基于發現式學習策略的研究生案例庫建設實踐與應用探究

胡雪 葛云 張立新 夏博 魏敏

摘? 要：基于發現式學習策略的機電一體化研究生課程案例庫建設，通過案例簡介、技術背景、技術知識點、案例分析、多媒體資源建設、案例總結與討論等環節，構建專題案例和綜合案例。根據案例庫的資源梯度，注重將“研、學”統一，行業熱點與專業發展相結合，深入開展案例庫建設教育教學改革研究，對學生進行專業培養和工程訓練，取得較為良好的教學效果，促進學生了解行業發展動態，助力學生構建系統全面知識網絡，培養學生嚴謹的科研思維，提升學生的綜合素質。

關鍵詞：發現式學習; 案例庫; 實踐教學; 機電一體化;研究生

中圖分類號：G640? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）17-0009-05

Abstract： Based on the discovery learning strategy， the case base construction of Mechatronics Technology postgraduate course has been established. The case base library contains several special cases and comprehensive cases. The construction of each case includes the process of case introduction， technical background， technical knowledge points， case analysis， multimedia resource construction， case summary and discussion. According to the resource gradient of the case base， the teaching team members pay attention to the relationship of "Research and Learning"， combining with the industry hot spots and professional development. The research on the education and teaching reform of case base construction has been carried out. This project could conduct professional training and engineering training for students， achieve relatively good teaching results， promote students to understand the development trend of the industry， assist students to build a systematic and comprehensive knowledge network， train students' rigorous scientific research thinking， and improve their comprehensive quality.

Keywords： discovery learning strategy; case library; practical teaching; mechatronics; postgraduate

2010年實施“卓越工程師教育培養計劃”[1]，2015年5月國務院印發《中國制造2025》推進實施制造強國的戰略文件[2]。上述文件的實施，旨在增加“中國制造”國際競爭力，滿足人民消費升級的需求。若想我國由工程教育大國邁向工程教育強國，打造具有國際競爭力的制造業，針對機械工程專業碩士研究生的教育教學實踐改革已刻不容緩。機電一體化技術課程是將機械技術、電工電子技術、微電子技術、信息技術、傳感器技術、接口技術及信號變換技術等多種技術進行有機融合的綜合性課程。該課程的案例庫建設教育教學改革有助于培養一批具備創新能力的高質量工程技術人才，具有重要意義。

隨著研究生教育教學改革理念的提出，機械類專業課程建設迎來了發展機遇。同時，機械類專業課程建設在教育教學改革道路上也面臨不少挑戰。如何從理念新穎、結構新穎、模式新穎、質量新穎和體系新穎五大方面建設機電一體化課程，是亟待考慮的問題。案例教學[3]是以相關專業理論為基礎，通過改變傳統教學模式，基于一個完整的典型案例進行闡述，以引導學生對問題進行思考、分析、解決和討論，最終具備分析和解決機械工程領域負責工程問題的能力。加強案例教學是強化專業學位研究生實踐能力培養、推進教學改革、促進教學與實踐有機融合的重要途徑，是推動專業學位研究生培養模式改革的重要手段。將案例教學融入機電一體化課程建設中是構建機械工程學科實踐教學體系的重要成果。然而案例教學法在教學過程中仍存在一定的問題，其中在機電一體化課程中主要表現在案例庫現存資源少、質量差、資源落后等方面。由此可見，建立資源廣泛、質量高、資源領先的案例庫是推廣案例教學在機電一體化課程教學的重要基礎。通過案例庫的建設，可彌補課程教學過程中實踐不足的缺點，有效增強課堂教學的生動性，提高了學生的學習積極性和主動性。機電一體化課程的案例庫建設對機械工程碩士研究生教育的轉型升級，為我國培養擁有實踐能力與創新能力的高水平工程技術人才都有重要的意義。

一? 機電一體化課程案例庫建設實施路線

針對機電一體化的教學需求，筆者針對當前機電一體化課程案例庫建設規劃，展開了一系列相關的實踐與探索。針對機電一體化技術與應用、機電一體化技術研究生課程，積極開展案例建設的探索和實踐。本課程在教學實施過程中以發現式學習策略展開，通過案例簡介、技術背景、技術知識點、案例分析、多媒體資源建設、案例總結與討論等環節，構建多學科交叉的高質量研究生課程體系，進而初步明確了案例建設的基本思路和主要表現形式，具體建設內容和實踐路線如圖1所示。

