“机电一体化系统设计”混合式教学模式改革

来源:用户上传      作者:许宇翔 郝利峰 郑慧萌 陈婷婷 张岚

　　[摘 要] “机电一体化系统设计”及课程设计是机械电子工程专业的核心课之一，具有理论性、实践性和创新性均较强的特点，其本身固有的特点使之对机电专业人才的培养具有重要意义。根据专业的发展，在该课程的教学和实践环节中体现“一体化”概念和混合式教学模式，完成了教师、课堂教学与评价体系三方面的转变，实现了课程教学质量以及人才培养质量提高。
　　[关键词] 机电一体化系统设计;混合式;教学模式;评价体系
　　[基金项目] 2019年度湖州师范学院求真学院发展专项资助（2019QZZX12）
　　[作者简介] 许宇翔（1981—），男，浙江湖州人，硕士，湖州师范学院求真学院理工分院讲师，主要从事机电控制研究。
　　[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）17-0210-02    [收稿日期] 2019-11-15
　　 一、引言
　　目前，机电一体化系统设计是笔者所在学校机械电子工程专业的专业方向课程，具有理论性、实践性和创新性较强的特点，其本身固有的特点使之对机电专业人才的培养具有重要意义。由于该课程与前期多门课程联系紧密，如何提高学生学习的积极性，使得学生能尽快进入学习状态，是该课程教师一直研究的一个课题。
　　随着网络化和信息化技术的发展，出现了翻转课堂、MOOCS学习模式等形式多样的授课方式，课程的线上与线下授课提升了学习的自主性[1-2]。由于课程的特殊性，在教学与实践过程中引入混合式教学模式理念，强调机械+电子的一体化概念，使“反馈”“控制”“闭环”等思想始终贯穿整个课程教学过程，根据讲授的具体知识点适时引入该思想，通过实践环节对前期机械原理与设计、电工学、控制工程等课程综合培养学生的创新思维和能力。课程教学模式的转变是实现教学质量和人才培养质量提高的重要方法，课程教师根据专业的发展和应用型本科人才的培养目标，以期实现教学模式中的三个转变，即：以教与学双向融合替代了单向授课方式、以课内外教学+实践的多维度方式替代了单纯的教授课程、以结果和多角度评价结合替代了单一的结果评价方法[2]。
　　二、传统教学方法存在的问题
　　网络化的发展对个人的职业规划及企业相关岗位提出了新的需求，传统的以教师在课堂上单向授课的方式和评价体系存在多年，这样的教学方法显然没有很好的利用好上述资源，容易造成课程设置、教学内容与岗位要求、学科竞赛等偏离较大，也导致了民办本科与公办二本培养模式的同质化，具体表现在如下方面：
　　1.理论教学与实践教学不相适应，教学方法有待改进。一般高校中，理论课和实践环节分别由不同的教师授课完成。理论课教师倾向于传授理论知识并将其作为解决实际问题的手段，而民办本科学生的数学等理论课程基础较薄弱，这样的教学形式使他们学习困难，课堂气氛沉闷进而影响实践动手能力的提升，也不利于应用型人才需求的企业用人原则[3]。受限课堂条件等问题，在理论教学的过程中不能很好的贴合实际，由于仍然采用以理论讲授为主、辅以少量实例演示的模式，忽视了学生在学习过程中的主体地位，整个教学过程仍然是一个“开环”，没有形成教与学的“闭合”回路。实验和课程设计等实践环节一味强调动手操作，只在学生的技能方面得到了加强，忽视了理论对实践的指导作用，其结果也还是限制了学生综合能力的提高。
　　2.实践环节不足以提升机电相互结合的课程学习目标。在教学的过程中，多采用“理论+实践”的模式来传授知识技能，但不少学生在学习完理论后，限于综合能力的不足，在实际环节中无从下手，导致了教学与企业实际需求在一定程度上的脱离[4]。上述问题的主要原因是本课程与前期多门课的关联度大，但现有的实验和实践课时数较少，这使得原有理论指导实践的作用被学生所忽视，在实践环节中所期望的发现问题、解决问题综合在一起的能力没有得到有效提高，同时还缺乏企业中所倡导的组织意识与团队协作能力。
　　3.课程本身具有与前期课程的紧密联系特点。机械电子工程已招生多年，该课程的教学模式虽然向多样化拓展，但在实际中忽视“适合”专业和授课对象，而本专业不少教师还参照二本的教育模式、教学大纲和培养目标，而民办本科学生如何安排，怎么讲授，要达到什么标准和水平，与二本学生如何区别，相关教师对此并没有系统和科学的研究和规划，导致教学上仍按既往学科知识体系进行教学，与应用型工科人才培养的目标有所偏差。
　　三、教学改革的内容
　　本课程的教学改革内容将从以下几个方法着手开展。
　　1.探索机电一体化课程的知识体系和课程思维框架构建。计算机和电子技术的发展，教师在教学中逐步加强对计算与控制等理论的理解与能力的培养，即“一体化”也是教学的重要部分，由于该课程涉及面广、涉及的知识点多，基于上述学习的要求和特点，找出几个课程或知识体系对应的共同征點，从而构建新的课程思维体系，形成以机械结构为本体，反馈控制为核心的“一体化”理念。
