论文摘要：基于FMS技术开发了模块化机电一体化教学培训系统，该系统有助于加深学生对机电一体化系统概念的理解，掌握车间柔性制造的方法，最后以作业计划与调度教学研究性、综合性实验为例，论述了该系统在培养学生理论与实践相结合的能力，提高学生学习兴趣和积极性的重要作用。
为使机械设计制造及其自动化专业学生在学习过程中，有机会将所学到的各门专业课的知识综合性地应用到接近于生产实际的过程中，为他们走上工作岗位后应用这种新的理念打下基础，学院除了建立适合于现代教学法模式的几个独立的专业实验室外，筹建了一个开放式自动化综合实验室。在这个综合实验室中，我们开发了一套完全接近于生产实际的模块化柔性制造系统，由省部共同投资。实验室的开放性主要体现在两个方面:一是系统组成具有开放性，系统中不同生产厂家的设备可相互兼容，便于以后扩展;二是实验室资源具有开放性，实验室可面向校内外各种层次的学生或培训学员，做到资源共享，扩大受益面。
1FMS系统组成
柔性制造系统机电一体化训练设备，包含一条闭环柔性输送装置和六自由度并联加工中心(加工站)、三自由度数控雕刻机及其控制系统、四自由度上料检测站及其控制系统、搬运站、安装站、安装搬运站、智能分类站、现场总线、多层次立体原料库及其控制系统、多层立体成品库及其控制系统、自动化输送线及变频调速控制系统、PLC数据采集及物料监控系统、系统监控及管理控制软件。
工业控制计算机通过运动控制卡发送位置信号给旋转立体上料库电机驱动器，电机驱动器驱动步进电机旋转一定角度，实现零件位置对准，同时设置检测开关，通过PLC采集至计算机，判断托盘上相应位置是否存在零件。自动上料机器人将待加工物料送至加工位置后，系统驱动锁紧装置进行物料定位固定，上位机按指定程序控制六自由度并联机器人，进行零件前序的加工。在主界面中点击数控雕刻机控制按钮，进人数控雕刻机控制界面，三自由度数控雕刻机主要实现对工件端面的雕刻，通过用户编制G代码也可以用软件将模型转化为G代码，然后通过计算机的串口将G代码传到雕刻机，雕刻机执行G代码。
零件前序加工完毕后，计算机控制零件搬运机器人将加工完的零件搬运至下一工序的加工位置。
在主界面中点击立体仓库状态按钮，进人立体仓库状态界面。立体仓库状态是用来实时显示立体仓库仓位的占用情况，系统实时检测各个仓位的状态，然后系统给码垛机发指令决定码垛机下一次将装配的成品放人哪个仓位，操作者通过观察状态位的图标情况，操作者就可以知道哪个仓位是否为空，并且知道各个仓位物件的重量，通过生产统计还可以知道立体仓库一共有多少个成品，每一类成品的个数及总重量。
2系统特点
(1)包含多种关键技术及单元，使学生了解更多的知识;机器人技术;物流仓储自动控制系统;立体仓库;自动输送线;自动码垛机;物流仓储管理和监控;PLC控制系统;传感器技术;计算机网络通信技术和现场总线技术;计算机控制;网络化视频监控技术;数据库技术;多轴运动控制器;气动技术;步进电机及驱动;伺服电机及驱动;VC,VB等高级语言编程。
(2)结合机电教学，编制了的实验指导书，包含多个实验:为了方便教学实际使用，我们为系统提供了专门实验指导书，其内容涵盖机械、控制、机器人示教、插补、自动装配、码垛等多项实验，供本科生、专科生和研究生专业选开，教师也可以根据实际情况，在实验指导书的基础上增开设计性、综合性实验。
(3)交互式图形化操作界面:系统控制软件采用WINDOWS操作系统，具有交互式和图形化特点，操作简单易学，自动化程度高，使教师和学生在很短的时间之内就可以掌握对系统的操作。
