沈小燕，劉媛媛，陳 翡，張福杰

（無錫科技職業(yè)學(xué)院，江蘇 無錫 214028）

0 引言

“電液氣技術(shù)及應(yīng)用”是無錫科技職業(yè)學(xué)院機(jī)電類專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，目標(biāo)是使學(xué)生具備熟練應(yīng)用液壓與氣動(dòng)知識(shí)以及設(shè)計(jì)簡單液氣壓系統(tǒng)的能力。它需要以“電工電子學(xué)基礎(chǔ)”“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”“工程制圖”等課程的學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，也是進(jìn)一步學(xué)習(xí)“機(jī)電設(shè)備故障診斷與維修”“自動(dòng)化生產(chǎn)線技術(shù)應(yīng)用”等課程的基礎(chǔ)。在“中國制造2025”的大背景下，根據(jù)市場調(diào)研和企業(yè)人才需求分析，現(xiàn)代制造業(yè)使用的制造裝備大多是自動(dòng)化生產(chǎn)線等，以汽車自動(dòng)化生產(chǎn)線為代表的現(xiàn)代化設(shè)備，綜合應(yīng)用了機(jī)、電、液、氣一體化技術(shù)[1]。

筆者在實(shí)際教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，相對于傳統(tǒng)的“灌輸式”教學(xué)，將知識(shí)點(diǎn)有機(jī)地融入到微課中，充分利用信息化教學(xué)手段，生動(dòng)形象地將枯燥的專業(yè)理論知識(shí)呈現(xiàn)出來，不僅有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且顯著提高了教學(xué)效率[2]。筆者以本課程中“雙作用氣缸的自動(dòng)伸縮控制”知識(shí)點(diǎn)為例，進(jìn)行微課的教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)用分析。

1 教學(xué)背景

氣動(dòng)控制技術(shù)是生產(chǎn)過程自動(dòng)化的有效手段之一，被廣泛應(yīng)用于各類自動(dòng)化設(shè)備中，如汽車生產(chǎn)線、食品灌裝生產(chǎn)線、口罩機(jī)生產(chǎn)設(shè)備等。氣壓傳動(dòng)中，壓縮空氣是氣動(dòng)設(shè)備的工作介質(zhì)，相對于液壓傳動(dòng)，氣壓傳動(dòng)環(huán)保高效且方便快捷，被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制的工業(yè)領(lǐng)域中。隨著電子技術(shù)和傳感器的大量使用，氣動(dòng)控制越來越智能化，“雙作用氣缸的自動(dòng)伸縮控制”介紹了電磁換向閥控制電氣回路的設(shè)計(jì)過程。本教學(xué)內(nèi)容淺顯易懂，電氣回路設(shè)計(jì)按認(rèn)知規(guī)律由淺入深，采用產(chǎn)生式教學(xué)策略，應(yīng)用問題引導(dǎo)的探究式教學(xué)方法，通過仿真、動(dòng)畫及實(shí)踐操作的講解，使學(xué)生輕松掌握控制電路的設(shè)計(jì)方法，從而激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。

學(xué)情分析：教學(xué)對象為機(jī)電專業(yè)大二學(xué)生，學(xué)習(xí)本課程前已掌握低壓電器相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，已學(xué)習(xí)氣動(dòng)控制元件、氣動(dòng)執(zhí)行元件、氣動(dòng)回路的基本知識(shí)，會(huì)搭建手動(dòng)換向閥控制的氣壓換向回路，能利用仿真軟件搭建簡單的電氣回路，具備硬件電路安裝和調(diào)試的基礎(chǔ)技能。

