新工科背景下机电传动与控制课程混合式教学研究

王 灿 秦展田

（桂林航天工业学院机电工程学院 广西·桂林 541004）

随着第四次工业革命的到来，现有的工程人才培养已不能满足产业发展的需求。开展高校工程教育改革、采用新兴技术发展一批新兴工科以满足经济社会发展需求是当代高等工程教育面临的一项重要课题。新工科的建设立足长远，以培养未来人才为目标，不断探索新理念、新方法、新模式等，培养学生的创新实践能力、家国情怀、学科交叉融合能力等，切实为国家经济社会发展做好人才培养服务。而人才的培养最终都落实到课程教学上，课程才是人才培养的核心要素。为培养学生的实践创新能力和学科交叉融合能力，应该以学生为中心，让学生成为课堂的主体，加强师生之间的互动，开启培养学生主动学习新模式。

中国制造2025将智能制造作为主攻方向，机械电子工程专业在智能制造产业中起到了非常关键的作用。做好机械电子工程专业人才培养，也就是为实施制造强国战略做好人才储备。“机电传动与控制”作为机械电子工程、机械设计制造及其自动化专业核心课程，是一门机、电交叉融合的课程，其课程教学质量的优劣将直接影响相关专业的人才培养质量和制造业智能化程度。[1]因此，如何在建设新工科的大背景下，借助现代信息技术，丰富课堂形式、改革教学方法，推动信息技术与教育教学的深度融合，以此来提高机电传动与控制课程教学质量、培养机械电子工程专业高素质人才，成了相关课程老师所需解决的重要课题。

1 机电传动与控制课程教学现状及存在的问题

目前，机电传动与控制课程教学大多采用传统的线下大班集中讲授理论知识的方式，没有突出学生的主体地位。理论课教学内容以电机的基本原理及控制特性为主，涵盖知识面广，但具体的控制系统讲解较少，且各章节之间具有较强的独立性、与实践联系不够紧密，学生在没有深度参与学习过程的情况下，容易学新知忘旧知，难以形成对机电传动控制的系统把握，也难以将知识进行运用。

机电传动与控制课程教学实践锻炼不足，虽然有少量实验课程，但实验项目大多为验证性实验，教师讲解实验基本原理和实验注意事项，学生在实验过程中只是按照实验步骤进行简单的操作、记录或观察实验结果，不用进行深入的思考，学生容易对实验课程失去积极性，学生难以获得实践能力的培养、难以形成新工科下的创新意识和复杂问题的解决能力。[2]

课程考核评价采用平时成绩（主要包括考勤、平时作业、实验等）占比30%和期末考试成绩占比70%构成，考核更侧重理论知识的记忆，没有学生学习具体过程和能力的考核，难以调动学生学习的主观能动性，约束了学生创造性思维的发展。

2 机电传动与控制教学改革

针对以上存在的问题，本文以“新工科”为背景、以互联网+和“中国教育现代化2035”为政策导向、以深度学习和能力培养为目标，结合我校实际情况和机械电子工程专业人才培养要求和特点，转变现有的课程教学理念、教学方法，更新教学内容、打造机械电子工程的信息化教育平台，构建信息化教育模式及其评价方法，以满足教育现代化的人才培养要求。

2.1 更新教学内容，优化教学大纲，构建项目化课程体系

“新工科”下，教学内容应该与时俱进，凸显时代要求、与产业需求对接，注重创新实践能力培养。教师应根据学生的培养目标定位，调研机电行业当前的发展状态及其趋势，参考行业专家的建议，围绕课程目标，对课程知识点和教学内容进行调整与补充，增加具有时代特征的元素，对教学大纲进行优化，使其符合时代的需求。在课程教学中，教师应注重学生的学习主体地位，利用现代信息技术，倡导规模化教学中凸显个性化发展特点，并突出工程能力的培养，在此，采用CDIO工程教育理念，构建项目化课程体系,将工程项目融入教学过程中，让学生学中做、做中学，加强对知识的理解与运用，培养学生的创新实践能力。具体操作如下：首先，教师团队针对行业领头企业、学生主要就业地方企业进行调研，参考行业专家的建议，对机电传动与控制课程知识点进行整理，形成知识点与能力培养之间的对应关系。其次，教师团队与企业合作，形成合作项目，教师提炼其中与机电传动控制课程相关的项目并分解成课程子项目，或教师团队形成相关的创新设计项目，学生以完成项目作为课程结课指标之一，让学生学会知识的运用以及机电一体化系统的概念。最后，依托项目开展教学，形成项目的核心技术渗透到课堂，让学生在完成项目的过程中主动的完成知识的获取，激发学生学习的积极性，培养学生的工程实践能力和创新能力。

2.2 机电传动与控制混合式教学设计

随着互联网技术、信息技术的迅速发展，以方便灵活、实时交流、视频资源丰富为特点的线上课程进入了人们的视野并为众多大学生所接受。然而，纯线上课程也有其局限性，并不能完全代替传统的线下课堂教学。[3]为了将两者取长补短、有机结合，有效提高教学效果，混合式教学开始为广大教师所研究。本文采用CDIO工程教育理念、在课程教学中引入工程项目、结合丰富的线上资源，让学生在主动的学习过程中，获得知识和成就感，具体设计过程如下：