在案例庫建設和實施過程中，采用發現式教學策略進行教學教育改革和實踐。發現式教學策略的理論基礎是布魯納的認知結構學習理論[4]。布魯納認為，教師應當幫助學習者從求知過程中去組織屬于自己的知識[5]。因此，求知是自主性的活動過程，而非只是被動地承受前人的研究結果。這里的“發現”不只限于發現人類尚未知曉的事物，也包括學習者的“再發現”。這就意味著，學習者應當充分發揮學習主體的積極性、主動性和主體性。在態度上正確對待“為什么要學”，在策略上實現“怎樣學得好”。這樣，才可能保持較高的動機水平，持續不斷地呈現較好的毅力和成效。發現式學習策略發現式學習是讓學習者通過自己親身經歷知識發現的過程來獲取知識和發展探究能力的一種學習模式;其所關注的是學習者的探究過程，而非現成的知識。同時，此方法強調教師的任務不是向學習者講授知識，而是幫助學習者發現活動創造和提供條件。

在教學實踐過程中，每個案例建設相互獨立，且呈現閉環結構，有效保證學生的接受程度和學習效果。案例建設以行業背景引導革新技術背景，促進學生了解行業發展動態，開闊視野和科研思路;結合多媒體資源建設，優化豐富課程教學資源，提升課程建設效果和建設質量;結合技術知識點的講授，補充完善課程知識體系，助力學生構建系統全面知識網絡，提升學生的學習效果及其對相應知識點的理解;根據案例總結討論和內容梳理，促進科研思路的形成，培養學生的嚴謹的科研思維。案例庫建設注重將“研、學”統一，行業熱點與專業發展相結合，致力于讓學生了解機電一體化領域發展全貌和發展動態，提升綜合素質。機電一體化課程案例庫具體建設思想如圖2所示。

二? 機電一體化課程案例庫建設內容框架

本課程的案例庫建設主要分為兩大類別，分別為專題案例和綜合案例（表1）。在整個機電一體化課程案例庫建設體系中，專題案例從多個角度向學生展示機電一體化技術的應用領域;而綜合案例則通過一個具有較強專業引領的綜合性案例強化學生的專業知識。專題案例涉及能源、汽車、智能焊接、機器人應用、電力及農產品檢測等眾多領域，其目的在于在有限課時內最大程度拓展學生的視野;綜合案例則在對應的專題案例基礎上，結合當前最新的產業動向和產品展示，將前期課程內容與現實的技術應用做出整合，進一步強化學生對課程知識的認知與把握。

三? 機電一體化課程案例庫建設示范

以“棉田智慧管家”——基于物聯網的新疆棉田精準灌溉施肥系統設計與應用示范為例，分別介紹該案例的構建方法和應用流程，如圖3所示。

（一）? 案例構建

本綜合案例以新疆的農墾經濟作物棉花作為研究對象，運用工業物聯網技術服務廣大棉農，利用水肥一體化灌溉施肥技術，實現棉花種植的精準管理。本案例主要向學生介紹物聯網在棉田農情監測領域的各項應用。結合物聯網架構和棉田管理專家庫的構建，介紹新疆棉田精準灌溉施肥系統的硬件平臺搭建和軟件程序設計，幫助學生了解精準灌溉施肥系統的設計方法和設計思路;分析該系統的技術性、功能性和適應性，幫助學生形成知識遷移能力，有助于在后續研究工作中形成嚴謹科研思路;建設并豐富多媒體案例資源，采用微課、科普視頻、動畫資源等形式進行精準灌溉施肥系統相關的知識拓展，增強案例的科學性和趣味性;進行案例的總結和討論，設置開放性問題和探究性問題，提升學生對于精準灌溉施肥系統關鍵技術的認知能力。

（二）? 應用流程

在對研究生開展教學過程中，以棉田精準施肥系統作為教學案例引入，在教學過程中以發現式學習策略為主要教學方法，對學生的思維邏輯和科學素養加以引導啟發。發現式教學策略的基本過程是，讓學習者通過對具體事例（案例）的歸納來獲得一般規律，并以此來解決相關問題。對此，筆者在教學過程中，以“棉田智慧管家”作為引導學生研究精準施肥系統的具體案例導入到教學之中。同時，按照課前完成的學習分組，將棉田精準施肥系統的機電一體化系統結構和工作原理向各小組分配任務，要求各小組通過對案例的研討，總結梳理出棉田精準施肥的關鍵技術，進而在后續課程中圍繞這些關鍵技術展開學習研究。在發現式教學策略的引導下，結合棉田精準施肥系統的案例學習，不僅調動了學生對于解決現實問題的使命感和緊迫感，激發他們的學習動機，而且向學生展示了專業技術在現實農業生產上的應用領域和發展前景，開拓了他們的專業視野。具體實施流程如圖4所示。

