機電綜合設(shè)計課程創(chuàng)新與實踐

駱雪匯

關(guān)鍵詞：微課;翻轉(zhuǎn)課堂;物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

職業(yè)院校機電一體化專業(yè)大多開設(shè)了單片機、c語言、電子設(shè)計、傳感器等專業(yè)技能課程，并以案例為載體開展教學(xué)。但因課程授課老師屬于不同的學(xué)科領(lǐng)域，導(dǎo)致這些課程案例各自獨立，關(guān)聯(lián)性不強，無法向?qū)W生展現(xiàn)各學(xué)科內(nèi)容如何有效融合及如何有效地在工程中應(yīng)用。本研究通過基于微課和翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)習(xí)及應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能立體車庫控制系統(tǒng)項目開發(fā)，形成自頂層至底層的項目設(shè)計開發(fā)方法，最終構(gòu)建“學(xué)習(xí)一應(yīng)用一學(xué)習(xí)”這樣一條機電一體化課程閉環(huán)生態(tài)鏈。

1研究背景

目前，以微課、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的教學(xué)研究改革在各高等職業(yè)教育學(xué)校實踐研究方興未艾，而且由于國內(nèi)尚缺乏成熟的文獻(xiàn)、案例、經(jīng)驗，各職業(yè)學(xué)院的嘗試均為摸著石頭過河。所以將微課和翻轉(zhuǎn)課堂從少數(shù)研究者的實踐探索發(fā)展成為一種創(chuàng)新型的教學(xué)理論，積極進(jìn)行以微課、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在實際課堂的教學(xué)應(yīng)用研究對于高等職業(yè)教育課程改革具有重要的現(xiàn)實意義。

相對于國內(nèi)其他本科院校的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)建設(shè)，高職院校物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)課程建設(shè)相對滯后。物聯(lián)網(wǎng)是多學(xué)科交叉融合的綜合性專業(yè)，對高職辦學(xué)年限及現(xiàn)有師資力量、管理模式的要求比較高，機電專業(yè)要學(xué)習(xí)整個物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)知識與技能是不現(xiàn)實的。據(jù)調(diào)研，高職院校物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專業(yè)主要在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的操作、應(yīng)用、推廣等方向發(fā)展。在“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的背景下，各種新技術(shù)、新工藝、新方法不斷涌現(xiàn)，而課程新技術(shù)引進(jìn)相對滯后，導(dǎo)致當(dāng)下職業(yè)院校學(xué)生及老師想展現(xiàn)眾多的創(chuàng)新想法，卻無法從現(xiàn)有的課程學(xué)習(xí)中獲得足夠的技術(shù)支持去實現(xiàn)。

因此，本項目以建設(shè)省級重點專業(yè)為導(dǎo)向，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力，改革其課程體系、教學(xué)內(nèi)容、方法、手段以及實踐教學(xué)環(huán)節(jié)等方面，結(jié)合信息技術(shù)手段，引入物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)新理念、新技術(shù)、新方法，更新教學(xué)內(nèi)容、強化實踐能力、突出專業(yè)特色，實現(xiàn)機電一體化創(chuàng)新人才培養(yǎng)，是目前迫切需要解決的問題。

2設(shè)計思路

探索與區(qū)域內(nèi)先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)校企合作課程，整合機電一體化專業(yè)現(xiàn)有c語言、單片機技術(shù)、傳感器、可編程控制器、電子電路設(shè)計等專業(yè)核心技能課程，引入物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)，開發(fā)一門基于微課和翻轉(zhuǎn)課堂的物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用綜合實訓(xùn)課程，從而將各學(xué)科相融合成一體。并且本研究以課堂教學(xué)的全面信息化教學(xué)改革為目標(biāo)，進(jìn)行基于微課的翻轉(zhuǎn)課堂理念課程的信息化教學(xué)設(shè)計，從而改變“以教師為中心”的教學(xué)方式，實現(xiàn)“以學(xué)生為中心的”教學(xué)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。研究主要圍繞該課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重建，在搭建課程教學(xué)平臺與開發(fā)課程教學(xué)資源以及改革課程考試與評價體系等幾個方面展開，最終實現(xiàn)將本課程建設(shè)成為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與職業(yè)教育教學(xué)深度融合示范性精品課程。