2 教學(xué)設(shè)計(jì)思路

本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路根據(jù)企業(yè)的具體職業(yè)崗位職能，遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律而確定[3]。在已學(xué)習(xí)“手動(dòng)換向閥實(shí)現(xiàn)雙作用氣缸的伸縮控制”基礎(chǔ)上開展，通過視頻、動(dòng)畫、虛擬仿真等信息技術(shù)手段，將氣動(dòng)回路與控制電路的工作過程形象具體地表現(xiàn)出來。使用虛擬軟件完成電氣回路的設(shè)計(jì)。電路設(shè)計(jì)部分由淺入深，循序漸進(jìn)，環(huán)環(huán)相扣，完成點(diǎn)動(dòng)、自鎖、電氣互鎖、雙重互鎖及帶磁開關(guān)的控制電路設(shè)計(jì)及分析，最終實(shí)現(xiàn)利用磁開關(guān)搭建氣缸自動(dòng)伸縮的控制電路設(shè)計(jì)。利用虛擬仿真軟件，將抽象的電路設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢暱沈?yàn)的具體動(dòng)畫過程；通過實(shí)物搭建和調(diào)試過程，強(qiáng)調(diào)了學(xué)生應(yīng)具備的實(shí)踐操作能力；同時(shí)結(jié)合實(shí)操中出現(xiàn)的問題，提出“工匠精神”對于職業(yè)能力培養(yǎng)的重要性。視頻學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握電氣回路設(shè)計(jì)相關(guān)的知識(shí)要點(diǎn)，又培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用和實(shí)操能力，圍繞教學(xué)重點(diǎn)，突破了教學(xué)難點(diǎn)，達(dá)到了使學(xué)生懂原理、會(huì)設(shè)計(jì)、能驗(yàn)證、知標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)目標(biāo)。

2.1 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

1）教學(xué)重點(diǎn)：①控制電磁鐵得失電的自鎖和互鎖電路設(shè)計(jì)及工作原理；②磁開關(guān)的工作原理和接線方式；③中間繼電器在控制電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用特點(diǎn)。

2）教學(xué)難點(diǎn)：利用磁開關(guān)實(shí)現(xiàn)雙作用氣缸的自動(dòng)伸縮控制電路設(shè)計(jì)。

2.2 教學(xué)策略

教學(xué)過程中利用虛擬仿真軟件對電氣回路工作過程進(jìn)行可視化的驗(yàn)證，利用實(shí)物搭建和安裝調(diào)試對整個(gè)工作過程進(jìn)行可操可調(diào)的驗(yàn)證，相對于傳統(tǒng)的“灌輸式”教學(xué)方式，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)掌握實(shí)踐動(dòng)手能力。利用虛實(shí)相結(jié)合的教學(xué)方式，由淺入深，循序漸進(jìn)，有效化解教學(xué)重難點(diǎn)。以問題引出下一個(gè)電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)，這種以問題引導(dǎo)的探究式教學(xué)方法更能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

2.3 教學(xué)準(zhǔn)備

1）資源：視頻、圖片、PPT、虛擬仿真軟件、實(shí)驗(yàn)設(shè)備等。

2）工作場所：理實(shí)一體化教室。

2.4 教學(xué)效果

通過微課學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握了電磁換向閥控制的氣動(dòng)回路工作過程；理解了點(diǎn)動(dòng)、自鎖、電氣互鎖、電氣和按鈕雙重互鎖以及磁開關(guān)在雙作用氣缸伸縮控制電路設(shè)計(jì)中的作用和區(qū)別；能夠用虛擬仿真軟件完成氣缸自動(dòng)伸縮控制的電氣回路設(shè)計(jì)，并完成實(shí)物搭建及調(diào)試。

3 教學(xué)目標(biāo)

1）知識(shí)目標(biāo)：①掌握磁開關(guān)的結(jié)構(gòu)、工作原理和接線方法；②掌握點(diǎn)動(dòng)、自鎖、電氣互鎖和按鈕互鎖在控制電路中的作用和區(qū)別；③掌握利用磁開關(guān)和中間繼電器構(gòu)建的氣缸自動(dòng)伸縮的控制電路。