四? 機電一體化課程案例庫的建設心得

經過幾輪教學周期的實踐檢驗，機電一體化課程案例庫建設取得了一系列良好的教學反響和建設經驗。

（一）? 豐富課程資源，為課程建設奠定基礎

在現有的課程案例庫建設中，我們對機電一體化課程案例資源持續完善，不斷改進，不僅實現了數量上的不斷遞增，而且在案例資源的質量方面也實現不斷提升。筆者認為，課程案例庫從本質上應當從屬于一類教學資源，即為教學的有效開展提供的素材等各種可被利用的條件。通過對課程資源的不斷豐富，使得機電一體化課程建設也獲得了更加充實的發展條件和支持基礎。

（二）? 擴展學生視野，為人才培養明確方向

通過匯總產、學、研各領域的專業案例，讓學生的專業視野更加開闊，不再拘泥于課程內相對僵化的技術理論和工程原理。這些案例為學生個人在后續學習發展中提供了諸多有益參考，有助于他們明確自己的發展方向。同時，基于學生個人的發展方向，研究生導師也將更加容易明確培養方向。結合學生的學習基礎和本科背景，更有助于打造個性化培養方案。進而推動整個研究生培養工作的全面躍升。

（三）? 加強學研聯系，為行業提質補充動力

如上所述，筆者在機電一體化課程案例庫建設中設定了專題案例和綜合案例，無論哪種教學案例都緊密聯系機、電、能、信等多個行業，這些案例都展示了相關行業的最新發展成果。引導學生學習各種不同的行業案例，首先可以發揮行業案例的產業示范作用，激發學生的專業認同感和進取心。同時，這些案例也更便于吸納更多優秀的研究生作為相關行業的后續力量，從而為行業提質增效，不斷改進補充人才動力。

五? 結束語

基于發現式學習策略的機電一體化課程案例庫教學實踐是現課程教學組織和教學形式的一次多元創新。該教學體系創建了豐富的工程情境，讓學生直觀認識“理實結合”的重要性，提高其機電產品的設計素養和工程素養。在教學實施過程中，借助各個領域的工程示范案例，開闊了學生專業視野，加強了學研之間的相互聯系，為研究生人才培養奠定了較為扎實的教學基礎。當然，在整個案例庫建設和應用的過程中，還存在很多、亟待改進之處。這些問題留給筆者對于案例庫建設更多更深的思考，比如，如何運用現有案例庫資源優化教學結構，如何從現有的案例庫資源中找到人才培養的更新點和突破口等。今后，筆者將圍繞課程案例庫建設指導原則，進一步優化資源、提升人才培養的綜合素養。

參考文獻：

[1] 張安富，劉興鳳.實施“卓越工程師教育培養計劃”的思考[J].高等工程教育研究，2010（4）56-59.

[2] 張安富，劉超.“中國制造2025”背景下的新工科構建[J].中國大學教學，2017（9）：21-23，33.

[3] 張家軍，靳玉樂.論案例教學的本質與特點[J].中國教育學刊，2004（1）：51-53，65.

[4] 保燕.發現式教學策略的利用[C]//中華教育理論與實踐科研論文成果選編（第2卷）.云南省宣威市來賓鎮第三中學，2010：1.

[5] 竇瑞芬.教師是課堂教學過程的組織引導者[J].現代教育科學（教學研究），2012（4）：70.

基金項目：2023年兵團高校研究生課程思政示范課程建設項目“《機電一體化技術》”（兵教辦發[2023]5號）;2023年度新疆維吾爾自治區第一批“天山英才”教育教學名師培養計劃項目（新教函[2023]270號）;2022年度教育部產學合作協同育人項目“‘源-網-荷-儲能源互聯綜合實驗平臺”（221004422130722）;石河子大學研究生課程建設和案例庫建設項目“機電一體化技術課程案例庫建設”（2022Y-AL04）;石河子大學研究生教育教學改革研究項目“基于課程思政的機械工程碩士課程建設與創新能力培養研究”（2022Y-JGYJ03）;石河子大學研究生課程思政示范課程建設項目“《機電一體化技術及應用》”（2022Y-KCSZ02）

第一作者簡介：胡雪（1988-），女，漢族，新疆石河子人，工學博士，副教授。研究方向為機電一體化技術，新能源裝備制造及自動化。

*通信作者：葛云（1974-），女，漢族，河南汝穎人，工學博士，教授。研究方向為機械制造工藝、先進制造技術、農業機械計算機仿真分析與優化設計。