科研項目導(dǎo)引式教學(xué)模式的創(chuàng)新研究

蒙臻　陳星　蔡均　董云瀧

摘 要 以拔尖創(chuàng)新人才需求培養(yǎng)為目標(biāo)，對傳統(tǒng)的 “機電傳動控制”課程教學(xué)模式進(jìn)行改革，通過科研項目導(dǎo)引式教學(xué)模式，逐步培養(yǎng)本課程學(xué)生的研究性意愿，以及對本課程探索與發(fā)現(xiàn)的興趣，使其逐步掌握科學(xué)研究與專業(yè)學(xué)習(xí)的共通性和基本方法。教學(xué)成果表明：該教學(xué)模式能提高師生間的互動，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和科學(xué)實踐能力。

關(guān)鍵詞 機電傳動控制 創(chuàng)新實踐 科研項目導(dǎo)引教學(xué)

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2021.02.055

Research on Innovation of Teaching Mode Guided by Scientific

Research Project

——Taking the course of mechanical and electrical drive control as an example

MENG Zhen， CHEN Xing， CAI Jun， DONG Yunlong

（School of Mechanical Engineering， Hangzhou Dianzi University， Hangzhou， Zhejiang 310018）

Abstract Aiming at the cultivation of top-notch innovative talents， the traditional teaching mode of "electromechanical drive control" course is reformed. Through the teaching mode of scientific research project guidance， the students' research willingness and interest in exploration and discovery of this course are gradually cultivated， so that they can gradually master the commonality and basic methods of scientific research and professional learning. The teaching results show that the teaching mode can improve the interaction between teachers and students， cultivate students' innovative thinking ability and scientific practice ability.

Keywords electromechanical drive control; innovation practice; guiding teaching of scientific research projects

“機電傳動控制”是我校機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)的一門重要專業(yè)模塊課程，涵蓋了多種制造領(lǐng)域電機控制原理、電工電子、可編程邏輯控制等多個方面，是一門交叉性、應(yīng)用性極強的課程。[1]

在實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略和開展“雙一流”建設(shè)背景下，在培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新的機電一體化科研應(yīng)用型本科生方面需要更高的要求。[2]特別是在深化工程教育改革，推進(jìn)“新工科”的建設(shè)與發(fā)展潮流中，如何在有限的課堂時間內(nèi)培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型、具備復(fù)雜工程問題分析和解決能力的工科大學(xué)生，[3]成了當(dāng)前我國高校教學(xué)改革的重要方向。

在科研項目導(dǎo)引教學(xué)實踐方面，從20世紀(jì)90年代開始，美國政府把科學(xué)研究直接引入教學(xué)。[4]國內(nèi)如清華大學(xué)和浙江大學(xué)等高校，也推出了SRT和SRTP等計劃，旨在促進(jìn)本科生的科學(xué)研究訓(xùn)練。[5]

1 科研項目導(dǎo)引教學(xué)模式的設(shè)計理念

針對當(dāng)前“機電傳動控制”課程教學(xué)內(nèi)容多、周期長、跨度大，前后課程內(nèi)容聯(lián)系不夠緊密等問題，本教學(xué)模式重新確立了層次化的教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計了科研項目導(dǎo)引式教學(xué)方案，增設(shè)了過程考核標(biāo)準(zhǔn)，最終形成一個完整的有機體。同時鼓勵學(xué)生將課程學(xué)習(xí)過程中的研究性成果進(jìn)行轉(zhuǎn)化，讓更多學(xué)生參與項目和競賽。授課老師又可將實施案例反哺，將學(xué)生項目和科技競賽等多維度科技成果作為教學(xué)案例，持續(xù)改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容。針對現(xiàn)在的學(xué)生缺少實際動手能力的情況，安排豐富的設(shè)計性和綜合性實驗，盡量讓學(xué)生親自動手和全身心投入進(jìn)來。

2 科研項目導(dǎo)引教學(xué)模式的目標(biāo)

本教學(xué)模式旨在提高學(xué)生在先進(jìn)機電單元方面的研究性學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新實踐能力;培養(yǎng)學(xué)生的時間管理學(xué)習(xí)理念，構(gòu)建任務(wù)節(jié)點明確及考核方式剛?cè)岵?jì)的研究性學(xué)習(xí)過程評估體系;構(gòu)建持續(xù)性課程學(xué)習(xí)機制，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識，使其適應(yīng)智能制造發(fā)展的要求。

本教學(xué)模式擬解決以下問題：（1）層次化教學(xué)內(nèi)容的科學(xué)劃分問題;（2）針對科學(xué)問題的研究性教學(xué)方案設(shè)計問題;（3）針對過程性考核中柔性任務(wù)節(jié)點和剛性考核指標(biāo)的并存問題;（4）針對持續(xù)性學(xué)習(xí)機制的評價標(biāo)準(zhǔn)問題。

3 具體實施方法

3.1課程教學(xué)模塊

（1）面向智能制造機電傳動控制工程要求，借鑒CDIO涵蓋工程活動全過程的教育模式，將課程內(nèi)容劃分為以機電單元全過程能力培養(yǎng)為中心的多個教學(xué)模塊;（2）根據(jù)智能制造中典型機電單元類型，教學(xué)內(nèi)容可劃分為基礎(chǔ)層級教學(xué)模塊，高級層級教學(xué)模塊和科研層級教學(xué)模塊;（3）單一全過程教學(xué)模塊包涵了從“啟動-調(diào)速-制動” （Start-Speed-Stop，3S）工作原理，檢測控制到智能制造工程實踐的全過程能力培養(yǎng);（4）根據(jù)課程思政的教育理念，讓學(xué)生在層次化遞進(jìn)的教學(xué)模塊中不斷汲取新知識，掌握新技術(shù)，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生提升我國智能制造先進(jìn)水平的責(zé)任感。

