基于翻转课堂模式的机电传动与控制课程教学改革研究

冯武卫 李振华 袁跃峰

摘 要：翻转课堂是近年来出现的一种新型教学理念，可以为教师和学生定制个性化教学平台与个性化学习空间。学生通过网络、视频、创新实验等自主学习与课堂内的探讨与互动，能够更深刻的掌握及内化理论知识。机电传动与控制课程是综合性、多学科交叉、实践性强的课程，传统的教学模式已经无法适应目前对高校应用型人才的培养需求。该文探讨和研究了基于翻转课堂模式的机电传动与控制课程教学改革，从教师备课准备、学生学习要求、网络平台建设和考核体系4个方面进行深入的研究，最终给出了课程改革前后学生成绩的变化情况，从而展现出翻转课堂模式对机电传动与控制课程乃至工科专业课程的促进作用和重要性。

关键词：翻转课堂 机电传动与控制 教学改革 自主学习

中图分类号：G436 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）02（a）-0106-03

《机电传动与控制》是机械设计制造及自动化或机械电子工程专业的专业核心课程，是一门综合性、多学科交叉、实践性强的课程，要求学生的先修课程包括：机械设计、机械原理、电工电子学、电力拖动、电路等多学科，高难度的课程。对教师讲授课程和学生学习课程都提出了极大的挑战。一方面，由于部分高校机械或机电专业电类课程设置较为简单，有些课程学生没有进行提前学习，教师讲课的过程中学生一头雾水，教学进程缓慢；另一方面，该课程中诸多理论环节的讲解需要实践或实验支撑，而由于目前教学课时的压缩及部分高校实验条件的匮乏，使学生对课本上的知识停留在简单的认识或似懂非懂的状态。上述因素严重挫伤了学生对机电传动课程知识的积极性，同时也有悖于目前高校教学改革对机电类应用型人才的需求。为了解决上述问题，改善教学效果，该课程教学团队引进了翻转课堂教学模式，把学习的主动性还给学生，使传统的、被动式的、灌输式的教学模式向主动式、自发式、探索式方向发展。通过近两年的教学实践探索与改革，该校机电传动课程已经得到广大师生的一致认可，学生的考核成绩及实践动手能力也有了显著改善和提高。

1 教师教学准备

机电传动与控制课程教学体系沿用传统教学方式：40个理论课时+8个实验课时。首先，由于该课程涉及的领域非常广，包括机械设计、电气工程、电机学、电子技术、PLC技术等多个学科领域，且理论课时有限，因此在教学过程中许多教学内容仅能涉及面上的知识，学生学习以了解和熟悉为主，缺乏课程理论体系的系统认识；其次，课程安排的8个学时实验多数是验证性和演示性实验，学生实验过程中仅知其然，不知其所以然。因此，传统的教学内容及教学方式严重制约了学生学习的积极性和创造性。鉴于传统教学存在的问题，该项目针对目前学校机电专业现有的教学和实验手段，对课程的教学内容进行整合与改革，具体内容如下。

（1）机电传动控制技术基础部分：该部分主要讲述机电传动控制基础知识以及常用的各类电气控制元件及符号，除了常规理论课讲解之外，增加动画演示以及实物教学环节（课题组前期已购买部分常用低压电器用于实验教学）；（2）继电器控制基础部分：此部分重点讲述各类基本控制电路以及典型设备电气控制系统，由于此部分实验设备的缺乏，该课程利用仿真软件protus对各类基本控制电路进行仿真模拟，在典型设备电气控制系统分析中让学生设计特殊功能的控制电路并进行现场仿真、纠错和完善；（3）可编程控制器（PLC）应用技术部分：这部分内容主要以编制PLC程序以及实现为主，本项目从两个方面着手进行教学内容改革：一是针对课堂讲解的任何PLC程序进行模拟仿真及创新设计（仿真软件）；二是课题组前期购买了PLC可编程控制器，而且已经开发了部分程序，需要学生在学号理论知识的基础上，进行PLC程序实际开发、写入及调试，达到学生对PLC控制器更直观的认识；（4）设备调速控制技术：此部分主要是讲述直流电机、交流电机、伺服以及步进电机的调速控制技术，由于该部分电机学理论知识非常复杂，学生在学习过程中很难快速掌握电机调速的理论。因此教学过程中先从宏观上教授学生动力设备如何进行调速，微观的知识要求学生通过自学或者讨论的方式来完成。其次，增加实物电机调速实验（实验室已购置部分电机及驱动设备和控制系统）。

