機電一體化系統設計課程三全育人教學模式探討

許吉禪 馬天兵

摘? 要 針對當前大學教學模式發展趨勢，結合機電一體化系統設計課程教學特點，探究利用信息化等手段實現對全體學生全過程全方位開展教學的新模式，并對機電一體化系統設計課程教學、課堂管理、課程思政和教學評估等方面的實施方案進行詳細探討。

關鍵詞 機電一體化系統設計;三全育人教學模式;課程思政

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）02-0086-03

Discussion on Teaching Mode of Three-wide Education for Me-chatronics System Design Course//XU Jichan， MA Tianbing

Abstract This article in view of the current development trend of university teaching mode， combining with the characteristics of Mechatronics System Design course teaching and explore the whole process of informationization means to all students all-round to develop a new mode of teaching， and the teaching of mechatronics system design， the classroom management， the curriculum ideology

and politics， and the teaching evaluation and so on the implementa-tion of the scheme is discussed in detail.

Key words mechatronics system design; teaching mode of three-wide education; curriculum ideology and politics

0 前言

隨著信息技術的不斷發展，在現代大學教育教學過程中逐步地融入大量的信息化元素，利用網絡教學APP系統開展線上教學，以其教學時間的延展性、教學地點的隨意性、教學對象的廣泛性以及教學選擇的多樣性等特點，正以迅速地發展趨勢替代部分傳統教學模式功能。特別是當前新冠肺炎疫情的影響，線上教學變成高校教學的主戰場。但是線上教學模式仍不能完全替代線下教學，未來線上+線下教學相結合的混合教學模式將會成為當前高校主流教學模式[1-2]。根據當前國家全員全過程全方位育人（簡稱“三全育人”）的要求，教師和學校都需要通過不斷地改革和創新，最終構建出一體化育人體系，辦好中國特色社會主義大學，培養出德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人[3]。

機電一體化系統設計是一門綜合性極強的工科核心課程，該課程的設置是為了讓學生掌握綜合利用機械、電子、控制等各方面專業知識的方法，開展機電一體化系統的設計工作，為學生未來進入社會或繼續開展研究性學習做好啟蒙和引導[4-7]。因此，該課程的教學對教師專業水平要求極高，同時對其教學模式提出更高的要求和更大的挑戰。本文分別從課程教學、課堂管理、課程思政和教學評估四個方面進行探討，以提高教師教和學生學的效率與質量，實現機電一體化系統設計課程“三全育人”教學。

1 課程教學

無論是線下教學還是線上教學，教學的主體都是學生。機電一體化系統設計課程的教學前提是要求學生已掌握機械、電子和信息等各學科基礎知識，目標是使學生把握機電系統智能化、網絡化、微型化和系統化趨勢，學會各學科知識的融會貫通，形成復雜機電一體化系統設計的基本思維。本門課程涉及領域廣，教師對該課程的教學內容和方法都需要進行精心選擇和準備，結合信息化教學，豐富教學內容、拓展教學方法，以獲得更好的教學效果。

教學內容的選擇? 對于機電一體化系統設計課程，掌握基本的概念、設計流程和設計規則，熟悉前人總結出來的設計方法，是教學過程中最為核心的教學內容。但是由于該部分內容相對較為枯燥，并不能引起學生很大的學習熱情。為此，選擇當前較為先進的、科技含量較高的機電一體化系統設計實例作為課堂教學的典型案例，成為該課程重要的一部分教學內容。典型案例的選擇是提高教學效率的關鍵，要求包括機電一體化系統設計的基本要素，能夠反映機電一體化系統設計的前沿趨勢。