2.1項目規(guī)劃

根據(jù)高職機電一體化技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和專業(yè)定位，本課程項目以立體車庫控制系統(tǒng)典型應(yīng)用情境為主線。設(shè)計多個單元模塊承載教學(xué)章節(jié)，包括直流穩(wěn)壓電源、電機控制裝置、壓力檢測開關(guān)、信號傳輸。各單元模塊盡量以不同方案實現(xiàn)，讓學(xué)生舉一反三，如各電路模塊分別用分立元件和集成電路實現(xiàn)。各單元模塊不僅是本課程的學(xué)習(xí)載體，也為單片機、c語言程序設(shè)計、傳感器、電子電路設(shè)計等后續(xù)課程提供硬件支撐。

2.2內(nèi)容重構(gòu)

課程將原多門課程的知識內(nèi)容整合到各模塊中。如將電子技術(shù)知識點二極管、三極管、整流、濾波、穩(wěn)壓知識整合到直流穩(wěn)壓電源模塊中;將電機驅(qū)動與報警等知識整合到車庫升降控制模塊中;將傳感器等知識整合到車輛檢測控制模塊中;將A/D轉(zhuǎn)換、計數(shù)器、數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器、數(shù)碼管電路等知識整合到車位狀態(tài)顯示模塊中。

在物聯(lián)網(wǎng)課堂上講授單片機接口內(nèi)容時，可以在教學(xué)中結(jié)合應(yīng)用原理、庫函數(shù)等，以及模塊知識的學(xué)習(xí)都可用項目案例教學(xué)，并使用智能機器人小車編程控制，這樣就有效提升了課堂教學(xué)的趣味性。同時老師在這過程中可以結(jié)合學(xué)生的實際情況，盡可能地減少理論知識教學(xué)學(xué)時，強化實訓(xùn)項目操作，增加物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議棧等知識點教學(xué)，如可以重點突出c語言編寫的Zigbee協(xié)議棧程序，讓學(xué)生更加清晰地了解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)構(gòu)形態(tài)等知識，提高學(xué)生的實踐能力和操作能力，促進(jìn)專業(yè)課程教學(xué)改革深入發(fā)展。

2.3翻轉(zhuǎn)課堂混合教學(xué)模式

該模式將以前單一的線上課程學(xué)習(xí)過渡到線上、線下相結(jié)合起來，形成一個閉環(huán)的學(xué)習(xí)情境。在這里分為兩部分：第一部分是利用空中課堂進(jìn)行線上學(xué)習(xí)各模塊知識。課程教師根據(jù)本課程的教學(xué)目標(biāo)，先對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行模塊劃分，歸納出不同模塊的知識點，并分別推薦智能小車及車庫各模塊控制視頻鏈接或制作短視頻等上傳到網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺。課前提醒學(xué)生自主學(xué)習(xí)，教師在線解答學(xué)生學(xué)習(xí)的疑難問題。第二部分是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用實訓(xùn)，在翻轉(zhuǎn)課堂結(jié)束以后，需要增加DIY項目訓(xùn)練這一教學(xué)環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)是翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的重要組成部分。最終目的是實現(xiàn)理論學(xué)習(xí)與實踐應(yīng)用的共同教學(xué)目標(biāo)，從而有效提升學(xué)生對機電專業(yè)課程的應(yīng)用實踐能力。