(4)丰富的状态反馈功能:通过计算机与各单元及传感器的通讯，将系统中各环节的状态显示在操作界面上，使操作者通过计算机随时了解系统各环节的工况、状态、运行数据，掌握系统运行状态。
(5)完善的生产及物料存储统计功能:根据现代柔性制造系统的特点及仓储物流的发展动向，不但在工作过程和原理上仿真实际生产过程，而且开发了生产及物料存储数据库，根据系统的运行随时记录和分析生产和存储数据。
(6)开放式系统结构:为了增强学生的参与性，系统采用了开放式结构，提供了完善的控制功能动态链接库和二次开发函数，不用了解底层复杂的时序和操作过程，只需要在VC或VB中简单的几行代码，学生即可开发出自己的运动或控制功能，激发学生的学习兴趣。
(7)网络化视频监控:系统提供网络化视频监控模块，使操作者在操作系统的同时，也可通过电脑屏幕实时观看系统的实际运行状况。同时对于有条件的学校，可将控制计算机与校园网相连解，使更多的学生和老师通过网络观看现场实验过程，提高系统利用率，也可实现远程教学。
3如何应用FMS进行本科实验教学
由于近年来高校的扩招，学生人数大幅上升，而大型实验设备台套数少;而且大型实验设备的实验通常包括编程、上机、结果分析等，需要的时间较长。因此，大型设备开设的实验不能简单的照搬其它实验教学的模式。我们分别探索了以下几种模式:
3.1开设综合设计性实验
本中心老师提出项目申请，参加学校实验室设备管理处组织的“工程实践”和机电工程学院组织的“机电一体化实训中心”项目。这些项目结合指导老师的科研项目，通过双向选择接受学校相关专业本科三年级以上的学生参加。学生分为2-4人一组;在教师的指导下，首先查阅文献和学习FMS的有关知识，编制程序，上机测试;实验的内容根据项目的研究内容而定，一般涉及多种设备;实验时间根据老师和学生双方商定，实行弹性制，不拘泥于课堂安排的时间。由于学生人数少，在实验过程中可以做到师生面对面的随时交流。
例如:作业计划与调度教学实验。
“作业计划与调度教学实验”的内容是让学生根据给定的加工工件信息，设计一个单件小批量零件加工的“作业计划与调度”的仿真系统，使目标函数“最长流程时间”的值最小，然后对仿真结果进行验证。实验的目标是:使学生加深对“作业计划与调度”概念的理解，掌握车间调度的方法，培养学生理论与实践相结合的能力，提高学生的学习兴趣和积极性。实验系统要具备以下功能:
(1)提供一个很好的、有代表性的研究对象，也就是使学生知道他们是在那个车间、那个环境为加工那些工件设计“作业计划与调度”的方案;
(2)提供一个很好的仿真环境及工具，用来建立仿真模型，使学生形象直观地看到车间调度的运行过程;
(3)提供实现“作业计划与调度”的算法和软件开发环境，使学生了解并掌握该算法的原理，并在仿真环境中实现算法，得到仿真结果;
(4)提供一个真实环境，如FMS车间或可真正运行的FMS车间模型，在此环境中对上面得到的仿真结果进行验证。
针对“FMS教学实验系统”只讨论一种特殊情况，即最长流程时间Fmax的计算先讨论n/m/P/Fmax问题，目标函数是使最长流程时间最短。最长流程时间又称作加工周期，它是从第一个工件在第一台机器开始加工时算起，到最后一个工件在最后一台机器上完成加工时为止所经过的时间，由于假设所有工件的到达时间都为零(Ri,I=1,2,3，…,n)，所以Fmax等于排在末位加工的工件在车间的停留时间，也等于一批工件的最长完工时间Cmax。
设n个工件的加工顺序为S=(S1,.S2,……，,Sn)，其中Si为排第i位加工的工件的代号。以CK(Si)表示工件Si在机器Mk上的完工时间，Pk表示工件Si在Mk上的加工时间，K=1,2,3,……,m；i=1,2,……,n,