本文選擇碼垛機器人作為典型案例，對相關的教學內容進行介紹。首先，通過介紹碼垛機器人的發展情況，讓學生初步掌握其最初設計需求、當前技術現狀和未來發展趨勢;然后，將碼垛機器人分解為機械、檢測與傳感、信息處理、自動控制、伺服驅動和系統總成六個關鍵技術分別進行討論，機械技術主要包括機械手和機械臂，檢測與傳感技術主要包括圖像獲取、位置檢測和光電傳感等，信息處理技術主要包括目標識別、空間定位和坐標系構建等，自動控制技術主要包括PLC控制程序、人機交互界面和穩定性控制，伺服驅動技術主要包括伺服驅動執行機構及其驅動電路等，系統總成技術主要包括電氣接口、機械接口和人機接口等;最后，在講授碼垛機器人典型案例過程中，聯系機電一體化系統設計相關的基本要素，進一步鞏固學生本課程基礎知識。此外，在課堂教學中增加對常用信息檢索技術的介紹，如知網、萬方、Web of Science和Ei等，引導學生掌握獲取當前最前沿技術和理論的本領，為今后開展學術研究或企業工作打好基礎。

教學方法的實施? 教學內容的展示力求做到圖文并茂，結合網絡動態視頻資源，使學生產生視覺沖擊，更容易領會相關原理;教學內容分配合理，每堂課的講授要求做到思路清晰和環環相扣，使學生具有帶入感。典型的案例教學能夠使學生了解機電一體化系統設計的基本流程和設計要素，但是只能起到拋磚的作用，而要達到引玉的效果，需要讓學生親自實踐，在實踐中聯系理論，自主探索并總結設計經驗，進而掌握基本設計方法。因此，可通過布置一個開放性設計課題任務，貫穿整個教學周期，讓每一位學生都參與機電一體化系統設計的全過程，共同完成各個關鍵技術的設計。可將學生分為若干個設計組，針對不同的研究任務對相關關鍵技術開展研究。同時，跟隨課堂教學進度，實時講解課題任務中相關設計思路，在課堂上通過討論對比多種不同設計方案的優缺點，選擇最優設計方案，最終完成系統各部件的集成。

但該設計課題任務的設置難度需適宜，并要求有很好的開放性設計空間，使學生能夠在有限的時間里完成任務，并理解和掌握基本設計理念。以60名學生的課程教學為例，擬定的課題任務為自動推進系統設計，由于推進系統應用場合較廣泛，故在教學過程中需要對其進行相應界定，如設定推進的軌跡、速度和負載等。根據不同的界定條件，將學生分為六個小組，每個小組負責一種界定條件的自動推進系統設計，并負責設計過程中涉及的機械結構技術、檢測傳感技術、信息處理技術、自動控制策略、伺服驅動技術和系統各接口技術。每個設計小組設置一名組長，負責本組整體設計及協調工作。在教學期間，課程內容的講授和每個小組任務中的六個技術設計相對應，并開展深入討論，優化各個小組設計。教師在開展教學過程中可利用錄屏軟件對整個課程講授進行錄制，方便學生課后復習，也能尋找課程教學方式的優缺點并進行改進。

2 課堂管理

機電一體化系統設計課程一般在大學四年級開展教學，但是大四學生由于考研和就業等因素，導致上課積極性和參與度普遍較低。針對教學對象的特殊性，必須要加強課堂管理，提高課堂教學效率，盡量不占用學生課后業余時間。通常在上課期間會采取不定期點名簽到等方法進行監督管理，但是效率太低，浪費課堂教學時間。當前存在的大多數線上教學軟件，如MOOC、學習通、雨課堂、騰訊課堂等，都具備課堂點名功能，可以在課前或者課后打開點名功能，在規定時間內完成簽到動作，這樣能夠大大提高效率。此外，課堂教學期間開展即時討論和問答等，隨機點名學生參與該環節，一方面增加課堂互動，另一方面起到監督的作用。對于分配的課題設計任務，需要及時在課堂上對每個小組不同技術的設計進展進行管理和反饋，分析方案的可行性并提出相關改進意見，保證每個小組設計任務能夠跟隨課程教學進度順利開展。

