優(yōu)秀教案：機(jī)電一體化設(shè)備的組裝與調(diào)試

1、此教案在 2013年中國(guó)職協(xié)優(yōu)秀科研成果 評(píng)比中獲得 一等 獎(jiǎng)機(jī)電一體化設(shè)備的組裝與調(diào)試 氣動(dòng)機(jī)械手的PLC控制一體化課程機(jī)電一體化設(shè)備的組裝與調(diào)試學(xué)習(xí)任務(wù)氣動(dòng)機(jī)械手的PLC控制教學(xué)時(shí)數(shù)4h上課時(shí)間2013年XX月XX日周 次XX周2審批：教學(xué)班級(jí)XXXX班授課教師魯浩 年 月 日學(xué) 材機(jī)電一體化設(shè)備的組裝與調(diào)試（楊少光）、機(jī)電一體化設(shè)備組裝與調(diào)試校本教材教學(xué)方法任務(wù)驅(qū)動(dòng)型教學(xué)、演示法、項(xiàng)目教學(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)、仿真教學(xué)教 具多媒體電腦、投影儀、攝像頭、機(jī)械手模型、任務(wù)書、評(píng)價(jià)表學(xué)習(xí)目標(biāo)【知識(shí)目標(biāo)】1通過對(duì)步進(jìn)指令的研究，了解指令的組成、各操作數(shù)范圍的設(shè)置、指令的輸入、指令執(zhí)行后各操作數(shù)的變化以

2、及帶來程序的變化，從而熟悉指令的作用和使用方法。2通過步進(jìn)指令指令應(yīng)用的訓(xùn)練及實(shí)訓(xùn)習(xí)題的編程練習(xí)，觀察程序執(zhí)行結(jié)果，分析指令執(zhí)行的過程原理，從而熟悉指令的具體應(yīng)用。【能力目標(biāo)】1能理會(huì)各氣動(dòng)元器件的功能。2會(huì)設(shè)計(jì)氣動(dòng)回路圖并分析工作原理。3會(huì)設(shè)計(jì)PLC外部接線圖。4能運(yùn)用步進(jìn)指令編制PLC控制程序。5培養(yǎng)學(xué)生合作學(xué)習(xí)、互相協(xié)助解決問題的能力?！舅刭|(zhì)教育】1培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、一絲不茍的嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)和勇于探索的精神。2培養(yǎng)學(xué)生的熱愛、追求、奮斗、奉獻(xiàn)的精神境界。【總體目標(biāo)】1專業(yè)能力：能對(duì)任務(wù)進(jìn)行獨(dú)立客觀地分析，從專業(yè)角度認(rèn)識(shí)與理解，并系統(tǒng)運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行處理及解決問題。2合作能力：培養(yǎng)與

3、他人協(xié)作、交流，最終共同完成任務(wù)，德育教育完全融化在教學(xué)過程中。3個(gè)人能力：激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)造思維，以達(dá)到知識(shí)探索、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高、協(xié)調(diào)發(fā)展的目的。學(xué)生情況分析本班學(xué)生已經(jīng)掌握了PLC的基本命令和氣動(dòng)控制技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，能夠熟練使用這些知識(shí)解決較簡(jiǎn)單的氣動(dòng)系統(tǒng)控制要求。上次課進(jìn)行了氣動(dòng)機(jī)械手安裝課題的學(xué)習(xí)，按照安裝工藝的要求已將機(jī)械手散件安裝成型，已能熟練掌握氣動(dòng)回路調(diào)試的操作技能?；菊莆樟穗姶砰y控制氣缸運(yùn)動(dòng)的方法，但還需鞏固強(qiáng)化。針對(duì)現(xiàn)在技校學(xué)生普遍基礎(chǔ)較差，在授課時(shí)應(yīng)采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)和基于工作過程導(dǎo)向，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，讓學(xué)生主動(dòng)地去思考、去探求；盡可能地多利用多媒體、教具、實(shí)物

