 装置应用和专业课程内容紧密联系

装置的设计开发，从机电一体化技术专业的专业课程出发，融机、电、气为一体，突出对专业课程知识的综合运用。装置应用时所包含的工作任务与课程（知识）对应关系如表1所示。

表1 工作任务与课程（知识）对应情况表

通过每个工作任务的逐步推进实施，分拣机系统也逐步搭建完成。此外，为了满足学生个性化、多样化的学习需求[4]。在整体的结构设计上，预留多处相应的位置（部件），丰富控制要求，如：在分拣区搭建多级门型架预留孔位安装不同类型传感器、机械手夹具可换接气动手指和气动吸盘、供料机构预装多个满足不同尺寸工件推料动作的笔形气缸等。此外，在工作任务设置上还增加了拓展部分，引入了工业机器人、智能视觉识别等新技术、新工艺，推进专业教学紧贴技术进步。

5.2 装置的应用增强学生对专业知识的综合运用能力

传统的单一课程配套的实训室装置，往往只围绕该门课程的知识点展开相应的技能训练，存在“单打独斗”“只知其一”的状况[5]。该装置基于成果导向，采用工作任务驱动，让学生通过一个个任务的解决，和前后课程内容的衔接、融汇，最终完成整个分拣系统。在此过程中，每个人都是参与者，更是专业课程知识的综合运用者，全面提升学生的创新思维和创造能力、实践能力、解决复杂问题等综合能力[6]。

5.3 装置的应用推动构建良好课程生态

装置的应用过程中，按照从简单到复杂，层层推进完成分拣机系统的各部分。学生针对明确的学习任务目标，采用小组合作（两人一组），自主分析，自主解决问题的方式极大地提高学习的积极性和主动性。同时，采取陪伴式教学，让教师与学生应成为课堂上合作的探索者、平等的对话者，学生与学生成为协同的学习者[7]。大家围绕同一目标，各司其职，相互协作，通过每一个学习成果的达成（即工作任务的完成），最终汇集组合成整个分拣机系统。

6 结语

通过装置在教学中的实际应用，课堂气氛变得更加活跃，学生对相关专业知识点的理解、掌握更加透彻，实践技能操作更加娴熟，取得了良好的教学成效。实验班学生平均成绩较普通班高24%，在学校组织的校级“自动线安装与调试”技能竞赛中，前5名中均是实验班学生。尽管在软硬件方面，装置已经做出了很多的优化和改进，尽可能真实反映工厂的岗位实际。但与企业生产还是有较大的差距，下一步在教学中应用好装置的同时，还须尝试引入企业简单的研发或技改项目，让学生利用装置，在掌握一定专业知识的前提下，以小组为单位，完成相应项目或项目中的部分内容，锤炼学生的实际知识应用能力，继续提高教育教学质量。