機電一體化專業(yè)實訓(xùn)課程教學(xué)的探討

吳秋立

摘 要：文章以宿遷澤達職業(yè)技術(shù)學(xué)院江南學(xué)院機電一體化專業(yè)課程的教學(xué)為例，針對傳統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)中存在的學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不持久、實訓(xùn)變成應(yīng)付式、實訓(xùn)操作簡單化、實訓(xùn)結(jié)果理想化、考核評價欠客觀、不能反映學(xué)生真實水平等問題，提出隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)，為實訓(xùn)教學(xué)提供了新的思路，基于虛擬仿真技術(shù)，設(shè)計并實現(xiàn)了虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)平臺，對機電一體化專業(yè)課程中存在的問題提出新的解決思路。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù);機電一體化;實訓(xùn)教學(xué)

0 ? 引言

本研究致力于解決專業(yè)課程難度與學(xué)生基礎(chǔ)之間的矛盾，強調(diào)專業(yè)職業(yè)技能訓(xùn)練對學(xué)生的提升，體現(xiàn)實訓(xùn)教學(xué)對教學(xué)質(zhì)量的幫助，體現(xiàn)實訓(xùn)教學(xué)對年青教師的作用。

1?機電一體化專業(yè)實訓(xùn)課程

1.1 ?學(xué)院現(xiàn)有機電專業(yè)現(xiàn)狀

宿遷澤達職業(yè)技術(shù)學(xué)院江南學(xué)院是一所民辦高職院校，機電一體化專業(yè)有基礎(chǔ)專業(yè)課，核心專業(yè)課共計20余門，普遍具有抽象枯燥，需要較好的數(shù)學(xué)基本功等特點，與高職院?，F(xiàn)有學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)習(xí)慣較差形成鮮明的對比。因此部分高職院校提出了根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，調(diào)整學(xué)習(xí)內(nèi)容、降低學(xué)習(xí)難度、增強學(xué)生學(xué)習(xí)自信心等教學(xué)改革思路。而機電一體化專業(yè)教學(xué)改革的重心應(yīng)該是加大實訓(xùn)課程的內(nèi)容，減少純理論課程說教式的教學(xué)方法，做到“做中學(xué)，做中教”，而這恰恰需要實訓(xùn)教學(xué)的支持[1]。

1.2 ?現(xiàn)有實訓(xùn)現(xiàn)狀

學(xué)院機電一體化專業(yè)現(xiàn)有電工與電子實訓(xùn)室一間，電氣線路安裝與調(diào)試實訓(xùn)室一個，但是一直存在著實訓(xùn)室面積有限、實訓(xùn)器材老舊損壞以及實訓(xùn)老師缺乏等問題，導(dǎo)致很多班級只能分批做實訓(xùn)，實訓(xùn)內(nèi)容不足，實訓(xùn)效果流于形式等問題;更加嚴(yán)重的是專業(yè)老師和學(xué)生缺乏實訓(xùn)安全基本的常識;經(jīng)常出現(xiàn)一個老師給30個以上的學(xué)生上實訓(xùn)課，這存在嚴(yán)重的安全隱患[2]。

1.3 ?建設(shè)虛擬實驗系統(tǒng)的理論意義

仿真（Simulation）技術(shù)或者稱為模擬技術(shù)，是人們深入認(rèn)識研究世界客觀存在現(xiàn)象時的一種重要手段。隨著計算機應(yīng)用技術(shù)的飛發(fā)展，促使仿真技術(shù)的手段得到了巨大的突破，仿真技術(shù)在各個專業(yè)領(lǐng)域的研究、設(shè)計、測試、論證過程中發(fā)揮著重要的作用?？梢哉f虛擬仿真技術(shù)是現(xiàn)代仿真技術(shù)的典型代表應(yīng)用。

在虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)中，教師和學(xué)生可以通過局域網(wǎng)多媒體教學(xué)技術(shù)來開展多種內(nèi)容和手段的實驗項目。這些實驗項目可以是基礎(chǔ)驗證結(jié)果類的實驗，也可以是綜合性開發(fā)設(shè)計類的實驗。教師可以根據(jù)學(xué)生不同的情況控制實驗的難度，學(xué)生也不需要做出實際電路板后才能驗證設(shè)計是否合理有效。

