基于知識創(chuàng)新理論的機電一體化課程教學模式探討

鐘博文 金子祺 王振華

【摘 要】本文針對機電一體化課程具有學科集成性高、實踐性強兩個主要特點，結合知識創(chuàng)新理論與教學實踐體會，提出了基礎教學型案例、創(chuàng)新實踐型研究和虛擬輔助型實驗三個層次的教學模式。教學實踐表明，本文提出的措施在有限的教學時間內調動了學生積極性，提高了課程教學效果。

【關鍵詞】機電一體化;教學模式;教學實踐;知識創(chuàng)新

0 引言

機電一體化技術會聚微電子、傳感器和自動控制等技術成果，圍繞先進制造技術領域智能化、綠色化、極端化（精密化）、信息化、高技術化的發(fā)展趨勢，已逐步形成機床流水作業(yè)式的自動生產線，深刻改變了傳統(tǒng)制造技術。所以，機電一體化技術是機械、材料、信息、計算機和管理等多種理論技術交叉融合的產物，對我國現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展起著至關重要的作用。這對學習機電一體化課程的學生和講課教師都提出了嚴峻挑戰(zhàn)。如何改變傳統(tǒng)的教學方法和教學模式，培養(yǎng)更具有創(chuàng)新思維和實踐能力的機械類卓越人才，從多個角度和價值層面提高教師教學效果尤為重要。因此，為了幫助學生更深刻地理解和掌握課程內涵，本文將以知識創(chuàng)新理論為依據(jù)，結合機械電子工程類卓越人才培養(yǎng)目標，以機械電子工程專業(yè)學生實踐能力培養(yǎng)為中心，對機電一體化的實踐教學模式和實踐教學體系進行探索研究。

1 知識創(chuàng)新理論概述

創(chuàng)新是經濟發(fā)展的內在本質，是具體獲得成功實踐的整個過程（Schumpeter）。Amidon于1993年首次定義“知識創(chuàng)新”（Knowledge Innovation）概念為：“通過創(chuàng)造和應用等活動，將新思想轉化為產品和服務，以取得經濟和社會發(fā)展”[1]。Nonaka和Takeuchi提出的SECI模型詮釋了知識創(chuàng)新過程。SECI模型理論指出人是通過在社會交往的群體與情境中來實現(xiàn)、完成知識創(chuàng)新的。知識創(chuàng)新是包含個體隱性知識的“社會化（socialization）”融入、隱性知識“外在化 （externalization）”整理表達、知識點交叉與“組合化（combination）”成新顯性知識、新顯性知識再一次“內隱化（internalization）”為個體隱性知識的一系列過程。這個過程揭示了新知識產生的微觀環(huán)節(jié)，搭建了個體和組織之間隱性知識與顯性知識相互螺旋轉化橋梁。知識創(chuàng)新理論以組織中個人“隱性知識”與組織共有“顯性知識”相互轉化螺旋上升的SECI模型，生動說明了思想創(chuàng)新、個人成長、社會發(fā)展、文化傳承都離不開創(chuàng)新環(huán)境“場”。知識創(chuàng)新是在基礎和技術研究中，通過科學獲得新知識的過程[2]。只有個人身臨其境地融入創(chuàng)新環(huán)境，才能激發(fā)創(chuàng)新思維潛能，碰撞產生具體的認知方案。

2 機電一體化課程教學模式創(chuàng)新的必要性

本課程具有集成性高、實踐性強兩個主要特點。

首先，機電一體化是不斷吸收機械、電氣及計算機三門學科的最新研究成果發(fā)展起來的，以掌握必備的專業(yè)基礎理論知識和專業(yè)技能為目的，因此課程內容趨于技術系統(tǒng)化、學科集成化。機電一體化課程各個章節(jié)所覆蓋的內容來自不同的學科體系，教師教學基本上按照基礎教學模塊、機械基礎模塊、電氣基礎模塊和控制基礎模塊等幾個方面進行依次講解[3]。但對于剛進入大學校門的學生而言，知識模塊之間聯(lián)系零散，學習起來體會不深且晦澀難懂，難以完全理解各個知識點之間的邏輯關系和物理關系。

其次，很多學校的課程內容將重點放在追求理論知識講解，學生畢業(yè)到生產一線后往往遇到課程設置和學習內容與日新月異的操作設備、設定工藝脫節(jié)。因此，本文針對機電一體化課程的教學特點和實踐需求，探討在教學過程中結合知識創(chuàng)新理論開展以下的教學方法和手段。

3 基于知識創(chuàng)新理論構建機電一體化課程教學方法

3.1 基礎教學型案例

SECI模型中的“社會化”強調將理論和現(xiàn)實生活案例相結合，能夠基于情境式激發(fā)學生思維，調動學習積極性，使其盡快投入到預設課程中。例如對控制系統(tǒng)和微機接口設計進行講解時加入十字路口的信號燈設計等實例分析[4]，就是運用生活中的工程案例，提高學生的興趣和對實際問題的思考能力，促進學生個人隱性知識轉化。

3.2 創(chuàng)新實踐型研究

SECI模型中的“外在化”指出正常的課堂理論教學之外，引導學生利用課余時間完成一些生活中常見的機電產品的調研任務，體驗科研協(xié)同教學機制帶來的互動學習和思維碰撞，既提高學生的創(chuàng)新能力，又達到較好的教學實踐效果。例如通過在工程訓練中心、研究所、實驗室等教學實驗場所，建立產學研合作的教學工作內容，能夠讓學生在實際問題的討論學習中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設計中的可靠性、安全性等因素，這既鍛煉了學生的實際操作能力，也提高了學生的合作意識，促進學生隱性知識轉化為顯性知識。

3.3 虛擬輔助型實驗

知識主體從外界吸收利用知識后，再次輸出新知識是學習的關鍵，也是SECI模型中后兩步的“組合化”與“內隱化”的核心。通過Matlab /Simulink軟件等虛擬實驗輔助教學，可以快速方便的對不同類型的機電系統(tǒng)進行仿真和特性分析，利用調節(jié)模型參數(shù)觀測系統(tǒng)零部件與性能的變化，使對于系統(tǒng)動態(tài)特性的理解轉化為直觀體驗呈現(xiàn)在學生眼前。這樣學生就可以將所學習的各個基礎教學模塊、機械基礎模塊、電氣基礎模塊和控制基礎模塊的知識串聯(lián)起來，提高課堂理論知識的吸收學習效率。

4 結論

工程是一種充滿復雜學科性和知識尖端性的藝術。針對機電一體化課程具有學科集成性高、實踐性強兩個主要特點，結合知識創(chuàng)新理論與教學實踐體會，提出了基礎教學型案例、創(chuàng)新實踐型研究和虛擬輔助型實驗三個層次的教學模式，為推動學生學習積極性，提高機電一體化課程教學效果提供有益參考。

【參考文獻】

[1]D. M. Amidon. The Challenge of Fifth Generation R&D[J].Research Technology Management，1993，39（4）：33.

[2]路甬祥.創(chuàng)新與未來：面向知識經濟時代的國家創(chuàng)新體系[M].北京：科學出版社，1998，5.

[3]文振華，尹欣，孫新.機電一體化課程教學探討[J].管理工程師，2011，5：63-66.

[4]葉偉巍，孔寒冰.基于CDIO理念的產學合作工程教育案例研究[J].高等工程教育研究，2008（s2）：34-39.

[責任編輯：湯靜]