?新工科背景下机电传动控制课程改革与混合式教学法探究

张义龙 马天兵 张双双

摘  要 机电传动控制是面向测控技术与仪器、机械电子工程等专业开设的一门专业核心课程，针对目前该课程教学中存在的问题，结合新工科背景下工科教育的变革要求，以CDIO国际工程教育理念为指导，优化机电传动控制课程教学体系，并给出新工科背景下机电传动控制课程混合式教学法的实施途径与方法，为机电传动控制及其同类专业课程教学改革提供参考。

关键词 机电传动控制;CDIO;新工科;混合式教学法;实验教学

中图分类号：G642.41    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2020）12-0092-03

Abstact Electromechanical transmission control is a professional core course for measurement and control technology and instruments， mechatronics and other majors. In view of the problems existing in the teaching of this course， combined with the requirements of engi-neering education reform based on New Engineering， guided by ad-vanced CDIO international engineering education concepts， we opti-mize the teaching system of the electromechanical transmission con-trol course， and provide the implementation approach and methods of the blending teaching method of the electromechanical transmission control course in the new engineering background，to provide the reference for teaching reform of electromechanical transmission con-trol and similar courses.

Key words electromechanical transmission control; CDIO; new engi-neering; blending teaching method; experimental teaching

1 引言

当前国家推动创新驱动发展，迫切需要加快高等教育中工程教育的改革创新。为主动应对新一轮产业革命，2017年2月，《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》发布，奏响了新工科人才培养的号角。全国各高校纷纷开设大数据、人工智能等新专业，以智能制造、云计算等新技术来改造升级传统工科专业，于是应运而生了新工科这一概念，即人才培养新模式、工程教育新理念、学科专业新结构、分类发展新体系、教育教学新质量，建设新工科成为我国继续深化工程教育改革的新方向[1]。

另一方面，2019年10月31日，教育部发布《关于一流本科课程建设的实施意见》，指出课程是人才培养的核心要素，直接决定人才培养质量，要深化教育教学改革，杜绝单纯知识传递，忽视能力培养的现象;强化信息技术与教育教学的深度融合，杜绝信息技术应用的简单化、形式化，强化师生互动，为高校课程信息化建设提出新的要求。

测控技术与仪器专业、机械电子工程专业集诸多技术特点于一体，具有鲜明学科交叉性，也是国家实施制造强国战略的重要依托。它们的出现代表着新技术、新研究方式和目标，在新工科建设的浪潮中应被置于头排方阵。机电传动控制作为机电、测控专业的专业核心课程，在课程体系中占有重要位置，在培养该领域高素质创新型人才方面发挥着重要作用，其教学质量的好坏直接影响着机械电子工程专业学生的培养质量。因此，在新工科背景下，如何借助信息技术深化机电传动控制课程教学改革，创新人才培养模式，提高机械电子工程专业机电传动控制课程教学质量，培养符合经济社会发展新需求的高素质机电人才，是当前面临的一个十分重要的课题。

2 机电传动控制课程教学现状与问题

當前，该门课程教学通常采取课堂授课结合少量实验学时的方式，普遍实行大班制，人数在80人左右，以教材和教学大纲为指导，以讲授知识为主、实验教学为辅，存在明显“工科教学偏理科化”的现象。从机电行业人才培养的角度来看，其教学内容、教学模式、考核方式与评价指标均不能充分适应新工科的新要求，学生在创新思维、解决实际问题的能力等方面也没有很好地满足用人单位需求。此外，具体到教学环节，有两个突出的问题。

一是教材内容落后于新技术的发展，更新改版较慢。如华中科技大学出版的“十一五”国家级规划教材《机电传动控制》，作为优秀教材被众多高校相关专业使用，但在2011年第五次改版后就没有再改版更新。

