機電一體化技術(shù)示范課程改革研究與實踐

李海軍　劉宇　葛麗娟

[摘 要] 根據(jù)機電一體化技術(shù)的課程特點，結(jié)合專業(yè)人才培養(yǎng)需求，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式與方法、考核與評價機制等方面進行了改革與實踐，促進學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與鍛煉，推進和提升了課程質(zhì)量和教學(xué)效果，起到了引領(lǐng)示范作用。

[關(guān)鍵詞] 機電一體化技術(shù);示范課;課程改革

[作者簡介] 李海軍（1970—），男，內(nèi)蒙古土默特左旗人，教授，研究方向：數(shù)字化農(nóng)牧業(yè)關(guān)鍵技術(shù)與裝備。

[中圖分類號] G642? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）25-0203-02? ? [收稿日期] 2020-02-01

一、引言

機電一體化技術(shù)是面向具有代表性的機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)，從較寬廣的應(yīng)用范圍講述機電一體化的基礎(chǔ)理論與應(yīng)用的一門專業(yè)基礎(chǔ)核心課程。我校機械設(shè)計制造及其自動化、農(nóng)業(yè)機械化及其自動化與車輛工程等專業(yè)，其綜合性、實踐性很強，涉及知識面廣、容量大，與機械原理、機械設(shè)計、液壓傳動、電工電子技術(shù)、單片機原理及應(yīng)用、自動控制原理、數(shù)控技術(shù)等課程緊密關(guān)聯(lián)。在新工科建設(shè)背景下，如何建設(shè)和發(fā)揮課程的引領(lǐng)示范作用，推進創(chuàng)新人才培養(yǎng)，具有重要的實際意義。

二、研究內(nèi)容與思路

形成“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教學(xué)體系，整合優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，探索互聯(lián)網(wǎng)條件下課程改革的內(nèi)容與建設(shè)，達到與前序、后續(xù)課程完美銜接，與專業(yè)知識培養(yǎng)體系相適應(yīng)的目標。改革教學(xué)模式與教學(xué)方法，將互聯(lián)網(wǎng)線上教學(xué)手段與線下教學(xué)相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的求知欲望，達到切實發(fā)揮學(xué)生主體作用的目的，加強實踐性教學(xué)，充分調(diào)動學(xué)生動手動腦的積極性，鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生自主獲取知識和實際應(yīng)用知識的能力。進行考核與評價體系改革，注重過程管理，為教學(xué)實施提供制度保障，提高教學(xué)效率，提高教學(xué)效果。探索互聯(lián)網(wǎng)條件下課程教學(xué)資源的建設(shè)，實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的碎片化設(shè)計、微課制作等，以適應(yīng)新教學(xué)形勢的需要。研究內(nèi)容如圖1所示。

三、教學(xué)內(nèi)容建設(shè)

通過組織相關(guān)專業(yè)教師進行討論、調(diào)研，明確機電一體化技術(shù)課程在專業(yè)培養(yǎng)中的定位及教學(xué)要求，以突出對學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)與鍛煉為主導(dǎo)，以切實提高教學(xué)效果為目標，合理組織授課內(nèi)容，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)，注重把科學(xué)研究中的典型案例與最新成果引入課程，培養(yǎng)學(xué)生的科研意識。課程總體教學(xué)內(nèi)容由課內(nèi)與課外兩部分組成。課內(nèi)學(xué)時涉及教學(xué)內(nèi)容為機電一體化概論、機械系統(tǒng)、測試系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、借口與抗干擾技術(shù)，共計24學(xué)時。課外學(xué)時分配將與相應(yīng)的教學(xué)法相結(jié)合，主要由驅(qū)動任務(wù)學(xué)習(xí)、翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)以及課題研究為主，其中驅(qū)動學(xué)習(xí)任務(wù)與翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)任務(wù)具體內(nèi)容可由教師根據(jù)實際教學(xué)情況確定，由學(xué)生通過MOOC、微課等網(wǎng)絡(luò)線上學(xué)習(xí)來完成，共計8學(xué)時和1周。

四、教學(xué)模式與方法改革

在整體教學(xué)設(shè)計上將圍繞課前、課中、課后三個階段展開。結(jié)合相應(yīng)的教學(xué)方法，課前主要要求學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源完成教師布置的學(xué)習(xí)任務(wù)，為課中知識的深化打好基礎(chǔ);課中將根據(jù)相應(yīng)教學(xué)內(nèi)容的性質(zhì)與特點，采用合理的教學(xué)方式，提高教學(xué)效率;課后以知識鞏固及應(yīng)用拓展為目的，通過完成相關(guān)作業(yè)任務(wù)和參與機電一體化創(chuàng)新活動來實現(xiàn)。課程教改是為了切實解決好理論與實際的聯(lián)系，真正提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及其主動性、積極性，重點解決兩個問題：一是互聯(lián)網(wǎng)線上學(xué)習(xí)與線下學(xué)習(xí)的有機結(jié)合;二是突出對學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與鍛煉。在實際教學(xué)過程中采用的教學(xué)方法如下。