3課程實施

3.1專業(yè)課程內(nèi)容

本課程對于電子技術(shù)的基本概念、專業(yè)術(shù)語和基本理論等基礎(chǔ)知識，是學(xué)生要求必須掌握的重點內(nèi)容，這類教學(xué)內(nèi)容適宜采用課堂講授加實驗驗證輔助教學(xué)。教師和學(xué)生針對重點知識進(jìn)行分析和實驗，理解其中的專業(yè)術(shù)語、定律，適當(dāng)利用儀器儀表進(jìn)行實驗驗證加強理解。教師推薦的相關(guān)拓展資源（網(wǎng)絡(luò)資源或是補充的微課教學(xué)資源）讓學(xué)生課外訪問，以加強對專業(yè)知識的理解和應(yīng)用。

而在單片機、c語言、傳感器等課程要求掌握的基本概念和理論則由于涉及的內(nèi)容較多，比較分散，或者教材的內(nèi)容雖經(jīng)典但與當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的潮流脫節(jié)，但對當(dāng)前技術(shù)學(xué)習(xí)有一定指導(dǎo)作用，那么這些章節(jié)的內(nèi)容可以采用課堂講授加部分翻轉(zhuǎn)課堂形式進(jìn)行。將以翻轉(zhuǎn)課堂形式開展教學(xué)活動來傳授這些離散的知識內(nèi)容，或是補充新近學(xué)科動向。比如本課程的立體車庫模型，同時可以增加人工智能機器人小車編程，這些都正在越來越多的物聯(lián)網(wǎng)課程教學(xué)里得到推廣。

3.2創(chuàng)新實踐運用

本課程的創(chuàng)新內(nèi)容是知識點呈模塊化分布，每個模塊集中講授原來一門課程內(nèi)容，各模塊是并行的關(guān)系，因此，可以采用完全翻轉(zhuǎn)課堂形式進(jìn)行課程教學(xué)。任課教師指導(dǎo)學(xué)生分成幾個學(xué)習(xí)小組，分別代表不同的課程模塊，對該模塊內(nèi)容進(jìn)行探索學(xué)習(xí)，并設(shè)計相應(yīng)用的典型應(yīng)用電路或系統(tǒng)編程，課堂上每個小組將學(xué)習(xí)成果與同學(xué)交流和分享，每個小組在老師指導(dǎo)下進(jìn)行比較學(xué)習(xí)和效果評價，這樣極大幫助了學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的深入理解。

3.3知識點案例設(shè)計

案例1：項目車輛檢測模塊，內(nèi)容包括放大器，反射式光電管u1的第二端通過放大器與控制模塊的輸入端連接。

該項目實施前，讓學(xué)生先通過查閱電子元件功能說明。因大部分教材上的知識點已經(jīng)幾十年了，通常理論性較強。因此我們采用部分翻轉(zhuǎn)課堂，教材內(nèi)容中反映的重點元件特性由教師講解，同時也布置了課外的學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生自己事先下載相關(guān)的經(jīng)典電路、翻轉(zhuǎn)課堂、慕課等教育技術(shù)領(lǐng)域目前研究的熱點問題，可以指定幾個學(xué)習(xí)小組，每組幾名同學(xué)，對相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行重點討論學(xué)習(xí)，并將成果形成材料（以PPT形式為主），與其他小組在上課時將報告進(jìn)行分享和交流，讓所有學(xué)習(xí)同學(xué)都了解放大器和光電管的工作原理和功能，開發(fā)學(xué)生的電子應(yīng)用技術(shù)技能，引發(fā)學(xué)生的興趣和關(guān)注。

案例2：課程項目控制單元還包括若干個壓力傳感器，壓力傳感器分別安裝在車輛載板和停車位上并與控制模塊連接。

因此關(guān)于傳感器的學(xué)習(xí)理論是本案例的學(xué)習(xí)重點和難點，因此我們也是采用微課和翻轉(zhuǎn)課堂，可在課網(wǎng)站上查找到省級精品課程《傳感器技術(shù)》，提前通過線上視頻學(xué)習(xí)，再結(jié)合教材內(nèi)容，分成幾個學(xué)習(xí)小組分別進(jìn)行資料收集整理，讓每個小組應(yīng)用傳感器設(shè)計典型應(yīng)用電路等，形成課程小設(shè)計。課堂上，各小組展示自己的學(xué)習(xí)成果，通過小組互評和辯論，讓學(xué)生了解不同的主要觀點、優(yōu)缺點及其應(yīng)用。