式(1)是一个递推公式，当由式(1)得出Cm(sn)时，Fmax、就求得了。在熟悉以上公式之后，可以直接在加工时间矩阵上从左向右计算完工时间。对于某一工作地，在给定的一段时间内，顺次决定下一个被加工的工件。
3.2开设选修课
由于学习FMS的有关知识，需要学生们具有一定的专业知识;而且大型设备一般只有一套设备，要面向学生人数众多的本科生开设实验课有一定的难度。因此，我们首先开设了FMS的选修课。在讲授FMS技术的理论知识的基础上，开设FMS的上机实验课，学生分为3-5人一组。由于课堂讲授FMS的时间有限，加之是选修课;因此，在实验课之前，面对设备再介绍一次设备的原理、结构和用途等，以加深学生的印象;然后指导学生编制程序、适当的上机操作，辅导学生处理实验结果。
3.3为本科毕业设计提供实验
本科生的毕业论文是进行专业基本技能培养的重要环节，同时也是培养学生创造性思维方法、提高动手和解决问题能力的不可缺少的过程。参加本科毕业论文的学生，有充分的时间利用所掌握的专业基础知识，解决具体的问题;因此毕业论文是本科生学习和掌握大型实验设备的一个非常好的机会。
4FMS进行本科教学的体会和希望
4.1FMS进行本科教学的效果
通过上述三种方式向本科生开放大型实验设备，对学生选择专业有一定的帮助，也增加了学生参加推荐免试研究生和就业等的竞争力。例如，一名机电学院的学生参加了“FMS研究”项目后，对数控技术有关知识和应用有了一定的了解和兴趣，报考研究生时选择数控技术专业。另一名机电学院的学生参加“开放式数控系统的研究”，学习了切削图形设计、数控雕刻机及其控制系统等一系列操作，在老师的指导下自己操作选择刀具和切削参数，观察不同的切削过程，加深了所学的理论知识，熟悉了作业计划与调度的原理、立体仓库的基本操作;该生通过面试后顺利地被华中科技大学录取为研究生。
近年来为了适应地方经济和社会发展的需要，拓宽人才培养领域，在开设综合性实验项目和选修课时，也接受其他学院的学生。学生结束项目后，对所参加的研究工作非常有兴趣。
相比较而言，综合设计性实验效果明显好于选修课的实验。前者由于有充分的时间，我们摒弃了传统的验证实验的模式，采取了“双向互动”，教师以更多的精力启发学生的创造力，调动其主动性和积极性，发挥他们运用所学的知识去解决实际问题。对这种实验模式，学生表现出极大的兴趣。这种实验教学模式，不仅拓展了学生现代科学技能的理论和知识;在实验方法，应用技能方面也得到了提高，为他们今后走上社会，服务于社会，缩短理论与实践的差距奠定了良好的基础。
4.2存在的问题
现行专科层次学前教育专业所培养的人才质量不仅与幼儿园教师专业标准”相差甚远，而且也难以满足当前社会对学前教育人才的需求。究其根源，主要缘于目前专科层次学前教育专业人才培养模式所存在的诸多弊端。现行培养专科层次的幼儿教师这一任务，主要由高等师范专科学校承担。这些学校大多是由过去的中师”幼师”升格发展起来的，因而在人才培养模式上主要表现为两种倾向:一是沿袭中师模式，在专业课程设置及教学实施等方面继承中师传统。人才培养总体上比较侧重于学生艺体技能的训练和文化基础知识的学习，而忽视了学生教育理论水平的提升和从教能力的培养，侧重于学生艺体技能的全面训练，而忽视专业技能特长的提升。另一种是微缩本科模式，其课程关注的焦点仍然是知识或学科，强调知识的系统性和教学的整体性，艺体课程和实践课程所占的比例较小，艺术技能和从教能力也相当薄弱。这两种模式所表现出来的共性问题是:没能正确处理好理论与实践的结合问题，造成了在培养过程中理论与实践的脱节。为了适应当前我国幼儿教育发展的需要，作为培养幼儿教师的师范专科学校，必须针对原有的人才培养模式弊端，积极构建新型的理实一体化”学前教育专业人才培养模式，以满足社会对高素质幼儿教师的需求。