4、，采用講、練結(jié)合，幫助學(xué)生建立理論與實(shí)際相結(jié)合的思維模式，使其真正掌握操作技能并可以活學(xué)活用。學(xué)材分析本教材采用“任務(wù)驅(qū)動(dòng)、案例教學(xué)”的方式編寫，但本教材實(shí)際操作性、學(xué)生跟隨學(xué)習(xí)性不強(qiáng)，學(xué)習(xí)起來較為枯燥；根據(jù)學(xué)生的接受情況，同時(shí)，為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教師通過“一體化課程設(shè)計(jì)”，使學(xué)生在“做中學(xué)”，“學(xué)中做”在掌握知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)，培養(yǎng)其實(shí)際專業(yè)技能。學(xué)習(xí)重點(diǎn)及其化解方法1使學(xué)生了解實(shí)施一個(gè)項(xiàng)目的全流程。2綜合運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題。3熟練運(yùn)用相關(guān)指令編制PLC控制程序。學(xué)習(xí)難點(diǎn)及其化解方法1學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)來解決實(shí)際問題的能力。2分工合作完成整個(gè)項(xiàng)目。3. 編制機(jī)械手拓展功能的PLC控制程序。資源

5、準(zhǔn)備1氣動(dòng)實(shí)訓(xùn)一體化裝置6臺(tái)（含氣動(dòng)機(jī)械手套件），常用電工工具、六角扳手各6套。2計(jì)算機(jī)12套，多媒體投影儀1臺(tái)。 3課堂練習(xí)項(xiàng)目任務(wù)書及評(píng)價(jià)表（每位學(xué)生一份）。學(xué)習(xí)任務(wù)教學(xué)組織流程教學(xué)活動(dòng)1：知識(shí)回顧與任務(wù)引入（1）組織教學(xué)（2）復(fù)習(xí)回顧（任務(wù)一 安裝氣動(dòng)機(jī)械手）（3）任務(wù)引入（任務(wù)二 氣動(dòng)機(jī)械手的PLC控制）教學(xué)活動(dòng)2：分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程分析PLC控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)流程(為開展項(xiàng)目教學(xué)作準(zhǔn)備)教學(xué)活動(dòng)3：系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試（1）引入課題（2）收集信息（3）分析問題、初步制定計(jì)劃（4）交流決定實(shí)施計(jì)劃（5）任務(wù)實(shí)施（6）任務(wù)驗(yàn)收教學(xué)活動(dòng)4：工作總結(jié)、評(píng)價(jià)與反饋（1）各個(gè)小組組長(zhǎng)組織討論，

6、各個(gè)成員對(duì)學(xué)習(xí)項(xiàng)目作最后的總結(jié)。（2）整理好項(xiàng)目作務(wù)書。（3）學(xué)生填寫教師提供的評(píng)價(jià)量表，評(píng)價(jià)自己在本次活動(dòng)中的表現(xiàn)和收獲。（4）成果展示。（5）小組之間互相評(píng)價(jià)打分，選出本次活動(dòng)的優(yōu)秀者。并給予獎(jiǎng)勵(lì)。學(xué)習(xí)階段學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)生活動(dòng)教師活動(dòng)考評(píng)方法與考評(píng)材料教學(xué)活動(dòng)1：知識(shí)回顧與任務(wù)引入一、組織教學(xué)考勤、填寫教學(xué)日志，調(diào)節(jié)課堂氣氛，調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)參與課堂，創(chuàng)造和諧活潑課堂，做好接受新知識(shí)的準(zhǔn)備工作。二、復(fù)習(xí)回顧（任務(wù)一 安裝氣動(dòng)機(jī)械手）（1）氣動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)主要由哪些氣動(dòng)元件組成？小組（學(xué)生）回答： 旋轉(zhuǎn)氣缸 氣爪氣缸 懸臂氣缸 閥島 手臂氣缸（2）讓某一小組手動(dòng)控制閥島演示機(jī)械手的動(dòng)作。教師總結(jié)并提出

7、問題：以上的方法只能手動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能， 對(duì)于這種比較復(fù)雜的氣動(dòng)系統(tǒng)，用傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，有何優(yōu)缺點(diǎn)？三、任務(wù)引入（任務(wù)二 氣動(dòng)機(jī)械手的PLC控制）通過播放氣動(dòng)機(jī)械手動(dòng)作視頻，細(xì)致演示氣動(dòng)機(jī)械手的整個(gè)動(dòng)作流程。引出今天的任務(wù)。啟發(fā)學(xué)生思考，并倡導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)和同學(xué)交流合作，用不同的方式來學(xué)習(xí)知識(shí)。通過自己的討論交流進(jìn)行探索和實(shí)現(xiàn)問題的解決，形成一定的知識(shí)解決模型，最終解決實(shí)際生活問題。學(xué)生聽講學(xué)生討論之后各個(gè)小組派代表上黑板寫出答案，并可重復(fù)改正。學(xué)生代表動(dòng)手操作，思考問題觀看視頻，發(fā)散思維調(diào)節(jié)課堂氣氛，調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)參與課堂教師設(shè)疑、引導(dǎo)、歸納教師總結(jié)并提出問題；合理提出針對(duì)性