4平臺設(shè)計

4.1平臺設(shè)計要求

為確保翻轉(zhuǎn)課堂的有效實施，教師應(yīng)根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程內(nèi)容及教學(xué)目標(biāo)，利用相關(guān)軟件制作物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，整個系統(tǒng)平臺涵蓋課程資源模塊、師生互動系統(tǒng)、仿真控制系統(tǒng)。另外，線上教學(xué)平臺不僅能支持電腦Pc端的在線學(xué)習(xí)，而且必須能夠應(yīng)用于移動手機端。

4.2微課技術(shù)運用

微課是實現(xiàn)本課程翻轉(zhuǎn)課堂線上線下教學(xué)模式的核心要素。首先對課程任務(wù)的重點、難點進(jìn)行分析，然后分割成短小的內(nèi)容作為微課來講解演示。本課程知識點設(shè)計連貫遞進(jìn)的微課視頻及其對應(yīng)的學(xué)習(xí)資料，每個微視頻時長約5分鐘，不超過10分鐘，并且主題突出，綜合應(yīng)用單片機、電子技術(shù)、c語言等知識點，非常適合學(xué)生利用碎片化時間的特點進(jìn)行在線學(xué)習(xí)。老師利用微課的應(yīng)用來進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程教學(xué)，輔助知識重點和難點的講解，也極大地提高了老師的教學(xué)水平。

課后采用微課的形式，通過碎片化多次學(xué)習(xí)，能更有效加強學(xué)生對知識點的掌握。當(dāng)學(xué)生在進(jìn)行實訓(xùn)操作時，仍可通過觀看微課視頻來指導(dǎo)動手實踐，如立體車庫控制系統(tǒng)及智能機器人小車編程，將抽象的知識點轉(zhuǎn)化為具體形象的內(nèi)容，對于學(xué)生可以更加直觀地了解到問題的所在，在短時間內(nèi)掌握課程的學(xué)習(xí)要點，增強自身對知識的操作能力，提高學(xué)習(xí)效率。

4.3課程目標(biāo)與內(nèi)容線上線下銜接遞進(jìn)

目標(biāo)和內(nèi)容線上線下銜接一體化解決了內(nèi)容重復(fù)的問題。學(xué)生通過線上課前第一遍翻轉(zhuǎn)課堂的自主學(xué)習(xí)，減少了老師課堂理論知識講授時間，增加了課堂的項目實訓(xùn)時間，有效地提高了物聯(lián)網(wǎng)課程一體化教學(xué)效果。同時翻轉(zhuǎn)課堂還可以延伸至課外進(jìn)行二次設(shè)計應(yīng)用，有效地幫助學(xué)生技能提升。

在課堂實施過程中，教師展示智能機器人小車、VR、智能立體車庫等物聯(lián)設(shè)備，根據(jù)課程目標(biāo)和技能要求進(jìn)行實操訓(xùn)練，激發(fā)學(xué)生對知識的學(xué)習(xí)興趣。在這個環(huán)節(jié)中，教師要充分利用微課的簡短性和針對性，對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課堂講課的內(nèi)容進(jìn)行指導(dǎo)，吸引學(xué)生對知識的學(xué)習(xí)興趣，利于教師的因材施教，提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

5結(jié)論

本課程創(chuàng)新實踐利用應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計方案結(jié)合微課技術(shù)、翻轉(zhuǎn)課堂發(fā)展方向，對傳統(tǒng)的機電一體化課程體系做出相應(yīng)的優(yōu)化和改革，并通過課程實施加以驗證，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，有效加強了學(xué)生的專業(yè)技能，也為專業(yè)其他課程的改革提供了參考，同時這個創(chuàng)新實踐對其他專業(yè)的課程改革也具有借鑒意義。