二是实验教学资源固化，不适应学生创新意识和解决复杂工程问题能力培养[2]。

为解决目前存在的问题，考虑到该课程所涉及知识涵盖面广、综合交叉性强，在教学内容和教学方法上可引入先进的CDIO工程教育理念，以帮助学生夯实专业基础知识，培养学生的科学思维素质，提升解决实际问题的能力为根本目标，构建“知识—素质—能力”三维一体化培养的课程教学目标达成途径。另一方面，为更好地适应新工科的需求，将大数据、人工智能、虚拟现实等新技术概念融入机电传动控制技术发展等具有契合点的教学内容中去，采用新颖的网络平台线上教学与传统课堂面授教学相结合的混合式教学方式，进一步激发学习兴趣，提升学生的学习质量。

3 优化课程教学体系

CDIO工程教育是由美国麻省理工学院等机构联合创立的先进工程教育模式，其核心理念是让学生以项目开发者的视角，主动开展实践与学习活动，熟悉并掌握构思、设计、实现及运作的完整项目开发流程，是当前高等工科教育研究的最新理念[3]。CDIO工程教育模式倡导学生在项目实施过程中学习并运用知识，参与实际项目的开发流程，从而培养CDIO能力。在这个过程中，教师不再是唱独角戏的“演员”，而是负责安排教学计划、组织指导学生活动及评价反馈学习效果的“导演”。实际上，教师在CDIO教学活动中扮演的是组织者、指导者与评价者的角色[4]。

显而易见，CDIO工程教育理念很好地符合了新工科所提出的工程教育要有新理念的要求。因此，针对目前机电传动控制课程教学中存在的问题，结合CDIO工程教育理念，优化再设计新工科背景下的机电传动控制课程教学体系，如图1所示。一方面，该课程教学体系融合了知识、能力和素质三大模块，以知识传授为基础，以CDIO项目案例为驱动，以提升能力和素质为目标;另一方面，结合传统教材，将大数据、虚拟现实、人工智能等新技术概念融入相关新的案例讲解中去，将新工科知识面整合到传统机电传动控制教学核心知识模块里，同时强调借助信息技术手段，充分发挥混合式教学法的优势，除了必不可少的课堂讲授环节，线上任务、小组讨论、成果考核、统计反馈等都能通过线上平台实现，从而有效提升课程教学质量。

4 混合式教学法与实践模式构建

当下大学生的学习方式，伴随着高等教育信息化正以惊人的速度发生改变，如超星学习通、中国大学M00C、雨课堂等大规模线上开放课程平台已经成为时下大学生喜爱的网络学习平台。但随着第一轮线上课程热潮的退去，公众和高校师生的认知回归理性，尽管线上学习有着便捷互动、实时交流、多媒体资源丰富、便于大数据统计分析等众多优点，但仍然不可能取代教师的课堂教学，二者最好能相互取长补短、有机结合[5]。混合式教学就是一种传统课堂教学与网络化线上教学（E-Learning）优势互补的教学模式，是当下高校教学改革的一个重要热门研究方向。基于CDIO工程教育理念，结合网络线上平台，在教学方式上充分体现以项目案例资源为主题、以学生为中心，增强学生学习参与度和获得感，可将混合式教学过程分为课前、课中和课后三个阶段进行设计。

课前阶段  在此阶段需要明确的是，教师必须要提前在网络平台上建设一定学时的课程资源，如章节授课课件、参考电子教材、多媒体案例资源等，并发起问卷调查、课前思考题、文献阅读等特定学习活动，学生可以通过网络平台、手机移动客户端认领任务并进行课前自主学习，如图2所示。网络平台可以采用超星学习通，也可以借助雨课堂、云班课等网络开放平台，这些网络平台都可以实现章节课程资料发布、活动发起、云端统计等交互性功能，使得课前阶段教学活动设计开展更加便捷。

课中阶段  如图3所示，课中阶段活动是整过教学过程的核心阶段。要明确的是，该阶段面对面开展课堂教学仍然是教学中必不可少的重要环节，其作用在于首先是要让学生系统掌握课程的核心知识体系，同时要以培养其多方面的学习能力为目标。该阶段的教师任务包括三个方面。