8、強(qiáng)的問題引導(dǎo)學(xué)生從多種角度去思考導(dǎo)入要解決的重點(diǎn)問題PLC編程方法及工程實(shí)例教師提問學(xué)生問題，判斷學(xué)生是否理解和掌握相關(guān)知識(shí)，給予評(píng)價(jià)教學(xué)活動(dòng)2：分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程分析PLC控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)流程(為開展項(xiàng)目教學(xué)作準(zhǔn)備)深入了解和分析被控對(duì)象的基本方式、應(yīng)完動(dòng)作、自動(dòng)工作循環(huán)的組成、必要保護(hù)和聯(lián)鎖。確定系統(tǒng)所需的用戶輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。選擇合適的 PLC 類型，包括機(jī)型的選擇、容量的選擇、 I/O 模塊的選擇、電源模塊選擇等。分配 PLC 的輸入輸出點(diǎn)描述控制過程。根據(jù)工作功能圖表或狀態(tài)流程圖等設(shè)計(jì)出梯形圖即編程。整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)

9、設(shè)計(jì)最核心工作使用計(jì)算機(jī)輸入程序。排除程序中的錯(cuò)誤，同時(shí)也為整體調(diào)試打好基礎(chǔ)，縮短整體調(diào)試的周期。在 PLC 軟硬件設(shè)計(jì)和控制柜及現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試，可采取局部調(diào)試或分段調(diào)試的方法。系統(tǒng)技術(shù)文件包括說明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細(xì)表、PLC 梯形圖。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，結(jié)合以前學(xué)過的知識(shí)，循序漸進(jìn)完成任務(wù)，聽教師分析PLC控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)流程教師充分運(yùn)用各種教學(xué)方法通過設(shè)疑提高學(xué)生的興趣通過學(xué)生的討論形成互動(dòng)理論聯(lián)系實(shí)際通過鞏固練習(xí)，進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，同時(shí)教師也能得到及時(shí)反饋。為開展項(xiàng)目教學(xué)法作好準(zhǔn)備教師提問學(xué)生問題，判斷學(xué)生是否理解和掌握

10、相關(guān)知識(shí)，給予評(píng)價(jià)教學(xué)活動(dòng)3：系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試一、引入課題確定作務(wù)：氣動(dòng)機(jī)械手的PLC控制向?qū)W生提出控制要求：氣動(dòng)機(jī)械手的動(dòng)作順序如下： 初始位置啟動(dòng)懸臂伸出手臂下降氣爪夾緊手臂上升懸臂縮回機(jī)械手向右旋轉(zhuǎn)懸臂伸出手臂下降氣爪放松手臂上升懸臂縮回機(jī)械手向左旋轉(zhuǎn)初始位置。向教師咨詢項(xiàng)目的有關(guān)細(xì)節(jié)：1.在編程時(shí)是否考慮程序的可讀性和最優(yōu)性。2.明確學(xué)習(xí)方式。3.明確完成時(shí)間。4.明確評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)含義。全體學(xué)生思考如何完成項(xiàng)目的要求，并和教師進(jìn)行討論和交流。教師采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法引入課題確定作務(wù)：氣動(dòng)機(jī)械手的PLC控制；并向?qū)W生提出控制要求 教師提問學(xué)生解讀任務(wù)書內(nèi)容，判斷學(xué)生是否明確任務(wù)要求 二、收

11、集信息【目標(biāo)】 培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)如何收集、整理、歸納信息的能力。播放氣動(dòng)機(jī)械手的動(dòng)作視頻，讓學(xué)生直觀了解機(jī)械手通過程序控制得到的實(shí)際效果。指導(dǎo)學(xué)生查閱資料：1、上網(wǎng)搜索，提供網(wǎng)址。(1)、目的：了解可編程控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法(2)、目的：了解氣動(dòng)機(jī)械手的相關(guān)知識(shí)，包括氣動(dòng)元件和傳感器的原理、種類、優(yōu)點(diǎn)、接線方式等，篩選出對(duì)完成項(xiàng)目有用的知識(shí)。(3)、http:/www.mitsubishielectric-目的：下載三菱FX系列編程手冊(cè)，了解指令的相關(guān)知識(shí)。2、圖書查閱。如PLC編程實(shí)用指南3、書店查閱。4、引導(dǎo)學(xué)生確定編程方法。1、學(xué)生查閱教師所提供的網(wǎng)址：2、學(xué)生查閱相關(guān)書籍。3、了解典型的編程

