新工科背景下機電傳動與控制課程混合式教學研究

2021-02-11 10:19:32秦展田

科教導刊 2021年35期

王燦秦展田

（桂林航天工業學院機電工程學院廣西·桂林 541004）

隨著第四次工業革命的到來，現有的工程人才培養已不能滿足產業發展的需求。開展高校工程教育改革、采用新興技術發展一批新興工科以滿足經濟社會發展需求是當代高等工程教育面臨的一項重要課題。新工科的建設立足長遠，以培養未來人才為目標，不斷探索新理念、新方法、新模式等，培養學生的創新實踐能力、家國情懷、學科交叉融合能力等，切實為國家經濟社會發展做好人才培養服務。而人才的培養最終都落實到課程教學上，課程才是人才培養的核心要素。為培養學生的實踐創新能力和學科交叉融合能力，應該以學生為中心，讓學生成為課堂的主體，加強師生之間的互動，開啟培養學生主動學習新模式。

中國制造2025將智能制造作為主攻方向，機械電子工程專業在智能制造產業中起到了非常關鍵的作用。做好機械電子工程專業人才培養，也就是為實施制造強國戰略做好人才儲備。“機電傳動與控制”作為機械電子工程、機械設計制造及其自動化專業核心課程，是一門機、電交叉融合的課程，其課程教學質量的優劣將直接影響相關專業的人才培養質量和制造業智能化程度。[1]因此，如何在建設新工科的大背景下，借助現代信息技術，豐富課堂形式、改革教學方法，推動信息技術與教育教學的深度融合，以此來提高機電傳動與控制課程教學質量、培養機械電子工程專業高素質人才，成了相關課程老師所需解決的重要課題。

1 機電傳動與控制課程教學現狀及存在的問題

目前，機電傳動與控制課程教學大多采用傳統的線下大班集中講授理論知識的方式，沒有突出學生的主體地位。理論課教學內容以電機的基本原理及控制特性為主，涵蓋知識面廣，但具體的控制系統講解較少，且各章節之間具有較強的獨立性、與實踐聯系不夠緊密，學生在沒有深度參與學習過程的情況下，容易學新知忘舊知，難以形成對機電傳動控制的系統把握，也難以將知識進行運用。

機電傳動與控制課程教學實踐鍛煉不足，雖然有少量實驗課程，但實驗項目大多為驗證性實驗，教師講解實驗基本原理和實驗注意事項，學生在實驗過程中只是按照實驗步驟進行簡單的操作、記錄或觀察實驗結果，不用進行深入的思考，學生容易對實驗課程失去積極性，學生難以獲得實踐能力的培養、難以形成新工科下的創新意識和復雜問題的解決能力。[2]

課程考核評價采用平時成績（主要包括考勤、平時作業、實驗等）占比30%和期末考試成績占比70%構成，考核更側重理論知識的記憶，沒有學生學習具體過程和能力的考核，難以調動學生學習的主觀能動性，約束了學生創造性思維的發展。

2 機電傳動與控制教學改革

針對以上存在的問題，本文以“新工科”為背景、以互聯網+和“中國教育現代化2035”為政策導向、以深度學習和能力培養為目標，結合我校實際情況和機械電子工程專業人才培養要求和特點，轉變現有的課程教學理念、教學方法，更新教學內容、打造機械電子工程的信息化教育平臺，構建信息化教育模式及其評價方法，以滿足教育現代化的人才培養要求。

2.1 更新教學內容，優化教學大綱，構建項目化課程體系

“新工科”下，教學內容應該與時俱進，凸顯時代要求、與產業需求對接，注重創新實踐能力培養。教師應根據學生的培養目標定位，調研機電行業當前的發展狀態及其趨勢，參考行業專家的建議，圍繞課程目標，對課程知識點和教學內容進行調整與補充，增加具有時代特征的元素，對教學大綱進行優化，使其符合時代的需求。在課程教學中，教師應注重學生的學習主體地位，利用現代信息技術，倡導規模化教學中凸顯個性化發展特點，并突出工程能力的培養，在此，采用CDIO工程教育理念，構建項目化課程體系,將工程項目融入教學過程中，讓學生學中做、做中學，加強對知識的理解與運用，培養學生的創新實踐能力。具體操作如下：首先，教師團隊針對行業領頭企業、學生主要就業地方企業進行調研，參考行業專家的建議，對機電傳動與控制課程知識點進行整理，形成知識點與能力培養之間的對應關系。其次，教師團隊與企業合作，形成合作項目，教師提煉其中與機電傳動控制課程相關的項目并分解成課程子項目，或教師團隊形成相關的創新設計項目，學生以完成項目作為課程結課指標之一，讓學生學會知識的運用以及機電一體化系統的概念。最后，依托項目開展教學，形成項目的核心技術滲透到課堂，讓學生在完成項目的過程中主動的完成知識的獲取，激發學生學習的積極性，培養學生的工程實踐能力和創新能力。

