自动生产线装调与设计课程教学改革的研究与探索

摘 要：针对日益增长的学生数量和相对不变的教学环境之间的矛盾，提出了一种利用软件平台的方式来辅助教学方式来解决教学之间的矛盾。通过一系列的教学改革，新的课程教学方式减轻了学生的学习压力，提高了课程的信息化水平，减少了课程考核的主观因素，提高了学生的学习兴趣，受到了学生的好评。

关键词：自动生产线 学习通软件 虚拟仿真平台 教学改革

1 绪论

在中国制造业转型升级的今天，人们正在面临着前所未有的机遇和挑战。综合能力强的新机电工程师，将是新工业时代构建数字化未来的核心驱动力。培养掌握自动化生产线装调与设计技术，能从事自动化生产线设备的安装、编程、调试、维修、运行和管理等方面的高端技术技能人才，已经称为当前高职机电类教育的主要任务。

自动生产线装调与设计是机电一体化技术专业的一门专业核心课程，目标是让学生掌握自动化生产线的设计与维护能力。它是以机械设计、电工与电子技术、液压与气动技术、机电传动与控制、传感器及应用、可编程控制器原理及其应用等课程的学习为基础的一门综合性较强的专业课程。该课程的整体设计思路是把课程内容与企业的实际生产线紧密结合，形成工学结合的高职特色，以培养学生动手能力为核心，以实训室硬件设备为依托，实施教学。其课程内容与当前经济发展和产业对人才的需求相联系，以职业活动来引导组织教学，以“应用”为主旨，按照突出应用性、实践性的原则来确定的。该课程自推出以来，受到了学生和企业的一致好评。

但是随着学生人数的不断增加，教学之间的矛盾日益凸显。具体可以表现为两个方面：一方面，在理论教学方面，由于该课程所涉及的理论知识较多，如何把该课程所涉及的理论知识够用、适量地传授给学生，是值得教师思考的一个问题。另外一方面，从实践教学来看，由于整个实训室由一整条自动化生产线组成，不可能所有的学生都从头到尾彻底地参加实训教学。综上所述，教师有必要对该课程的理论教学和实践教学进行一定的改革来适应学生对该课程的学习需求。

2 传统的自动生产线装调与设计课程教学的弊端

2.1 综合性太强，所涉及的理论知识太多，课程难度较大，学生不易学习

由于《自动生产线装调与设计》课程涉及的内容较多，在教学过程中，学生要掌握机械设计、传感检测技术、网络通信技术、可编程控制器原理及应用、电动机驱动技术、气动技术以及人机界面技术等方面的内容。虽然这些课程众多，但是所涉及的内容都不是很深。但是教师需要将这些内容糅合到一起，而目前的传统教学的这些内容往往处于碎片化的教学状态，并不能结合实际需求进行展开，导致学生无法将学以致用。

2.2 由于硬件条件的限制，该课程的实践教学的教学往往很难有效地进行

通过到兄弟院校的调研，大多数高职院校都建立了自动化生产线实训室，它们的硬件设备是也都是一条自动化生产线，教师进行该课程的实训教学非常困难。该课程的实训教学不能像其他比较成熟的实训采用分组的方式，每个人一台设备或者几个人一台设备。通过老师安排实训项目，学生完成项目来进行。然而，自动化生产线实训是一整条生产线，不可能安排每个学生从头到尾地完成实训操作。这间接地导致大部分同学在实训室睡觉和玩手机，无法得到充分地实际训练，以至于实训教学的效果较差，学生也怨声载道。

3 改进后的自动生产线装调与设计的课程教学方式

3.1 通过超星学习通软件对理论教学进行重构

超星学习通是由北京超星教育集团所开发的，以在线教学为主体，涵盖课前、课中、课后教学服务全过程的智慧教学系统。它可以在不增加硬件投入的前提下，将互联网、云计算、大数据、人工智能等新兴技术与教育相结合。将其引入自动生产线装调与设计课程教学的主要优势列举如下。

3.1.1 功能齐全，操作便捷

学习通涵盖线上建课、上课考勤、主题讨论、作业发布、直播教学、自动阅卷、群聊互动、选人答题、抢答环节、调查问卷、投票活动、考试测验等功能。操作页面简洁直观，教师及学生可在短时间内掌握其使用方法。

3.1.2 资源丰富，易于拓展

学习通引进先进的MOOC理念，汇聚各方名师名课，其所包含的尔雅示范教学包包含公共必修等共约2000门课程，其中百分之九十的课程来自国内外知名科研机构。教师可运用示范教学包快速建课，并利用其中包含的视频、课件、试题库等教学资料直接进行教学，或可在电脑端进行资源的剪辑、添加、修改、拓展，整合成为适用于自己的教学内容。

3.1.3 加强互动，讲学结合

学习通包含强大全面的教学互动功能包含通知、作业、考试、讨论、抢答、群聊、直播等。老师可灵活快速实时掌握学生学习动态及学习成效，有的放矢地进行课程改良，为师生间提供高效互动。