2理实一体化”人才培养模式建构
2．1理实一体化”人才培养模式建构的依据
做中学”。这是美国著名的哲学家、教育家约翰•杜威(JohnDewey)创立的实用主义教育理论的主要观点。这一理论对传统的教学内容、教学形式、教学方法进行了大胆地改革，取消了传统的教学大纲、教材，取消了班级授课制，取消了系统讲授，确立了从做事情中求学问”、做中学”的基本原则。教学做合一”。这是教育家陶行知创立的生活教育理论”的主要观点。这一理论提出了生活教育理论”的三大主张:生活即教育”、社会即学校”、教学做合一”。教学做合一”正是陶行知先生生活教育理论”中教学理论的观点。行为引导型”。这是德国职业教育中所采用的一种新型的教学方法。这种方法不同于传统的讲授法，不是以传授知识为主要目标，其核心是培养学生的关键能力，要求学生在学习过程中脑、手并用”，从而提高学生的学习能力和实践动手能力。
2．2理实一体化”人才培养模式的建构
目前学界虽然对人才培养模式内涵界定略有不同，但总的来看，人才培养模式所涉及的是培养什么样的人才、谁来培养人才和怎样培养人才的问题，从实质上看就是人才的培养目标和培养规格以及实现这些培养目标的内容、方法或手段。
2．2．1明确培养目标
2012年国家颁布试行的《幼儿园教师专业标准(试行)》，凸显了幼儿教师的幼儿为本、师德为先、能力为重、终身学习”的教育理念。在这一背景下，师范院校理应对学前教育专业及人才培养目标进行重新审视和定位。从职业面向看，学前教育专业具有职业性和师范性双重性质。就职业性而言，学前教育专业应以培养各类学前教育机构一线应用型人才为目标;就师范性而言，学前教育专业毕业生的服务对象是0－6岁学前儿童，是一个思维活跃、想象力丰富、身心正在迅速发展的稚嫩的生命群体。由于服务对象不同于工厂里生产的同一规格的物质产品，学前教育人才培养的过程和方法也与其它专业迥然不同，具有很强的师范性。从学历层次看，作为专科层次的学前教育专业具有自身的培养定位。它既不同于传统中职学校轻理论，重技能”的培养倾向，也不同于传统本科院校重理论，轻技能”的培养倾向，而是既要立足行业特色，着眼于学生专业技能及教育实践能力和创新精神的培养，又要积极寻求与本科学前教育专业乃至学生终身发展的对接，给学生以可持续发展的动力和空间。根据这一分析，专科层次的学前教育专业培养目标应该定性”在教育、定格”在专科、定向”在学前。具体应定位于:培养具有从事学前教育必需的专业基本知识和基本理论，具有从事学前教育教学的音乐、美术、舞蹈等基本技能，具有创新意识和知识拓展能力，能够在托幼机构从事保教工作的高素质技术技能型幼儿教师。”
2．2．2完善课程体系
学前教育专业的课程设置应以《3～6岁儿童学习与发展指南》、《幼儿园教师专业标准(试行)》等学前教育纲领性文件为本，结合幼儿园教师工作岗位的需求，与幼儿园合作，共同分析学前教育专业的岗位职业能力和典型工作任务，打破原有的学科体系，重新构建本专业的课程体系。课程内容对接职业标准。结合幼儿教师岗位需求，对学前教育专业课程进行调整:一是课程体系突出专业性，强化实践性，结合幼儿教师任职要求，按照全面发展、学有专长”的人才培养目标，调整课程结构。调整后的实践教学学时占总学时60%左右。二是专业教育课以儿童为本”，按照《教师教育课程标准(试行)》课程设置要求，重新对专业教育课教学内容进行调整。改革专业技能课的教学内容和学时，专业核心课是成为一名专业化幼儿教师的根本，它在教育过程中的地位与作用毋庸置疑。为增强专业核心课程实用性，应围绕儿童，一方面，加大专业核心课程建设力度，在掌握理论知识的同时，注重儿童观、教师观、教育观”的养成教育;另一方面，不断完善和提高深入幼儿园的教育教学质量，在教育实践中实现学前教育专业人才培养目标。三是课程大纲对接工作过程标准。课程大纲是实施教育思想和教学计划的基本保证，是进行教材建设和教学质量评估的重要依据，也是指导学生学习，制定考核说明和评分标准的指导性文件。
