機電綜合設計課程創新與實踐

駱雪匯

關鍵詞：微課;翻轉課堂;物聯網技術

職業院校機電一體化專業大多開設了單片機、c語言、電子設計、傳感器等專業技能課程，并以案例為載體開展教學。但因課程授課老師屬于不同的學科領域，導致這些課程案例各自獨立，關聯性不強，無法向學生展現各學科內容如何有效融合及如何有效地在工程中應用。本研究通過基于微課和翻轉課堂的學習及應用，引導學生進行物聯網技術的智能立體車庫控制系統項目開發，形成自頂層至底層的項目設計開發方法，最終構建“學習一應用一學習”這樣一條機電一體化課程閉環生態鏈。

1研究背景

目前，以微課、翻轉課堂教學模式的教學研究改革在各高等職業教育學校實踐研究方興未艾，而且由于國內尚缺乏成熟的文獻、案例、經驗，各職業學院的嘗試均為摸著石頭過河。所以將微課和翻轉課堂從少數研究者的實踐探索發展成為一種創新型的教學理論，積極進行以微課、翻轉課堂教學模式在實際課堂的教學應用研究對于高等職業教育課程改革具有重要的現實意義。

相對于國內其他本科院校的物聯網專業建設，高職院校物聯網技術相關課程建設相對滯后。物聯網是多學科交叉融合的綜合性專業，對高職辦學年限及現有師資力量、管理模式的要求比較高，機電專業要學習整個物聯網相關知識與技能是不現實的。據調研，高職院校物聯網技術專業主要在物聯網技術的操作、應用、推廣等方向發展。在“大眾創業、萬眾創新”的背景下，各種新技術、新工藝、新方法不斷涌現，而課程新技術引進相對滯后，導致當下職業院校學生及老師想展現眾多的創新想法，卻無法從現有的課程學習中獲得足夠的技術支持去實現。

因此，本項目以建設省級重點專業為導向，培養學生創新精神和實踐能力，改革其課程體系、教學內容、方法、手段以及實踐教學環節等方面，結合信息技術手段，引入物聯網工程技術新理念、新技術、新方法，更新教學內容、強化實踐能力、突出專業特色，實現機電一體化創新人才培養，是目前迫切需要解決的問題。

2設計思路

探索與區域內先進物聯網開發校企合作課程，整合機電一體化專業現有c語言、單片機技術、傳感器、可編程控制器、電子電路設計等專業核心技能課程，引入物聯網工程技術，開發一門基于微課和翻轉課堂的物聯網工程應用綜合實訓課程，從而將各學科相融合成一體。并且本研究以課堂教學的全面信息化教學改革為目標，進行基于微課的翻轉課堂理念課程的信息化教學設計，從而改變“以教師為中心”的教學方式，實現“以學生為中心的”教學結構轉變。研究主要圍繞該課程教學內容進行重建，在搭建課程教學平臺與開發課程教學資源以及改革課程考試與評價體系等幾個方面展開，最終實現將本課程建設成為物聯網技術與職業教育教學深度融合示范性精品課程。

2.1項目規劃

根據高職機電一體化技術專業培養目標和專業定位，本課程項目以立體車庫控制系統典型應用情境為主線。設計多個單元模塊承載教學章節，包括直流穩壓電源、電機控制裝置、壓力檢測開關、信號傳輸。各單元模塊盡量以不同方案實現，讓學生舉一反三，如各電路模塊分別用分立元件和集成電路實現。各單元模塊不僅是本課程的學習載體，也為單片機、c語言程序設計、傳感器、電子電路設計等后續課程提供硬件支撐。

2.2內容重構

課程將原多門課程的知識內容整合到各模塊中。如將電子技術知識點二極管、三極管、整流、濾波、穩壓知識整合到直流穩壓電源模塊中;將電機驅動與報警等知識整合到車庫升降控制模塊中;將傳感器等知識整合到車輛檢測控制模塊中;將A/D轉換、計數器、數據選擇器、譯碼器、數碼管電路等知識整合到車位狀態顯示模塊中。

在物聯網課堂上講授單片機接口內容時，可以在教學中結合應用原理、庫函數等，以及模塊知識的學習都可用項目案例教學，并使用智能機器人小車編程控制，這樣就有效提升了課堂教學的趣味性。同時老師在這過程中可以結合學生的實際情況，盡可能地減少理論知識教學學時，強化實訓項目操作，增加物聯網通信協議棧等知識點教學，如可以重點突出c語言編寫的Zigbee協議棧程序，讓學生更加清晰地了解物聯網技術結構形態等知識，提高學生的實踐能力和操作能力，促進專業課程教學改革深入發展。

2.3翻轉課堂混合教學模式

該模式將以前單一的線上課程學習過渡到線上、線下相結合起來，形成一個閉環的學習情境。在這里分為兩部分：第一部分是利用空中課堂進行線上學習各模塊知識。課程教師根據本課程的教學目標，先對教學內容進行模塊劃分，歸納出不同模塊的知識點，并分別推薦智能小車及車庫各模塊控制視頻鏈接或制作短視頻等上傳到網絡學習平臺。課前提醒學生自主學習，教師在線解答學生學習的疑難問題。第二部分是物聯網技術應用實訓，在翻轉課堂結束以后，需要增加DIY項目訓練這一教學環節，該環節是翻轉課堂教學的重要組成部分。最終目的是實現理論學習與實踐應用的共同教學目標，從而有效提升學生對機電專業課程的應用實踐能力。