2）能力目標(biāo)：①能夠根據(jù)氣動(dòng)回路控制要求設(shè)計(jì)電磁鐵的控制電路；②能靈活應(yīng)用仿真軟件，完成電磁換向閥控制的電氣回路設(shè)計(jì)并調(diào)試；③能夠按照規(guī)范完成氣動(dòng)回路、控制電路的接線和調(diào)試。

3）情感目標(biāo)：①培養(yǎng)善于思考，勤于實(shí)踐的創(chuàng)新勞動(dòng)理念；②強(qiáng)化用電安全意識(shí)，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作態(tài)度和精益求精的工作理念。

4 教學(xué)內(nèi)容綱領(lǐng)

根據(jù)三位五通電磁換向閥控制的氣壓換向回路，由簡到難，層層遞進(jìn)，環(huán)環(huán)相扣：1）按鈕點(diǎn)動(dòng)控制的電氣回路設(shè)計(jì)；2）帶自鎖的電氣回路設(shè)計(jì)；3）電氣互鎖的電氣回路設(shè)計(jì)；4）雙重互鎖的電氣回路設(shè)計(jì)；5）帶磁開關(guān)的電氣回路設(shè)計(jì)。

5 教學(xué)方法

1）教學(xué)方式：①實(shí)踐操作教學(xué)法及比較法講解5 種電氣回路的設(shè)計(jì)特點(diǎn)；②步驟分解法及對比法講解5種電氣回路的工作原理。

2）教學(xué)資源：①通過汽車生產(chǎn)線、食品灌裝生產(chǎn)線、口罩機(jī)設(shè)備等視頻資源，了解氣壓傳動(dòng)的應(yīng)用場合；②通過仿真軟件設(shè)計(jì)電氣回路，利用虛擬仿真軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，最后進(jìn)行實(shí)物接線和調(diào)試以進(jìn)行驗(yàn)證。

3）教學(xué)媒體：①把相關(guān)圖片、文字等資源制作成PPT，再借助軟件編輯和錄制PPT，錄制配套的講解視頻；②使用PPT、實(shí)物展示、實(shí)踐操作視頻、教師講解視頻和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。

6 教學(xué)過程設(shè)計(jì)

將教學(xué)環(huán)節(jié)一共分成9個(gè)，采用相應(yīng)的教學(xué)手段遞進(jìn)講解知識(shí)點(diǎn)。

1）問題引入：氣動(dòng)技術(shù)在自動(dòng)化設(shè)備中應(yīng)用廣泛，通過視頻介紹，引出本次微課的主講內(nèi)容。

2）復(fù)習(xí)引入：教師通過PPT 和動(dòng)畫講解手動(dòng)換向閥控制的氣動(dòng)換向回路，引入利用FluidSIM-P 虛擬仿真軟件搭建的電磁換向閥控制的氣動(dòng)換向回路，并手動(dòng)讓兩個(gè)電磁鐵依次得電，觀察氣缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)仿真運(yùn)行過程。

3）點(diǎn)動(dòng)控制電氣回路分析：教師通過視頻講解回顧電磁閥工作原理，利用FluidSIM-P 虛擬仿真軟件，在不改變電磁閥控制的氣動(dòng)換向回路基礎(chǔ)上，再搭建最簡單的點(diǎn)動(dòng)控制回路，利用宇龍實(shí)物仿真動(dòng)畫分析電路控制的缺點(diǎn)，引出問題“如何實(shí)現(xiàn)雙作用氣缸伸縮的連續(xù)動(dòng)作”。

4）帶自鎖的控制電路分析：教師通過引入中間繼電器搭建帶自鎖的控制電路，并通過FluidSIM-P 虛擬仿真軟件搭建電氣回路，介紹電路控制的特點(diǎn)，指出電路“電磁鐵不可以同時(shí)得電”的要求，引出互鎖電路的設(shè)計(jì)。