1）完成需要课堂讲授的相关内容，对课程重难点、核心知识点进行讲解和梳理，帮助学生建构完整的知识结构。这个过程相当于帮助学生打基础的过程，是在教师相对主导下进行的。

2）线下带领学生开展教学计划中规定实验教学内容，并增设自主设计实验环节，鼓励学生利用机电传动综合实验台等实验室资源开展自主实验，并在考核环节予以差异化量化分数，从而调动学生的积极性。

3）引导学生开展线上平台的交流讨论，尤其是对课前发布的活动、问题提供个性化指导，当然也包括学生在线下学习过程中遇到的问题在线上进行解答。借助网络平台，这种交流是相对不受时间和空间约束的。

另一方面，学生在课中阶段的主要任务包括：积极完成线下课堂理论知识学习、大纲规定的实验及自主实验内容，积极参与线上讨论交流，将课前线上发布的学习资源与课堂学习相结合，以及基于课前任务的小组讨论、问卷调查、读书报告，尤其是需要完成线上认领的规定任务点，获得相应学习积分。

課后阶段  如图4所示，课后阶段是对整个混合式教学过程的总结和检验阶段，学生在完成教师布置的作业和任务的基础上，需要有针对性地总结和复习，以便更好地通过线下卷面考核。卷面成绩与反映线上过程考核的平时成绩、实验成绩共同加权计为期末总成绩。此外，学生还需对自己的收获进行总结，并且将自己遇到的问题通过网络平台反馈给教师或学习小组成员，分享学习经验，共同拓展学习思路，构成课程线上教学部分的本学期积累资源，以方便后来的学习者。

另一方面，教师要在课后借助线上平台统计功能，实时向学生反馈学习积分排名、章节测试成绩、任务点完成情况，通过线上统计反馈激发学习热情，并且起到监督作用。这也是混合式线上教学显著区别于传统教学的一点，应该充分加以利用以提升教学质量。

5 结语

新工科背景下考虑机电传动控制课程建设问题，引入先进的CDIO工程教育理念，重构课程专业知识的传授过程和模式，将大数据、虚拟现实、人工智能等新技术概念融入新的案例讲解中。同时，采用混合式教学模式，通过线上问卷调查、班级群聊、小组讨论、章节测试，线下自主实验等丰富多样的形式，提升学生线上、线下教学活动的参与感，避免满堂灌的传统教学方式。笔者通过教学实践，取得一些有益效果，但机电传动控制教学改革是长期任务，仍存在一些问题和困难。

1）学生较为缺乏实际机电产品设计开发经验，对传统教学存在依赖性，对项目化思维需要适应的过程。

2）传统单一卷面考核方式已经不适应混合式教学开展，亟待建立并细化与之相适应的考核评价体系。

3）在近期抗击新冠肺炎疫情期间，各大高校纷纷组织开展线上教学，实现了“停课不停学”，但各大线上平台出现不同程度拥堵，使得线上直播教学效果受到影响，且对学生监管乏力。笔者在实践中发现，借助线上平台录播教学要比直播教学的稳定性更高，这样特殊时期的混合式教学方法也有待更多人去进一步探索。

参考文献

[1]王晓红，韩晓敏，马玉英.“新工科”背景下“传感器应用技术”课程教学改革探究[J].无线互联科技，2018，15（16）：94-95.

[2]冯武卫，李振华，袁跃峰.基于翻转课堂模式的机电传动与控制课程教学改革研究[J].科技创新导报，2016（4）：106-107，109.

[3]陶勇芳，商存慧，等.CDIO大纲对高等工科教育创新的启示[J].中国高教研究，2006（11）：81-83.

[4]胡坤.基于CDIO的矿山机械课程教学实践[J].中国教育技术装备，2017（14）：86-88.

[5]张艳艳，郑建强，禹晓，等.基于OBE导向的“食品营养学”课程改革与混合式教学法研究[J].农产品加工，2019（10）：106-109.