“機電一體化系統設計”混合式教學模式改革

許宇翔 郝利峰 鄭慧萌 陳婷婷 張嵐

[摘 要] “機電一體化系統設計”及課程設計是機械電子工程專業的核心課之一，具有理論性、實踐性和創新性均較強的特點，其本身固有的特點使之對機電專業人才的培養具有重要意義。根據專業的發展，在該課程的教學和實踐環節中體現“一體化”概念和混合式教學模式，完成了教師、課堂教學與評價體系三方面的轉變，實現了課程教學質量以及人才培養質量提高。

[關鍵詞] 機電一體化系統設計;混合式;教學模式;評價體系

[基金項目] 2019年度湖州師范學院求真學院發展專項資助（2019QZZX12）

[作者簡介] 許宇翔（1981—），男，浙江湖州人，碩士，湖州師范學院求真學院理工分院講師，主要從事機電控制研究。

[中圖分類號] G642.0 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）17-0210-02 ? ?[收稿日期] 2019-11-15

一、引言

目前，機電一體化系統設計是筆者所在學校機械電子工程專業的專業方向課程，具有理論性、實踐性和創新性較強的特點，其本身固有的特點使之對機電專業人才的培養具有重要意義。由于該課程與前期多門課程聯系緊密，如何提高學生學習的積極性，使得學生能盡快進入學習狀態，是該課程教師一直研究的一個課題。

隨著網絡化和信息化技術的發展，出現了翻轉課堂、MOOCS學習模式等形式多樣的授課方式，課程的線上與線下授課提升了學習的自主性[1-2]。由于課程的特殊性，在教學與實踐過程中引入混合式教學模式理念，強調機械+電子的一體化概念，使“反饋”“控制”“閉環”等思想始終貫穿整個課程教學過程，根據講授的具體知識點適時引入該思想，通過實踐環節對前期機械原理與設計、電工學、控制工程等課程綜合培養學生的創新思維和能力。課程教學模式的轉變是實現教學質量和人才培養質量提高的重要方法，課程教師根據專業的發展和應用型本科人才的培養目標，以期實現教學模式中的三個轉變，即：以教與學雙向融合替代了單向授課方式、以課內外教學+實踐的多維度方式替代了單純的教授課程、以結果和多角度評價結合替代了單一的結果評價方法[2]。

二、傳統教學方法存在的問題

網絡化的發展對個人的職業規劃及企業相關崗位提出了新的需求，傳統的以教師在課堂上單向授課的方式和評價體系存在多年，這樣的教學方法顯然沒有很好的利用好上述資源，容易造成課程設置、教學內容與崗位要求、學科競賽等偏離較大，也導致了民辦本科與公辦二本培養模式的同質化，具體表現在如下方面：

1.理論教學與實踐教學不相適應，教學方法有待改進。一般高校中，理論課和實踐環節分別由不同的教師授課完成。理論課教師傾向于傳授理論知識并將其作為解決實際問題的手段，而民辦本科學生的數學等理論課程基礎較薄弱，這樣的教學形式使他們學習困難，課堂氣氛沉悶進而影響實踐動手能力的提升，也不利于應用型人才需求的企業用人原則[3]。受限課堂條件等問題，在理論教學的過程中不能很好的貼合實際，由于仍然采用以理論講授為主、輔以少量實例演示的模式，忽視了學生在學習過程中的主體地位，整個教學過程仍然是一個“開環”，沒有形成教與學的“閉合”回路。實驗和課程設計等實踐環節一味強調動手操作，只在學生的技能方面得到了加強，忽視了理論對實踐的指導作用，其結果也還是限制了學生綜合能力的提高。

2.實踐環節不足以提升機電相互結合的課程學習目標。在教學的過程中，多采用“理論+實踐”的模式來傳授知識技能，但不少學生在學習完理論后，限于綜合能力的不足，在實際環節中無從下手，導致了教學與企業實際需求在一定程度上的脫離[4]。上述問題的主要原因是本課程與前期多門課的關聯度大，但現有的實驗和實踐課時數較少，這使得原有理論指導實踐的作用被學生所忽視，在實踐環節中所期望的發現問題、解決問題綜合在一起的能力沒有得到有效提高，同時還缺乏企業中所倡導的組織意識與團隊協作能力。