3課程實施

3.1專業課程內容

本課程對于電子技術的基本概念、專業術語和基本理論等基礎知識，是學生要求必須掌握的重點內容，這類教學內容適宜采用課堂講授加實驗驗證輔助教學。教師和學生針對重點知識進行分析和實驗，理解其中的專業術語、定律，適當利用儀器儀表進行實驗驗證加強理解。教師推薦的相關拓展資源（網絡資源或是補充的微課教學資源）讓學生課外訪問，以加強對專業知識的理解和應用。

而在單片機、c語言、傳感器等課程要求掌握的基本概念和理論則由于涉及的內容較多，比較分散，或者教材的內容雖經典但與當前技術發展的潮流脫節，但對當前技術學習有一定指導作用，那么這些章節的內容可以采用課堂講授加部分翻轉課堂形式進行。將以翻轉課堂形式開展教學活動來傳授這些離散的知識內容，或是補充新近學科動向。比如本課程的立體車庫模型，同時可以增加人工智能機器人小車編程，這些都正在越來越多的物聯網課程教學里得到推廣。

3.2創新實踐運用

本課程的創新內容是知識點呈模塊化分布，每個模塊集中講授原來一門課程內容，各模塊是并行的關系，因此，可以采用完全翻轉課堂形式進行課程教學。任課教師指導學生分成幾個學習小組，分別代表不同的課程模塊，對該模塊內容進行探索學習，并設計相應用的典型應用電路或系統編程，課堂上每個小組將學習成果與同學交流和分享，每個小組在老師指導下進行比較學習和效果評價，這樣極大幫助了學生對教學內容的深入理解。

3.3知識點案例設計

案例1：項目車輛檢測模塊，內容包括放大器，反射式光電管u1的第二端通過放大器與控制模塊的輸入端連接。

該項目實施前，讓學生先通過查閱電子元件功能說明。因大部分教材上的知識點已經幾十年了，通常理論性較強。因此我們采用部分翻轉課堂，教材內容中反映的重點元件特性由教師講解，同時也布置了課外的學習任務，讓學生自己事先下載相關的經典電路、翻轉課堂、慕課等教育技術領域目前研究的熱點問題，可以指定幾個學習小組，每組幾名同學，對相關內容進行重點討論學習，并將成果形成材料（以PPT形式為主），與其他小組在上課時將報告進行分享和交流，讓所有學習同學都了解放大器和光電管的工作原理和功能，開發學生的電子應用技術技能，引發學生的興趣和關注。

案例2：課程項目控制單元還包括若干個壓力傳感器，壓力傳感器分別安裝在車輛載板和停車位上并與控制模塊連接。

因此關于傳感器的學習理論是本案例的學習重點和難點，因此我們也是采用微課和翻轉課堂，可在課網站上查找到省級精品課程《傳感器技術》，提前通過線上視頻學習，再結合教材內容，分成幾個學習小組分別進行資料收集整理，讓每個小組應用傳感器設計典型應用電路等，形成課程小設計。課堂上，各小組展示自己的學習成果，通過小組互評和辯論，讓學生了解不同的主要觀點、優缺點及其應用。

4平臺設計

4.1平臺設計要求

為確保翻轉課堂的有效實施，教師應根據物聯網技術課程內容及教學目標，利用相關軟件制作物聯網應用系統，整個系統平臺涵蓋課程資源模塊、師生互動系統、仿真控制系統。另外，線上教學平臺不僅能支持電腦Pc端的在線學習，而且必須能夠應用于移動手機端。

4.2微課技術運用

微課是實現本課程翻轉課堂線上線下教學模式的核心要素。首先對課程任務的重點、難點進行分析，然后分割成短小的內容作為微課來講解演示。本課程知識點設計連貫遞進的微課視頻及其對應的學習資料，每個微視頻時長約5分鐘，不超過10分鐘，并且主題突出，綜合應用單片機、電子技術、c語言等知識點，非常適合學生利用碎片化時間的特點進行在線學習。老師利用微課的應用來進行物聯網技術課程教學，輔助知識重點和難點的講解，也極大地提高了老師的教學水平。

課后采用微課的形式，通過碎片化多次學習，能更有效加強學生對知識點的掌握。當學生在進行實訓操作時，仍可通過觀看微課視頻來指導動手實踐，如立體車庫控制系統及智能機器人小車編程，將抽象的知識點轉化為具體形象的內容，對于學生可以更加直觀地了解到問題的所在，在短時間內掌握課程的學習要點，增強自身對知識的操作能力，提高學習效率。

4.3課程目標與內容線上線下銜接遞進

目標和內容線上線下銜接一體化解決了內容重復的問題。學生通過線上課前第一遍翻轉課堂的自主學習，減少了老師課堂理論知識講授時間，增加了課堂的項目實訓時間，有效地提高了物聯網課程一體化教學效果。同時翻轉課堂還可以延伸至課外進行二次設計應用，有效地幫助學生技能提升。

在課堂實施過程中，教師展示智能機器人小車、VR、智能立體車庫等物聯設備，根據課程目標和技能要求進行實操訓練，激發學生對知識的學習興趣。在這個環節中，教師要充分利用微課的簡短性和針對性，對物聯網技術課堂講課的內容進行指導，吸引學生對知識的學習興趣，利于教師的因材施教，提升學生學習效率。

5結論

本課程創新實踐利用應用物聯網技術的智能立體車庫控制系統設計方案結合微課技術、翻轉課堂發展方向，對傳統的機電一體化課程體系做出相應的優化和改革，并通過課程實施加以驗證，大大提高了學生的學習效率，有效加強了學生的專業技能，也為專業其他課程的改革提供了參考，同時這個創新實踐對其他專業的課程改革也具有借鑒意義。