2．2．3强化实践育人
依据人才层次的应用性、知识和能力的职业性、人才类型的技能性、毕业生去向的基层性等方面，构建教育见习－课程实训－师范生基本功赛训和专项实训－教育综合实习—顶岗实习”渐进式实践体系。校内模拟实训与校外顶岗实操相衔接。构建学生课内实训—校内实训基地—仿真实训—校外基地实训”的技能训练链，把校内模拟实训与校外顶岗实习相互结合，为学生参与幼儿园实践，进一步提升实践技能水平奠定基础。课内学练与课外演练相结合。大力改革课内实践教学的形式，采用了课堂理论教学与边讲边练、专业实训与校外实习结合等多种教学方法，逐步形成基本实践能力与操作技能、专业技术应用能力与专业技能、综合实践能力与综合技能有机结合的实践教学体系。增加部分课程的实践课时，如在声乐课中增加幼儿歌曲”的课时量、钢琴课中增加即兴伴奏”的课时量等，使专业理论课有1/4的实践教学内容，专业技能课有2/3的实践教学内容。在各种幼儿园活动指导课程中，将实践活动部分提前分散安排，重点训练学生课堂教学的能力。在教学中针对性地采用微格教学、媒体形象化教学、案例教学、实训基地模拟教学等形式，把实训项目作为教学的具体内容，教学专题的考核就是对实训项目的检验。通过对实训基地各教学专题的实训，学生将能够承担学前教育行业的教育、教学、科研和管理工作。通过组织参加校内外各类型活动的演出、社会调查、各类职业技能大赛等活动，促进学生对专业技能的学习和练习，做到学练结合”、演练结合”。
2．2．4转变教学方法
采用多样化教学方法。广泛采用现代化的多媒体教学手段，为课堂教学和学生自学提供支持与服务，专业主要课程逐步配备多媒体课件和电子教案;按照以学习为中心原则、行动导向的原则、整体化学习的原则和管理式的原则，积极进行教法改革。强化理论实践一体化”教学模式、学生的探究型和自主研究型学习模式，采用案例法分析、项目教学法、角色扮演法、情境教学法、头脑风暴法等多种教学方法。灵活运用多种恰当的教学方法有效调动学生的学习兴趣，促进学生积极思考与实践。
2．2．5改革评价方式
基础会计就是这么一门抽象化的课程，抽象概念很多，有些定义学生读起来简直就像绕口令，即使学生能像绕口令那样背的滚瓜烂熟，却不一定理解透了其中的含义。对于这种现象，我们应该好好思考思考。大部分人容易接受并且易于理解的都是那些形象的东西，对于抽象概念，脑海中形成不了图像，很快便会忘记。因此，我们应该加强形象思维教学，这样即能让课堂生动有趣，又能提高教学效率。当然，这并不是说一味追求形象化教学，理论知识固然有他的重要性。就好比一门武功，有心法，有招式，必须两者兼备而万万不可取其一。
2会计理实一体化