　　2.鼓励编程多样性的教学模式。对于机电一体化课程的学习，大多数学生即便掌握了PLC和单片机等课程的编程方法，仍然缺乏问题求解能力。在教学过程中，尊重个体差异，强调学习方法的多样性，即不按照教师的逻辑思维习惯分析问题、解决问题，而是倡导编程思路方法能力的培养，从而激励并培养创新意识、探索精神和问题求解能力。
　　3.建立多元考核评价体系。学生获取知识的渠道是多元的，因此对能力的考核方法也不能局限于采用一张考卷对其进行简单的评价，本课程开课在第6学期，此时学生已系统地学习了基础课和专业课，因此，不仅要考核学生的本课程内容的掌握情况，也要反映前期所学知识点的综合能力，这样才能全面反映现实的学习效果与状况。该课程的考核除了将常规的作业、课堂讨论纳入之内，还强调在课堂上综合应用所学知识的能力以及在实践环节中小组合作完成课程答辩报告、设计中体现的个人组织能力和团队意识等。 　　4.實践教学的改进。实践教学不仅仅是单纯的模仿性学习，它是学科知识的综合应用，以期培养与专业知识广泛相关的复合技能和创新能力[5]。本课程后续实践的主要任务是学习如何将前期多门理论课程的知识加以综合应用，设计出一个完整的机电一体化系统。以两周的课程设计为例，其实施步骤和环节如下：
　　（1）明确实践课程的目标、任务、要求和评价方法。
　　（2）以35个人的班级为例，2～3人为一组，完成一个如二维CNC工作台的系统设计。所选题目包括机械机构设计、电气与控制系统设计三部分，并由老师对各小组在实验室编写和调试的程序进行验收。
　　（3）每组做PPT答辩报告汇报完成情况，分享设计过程中遇到困难后的解决方法与思路。老师对细节部分提问并给出改进的建议，期间将学生的自评和互评纳入评分中，突出贡献度。
　　（4）完成系统设计，提交材料包括了纸质说明书、零件图、装配图、电路图和所编写的程序。最后，针对答辩环节和说明书等材料的完成情况给出小组得分，并根据完成过程中小组内的贡献给每人一个组员分数，并将该分数作为期末成绩中平时成绩的重要组成部分。
　　四、结论
　　机电一体化系统设计的学习不仅是对前期课程学习效果的检验，而且影响到后期的毕业设计甚至是就业等多个环节。从近3年的教学及实践环节的效果来看，混合式教学改革不仅改进了教学方法，而且很大程度上调动了学生参与教学和实践的积极性与自主性，学生不再是教学过程的旁观者。上述课程的改革已经形成了良好的教学思路和行之有效的教学方法，通过与课程设计的衔接，提升了学生文献查阅、计算机编程和仿真等过程实践的能力，并已取得了较好的教学成效。
　　参考文献
　　[1]孙立功，周立鹏，栗素娟.基于在线开放课程的电工学混合课堂教学模式改革[J].教育教学论坛，2018，386（44）：130-131.
　　[2]何钦铭.通过MOOC/SPOC课程推动课程教学方法的根本变革[J].计算机教育，No.253（01）：10-11.
　　[3]赵华.转型背景下“互换性与技术测量”课程教学模式改革与实践[J].教育现代化，2015，（15）：84-86.
　　[4]王富春.机电一体化专业“理论+模拟+实战”教学模式探讨[J].广西教育C（职业与高等教育版），2014，（12）：52-53+114.
　　[5]何伟，任敏.“机电一体化技术”实践式教学模式改革与反思[J].课程教育研究，2014，（16）：236.
　　Abstract：《Mechatronics System Design》 and curriculum design are one of the core courses of the mechanical major.It has the characteristics of strong theory，practice and innovation.Its inherent characteristics make it of great significance to the cultivation of mechatronics talents.According to the development of the major，the concept of "integration" and the mixed teaching mode are embodied in the teaching and practice of the course.The transformation of teachers，teaching and evaluation system is completed，and the teaching quality and talent training quality are improved.
　　Key words：Mechatronics system design;Hybrid;Teaching mode;Evaluation system
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