12、方法(1)圖解法編程：包括梯形圖法、邏輯流程圖法、時(shí)序流程圖法和步進(jìn)順控法。 (2)經(jīng)驗(yàn)法編程。 (3)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)編程確定采用何種方法編程。 采用視頻演示法播放氣動(dòng)機(jī)械手的動(dòng)作視頻，邊演示邊介紹采用啟發(fā)式教學(xué)法指導(dǎo)學(xué)生查閱資料教師查看學(xué)生填寫任務(wù)單的情況，給予評(píng)價(jià)教學(xué)活動(dòng)3：系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試三、分析問題、初步制定計(jì)劃【目標(biāo)】 培養(yǎng)學(xué)生合作學(xué)習(xí)能力及計(jì)劃制定能力。根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容與班集體規(guī)模可分4人為一組，考慮學(xué)生的性別、家庭環(huán)境、能力高低、文化基礎(chǔ)、愛好特長(zhǎng)、性格等各方面因素，并設(shè)置教學(xué)情境。1、分析問題分析項(xiàng)目是具有順控的特點(diǎn)，每一步的轉(zhuǎn)移條件均為氣缸動(dòng)作到位的信號(hào)。2、確定解決方法

13、確定順控的轉(zhuǎn)移的條件，采用步進(jìn)指令編制PLC控制程序可實(shí)現(xiàn)線圈雙重輸出。3、準(zhǔn)備材料系統(tǒng)配置：FX2N48MR PLC一臺(tái)；啟、停按鈕二只，傳感器和導(dǎo)線若干。4、計(jì)劃實(shí)施步驟分配輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)程序設(shè)計(jì)PLC外部接線圖畫出氣動(dòng)回路圖程序運(yùn)行及調(diào)試5、制定計(jì)劃由小組成員制定計(jì)劃，分配小組成員的分工，確定完成時(shí)間。采用以下兩個(gè)原則進(jìn)行分組:1、組間求同，組內(nèi)存異2、角色互換，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)評(píng)價(jià)學(xué)生分析PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程知識(shí)掌握情況教學(xué)活動(dòng)3：系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試四、交流決定實(shí)施計(jì)劃【目標(biāo)】 培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散性思維。師生進(jìn)行專業(yè)交流。重點(diǎn)：學(xué)生說明怎樣做？為什么這樣做？結(jié)果會(huì)怎樣？特別要注意程序的多樣

14、性和最優(yōu)性，盡量拓展學(xué)生的視野，開發(fā)學(xué)生的思維，教師僅糾正偏差。引導(dǎo)學(xué)生可在以下兩個(gè)方面作思考：1、基本指令置位/復(fù)位指令2、置位/復(fù)位指令步進(jìn)順控指令，并比較兩者之間的不同點(diǎn)。各成員根據(jù)自己的任務(wù)收集相應(yīng)的資料并提出建議供其它同學(xué)論證。各小組成員進(jìn)行分工，確定每一個(gè)人所負(fù)責(zé)的具體內(nèi)容，并注意個(gè)人與集體的相互關(guān)系。由小組成員討論計(jì)劃的可行性，并進(jìn)行修改至完善。注意和教師的交流。討論表格的設(shè)計(jì)、接線方式、圖形的繪制等。 采用大腦風(fēng)暴法和學(xué)生進(jìn)行交流，拓展學(xué)生的視野，開發(fā)學(xué)生的思維，并做出引導(dǎo)師生共同點(diǎn)評(píng)，對(duì)小組的任務(wù)實(shí)施計(jì)劃進(jìn)行評(píng)分對(duì)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，小組合作能力，概括能力和口語(yǔ)表達(dá)能力進(jìn)行評(píng)

15、價(jià)教學(xué)活動(dòng)3：系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試五、任務(wù)實(shí)施【目標(biāo)】 培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)程序及舉一反三的能力。某小組的項(xiàng)目實(shí)施階段過程（參考）1、分配輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)輸入信號(hào)輸出信號(hào)啟動(dòng)按鈕X0夾緊電磁閥線圈YV1Y1復(fù)位按鈕X1上升電磁閥線圈YV5Y2手臂氣缸上限位傳感器X2下降電磁閥線圈YV4Y3手臂氣缸下限位傳感器X3伸出電磁閥線圈YV7Y4懸臂氣缸前限位傳感器X4縮回電磁閥線圈YV6Y5懸臂氣缸后限位傳感器X5左移電磁閥線圈YV2Y6旋轉(zhuǎn)氣缸左限位傳感器X6右移電磁閥線圈YV3Y7旋轉(zhuǎn)氣缸右限位傳感器X7氣爪氣缸夾緊到位傳感器X102、氣動(dòng)回路圖3、PLC外部接線圖4、程序設(shè)計(jì)六、任務(wù)驗(yàn)收程序運(yùn)行及調(diào)試

