方 強1鐘 平2（1.天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)自動化與電氣工程學(xué)院 天津 300222；2.天津市源峰科技發(fā)展有限責(zé)任公司 天津 300222）

積木式教學(xué)方法在機電一體化教學(xué)中的探索

方 強1鐘 平2
（1.天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)自動化與電氣工程學(xué)院 天津 300222；2.天津市源峰科技發(fā)展有限責(zé)任公司 天津 300222）

隨著現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，機電一體化技術(shù)已成為當(dāng)今工業(yè)科技的重要組成部分。機電一體化專業(yè)的教學(xué)實訓(xùn)應(yīng)改變傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，采取積木式教學(xué)模式，以培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用、實際動手、工程設(shè)計和創(chuàng)新等方面的能力。

機電一體化；積木式教學(xué)；柔性化

我國普通高校、高職、中職都設(shè)有機電一體化專業(yè)，長期以來該專業(yè)基本是按照傳統(tǒng)的理論體系以學(xué)科為核心來組織教學(xué)的，并把傳授系統(tǒng)的理論知識作為組織教學(xué)的出發(fā)點，作為教學(xué)過程的主線和質(zhì)量考核的主要標(biāo)準(zhǔn)，對學(xué)生系統(tǒng)地掌握理論知識，開發(fā)設(shè)計產(chǎn)品是十分有利的。但是這樣的教學(xué)在職業(yè)院校卻存在不足之處。中、高職的學(xué)生畢業(yè)后絕大部分被分配到生產(chǎn)第一線，所從事的工作不是研究、設(shè)計、開發(fā)、決策，而是操作設(shè)備、制定工藝、籌劃工裝卡具、調(diào)整試車、查找故障以及排除故障等，在學(xué)校里學(xué)的知識相當(dāng)一部分派不上用場，而現(xiàn)場工作所必需的工作能力學(xué)生又不具備。因此，職業(yè)院校機電一體化專業(yè)需要改革現(xiàn)有教學(xué)模式，創(chuàng)建新的教學(xué)模式。

筆者擬提出一種應(yīng)用于機電一體化實訓(xùn)環(huán)節(jié)中的積木式教學(xué)模式，現(xiàn)介紹如下。

積木式教學(xué)方法

積木式教學(xué)方法分為三個步驟展開教學(xué)，即系統(tǒng)集成、積木式分解和分步教學(xué)。

（一）系統(tǒng)集成

將教學(xué)大綱中要求的知識點集合起來，選擇一套典型的生產(chǎn)過程將其展示出來。在學(xué)校的機電一體化教學(xué)大綱中，主要知識點一般包括機械系統(tǒng)、傳感器檢測系統(tǒng)、執(zhí)行器系統(tǒng)、控制器系統(tǒng)、接口技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等六大知識點。

筆者根據(jù)學(xué)校畢業(yè)生的就業(yè)方向和實訓(xùn)內(nèi)容，選擇柔性裝配生產(chǎn)線作為典型的生產(chǎn)教學(xué)過程。該柔性裝配生產(chǎn)線集合了原料供給單元、傳輸單元、檢測單元、搬運單元、加工單元、裝配單元、倉儲單元等。在這套系統(tǒng)中，涉及的機械系統(tǒng)包括帶式傳動裝置、齒輪傳動裝置、模擬數(shù)控鉆銑車床等部件，基本上能將涉及的機械組裝、調(diào)整等知識融入其中。涉及的傳感器檢測系統(tǒng)包括位置傳感器、位移傳感器、溫度傳感器，其中位置傳感器包括微動開關(guān)、電感式與電容式接近開關(guān)、通過型與反射型光電傳感器等，位移傳感器包括旋轉(zhuǎn)編碼器，溫度傳感器包括熱敏電阻等；執(zhí)行器包括電動機、氣動裝置等，其中電動機包括AC交流伺服電動機、直流電機、步進(jìn)電機等，氣動裝置包括電磁閥與各式氣缸等?？刂破靼≒LC，接口技術(shù)包括從控制器到執(zhí)行裝置的接口線路等。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括PLC工業(yè)總線網(wǎng)絡(luò)。

