?新工科背景下機電傳動控制課程改革與混合式教學法探究

張義龍 馬天兵 張雙雙

摘? 要 機電傳動控制是面向測控技術與儀器、機械電子工程等專業開設的一門專業核心課程，針對目前該課程教學中存在的問題，結合新工科背景下工科教育的變革要求，以CDIO國際工程教育理念為指導，優化機電傳動控制課程教學體系，并給出新工科背景下機電傳動控制課程混合式教學法的實施途徑與方法，為機電傳動控制及其同類專業課程教學改革提供參考。

關鍵詞 機電傳動控制;CDIO;新工科;混合式教學法;實驗教學

中圖分類號：G642.41? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）12-0092-03

Abstact Electromechanical transmission control is a professional core course for measurement and control technology and instruments，?mechatronics and other majors. In view of the problems existing in?the teaching of this course， combined with the requirements of engi-neering education reform based on New Engineering， guided by ad-vanced CDIO international engineering education concepts， we opti-mize the teaching system of the electromechanical transmission con-trol course， and provide the implementation approach and methods of?the blending teaching method of the electromechanical transmission?control course in the new engineering background，to provide the reference for teaching reform of electromechanical transmission con-trol and similar courses.

Key words electromechanical transmission control; CDIO; new engi-neering; blending teaching method; experimental teaching

1 引言

當前國家推動創新驅動發展，迫切需要加快高等教育中工程教育的改革創新。為主動應對新一輪產業革命，2017年2月，《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》發布，奏響了新工科人才培養的號角。全國各高校紛紛開設大數據、人工智能等新專業，以智能制造、云計算等新技術來改造升級傳統工科專業，于是應運而生了新工科這一概念，即人才培養新模式、工程教育新理念、學科專業新結構、分類發展新體系、教育教學新質量，建設新工科成為我國繼續深化工程教育改革的新方向[1]。

另一方面，2019年10月31日，教育部發布《關于一流本科課程建設的實施意見》，指出課程是人才培養的核心要素，直接決定人才培養質量，要深化教育教學改革，杜絕單純知識傳遞，忽視能力培養的現象;強化信息技術與教育教學的深度融合，杜絕信息技術應用的簡單化、形式化，強化師生互動，為高校課程信息化建設提出新的要求。

測控技術與儀器專業、機械電子工程專業集諸多技術特點于一體，具有鮮明學科交叉性，也是國家實施制造強國戰略的重要依托。它們的出現代表著新技術、新研究方式和目標，在新工科建設的浪潮中應被置于頭排方陣。機電傳動控制作為機電、測控專業的專業核心課程，在課程體系中占有重要位置，在培養該領域高素質創新型人才方面發揮著重要作用，其教學質量的好壞直接影響著機械電子工程專業學生的培養質量。因此，在新工科背景下，如何借助信息技術深化機電傳動控制課程教學改革，創新人才培養模式，提高機械電子工程專業機電傳動控制課程教學質量，培養符合經濟社會發展新需求的高素質機電人才，是當前面臨的一個十分重要的課題。

2 機電傳動控制課程教學現狀與問題

當前，該門課程教學通常采取課堂授課結合少量實驗學時的方式，普遍實行大班制，人數在80人左右，以教材和教學大綱為指導，以講授知識為主、實驗教學為輔，存在明顯“工科教學偏理科化”的現象。從機電行業人才培養的角度來看，其教學內容、教學模式、考核方式與評價指標均不能充分適應新工科的新要求，學生在創新思維、解決實際問題的能力等方面也沒有很好地滿足用人單位需求。此外，具體到教學環節，有兩個突出的問題。

一是教材內容落后于新技術的發展，更新改版較慢。如華中科技大學出版的“十一五”國家級規劃教材《機電傳動控制》，作為優秀教材被眾多高校相關專業使用，但在2011年第五次改版后就沒有再改版更新。