16、運(yùn)行觀察輸出結(jié)果與控制要求是否相符，及時(shí)調(diào)整有關(guān)器件，最終完成系統(tǒng)的正常運(yùn)行。1、各小組成員每人按照預(yù)定的設(shè)計(jì)開發(fā)流程開展任務(wù)，并按照規(guī)范操作完成2、小組成員之間相互協(xié)助實(shí)施3、查閱相關(guān)資料獲取信息，解決開發(fā)過程中的困難4、咨詢教師1、各小組成員每人按照預(yù)定的設(shè)計(jì)開發(fā)流程開展任務(wù)，并按照規(guī)范操作完成2、小組成員之間相互協(xié)助實(shí)施3、查閱相關(guān)資料獲取信息，解決開發(fā)過程中的困難4、咨詢教師1、各小組成員每人按照預(yù)定的設(shè)計(jì)開發(fā)流程開展任務(wù)，并按照規(guī)范操作完成2、小組成員之間相互協(xié)助實(shí)施3、查閱相關(guān)資料獲取信息，解決開發(fā)過程中的困難4、咨詢教師1、各小組成員每人按照預(yù)定的設(shè)計(jì)開發(fā)流程開展任務(wù)，并按照規(guī)范

17、操作完成2、小組成員之間相互協(xié)助實(shí)施3、查閱相關(guān)資料獲取信息，解決開發(fā)過程中的困難4、咨詢教師引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)合作關(guān)系學(xué)生操作工序，要不斷進(jìn)行工序間的檢測(cè)，教師以巡視及指出學(xué)生操作錯(cuò)誤為主。運(yùn)行程序，并進(jìn)行以下訓(xùn)練，接通(X0)，觀察輸出繼是器的變化，是否實(shí)現(xiàn)了控制要求?如發(fā)現(xiàn)程序運(yùn)行與控制要求不符，仔細(xì)分析，找出原因，重新修改，直到程序運(yùn)行與控制要求相符為止。要求學(xué)生記錄運(yùn)行調(diào)試過程。啟發(fā)學(xué)生能否使程序更為簡(jiǎn)潔、實(shí)用、易讀。如：步返回指令有多少種方法實(shí)現(xiàn)，哪一種更巧妙？布置實(shí)訓(xùn)思考練習(xí)題(提高學(xué)生的拓展能力)拓展1：系統(tǒng)上電或按下停止按鈕，氣動(dòng)機(jī)械手懸臂氣缸縮回、手臂氣缸上升、氣爪氣缸放松、旋轉(zhuǎn)氣缸左轉(zhuǎn)回到初始位置。拓展2：將懸臂氣缸的伸出和手臂氣缸的下降這二個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行；將懸臂氣缸的縮回和手臂氣缸的上升這二個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行，提高械械手搬運(yùn)效率。評(píng)價(jià)學(xué)生在實(shí)施過程中的團(tuán)隊(duì)合作能力評(píng)價(jià)學(xué)生在實(shí)施過程中的知識(shí)應(yīng)用能力評(píng)價(jià)學(xué)生在實(shí)施過程中的技能應(yīng)用能力評(píng)價(jià)學(xué)生在實(shí)施過程中的編程思維能力評(píng)價(jià)學(xué)生在實(shí)施過程中的編程思維能力 評(píng)價(jià)學(xué)生記錄結(jié)果及對(duì)出現(xiàn)情況的處理，評(píng)價(jià)學(xué)生在實(shí)施過程中的知識(shí)技能應(yīng)用能力教學(xué)活動(dòng)4：工作總結(jié)、評(píng)價(jià)與反饋工作總結(jié)、評(píng)價(jià)與反饋【目標(biāo)】 合理評(píng)價(jià)能力各個(gè)小組組長(zhǎng)組織討論，各成員對(duì)學(xué)習(xí)項(xiàng)目作最后的總結(jié)，按規(guī)范整理項(xiàng)目作務(wù)書學(xué)生自評(píng)小組之間互相評(píng)價(jià)教師對(duì)各個(gè)小組的