2.2 機電傳動與控制混合式教學設計

隨著互聯網技術、信息技術的迅速發展，以方便靈活、實時交流、視頻資源豐富為特點的線上課程進入了人們的視野并為眾多大學生所接受。然而，純線上課程也有其局限性，并不能完全代替傳統的線下課堂教學。[3]為了將兩者取長補短、有機結合，有效提高教學效果，混合式教學開始為廣大教師所研究。本文采用CDIO工程教育理念、在課程教學中引入工程項目、結合豐富的線上資源，讓學生在主動的學習過程中，獲得知識和成就感，具體設計過程如下：

開課前課程分析階段：機電傳動與控制課程的目的是讓學生建立起機與電的聯系、熟悉常見的電機原理及其控制方案，培養學生機電一體化的工程能力。然而，該課程各章節之間銜接性不強，各知識點相對孤立，學生完成課程學習后難以形成建立起與其他課程之間的聯系。針對課程的這些特點，對其知識點進行補充和刪減，確定連接各相關知識點的機電控制系統項目，采用由淺入深、循序漸進的方式，帶領學生從基礎知識點的理解逐步深入至復雜工程項目問題的解決，形成課程知識前后的聯系及應用。

教學環境的構建階段：在混合教學過程中，線上教學不再是輔助教學方式，而是教學過程中的一個必要環節，[4]因此，在上課前除了要準備傳統的課件、教案等教學資料外，還需要借助網絡平臺（如智慧樹等）提前準備好線上資源，構建數字化教學環境。教學團隊從知識點出發，設計機電項目，以項目為引領，收集、開發設計、整合教學資源，構建圍繞項目開展的“機電傳動與控制”教學資源庫，主要包括“機電傳動與控制”課程項目開展相關的基礎知識和擴展知識，通過將知識碎片化，形成小視頻，供學生課后利用碎片時間進行學習。由于機電傳動與控制具備工科課程常見的晦澀難懂的特點，教學視頻不宜過多，以課程項目的引入、相關的淺顯易懂的基礎知識、已經介紹過的相似的知識點以及拓展學習為主。同時，教師還需開發配套的課程教案、試題庫、習題庫、多媒體案例等，形成多樣化的網絡教學環境。

課前預習準備階段：教師根據班級同學的能力和學習基礎將學生進行分組，以基礎好、能力強的學生為組長，配上幾個能力稍弱的學生組成一個學習小組，并分配相應的工程項目。教師在每次課前通過網絡平臺發布課前任務，包括視頻預習任務、文獻閱讀任務、課前思考、課前小測試、項目任務目標等，學生認領任務并在課前自主完成相關線上學習任務、課前小測試，對項目任務目標進行簡單分析，采用項目小組成員之間討論的方式，達成初步共識。為保證后續教學效果，課前任務完成時間有嚴格的時間限制。

課程課堂教學實施階段：課前線上學習讓學生形成知識的淺層的認識，而課堂教學是混合式教學中的核心、是學生進行深度學習的階段，其重點在于引導學生進行知識的應用與遷移。教師將相關知識點中的重點和難點的講解穿插在項目任務的解決中進行，并融合翻轉課堂的形式引導學生分析問題、解決問題和深入理解知識，加強學生的知識運用能力、工程能力和團結協作能力；教學過程中加強師生之間的互動，通過知識點的講解或項目問題引導學生在項目小組內討論，形成思想碰撞并自主完成階段項目任務。各小組委派小組代表進行小組項目分享，分析小組在解決項目問題中的優勢和不足。教師也需根據學生完成課前預習的情況，掌握學生在預習中存在的普遍問題，在課堂中對學生存在的疑難點進行討論和分析。對于個別學生在課堂教學學習過程中沒有理解的知識點或難點進行線上平臺討論或進行線上個性化指導。

課后復習完善階段：課后一方面考查學生的學習掌握情況，另一方面學生進行課程項目的修改完善。學生學習情況的考查主要通過線上作業、章節測試、小課題、小論文等進行，一方面檢測學生知識點的掌握情況，另一方面讓學生整合知識點并進行運用、創新，達到學以致用的目的。課程項目階段目標的完善以項目小組來開展，項目組長組織本小組同學進行討論，根據新學知識，對目前的項目工作進一步修整。對于小組內的后進生，由小組成員之間進行課后幫扶，推動小組成員共同進步。教師課后進行線上查閱作業、線上答疑等，同時，發布擴展知識視頻，讓學有余力的學生進一步深入學習，培養學生自學能力。

結課后總結評價階段：改革以往的機電傳動課程考核方式，在混合式教學中，構建以注重學習過程和各項能力的考核方式。機電傳動與控制課程的考核分為平時成績（50%）和考試（50%）成績兩部分。平時成績加入了線上學習的評價，包括線上預習成果、線上小測試、線上討論等；線下學習評價主要由課堂討論、傳幫帶情況、項目完成情況、成果答辯等部分組成，多方面對學生學習情況進行評價。考核評價不僅有來自教師的評價，學生的互評和自評也加入其中，讓學生多面了解自己的學習情況。

教師課后也需要對課程教學進行評價，主要包括線上教學反饋、線下教學和線上教學結合度、信息技能教學方法能力、教學內容深度和廣度、知識點的掌握情況、學生滿意度和認可度等指標，以此促進課程教學的不斷完善。

3 結語