1.任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法。課程中比較抽象、不方便用實物加以呈現(xiàn)的理解性知識內(nèi)容，將采取任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法[1]。例如，機電一體化功能構(gòu)成原理、光柵傳感器的工作原理、步進電動機的工作原理等，由學(xué)生學(xué)習(xí)小組緊緊圍繞一個共同的任務(wù)活動中心，在強烈的問題動機的驅(qū)動下，通過對學(xué)習(xí)資源的積極主動應(yīng)用，進行自主探索和互動協(xié)作的學(xué)習(xí)，通過完成任務(wù)的過程，培養(yǎng)學(xué)生獨立探索、勇于開拓進取的自學(xué)能力。

2.項目式教學(xué)法。將課程中比較典型的內(nèi)容，如測試系統(tǒng)中常用傳感器的使用、伺服系統(tǒng)中步進電動機的驅(qū)動與控制、控制系統(tǒng)中PLC指令的應(yīng)用等，通過實現(xiàn)一個個小單元的實訓(xùn)項目而進行相關(guān)教學(xué)活動，通過理論與實踐相結(jié)合，提高學(xué)生動手能力，促進理論知識在實踐過程中的升華[2]。

3.翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法。將課程的一些學(xué)習(xí)內(nèi)容如直流伺服電機的控制與驅(qū)動、PLC的工作原理等，提前布置給學(xué)生，讓學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源或其他途徑進行學(xué)習(xí)，并完成教師布置的學(xué)習(xí)任務(wù)單，實現(xiàn)課前的“信息傳遞”。教師在提前了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況的基礎(chǔ)上，在課堂上給予有效的輔導(dǎo)，通過教學(xué)討論等方式促進學(xué)生對知識的“吸收內(nèi)化”。翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)課堂模式結(jié)合，真正實現(xiàn)課堂的高效[3]。

4.課題研究教學(xué)法。在授課之初，要求學(xué)生組建課題小組，以綜合應(yīng)用機電一體化技術(shù)為目標，自行研究并設(shè)計完成一個大的課題項目，項目最終成果以實物制作的形式體現(xiàn)[4]。本方法要求學(xué)生使用學(xué)院先進的加工設(shè)備完成機械零部件的加工制作，并將檢測技術(shù)與計算機控制技術(shù)結(jié)合起來，達到理論研究設(shè)計和實踐動手于一體的教學(xué)目的，以此培養(yǎng)學(xué)生獨立意識、科學(xué)研究意識、創(chuàng)新意識和提高解決實踐問題的能力，通過師生共同交流、生生共同交流，培養(yǎng)學(xué)生團隊合作工作的能力。本方法實施路線如圖2所示。

五、改革考核與評價機制

為保證課程教學(xué)的順利開展以及達到教學(xué)目標要求，課程采用了以研究項目完成效果為主的綜合成績評定辦法，取消了期末考試，強化了過程考核。具體為：平時成績（出勤、作業(yè)、討論、測驗等）占30%，單元項目成績占20%，綜合性研究項目成績占50%，如表3所示。制定了機電一體化小組探究學(xué)習(xí)成果匯報評價表、機電一體化項目教學(xué)課題小組成員互評表、機電一體化課程綜合性項目設(shè)計成果評價表、機電一體化課程項目設(shè)計說明書撰寫規(guī)范等考核辦法與措施，評價由教師、學(xué)生本人、學(xué)生之間共同參與，為教學(xué)實施提供了制度保障。

六、結(jié)語

經(jīng)過建設(shè)與教學(xué)實踐，課程已經(jīng)具備了相對穩(wěn)定成熟的教學(xué)模式和合理有效的教學(xué)體系，較好地解決了理論與實踐相結(jié)合的關(guān)系，對學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)與鍛煉起到了積極的促進作用，推進和提升了課程質(zhì)量和教學(xué)效果，并獲批為學(xué)校的示范課程。

1.充分調(diào)動起學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性與積極性，切實實現(xiàn)了把教學(xué)過程轉(zhuǎn)換為以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的模式。實際教學(xué)中，學(xué)生學(xué)習(xí)熱情高，表現(xiàn)活躍，形成了教學(xué)相長、互動探究的良好氛圍。

2.通過項目任務(wù)的實施，極大地鍛煉了學(xué)生的綜合能力。學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題與解決問題能力、動手實踐能力、口頭表達能力、科技寫作能力、社會交流能力等都有不同程度的進步與提升。培養(yǎng)了學(xué)生耐心細致的工作作風(fēng)和勇于創(chuàng)新、敢于攻關(guān)的科學(xué)研究與探索精神，培養(yǎng)了學(xué)生的責(zé)任感和團隊合作精神。通過本課程的教學(xué)實踐，為今后開展類似的教學(xué)活動打下了較好的基礎(chǔ)。

3.考核評價指標科學(xué)，給學(xué)生合理進行了增負，實現(xiàn)了既定的教學(xué)目標，課程具有一定的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。

參考文獻

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Abstract：According to the course characteristics of Mechatronics Technology，combined with the training needs of professional talents，the reform and practice are carried out in terms of teaching content，teaching model and method，assessment and evaluation mechanism，which promotes the cultivation and exercise of students' innovation ability，promotes and improves the course quality and teaching effect，and plays a leading role in demonstration.

Key words：Mechatronics Technology;demonstration course;curriculum reform