基础会计是会计的入门，是整个会计学习过程中最重要的部分，以后会计学的好不好，完全取决于入门学的好不好。但学习会计的人大都有个共同的体会，里面的概念太抽象化了，有些老师直接跟学生强调说，把这里背下来，把那里背下来，整个学习过程中，仿佛在学习语文，但是其中的概念定义感觉又好像是在看文言文，让学生摸不清头脑，学习效率必然是无法提高的。如果学生怎么也理解不了一个概念，或者是学不好的时候，往往会对这么学科产生抵触情绪，觉得自己并不适合学这么课程。因此提高学生的学习兴趣就格外重要。经过多年的探索发现，理实一体化教学在基础会计的学习过程中能对学生产生重大的影响。多种方法相结合，激发学生对基础会计的学习兴趣，并且在今后的实践过程中能灵活运用。那么，该如何做好理实一体化教学，需要哪些硬件设施等这都值得我们探讨。传统的理论教学都是在平时大家熟知的教室里进行的，前面是黑板，一张讲台，然后老师在黑板上书写各种理论知识，偶尔联系一些看似让人很容易理解的事例，台下的学生早已被这些抽象的概念“折磨”的昏昏欲睡，特别是在炎热午后，这时候台下估计已经趴下一大片。因为这些场景在学生看来已经熟悉的不能在熟悉了。那么，究竟该如何提高学生的学习兴趣呢？不如换个场景，不在传统教室，而是在理实一体化实训室，让学生从眼，耳，口甚至鼻全方位去体会，去学习。就好比看3D电影，全方位接收，同时又能把自己融入其中，自己也在其中扮演角色。这样，既能让学生有效的学习到专业知识，又能教会学生该如何在实际工作中运用到这些知识。简单灵活，而且过目不忘。因此，理实一体化实训室是个不可或缺的场所。当有了这个环境之后，又该准备哪些东西来丰富这个实训室呢？这就需要用到多媒体教学设备。
既然是理实一体化，那么当然不能脱离理论知识的讲解，但是按照传统方式讲解这些抽象的理论知识，又令学生难以消化，文字性的知识想象空间太大，也许同一句概念，不同的学生有不同的理解，而这些不同的理解却又都与正确的概念不相符。这时就可以利用多媒体教学设备把抽象的概念形象化，具体化，图片化的表现出来。通过图片或者视频的演示，让学生能更加直观的了解吸收这些抽象的概念。比如课本上讲的凭证，账本，报表该如何完成，光凭文字描述很难描述清楚而且还要让学生理解透彻，这时候把这些会计中常用的元素简单明了的用图片表现出来即省时又省力，老师不需要再费很多口舌去讲解会计账本是怎样的，又有哪些账本类型，一张图片或者是一段视频让学生很清晰的了解到这些会计基本元素。在学校学习的知识都是为了将来在社会上能够学有所用。那么，可以让学生在学习阶段就到公司企业实地学习，了解公司的业务流程，经济业务往来在会计核算中的处理方式。而且这种直观的方式能大大提高学生的学习兴趣，并且能自主学习，拓展知识面为以后步入社会打下基础。当然，这些硬件设施和方法都离不开教师的引导，提升教学质量也很重要。当学生面对无法解答的难题是，教师能够用灵活易懂的方式做出解答对理实一体化来说也至关重要。
3基础会计中的理实一体化教学该如何应用
各所高校做了很多方法与实践，如多媒体教学，企业公司实地学习，场景重现等等。通过这些方式，都使得学生能够将理论与实践有效的结合起来，并且从中体会出自己的感受，总结出适合自己的学习方式与步骤。在初学会计的时候，学生对会计一无所知，会计的定义，会计的内容，会计在企业中的位置以及发挥的作用如何都不知道。那么，老师在教学过程中可以采用情景模拟的方式，让学生了解到会计在一个公司里面的职责。模拟一个企业的成立，从成立之处到企业的发展壮大，会计在其中扮演的角色和所处地位。当学生了解到会计对于一个企业甚至是一个国家的重要性，并能看到会计的发展前景的时候，这将大大提高学生的学习兴趣，使得学生会自主学习这些“抽象而复杂”的理论知识，因为他们了解到会计的重要性，并且由此重视自己。在条件允许的情况下，可以与企业配合，带学生去参观，通过企业会计人员介绍工作流程，岗位设置，会计责任。这些都能激发学生的责任感和积极性，使得他们学好这么课程为以后打下坚实的基础。
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