3 課程思政

課程思政是實現“三全育人”的重要措施。在教學全過程中，教師通過言傳、身教等各種不同方式，逐步培養學生高尚的職業道德修養，引導學生樹立正確的世界觀，激發學生從事創造性工作的熱情。機電一體化系統的設計是一項綜合性極強、對團隊合作能力要求極高的工作，對于每一位設計參與人，在基本掌握系統整體功能前提下，必須做好本職設計工作，努力做到精益求精，即需要一種工匠精神。同時，設計本身是一種學習后再創造的過程，如何優化現有設計，提高系統的性能和可靠性？這就要求設計者具備一定的創新意識。在教學過程中，通過典型案例教學的引導，對國內外關鍵技術的突破影響當前機電一體化系統設計理念和技術的發展進行詳細介紹，強化學生對當前國家創新驅動發展大趨勢的認識;結合課程基本教學內容，以及開放性設計課題任務的訓練，讓學生意識到團隊協作和專業知識技能的重要性。同時，結合當前全球環境、能源等問題，對設計過程中涉及的相關技術進行詳細介紹，引導學生樹立綠色設計理念。此外，組織學生討論相關領域優秀人才事跡，發揮榜樣的力量，使他們能夠從這些優秀人才身上學習做人做事的道理和方法，逐步樹立自己的人生理想和目標，積極為國家和社會作貢獻。

4 教學評估

根據前面關于本門課程相關教學模式的探討，在完成整個教學周期后采用何種方式對教學進行評估，是檢驗教學效果必須要考慮的。采用布置課后小作業和組織期末考試的形式對學生進行考核是目前常規的評估方法。但針對本文探討的“三全育人”教學模式以及教學對象的特殊性，采用各小組匯報并提交文字報告的形式考核學生平時作業成績（占40%），而出勤率和課堂表現也作為平時成績重要的考核內容（占10%）。期末考試以開卷形式進行考核（占50%），考核內容由基礎概念、分析計算和綜合應用三部分構成：基礎概念主要考查學生對課本上相關名詞定義的理解，分值為40分;分析計算主要考查學生運用相關原理和公式解決設計參數選擇的問題，分值為30分;綜合應用則主要考查學生完成機電一體化系統設計的綜合能力，分值為30分。采用這種教學評估方式，不僅能夠激發學生積極參與平時教學的積極性，而且可以對學生機電一體化系統設計各方面的能力進行考核。

5 結語

傳統的教學模式都是基于課堂教學，但是隨著各種信息化技術在教學過程中的應用，教學不再局限于課堂，在教學時間和空間上都得到很大的延伸。本文針對機電一體化系統設計課程教學，結合相關信息化技術，探討一種能夠實現全員全過程全方位育人的教學模式，應用于本科四年級學生教學，旨在促進大學生德智體美勞全面發展，掌握機電一體化系統設計相關的基礎知識和理論，建立綠色創新設計的意識，培養工匠精神，樹立服務社會和國家的志向。與此同時，加強教師專業水平，提高職業道德修養，做到以身傳教、以技服人、以德育人。

參考文獻

[1]楊麗莎.教育信息化下混合式立體化教學模式應用研究[J].現代交際，2019（18）：197-198.

[2]羅偉，杜為公，程叢喜，等.高校混合式課堂教學實踐探索[J].科技創業月刊，2019（6）：57-60.

[3]孫旭，金鑫，王旭東.三全育人研究綜述[J].高教論壇，

2020（2）：18-21，65.

[4]馮浩，汪建新，趙書尚，等.機電一體化系統設計[M].武漢：華中科技大學出版社，2018：1-236.

[5]張衛亮，劉明君.機電一體化系統設計課程教學改革與實踐[J].中國現代教育裝備，2019（12）：54-56，59.

[6]陳成軍，李東年.機電一體化系統設計案例教學研究與實踐[J].大學教育，2017（9）：54-56.

[7]文韜，龔中良，韓慶玨，等.《機電一體化系統設計》課程思政的教學探索與思考[J].時代農機，2019（7）：102-104.