3.2 課堂教學(xué)方法

（1）將教學(xué)課程設(shè)置為技術(shù)問題導(dǎo)向（technology problem oriented，TPO）和科學(xué)問題導(dǎo)向（science problem oriented， SPO）兩類課程，兩類課程交替開展，互相反饋;（2）在TPO課程中，基于故障樹分析方法（Fault Tree Analysis， FTA），導(dǎo)入關(guān)鍵技術(shù)問題;再以關(guān)鍵技術(shù)問題為導(dǎo)引目標(biāo)，通過網(wǎng)絡(luò)課堂建設(shè)和翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)形式，設(shè)置課前導(dǎo)學(xué)階段（設(shè)計試驗方案，Design），課堂討論階段（分析試驗方案，Discussion）和課后實踐階段（對比試驗數(shù)據(jù)，Report），挖掘關(guān)鍵技術(shù)問題中的科學(xué)規(guī)律;（3）在SPO課程中，課前導(dǎo)學(xué)階段以科學(xué)規(guī)律為指針，提出科學(xué)問題，在課堂討論階段，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考科學(xué)規(guī)律產(chǎn)生的原因，從而將關(guān)鍵技術(shù)問題與3S工作原理相聯(lián)系，在課后實踐階段，以3S工作原理為核心，有效結(jié)合智能制造背景知識，設(shè)置創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)，使學(xué)生自主研討面向智能制造中復(fù)雜機電傳動工程問題的解決方案。

3.3 過程考核方案

（1）基于總體教學(xué)目標(biāo)，通過研究性教學(xué)方案的拆解，設(shè)定了教學(xué)過程關(guān)鍵節(jié)點任務(wù)（a.影響高性能直流電機單元3S特性的實驗分析報告;b.以高性能直流電機單元3S工作原理為核心的工程實踐報告;c.影響高性能三相交流電機單元3S特性的實驗分析報告;d.以高性能三相交流電機單元3S工作原理為核心的工程實踐報告）;（2）基于關(guān)鍵節(jié)點任務(wù)，引入甘特圖的時間管理機制，設(shè)置過程考核指標(biāo)（以完成程度劃分5檔：E-未進(jìn)行，D-未完成，C-基本完成，B-較好完成，A-優(yōu)秀完成），并在課堂討論階段完成考核;（3）基于考核結(jié)果，導(dǎo)引學(xué)生下一階段的自主學(xué)習(xí)路線，并調(diào)整關(guān)鍵節(jié)點任務(wù)的相對難易程度，實現(xiàn)創(chuàng)新實踐能力不同的學(xué)生可以差異化學(xué)習(xí)。

3.4 基于科研產(chǎn)出的持續(xù)性學(xué)習(xí)實施方案

（1）以研究性學(xué)習(xí)路線和關(guān)鍵節(jié)點任務(wù)考核成果為基礎(chǔ)，鼓勵學(xué)生撰寫專利和學(xué)術(shù)論文，并通過專利和論文反饋加強研究性學(xué)習(xí)效果。（2）以學(xué)生研究性創(chuàng)新實踐成果為基礎(chǔ)，鼓勵學(xué)生組建團(tuán)隊申報科技項目，參與“挑戰(zhàn)杯”等課外科技作品競賽等，同時考慮科技項目數(shù)量限制和競賽周期較長的問題，以課程教學(xué)周期內(nèi)完成項目申請書和競賽文本的質(zhì)量為考核依據(jù)。（3）以科技項目和科技作品競賽的實施案例為基礎(chǔ)，反哺提供教學(xué)素材，進(jìn)一步完善教學(xué)層次和研究性教學(xué)方案。

4 課程教學(xué)改革效果

通過本教學(xué)模式的實施，與上輪教學(xué)成果相比，卷面成績低于60分的同學(xué)從32.6%下降到了0%，優(yōu)良率從5.3%上升到了52.4%。此外，有多名同學(xué)參與了與課程內(nèi)容相關(guān)的學(xué)生科技項目申報。同學(xué)們自評該教學(xué)模式使得他們的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動性都大幅提升，理論知識點與工程實踐應(yīng)用也聯(lián)系得更為緊密。

5 結(jié)語

本教學(xué)模式改革，主要針對機械類本科生工程實踐創(chuàng)新能力不足和“機電傳動控制”課程教學(xué)問題，通過科研項目導(dǎo)引，理論知識點研討式教學(xué)，小組合作式教學(xué)，學(xué)生科技競賽與項目實踐，老師科研項目參與實踐等教學(xué)方式，提高了同學(xué)們對研究性學(xué)習(xí)重要性的認(rèn)識和興趣，也達(dá)到了較為良好的教學(xué)效果。

杭州電子科技大學(xué)教改一般項目“科研項目導(dǎo)引式機械類本科生研究性學(xué)習(xí)教學(xué)模式研究”（項目編號YBJG201918）

參考文獻(xiàn)

[1] 韓青.項目驅(qū)動法在“機電傳動控制”課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2019，（16）：156-157.

[2] 莫甲鳳.研究性學(xué)習(xí)在拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的實現(xiàn)路徑——以華南理工大學(xué)為例[J].高等工程教育研究，2018（03）：158-164.

[3] 趙廣磊，米潔，馬鍇.新工科視角下融入工程能力培養(yǎng)的項目啟發(fā)式課程教學(xué)——以物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)為例[J].高教學(xué)刊，2018（19）：96-99.

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[5] 李秋明，孫英健，沈紅.基于本科生科研訓(xùn)練計劃提升本科生綜合能力[J].教育教學(xué)論壇，2019（07）：57-58.