2 ? 機電一體化專業(yè)教學(xué)改革

2.1 ?改革的新思路和新方法

筆者通過分析當(dāng)前宿遷澤達職業(yè)技術(shù)學(xué)院與機電一體化專業(yè)理論課程教學(xué)和實訓(xùn)課程教學(xué)之間存在的具體矛盾，總結(jié)出實訓(xùn)課程教學(xué)亟須改革的具體內(nèi)容。在研究實訓(xùn)課程教學(xué)過程中產(chǎn)生的問題和宿遷澤達職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生的具體情況，提出運動虛擬仿真軟件建設(shè)虛擬實訓(xùn)系統(tǒng)來解決一定實際當(dāng)中比較難調(diào)和的矛盾，并通過教學(xué)效果比較的方式，來觀察學(xué)生和調(diào)查教師對于傳統(tǒng)實訓(xùn)課的上課模式和虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的上課模式的接受程度和滿意度，為學(xué)院機電一體化專業(yè)教學(xué)改革提供新的思路和新的辦法。

2.2 ?采用虛擬仿真軟件進行實訓(xùn)

當(dāng)前，在中專教學(xué)階段，以“電氣設(shè)備安裝與調(diào)試”（“電機與電力拖動”）這門課為對象，參照以江蘇省學(xué)業(yè)考試標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)，利用虛擬仿真軟件來為學(xué)生反復(fù)練習(xí)提供條件。在軟件中練習(xí)的優(yōu)勢在于：（1）不需要實訓(xùn)教師提前準(zhǔn)備實訓(xùn)設(shè)備。學(xué)生只要有一臺電腦就可以進行實訓(xùn)。（2）不需要產(chǎn)生耗材。每一次接線都是在電腦上完成的，即節(jié)約耗材又節(jié)約時間，等學(xué)生完全掌握接線原理圖之后再進行實物接線，提高成功率。（3）不需要擔(dān)心實訓(xùn)安全問題。所有實訓(xùn)結(jié)果都是通過軟件仿真出來的，既可以讓學(xué)生看到最后的實訓(xùn)效果，又不會發(fā)生電氣和機械安全事件[3]。

在大專教學(xué)階段，以專業(yè)性較強的“單片機原理及應(yīng)用”“數(shù)控機床”等課程為對象，參照機電一體化專業(yè)人才培養(yǎng)方案，以現(xiàn)在企事業(yè)單位用人需求為導(dǎo)向，充分考慮當(dāng)前無人機和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢，利用虛擬仿真軟件設(shè)計出多個在宿遷澤達職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)有條件下無法開展和難以見到成果的實訓(xùn)項目的硬件電路和仿真軟件，并以實訓(xùn)指導(dǎo)書的形式加以推廣，為工科類專業(yè)的教學(xué)改革和青年教師科研項目建設(shè)新的思路和方法。

2.3 ?實訓(xùn)改革的創(chuàng)新之處

（1）利用虛擬仿真技術(shù)來解決現(xiàn)有實訓(xùn)條件的不足。在不增加學(xué)院預(yù)算負(fù)擔(dān)和學(xué)院場地有限等不利條件下，爭取更多的實訓(xùn)內(nèi)容和更好的教學(xué)效果。

（2）建設(shè)青年教師科研的新平臺。作為高職院校，特別是宿遷澤達職業(yè)技術(shù)學(xué)院這樣的民辦高職院校，青年教師的科研能力一直得不到有力的支持;而虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)可以充分調(diào)用豐富的硬件庫里硬件元器件來為青年教師的科研項目提供仿真數(shù)據(jù)。

（3）虛擬平臺化管理的未來。在互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，足不出戶就能完成工作和生活已經(jīng)越來越成為常態(tài)。因此當(dāng)虛擬仿真軟件和服務(wù)器-客戶端的形式，加上現(xiàn)有的仿真實訓(xùn)項目相結(jié)合就可以做到在寢室里就能完成實訓(xùn)教學(xué)的項目，打破了空間和時間的限制，為教師課堂管理提供了更靈活的選擇，同時也為提高宿遷澤達職業(yè)技術(shù)學(xué)院教學(xué)質(zhì)量，為學(xué)生多學(xué)習(xí)現(xiàn)代化技術(shù)，將來更好的就業(yè)提供幫助。

3 ? 不同年級的實訓(xùn)課程及過程

3.1 ?以中專年級的“電機與電力拖動”課程為例

首先，在學(xué)期前由教師完成學(xué)生專業(yè)課學(xué)習(xí)調(diào)查問卷發(fā)給學(xué)生，總結(jié)出學(xué)生當(dāng)前學(xué)習(xí)專業(yè)課遇到的問題和存在的癥結(jié)。

其次，按照年度計劃依據(jù)“2020年江蘇省中等職業(yè)學(xué)校學(xué)生學(xué)業(yè)水平考試機電類專業(yè)基本技能考試實施方案”的精神和要求，將“電氣線路安裝與調(diào)試”考試科目的內(nèi)容融入中專年紀(jì)“電機與電力拖動”授課課程中，在授課過程中分為電氣設(shè)備認(rèn)知與拆裝;電氣線路原理圖認(rèn)知與理解掌握;具體電氣線路的安裝與調(diào)試3個部分內(nèi)容。