2 学生学习要求

翻转课堂要求学生从被动听课转变为主动学习，经过多年课程改革的实施，教学团队积累了几个行之有效的针对学生学习过程中注意的问题，总结如下。

（1）借助于翻转课堂的理念，改革学生学习从被动式到主动式。首先给学生布置2～3个问题（下一节课要讲的内容），让学生提前预习，并分组进行问题的解答，问题的难度适中，需要学生课余时间查阅相关资料，并在下一节课抽取部分学生进行讲解（适当给予一定成绩）。这样学生学习的主动性就提高了，也更容易加深对课程内容的理解；（2）实践教学环节增加部分自主创新性实验项目。除了验证性实验需要学生提前预习并自主完成之外，增加几个创新性实验项目。例如在现有实验设备及仿真平台的基础上，让学生设计一套关于交流电机调速控制系统（硬件设备已有），需要学生撰写实验报告书（包括实验目的、采用的仪器、测试方法、结论），通过创新性实验项目的实施；（3）结合机械专业学科竞赛，进一步提升学生学习的主动性。以机械设计大赛、电子设计大赛、智能汽车设计大赛经典案例为依托，在授课过程中增加部分经典案例讲解，可进一步提升各类学科竞赛的水平。

3 网络学习平台的建设

该课程采用超星慕课（MOOC）平台进行课程网络平台的建设，此网络平台主要包含课程内容体系、教学视频、微课、作业、考核等多方面的信息，使学生可以通过网络自主学习，随学随考，减小学生课堂学习的压力，提高学习的积极性。图1是超星网络平台的界面，只要点击需要学习的课程，丰富的文字、视频、声音课程资源将会一一展现在学生面前。图2是平台学习过程中一个典型的反接制动电路的仿真，更容易增加学生学习的兴趣。

4 考核体系研究

目前总体考核体系：平时成绩40%，实验成绩30%，期末考试成绩30%，随着课程改革逐步深入，期末考试成绩比重将逐步缩小甚至取消。（1）平时成绩：出勤成绩10%，课堂表现30%，课堂表现主要检查学生课前预习的情况及课堂回答问题、问题讲解等情况；此外增加课后学生回答问题的环节，学生可能在课堂上未及时或正确回答上一节课布置的问题，可以采取课后回答，同样可以计入平时成绩；（2）实验成绩：其中验证性实验占15%，创新性实验15%，创新性实验会提前2～3周规划好实验题目，根据现场实验效果及实验报告给予成绩；（3）期末考试成绩：期末考试重点考核学生基础知识掌握的程度，题目的难度适中，可以在网上上传部分题库供学生复习。如果学生平时成绩加上实验成绩达到合格标准，学生允许不参加期末考试，成绩按照前两项成绩之和计。

5 翻转课堂案例

下面针对机电传动课程（自动循环工作控制电路部分）的课堂教学过程进行翻转课堂的方案设计：

（1）教学改革内容：自动循环工作控制电路（继电器控制技术基础部分）。

（2）教学方案设计（按8：00～9：35时间进行授课）。

首先在上一节课布置两个题目：多机自动循环控制电路和电液控制电路，要求学生提前预习，熟悉各部分低压电器的符号及作用，能够绘制控制电路图，并对电路图的原理进行讲解；8：00～8：10，上课后教师先用10 min左右时间总结回顾上一节内容，并进行提问，记录学生回答情况；8：10～8：15，布置该次课教学安排，讲授该次课主要讨论的问题。8：15～8：45，选取（或报名的方式）两组学生对上一节课提出的问题进行讲解，讲解过程中必须要有板书。8：50～9：00，学生提问质询环节，根据回答及讲解情况记录成绩。9：00～9：25，教师对学生讲解过程中存在的问题进行归纳，并对该次教学任务进一步总结。9：25～9：35，自由提问阶段，学生可以提问一些该教学内容相关问题，由教师讲解；其次，教师可以提1～2个创新性问题，例如：多机自动循环控制电路如何实现启动按钮之后整台设备循环往复运行（非单次循环）。布置作业及下一节课要预习的内容。

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