（二）積木式分解

積木式分解是將完整的教學(xué)裝置依據(jù)教學(xué)點進(jìn)行分解。分解的原則是功能完整、接口標(biāo)準(zhǔn)。功能完整要求分解的單元是不可再分解的最小部件集合，能獨立完成一定的實訓(xùn)任務(wù)。接口標(biāo)準(zhǔn)主要包括硬件接口的標(biāo)準(zhǔn)及電氣接口標(biāo)準(zhǔn)。硬件接口標(biāo)準(zhǔn)要求拆分的單元安裝位置能夠靈活可變，能與相配套的其他單元兼容，接口標(biāo)準(zhǔn)要求拆分的單元與其他單元之間可以直接對接，無需增加轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。

根據(jù)這一分解原則，拆分后的單元具有以下特點：

機電集合特性 每個單元為與其他單元對接，要求其自身有獨立的設(shè)計和電氣設(shè)計，我們稱之為機電集合特性。根據(jù)這一特性，一個龐大的工業(yè)系統(tǒng)就轉(zhuǎn)換成一個個獨立的積木式結(jié)構(gòu)。在針對系統(tǒng)中的某一環(huán)節(jié)進(jìn)行講解時，可以直接將其抽取出來，進(jìn)行單獨教學(xué)。如在講授變頻器的操作時，可以直接從系統(tǒng)中移出變頻器單元，由學(xué)生獨立操作，既能讓學(xué)生在教學(xué)中有一定的成就感，也能讓學(xué)生了解所學(xué)知識的應(yīng)用場合，達(dá)到學(xué)用合一的教學(xué)目的。

靈活多樣性 由于所有的環(huán)節(jié)都是標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，這樣原本一套工業(yè)系統(tǒng)可以根據(jù)教學(xué)環(huán)節(jié)分解成若干個系統(tǒng)。如柔性裝配生產(chǎn)線可以分解為供給系統(tǒng)、裝配系統(tǒng)、搬運倉儲系統(tǒng)等。同時，基于這種標(biāo)準(zhǔn)的接口，同一個器件可以應(yīng)用于不同的場合，完成不同的功能。如果原先系統(tǒng)中設(shè)計的旋轉(zhuǎn)編碼器主要用于檢測傳送帶的傳送距離，基于這種標(biāo)準(zhǔn)化拆分后，旋轉(zhuǎn)編碼器可以用于搬運系統(tǒng)進(jìn)行速度檢測，這樣既豐富了教學(xué)，也能讓學(xué)生在組合中進(jìn)行自我鍛煉。

（三）分步教學(xué)

將系統(tǒng)進(jìn)行積木式拆分后，可以將教學(xué)計劃中的知識點進(jìn)行重新組合，然后，按照教學(xué)過程分步進(jìn)行。

例如，根據(jù)拆分后的單元，磁性開關(guān)與氣缸是組合的最小單元，因此，在教學(xué)計劃中，位置傳感器和氣動裝置可同時進(jìn)行教學(xué)；變頻器和交流電機是組合的最小單元，因此，在教學(xué)計劃中，交流電機的知識與變頻器的知識可整合起來進(jìn)行教學(xué)。

教學(xué)成果

2008年，筆者作為指導(dǎo)教師帶領(lǐng)天津市中職機電組的選手，以這種模式在此裝置上訓(xùn)練了3個月。其中，兩組（2人/組）參加了全國職業(yè)院校技能競賽，分別獲得2008年全國職業(yè)院校技能競賽機電組一等獎和二等獎。

2009年，筆者作為指導(dǎo)教師帶領(lǐng)天津市中職機電組的選手，以這種模式在此裝置上訓(xùn)練了3個月。其中一組（2人/組）參加了全國職業(yè)院校技能競賽，并獲得2009年全國職業(yè)院校技能競賽機電組一等獎。

2010年，筆者作為指導(dǎo)教師帶領(lǐng)天津市中職機電組的選手，以這種模式在此裝置上又訓(xùn)練了3個月。其中一組（2人/組）參加了全國職業(yè)院校技能競賽，并獲得2010年全國職業(yè)院校技能競賽機電組一等獎。

總結(jié)近3年的教學(xué)實踐，積木式教學(xué)模式的優(yōu)勢是便于教學(xué)，既能提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能增強學(xué)生針對工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計要求和動作流程完成整個控制系統(tǒng)設(shè)計的能力。對學(xué)生的綜合應(yīng)用能力、實際動手能力、工程設(shè)計以及創(chuàng)新能力等方面的培養(yǎng)都能收到事半功倍的效果。

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1672-5727(2011)05-0093-02

方強（1975—），男，福建閩清人，天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)自動化與電氣工程學(xué)院工程師，研究方向為職業(yè)教育機電裝置。