开课前课程分析阶段：机电传动与控制课程的目的是让学生建立起机与电的联系、熟悉常见的电机原理及其控制方案，培养学生机电一体化的工程能力。然而，该课程各章节之间衔接性不强，各知识点相对孤立，学生完成课程学习后难以形成建立起与其他课程之间的联系。针对课程的这些特点，对其知识点进行补充和删减，确定连接各相关知识点的机电控制系统项目，采用由浅入深、循序渐进的方式，带领学生从基础知识点的理解逐步深入至复杂工程项目问题的解决，形成课程知识前后的联系及应用。

教学环境的构建阶段：在混合教学过程中，线上教学不再是辅助教学方式，而是教学过程中的一个必要环节，[4]因此，在上课前除了要准备传统的课件、教案等教学资料外，还需要借助网络平台（如智慧树等）提前准备好线上资源，构建数字化教学环境。教学团队从知识点出发，设计机电项目，以项目为引领，收集、开发设计、整合教学资源，构建围绕项目开展的“机电传动与控制”教学资源库，主要包括“机电传动与控制”课程项目开展相关的基础知识和扩展知识，通过将知识碎片化，形成小视频，供学生课后利用碎片时间进行学习。由于机电传动与控制具备工科课程常见的晦涩难懂的特点，教学视频不宜过多，以课程项目的引入、相关的浅显易懂的基础知识、已经介绍过的相似的知识点以及拓展学习为主。同时，教师还需开发配套的课程教案、试题库、习题库、多媒体案例等，形成多样化的网络教学环境。

课前预习准备阶段：教师根据班级同学的能力和学习基础将学生进行分组，以基础好、能力强的学生为组长，配上几个能力稍弱的学生组成一个学习小组，并分配相应的工程项目。教师在每次课前通过网络平台发布课前任务，包括视频预习任务、文献阅读任务、课前思考、课前小测试、项目任务目标等，学生认领任务并在课前自主完成相关线上学习任务、课前小测试，对项目任务目标进行简单分析，采用项目小组成员之间讨论的方式，达成初步共识。为保证后续教学效果，课前任务完成时间有严格的时间限制。

课程课堂教学实施阶段：课前线上学习让学生形成知识的浅层的认识，而课堂教学是混合式教学中的核心、是学生进行深度学习的阶段，其重点在于引导学生进行知识的应用与迁移。教师将相关知识点中的重点和难点的讲解穿插在项目任务的解决中进行，并融合翻转课堂的形式引导学生分析问题、解决问题和深入理解知识，加强学生的知识运用能力、工程能力和团结协作能力；教学过程中加强师生之间的互动，通过知识点的讲解或项目问题引导学生在项目小组内讨论，形成思想碰撞并自主完成阶段项目任务。各小组委派小组代表进行小组项目分享，分析小组在解决项目问题中的优势和不足。教师也需根据学生完成课前预习的情况，掌握学生在预习中存在的普遍问题，在课堂中对学生存在的疑难点进行讨论和分析。对于个别学生在课堂教学学习过程中没有理解的知识点或难点进行线上平台讨论或进行线上个性化指导。

课后复习完善阶段：课后一方面考查学生的学习掌握情况，另一方面学生进行课程项目的修改完善。学生学习情况的考查主要通过线上作业、章节测试、小课题、小论文等进行，一方面检测学生知识点的掌握情况，另一方面让学生整合知识点并进行运用、创新，达到学以致用的目的。课程项目阶段目标的完善以项目小组来开展，项目组长组织本小组同学进行讨论，根据新学知识，对目前的项目工作进一步修整。对于小组内的后进生，由小组成员之间进行课后帮扶，推动小组成员共同进步。教师课后进行线上查阅作业、线上答疑等，同时，发布扩展知识视频，让学有余力的学生进一步深入学习，培养学生自学能力。

结课后总结评价阶段：改革以往的机电传动课程考核方式，在混合式教学中，构建以注重学习过程和各项能力的考核方式。机电传动与控制课程的考核分为平时成绩（50%）和考试（50%）成绩两部分。平时成绩加入了线上学习的评价，包括线上预习成果、线上小测试、线上讨论等；线下学习评价主要由课堂讨论、传帮带情况、项目完成情况、成果答辩等部分组成，多方面对学生学习情况进行评价。考核评价不仅有来自教师的评价，学生的互评和自评也加入其中，让学生多面了解自己的学习情况。

教师课后也需要对课程教学进行评价，主要包括线上教学反馈、线下教学和线上教学结合度、信息技能教学方法能力、教学内容深度和广度、知识点的掌握情况、学生满意度和认可度等指标，以此促进课程教学的不断完善。

3 结语

通过对机电传动与控制课程教学中存在的问题进行分析，笔者采用在混合式教学中融入工程项目的方式来开展“机电传动与控制”课程的教学，更新教学内容、突出学生在学习中的主体地位，注重学生工程实践能力、创新能力的培养和学生之间的传帮带作用，让学生在通过线上学习和讨论、工程项目设计与实践、线下课程讨论与传帮带、单元测试等多样化学习形式来有效提高机电传动与控制课程教学效果，以满足新工科下的人才培养要求。