二是實驗教學資源固化，不適應學生創新意識和解決復雜工程問題能力培養[2]。

為解決目前存在的問題，考慮到該課程所涉及知識涵蓋面廣、綜合交叉性強，在教學內容和教學方法上可引入先進的CDIO工程教育理念，以幫助學生夯實專業基礎知識，培養學生的科學思維素質，提升解決實際問題的能力為根本目標，構建“知識—素質—能力”三維一體化培養的課程教學目標達成途徑。另一方面，為更好地適應新工科的需求，將大數據、人工智能、虛擬現實等新技術概念融入機電傳動控制技術發展等具有契合點的教學內容中去，采用新穎的網絡平臺線上教學與傳統課堂面授教學相結合的混合式教學方式，進一步激發學習興趣，提升學生的學習質量。

3 優化課程教學體系

CDIO工程教育是由美國麻省理工學院等機構聯合創立的先進工程教育模式，其核心理念是讓學生以項目開發者的視角，主動開展實踐與學習活動，熟悉并掌握構思、設計、實現及運作的完整項目開發流程，是當前高等工科教育研究的最新理念[3]。CDIO工程教育模式倡導學生在項目實施過程中學習并運用知識，參與實際項目的開發流程，從而培養CDIO能力。在這個過程中，教師不再是唱獨角戲的“演員”，而是負責安排教學計劃、組織指導學生活動及評價反饋學習效果的“導演”。實際上，教師在CDIO教學活動中扮演的是組織者、指導者與評價者的角色[4]。

顯而易見，CDIO工程教育理念很好地符合了新工科所提出的工程教育要有新理念的要求。因此，針對目前機電傳動控制課程教學中存在的問題，結合CDIO工程教育理念，優化再設計新工科背景下的機電傳動控制課程教學體系，如圖1所示。一方面，該課程教學體系融合了知識、能力和素質三大模塊，以知識傳授為基礎，以CDIO項目案例為驅動，以提升能力和素質為目標;另一方面，結合傳統教材，將大數據、虛擬現實、人工智能等新技術概念融入相關新的案例講解中去，將新工科知識面整合到傳統機電傳動控制教學核心知識模塊里，同時強調借助信息技術手段，充分發揮混合式教學法的優勢，除了必不可少的課堂講授環節，線上任務、小組討論、成果考核、統計反饋等都能通過線上平臺實現，從而有效提升課程教學質量。

4 混合式教學法與實踐模式構建

當下大學生的學習方式，伴隨著高等教育信息化正以驚人的速度發生改變，如超星學習通、中國大學M00C、雨課堂等大規模線上開放課程平臺已經成為時下大學生喜愛的網絡學習平臺。但隨著第一輪線上課程熱潮的退去，公眾和高校師生的認知回歸理性，盡管線上學習有著便捷互動、實時交流、多媒體資源豐富、便于大數據統計分析等眾多優點，但仍然不可能取代教師的課堂教學，二者最好能相互取長補短、有機結合[5]。混合式教學就是一種傳統課堂教學與網絡化線上教學（E-Learning）優勢互補的教學模式，是當下高校教學改革的一個重要熱門研究方向。基于CDIO工程教育理念，結合網絡線上平臺，在教學方式上充分體現以項目案例資源為主題、以學生為中心，增強學生學習參與度和獲得感，可將混合式教學過程分為課前、課中和課后三個階段進行設計。

課前階段? 在此階段需要明確的是，教師必須要提前在網絡平臺上建設一定學時的課程資源，如章節授課課件、參考電子教材、多媒體案例資源等，并發起問卷調查、課前思考題、文獻閱讀等特定學習活動，學生可以通過網絡平臺、手機移動客戶端認領任務并進行課前自主學習，如圖2所示。網絡平臺可以采用超星學習通，也可以借助雨課堂、云班課等網絡開放平臺，這些網絡平臺都可以實現章節課程資料發布、活動發起、云端統計等交互性功能，使得課前階段教學活動設計開展更加便捷。

課中階段? 如圖3所示，課中階段活動是整過教學過程的核心階段。要明確的是，該階段面對面開展課堂教學仍然是教學中必不可少的重要環節，其作用在于首先是要讓學生系統掌握課程的核心知識體系，同時要以培養其多方面的學習能力為目標。該階段的教師任務包括三個方面。