再次，利用高教版的“電工技能與實訓(xùn)仿真軟件”將第一部分電氣設(shè)備認(rèn)知與拆裝的內(nèi)容由仿真軟件在課堂中模擬出來，包括接觸器、電動機的結(jié)構(gòu)認(rèn)知和基礎(chǔ)拆裝步驟分解。因為仿真實訓(xùn)系統(tǒng)有實時模擬畫面和提示，能讓學(xué)生及時找到不同部件的名稱和拆裝的順序，同時也方便教師分步講解。在第二部分電氣線路原理圖的認(rèn)知與理解掌握，利用高教版的“電工技能與實訓(xùn)仿真軟件”的接線功能同步地將電氣原理圖出的電線與實物圖中的電線一一對應(yīng)提示學(xué)生完成接線，提高接線的準(zhǔn)確性，同時教師講解接線的注意事項，提升教學(xué)效果。

最后，通過調(diào)試功能讓學(xué)生看到正確接線后電動機的不同功能的效果。在軟件上多次練習(xí)之后，再去電氣線路安裝與調(diào)試實訓(xùn)室完成傳統(tǒng)的實訓(xùn)課程，能提升學(xué)生的接線成功率。

通過2019中專國防機電班39位同學(xué)的驗證，80%的同學(xué)可以一次就能正確地完成接線要求。

3.2 ?以大專年級“單片機原理及應(yīng)用”課程為例

首先，在學(xué)期前由教師完成學(xué)生專業(yè)課學(xué)習(xí)調(diào)查問卷發(fā)給學(xué)生，總結(jié)出學(xué)生當(dāng)前學(xué)習(xí)專業(yè)課遇到的問題和存在的癥結(jié)。

其次，按照年度計劃依據(jù)“機電一體化專業(yè)人才培養(yǎng)方案”的精神和要求，將“單片機原理及應(yīng)用”課程確立為機電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計的科目之一，要求學(xué)生在上課的同時完成相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計。因此，要求學(xué)生不僅要學(xué)習(xí)課程中的理論部分，更需要把理論和實踐相結(jié)合，完成最后的實物設(shè)計。

在理論課程中著重講解匯編指令編程部分，先利用proteus軟件設(shè)計的單片機基礎(chǔ)類實訓(xùn)項目完成定時器、存儲器、中斷系統(tǒng)等部分的學(xué)習(xí);再利用proteus軟件設(shè)計的單片機綜合類實訓(xùn)項目，結(jié)合電子焊接技術(shù)和電子線路設(shè)計等內(nèi)容完成最后的畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容。

3.3 ?以大專年級“數(shù)控加工技術(shù)”課程為例

首先，在學(xué)期前由教師完成學(xué)生專業(yè)課學(xué)習(xí)調(diào)查問卷發(fā)給學(xué)生，總結(jié)出學(xué)生當(dāng)前學(xué)習(xí)專業(yè)課遇到的問題和存在的癥結(jié)。

其次，按照年度計劃依據(jù)“機電一體化專業(yè)人才培養(yǎng)方案”的精神和要求，將“數(shù)控機械加工”課程確立為機電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計的科目之一，要求學(xué)生在上課的同時完成相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計。利用斯沃?jǐn)?shù)控軟件選擇加工異形面的刀具，設(shè)置加工順序，然后編寫程序，開始加工。學(xué)生在使用軟件模擬加工之前，老師要講解安全生產(chǎn)的重要性，這也是非常重要的。

4 ?結(jié)語

虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)在中職高職的機電一體化專業(yè)課教學(xué)中可以使電氣設(shè)備有關(guān)專業(yè)的教學(xué)成本降低，提高訓(xùn)練水平，在沒有設(shè)備的情況下完全能夠讓學(xué)生進行仿真實訓(xùn)練習(xí)。對于有設(shè)備的專業(yè)可以先通過該系統(tǒng)進行訓(xùn)練，然后在結(jié)合實際設(shè)備進行安全操作，以有效避免安全問題。在教育教學(xué)中應(yīng)用仿真系統(tǒng)對推動學(xué)習(xí)手段、方式方法都有很好的影響。

[參考文獻]

[1]鄭仕華.關(guān)于高職院校利用虛擬實訓(xùn)室的思考[J].經(jīng)濟研究導(dǎo)刊，2010（31）：297-298.

[2]孫愛娟.職教領(lǐng)域虛擬仿真教學(xué)資源建設(shè)與應(yīng)用探析[J].中國電化教育，2012（11）：109-112.

[3]駱其城，趙國信，李柏輝.“互聯(lián)網(wǎng)+”時代虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)資源的建設(shè)[J].廣西廣播電視大學(xué)學(xué)報，2020（5）：7-11.

（編輯 姚 鑫）