機電一體化技術課程教學中存在的問題與應對策略

馬雪亭，趙勁飛，蘇廣東，張 涵，郭崗崗

（塔里木大學 機械電氣化工程學院，新疆維吾爾自治區 阿拉爾 843300）

機電一體化技術是機械電子工程及其他相近專業（如機械制造、農機等）的核心專業課程之一，其理論性、實踐性與創新性較強，對機電專業人才的培養具有重要意義。且該課程與前期多門課程聯系緊密，如何提高學生學習積極性、盡快使其進入學習狀態，并提高學生自主設計與創新能力是該課程教師一直研究的課題[1]。

該課程突出特點是各學科知識點融合性較強，先修課程包括但不僅限于：機械設計、優化設計、互換性、可編程控制器、機電傳動與控制、單片機技術、虛擬仿真、傳感器技術、信號處理等課程，幾乎機電類各項專業課均有涉及，故該課程學習范圍較廣、跨度較大，且部分知識點較為抽象，部分學生學習較為吃力[2]。本文總結了作者工作以來，在該課程授課過程中存在的問題與幾種典型教學方法，對其進行了分析，并提出一種實物制作與課堂演示的教學方法。

1 機電一體化技術教學過程中存在問題

機電一體化技術課程的多學科知識點高度融合、跨度大、部分知識點較為抽象等特點，增加了學生學習該課程的難度，作者結合多年教學經歷、同行交流與文獻調研，總結出學生在學習該課程時存在以下問題。

1.1 學生興趣不夠，參與度低，配合度有待提高

由于該課程是一門多知識點高度融合課程，學生學習較為吃力，甚至放棄對該部分知識點的學習。在授課過程中發現，部分同學對所學知識點的應用不同程度感到迷茫，導致對這門課程不夠重視，學習興趣較低[3]。

1.2 學生學習主動性欠佳

課堂教學過程中，對于枯燥乏味的理論推導和講解，多滿足于課堂講解內容，課下較少開展探究性學習，較少主動閱讀或查詢相關書籍與資料，即使教師布置一定的課后拓展作業，也難以保質保量完成。

1.3 實踐環節不足以提升機電相互結合的課程目標

在教學過程中，多采用“理論+實驗”或“理論+設計”的模式來傳授知識技能，由于兩者存在明確先后順序（先理論后實驗或設計），加之理論教學較為枯燥單一，學生興趣不高，不少學生學習完理論課后，在實際環節中較難下手，導致理論與實踐不能較好銜接，教學質量有一定提升空間。

1.4 實驗設備不符合教學要求

實驗設備較為集成化，其硬件的外部接線多已固化好。學生僅根據指導書簡單接線即可完成，限制了學生的創新能力、動手能力和綜合分析能力。部分學生做完該課程的實驗后仍有“只知其然，不知其所以然”的感覺。

2 機電一體化技術教學常用教學方法

為解決或改善上述問題，各大高校的機電一體化技術課程的教學做了不同程度改革，作者通過教學方法交流、切身經歷、文獻調研等方式，總結了目前使用較為普遍的教學方式，具體如下。

2.1 翻轉課堂

即以學生為中心，教師作為輔助，起啟發與點評的作用。該方法在一定程度上可提高學生自主能動性，尤其是其中的主要參與者，若認真對待，將對所學知識印象深刻，經久不忘[4]。然而，翻轉式課堂較多適合少部分學習較為扎實、興趣濃厚學生，對整體不太適用。尤其是對部分積極性不高的學生，會出現應付了事現象，授課效果適得其反。且該教學方法效率較低，適當運用尚可，長期運用可能出現難以在規定學時完成教學任務情況。

2.2 以賽促教

該教學方法配備專業教師專門指導，真正讓學生將理論與實踐結合。該教學方法可使學生對課本知識加深理解，熟練掌握，并且切身感受其應用。加之各大比賽多數有獎勵機制，一定程度上提高了學生們參與的積極性[5]。然而，該方法具有明顯局限性，即受眾群體有限。以塔里木大學機械電氣化工程學院機械電子工程班級為例，參賽學生不足一半，且參賽隊伍中真正作為“主力軍”成員少之又少，不足整個班級人數1/3。對于絕大多數學生而言，課堂聽講仍是獲取知識、提高水平的主要途徑。

2.3 啟發式教學

與傳統“灌輸式”教學不同，該教學方法以啟發與引導為主，讓學生在思考中獲取知識。該方法可提高部分學生主動性，增加師生互動[6]。學生每完成一個問題，可獲得一定的成就感，增強自信。但該方法受眾群體有限，且教學進度較傳統教學模式低下，不適合用該方法連續長期教學。

2.4 增加線上授課環節，即線上線下結合授課

在線下面授基礎上，融入線上授課內容。眾所周知，線上授課無法對學生進行較好約束，過多依賴于學生自制力[7]。對于自制力較強學生，該方式效果尚可，其他學生則效果欠佳。另外，線上授課與面授相比，互動程度較差，且學生對授課內容印象不深。

3 一種實物制作與課堂演示教學方法的提出

現有教學手段不同程度存在效率低下、受眾群體較少等局限性。要整體提高學生對該課程的學習水平，歸根結底仍要回歸課堂本身，在課堂教學方法方面下功夫。

針對上述問題，可考慮實物制作與課堂演示的教學方法，即“課下實物制作，課上效果演示與理論講解”的教學方案，將教材中抽象、難理解的內容具體化，降低學生接受難度，提高學生動手能力與理論知識的掌握水平。實物教學是教學環節中能將理論與實踐緊密聯系、直觀性較強的一種教學手段。在課堂上通過講解相關知識點，布置難度適當的實體搭建任務，通過任課教師指導，師生共同完成實物制作。

例如，講解傳感器技術時，可利用光電、聲音、超聲波等傳感器模塊搭建可檢測不同對象的小實物，在任課教師指導下由學生分組制作（有條件的話可適當結合與課程相關的比賽作品要求，制作作品參賽），將制作好的小實物帶到課堂中去展示。在展示的過程中對知識進行講解與總結，使學生們真切感受到傳感器的相關用途。通過實物制作與課堂演示，學生更容易理解教材中的難點，克服學習該課程的恐懼感，同時為后期參加各種專業類創新類比賽項目以及畢業設計打好基礎。表1為部分主要章節的具體實物制作安排。

表1 機電一體化技術部分章節實物制作與課堂演示安排Tab.1 Physical production and classroom demonstration arrangement of chapters of mechatronics technology

4 結論

本文針對機電一體化技術課程的教學，結合作者多年教學經歷、文獻調研與同行交流，闡述了學生學習該課程時存在的問題，并通過文獻調研、交流等手段對各個高校的該課程的教學方法進行了總結與對比，分析了各種教學方法的優點與不足，提出了實物制作與課堂演示的教學方法，并列出了部分章節內容的實物制作與課堂演示具體安排，為該課程的教學提供了一種新的思路。