实践证明，在自动生产线装调与设计的理论课程中引入学习通软件大大提高了学习效率，减轻了教师的工作量，改善了师生之间的互动，由此获得了比较良好的学习效果。

3.2 通过引入自动生产线虚拟仿真软件来进行实训教学

在自动化生产线装调与设计实训教学课程中，实训室硬件的矛盾尤为突出。然而一味地增加硬件的数量不仅会增加学校的教学成本，而且会带来实训室硬件的维护保养的问题。如何破解这一矛盾呢？这里需要采用硬件软件化的思维来解决这个问题。通过引入自动化生产线的虚拟实训平台融人实训的教学环节，把硬件实训变成软件实训，这里所采用的是北京欧倍尔软件技术开发公司的自动化生产线虚拟仿真软件来实现的。它依托虚拟现实、人机交互、网络通讯等技术，构建高仿真的虚拟实验环境，将真实操作技术与虚拟机构相互结合，通过通讯插件结合数学建模软件，将可编程控制器和自动化生产线虚拟实训设备的模型建立联系，将占大空间、高成本、结构复杂的生产实训设备转化为占地小、成本较低的虚拟仿真实训平台。

自动生产线虚拟仿真实训软件包含但不限于按学校现有自动化生产线安装与调试硬件设备还原结构与功能，完全还原真实的实训操作的PLC控制环节。可实现五个工作站的机械结构装配、气路调试、电气系统配置（控制单元装配、端子接线及线缆敷设），并可以通过PLC控制器实现虚拟场景中各站点的策略控制。自动生产线装调虚拟仿真实训软件，具有学习、练习两种模式，覆盖用户实训教学的各个环节，做到用户利用软件即可完成整个实训过程，即能通过数字资源多维度了解实训过程，又能通过虚拟仿真达到反复练习，通过练习结果检验学习效果。图1为自动生产线虚拟仿真实训软件界面。

3.2.1 学习模式

学习模式操作界面提供：任务来源、任务描述、相关知识与技能、知识准备、设备认知、理论学习等内容。完成每个训练任务的知识准备和理论知识学习，系统将自动完成理论水平测试。包括且不限于如下内容。

①实训目的：了解训练任务完成后应能够全面掌握的基本技能、关键技能、知识目标和职业素养目标。

②实训所需元件明细表：详细列明任务所需的电气元件清单，包括图形符号、名称、型号、数量及参数备注。

③电气控制图纸：电路原理图、电气接线图等。

④相关知识与技能模块：提供与训练任务相关的专业理论知识学习。

3.2.2 练习模式

练习模式提供3D模拟实训场景，学生可以通过鼠标或键盘控制视角在场景中任意漫游，并且可以进行设备选型、装配、接线、调试等练习。同时提供教学视频、操作手册、系统接线图、示范操作任务等相关资料，通过展示设备结构、接线效果、操作指引和功能演示，了解任务内容和场景，掌握实操方法。

①装配：对于已经选定型号的元器件及设备，可将其安装摆放到三维场景中。安装方式可分为模块组装、单站装配、整站装配和组装和拆分。

②接线：系统可以判断设备接线端口的类型，若设备端口类型与线材不符，则无法连接提示错误。学生通过选择线材可以接线，接线包括气路连接和电气连接。

③调试：包括但不限于对如下虚拟设备进行调试。

④评价：系统记录学生练习过程的耗时和操作记录，给出评价报告，据此能判定学生成绩。

4 分析与结论

采用新的教学方式之后，学生有如下反馈。

4.1 理论课程的学生的体验感有一定的提高

通过采用学习通软件对理论课程的数字化重构，学生普遍对理论知识的兴趣大大提高，学习的参与度有一定增强，对理论考试成绩的质疑的人数大大减少。

4.2 实训教学的规范性有一定提高

采用自动化生产线虚拟仿真平台进行实训大大减轻了教师的压力，实训设备的压力，乃至实训设备维护和保养的压力。学生普遍反映，参加实训有一种娱乐的感觉，大大增强了学生对课程的体验感，从而学生实训的参与程度大大提高。

5 结语

综上所述，引入软件平台的形式对课程的理论和实践教学进行一定程度的改革。通过学习通软件对理论教学的数字化重构不等于完全摒弃传统的教学方式，而是在传统的基础上进行数字化的改革。而采用虚拟仿真实训平台方式来进行实训教学的改革，也不等于说完全脱离硬件，而是在学生充分熟悉硬件的情况上，通过软件平台的形式让学生充分参与实训活动。新的课程教学改革方式减轻学生的学习压力，提高了课程的数字化程度，增加了学生对课程学习兴趣，降低了学生对课程考核成绩的质疑，学生普遍反应学习效果良好。与此同时，教师对自动生产线装调与设计的课程改革的探索是永无止境的，希望更多的教师加入到其中。

基金项目：1.武汉城市学院文件，城院教[2024]21号，2024CYYBJY013；2.武汉城市学院文件，城院科技［2021］7号，2021年度湖北省教育厅科研计划指导项目，编号：B2021415。

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