3.課程本身具有與前期課程的緊密聯系特點。機械電子工程已招生多年，該課程的教學模式雖然向多樣化拓展，但在實際中忽視“適合”專業和授課對象，而本專業不少教師還參照二本的教育模式、教學大綱和培養目標，而民辦本科學生如何安排，怎么講授，要達到什么標準和水平，與二本學生如何區別，相關教師對此并沒有系統和科學的研究和規劃，導致教學上仍按既往學科知識體系進行教學，與應用型工科人才培養的目標有所偏差。

三、教學改革的內容

本課程的教學改革內容將從以下幾個方法著手開展。

1.探索機電一體化課程的知識體系和課程思維框架構建。計算機和電子技術的發展，教師在教學中逐步加強對計算與控制等理論的理解與能力的培養，即“一體化”也是教學的重要部分，由于該課程涉及面廣、涉及的知識點多，基于上述學習的要求和特點，找出幾個課程或知識體系對應的共同征點，從而構建新的課程思維體系，形成以機械結構為本體，反饋控制為核心的“一體化”理念。

2.鼓勵編程多樣性的教學模式。對于機電一體化課程的學習，大多數學生即便掌握了PLC和單片機等課程的編程方法，仍然缺乏問題求解能力。在教學過程中，尊重個體差異，強調學習方法的多樣性，即不按照教師的邏輯思維習慣分析問題、解決問題，而是倡導編程思路方法能力的培養，從而激勵并培養創新意識、探索精神和問題求解能力。

3.建立多元考核評價體系。學生獲取知識的渠道是多元的，因此對能力的考核方法也不能局限于采用一張考卷對其進行簡單的評價，本課程開課在第6學期，此時學生已系統地學習了基礎課和專業課，因此，不僅要考核學生的本課程內容的掌握情況，也要反映前期所學知識點的綜合能力，這樣才能全面反映現實的學習效果與狀況。該課程的考核除了將常規的作業、課堂討論納入之內，還強調在課堂上綜合應用所學知識的能力以及在實踐環節中小組合作完成課程答辯報告、設計中體現的個人組織能力和團隊意識等。

4.實踐教學的改進。實踐教學不僅僅是單純的模仿性學習，它是學科知識的綜合應用，以期培養與專業知識廣泛相關的復合技能和創新能力[5]。本課程后續實踐的主要任務是學習如何將前期多門理論課程的知識加以綜合應用，設計出一個完整的機電一體化系統。以兩周的課程設計為例，其實施步驟和環節如下：

（1）明確實踐課程的目標、任務、要求和評價方法。

（2）以35個人的班級為例，2～3人為一組，完成一個如二維CNC工作臺的系統設計。所選題目包括機械機構設計、電氣與控制系統設計三部分，并由老師對各小組在實驗室編寫和調試的程序進行驗收。

（3）每組做PPT答辯報告匯報完成情況，分享設計過程中遇到困難后的解決方法與思路。老師對細節部分提問并給出改進的建議，期間將學生的自評和互評納入評分中，突出貢獻度。

（4）完成系統設計，提交材料包括了紙質說明書、零件圖、裝配圖、電路圖和所編寫的程序。最后，針對答辯環節和說明書等材料的完成情況給出小組得分，并根據完成過程中小組內的貢獻給每人一個組員分數，并將該分數作為期末成績中平時成績的重要組成部分。

四、結論

機電一體化系統設計的學習不僅是對前期課程學習效果的檢驗，而且影響到后期的畢業設計甚至是就業等多個環節。從近3年的教學及實踐環節的效果來看，混合式教學改革不僅改進了教學方法，而且很大程度上調動了學生參與教學和實踐的積極性與自主性，學生不再是教學過程的旁觀者。上述課程的改革已經形成了良好的教學思路和行之有效的教學方法，通過與課程設計的銜接，提升了學生文獻查閱、計算機編程和仿真等過程實踐的能力，并已取得了較好的教學成效。

參考文獻

[1]孫立功，周立鵬，栗素娟.基于在線開放課程的電工學混合課堂教學模式改革[J].教育教學論壇，2018，386（44）：130-131.

[2]何欽銘.通過MOOC/SPOC課程推動課程教學方法的根本變革[J].計算機教育，No.253（01）：10-11.

[3]趙華.轉型背景下“互換性與技術測量”課程教學模式改革與實踐[J].教育現代化，2015，（15）：84-86.

[4]王富春.機電一體化專業“理論+模擬+實戰”教學模式探討[J].廣西教育C（職業與高等教育版），2014，（12）：52-53+114.

[5]何偉，任敏.“機電一體化技術”實踐式教學模式改革與反思[J].課程教育研究，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