1）完成需要課堂講授的相關內容，對課程重難點、核心知識點進行講解和梳理，幫助學生建構完整的知識結構。這個過程相當于幫助學生打基礎的過程，是在教師相對主導下進行的。

2）線下帶領學生開展教學計劃中規定實驗教學內容，并增設自主設計實驗環節，鼓勵學生利用機電傳動綜合實驗臺等實驗室資源開展自主實驗，并在考核環節予以差異化量化分數，從而調動學生的積極性。

3）引導學生開展線上平臺的交流討論，尤其是對課前發布的活動、問題提供個性化指導，當然也包括學生在線下學習過程中遇到的問題在線上進行解答。借助網絡平臺，這種交流是相對不受時間和空間約束的。

另一方面，學生在課中階段的主要任務包括：積極完成線下課堂理論知識學習、大綱規定的實驗及自主實驗內容，積極參與線上討論交流，將課前線上發布的學習資源與課堂學習相結合，以及基于課前任務的小組討論、問卷調查、讀書報告，尤其是需要完成線上認領的規定任務點，獲得相應學習積分。

課后階段? 如圖4所示，課后階段是對整個混合式教學過程的總結和檢驗階段，學生在完成教師布置的作業和任務的基礎上，需要有針對性地總結和復習，以便更好地通過線下卷面考核。卷面成績與反映線上過程考核的平時成績、實驗成績共同加權計為期末總成績。此外，學生還需對自己的收獲進行總結，并且將自己遇到的問題通過網絡平臺反饋給教師或學習小組成員，分享學習經驗，共同拓展學習思路，構成課程線上教學部分的本學期積累資源，以方便后來的學習者。

另一方面，教師要在課后借助線上平臺統計功能，實時向學生反饋學習積分排名、章節測試成績、任務點完成情況，通過線上統計反饋激發學習熱情，并且起到監督作用。這也是混合式線上教學顯著區別于傳統教學的一點，應該充分加以利用以提升教學質量。

5 結語

新工科背景下考慮機電傳動控制課程建設問題，引入先進的CDIO工程教育理念，重構課程專業知識的傳授過程和模式，將大數據、虛擬現實、人工智能等新技術概念融入新的案例講解中。同時，采用混合式教學模式，通過線上問卷調查、班級群聊、小組討論、章節測試，線下自主實驗等豐富多樣的形式，提升學生線上、線下教學活動的參與感，避免滿堂灌的傳統教學方式。筆者通過教學實踐，取得一些有益效果，但機電傳動控制教學改革是長期任務，仍存在一些問題和困難。

1）學生較為缺乏實際機電產品設計開發經驗，對傳統教學存在依賴性，對項目化思維需要適應的過程。

2）傳統單一卷面考核方式已經不適應混合式教學開展，亟待建立并細化與之相適應的考核評價體系。

3）在近期抗擊新冠肺炎疫情期間，各大高校紛紛組織開展線上教學，實現了“停課不停學”，但各大線上平臺出現不同程度擁堵，使得線上直播教學效果受到影響，且對學生監管乏力。筆者在實踐中發現，借助線上平臺錄播教學要比直播教學的穩定性更高，這樣特殊時期的混合式教學方法也有待更多人去進一步探索。

參考文獻

[1]王曉紅，韓曉敏，馬玉英.“新工科”背景下“傳感器應用技術”課程教學改革探究[J].無線互聯科技，2018，15（16）：94-95.

[2]馮武衛，李振華，袁躍峰.基于翻轉課堂模式的機電傳動與控制課程教學改革研究[J].科技創新導報，2016（4）：106-107，109.

[3]陶勇芳，商存慧，等.CDIO大綱對高等工科教育創新的啟示[J].中國高教研究，2006（11）：81-83.

[4]胡坤.基于CDIO的礦山機械課程教學實踐[J].中國教育技術裝備，2017（14）：86-88.

[5]張艷艷，鄭建強，禹曉，等.基于OBE導向的“食品營養學”課程改革與混合式教學法研究[J].農產品加工，2019（10）：106-109.