5）帶電氣互鎖的控制電路分析：教師利用視頻和仿真動(dòng)畫講解電氣互鎖電路的工作原理，提出伸縮直接切換的控制要求，引出電氣和按鈕雙重互鎖電路。

6）帶電氣和按鈕雙重互鎖的控制電路分析：教師利用分步驟講解和仿真電路動(dòng)畫講解，對比指出電氣互鎖回路和雙重互鎖回路的區(qū)別，發(fā)現(xiàn)后者的雙作用氣缸的伸縮可直接進(jìn)行切換。

7）帶磁開關(guān)的控制電路分析：教師先通過PPT 講解磁開關(guān)在氣壓傳動(dòng)中的應(yīng)用，及三線制磁開關(guān)的接線方法，并利用FluidSIM-P 虛擬仿真軟件講解磁開關(guān)實(shí)現(xiàn)氣缸自動(dòng)伸縮的電路設(shè)計(jì)。

8）實(shí)物接線和調(diào)試與課程思政：教師先通過實(shí)操視頻展示帶磁開關(guān)的電氣回路調(diào)試過程，然后講解實(shí)物接線和調(diào)試過程中的注意事項(xiàng)；最后通過課程思政強(qiáng)調(diào)，工匠精神的培養(yǎng)要貫穿在學(xué)生的知識(shí)技能學(xué)習(xí)和訓(xùn)練之中。

9）課程總結(jié)：教師總結(jié)課程主要內(nèi)容和重難點(diǎn)。

7 教學(xué)總結(jié)與特色

1）教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度：通過本微課設(shè)計(jì)，能夠達(dá)成以下教學(xué)目標(biāo)。①學(xué)生能利用仿真軟件獨(dú)立完成5 種電氣回路的設(shè)計(jì)；②學(xué)生能輕松分析5 種電氣回路的工作原理及特點(diǎn)；③學(xué)生能熟練完成磁開關(guān)控制的氣缸自動(dòng)伸縮的實(shí)物搭建及調(diào)試。

2）教學(xué)效果：效果良好，教師已經(jīng)把本微課應(yīng)用于課程教學(xué)中，學(xué)生觀看后，易于接受微課中的教學(xué)內(nèi)容。

3）教學(xué)特色：①跟蹤氣動(dòng)技術(shù)的最新發(fā)展，介紹氣壓傳動(dòng)的應(yīng)用場合，通過視頻學(xué)習(xí)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；②教學(xué)策略上摒棄老套的文字概念講解法，采用產(chǎn)生式教學(xué)策略，通過教師實(shí)踐操作分析、分步驟講解、對比教學(xué)法和理實(shí)一體化教學(xué)法等，幫助學(xué)生更易于理解5種電氣回路的特點(diǎn)；③利用虛實(shí)相結(jié)合的教學(xué)方式，充分發(fā)揮虛擬仿真軟件的優(yōu)勢，由淺入深，循序漸進(jìn)，環(huán)環(huán)相扣，完成5 種電氣回路的設(shè)計(jì)及分析，最終實(shí)現(xiàn)了利用磁開關(guān)搭建氣缸自動(dòng)伸縮的控制電路設(shè)計(jì)，有效化解重難點(diǎn)知識(shí)。

8 結(jié)論

“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的到來，讓知識(shí)點(diǎn)以微課的形式呈現(xiàn)出來，更方便學(xué)生學(xué)習(xí)和理解，而單純的傳授式教學(xué)已不能滿足要求，運(yùn)用信息化手段的啟發(fā)式、探究式教學(xué)模式正逐漸取而代之[4]?，F(xiàn)代信息化教學(xué)整合多種教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)了理想的學(xué)習(xí)模式。21 世紀(jì)是知識(shí)更新日新月異的時(shí)代，智能手機(jī)改變了人們的生活，同時(shí)讓學(xué)生的學(xué)習(xí)也更方便快捷[5]。因此，只有適應(yīng)新環(huán)境，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)觀念，改進(jìn)教學(xué)策略，不斷進(jìn)行探索，才能實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的雙豐收。