机电综合设计课程创新与实践

骆雪汇

关键词：微课;翻转课堂;物联网技术

职业院校机电一体化专业大多开设了单片机、c语言、电子设计、传感器等专业技能课程，并以案例为载体开展教学。但因课程授课老师属于不同的学科领域，导致这些课程案例各自独立，关联性不强，无法向学生展现各学科内容如何有效融合及如何有效地在工程中应用。本研究通过基于微课和翻转课堂的学习及应用，引导学生进行物联网技术的智能立体车库控制系统项目开发，形成自顶层至底层的项目设计开发方法，最终构建“学习一应用一学习”这样一条机电一体化课程闭环生态链。

1研究背景

目前，以微课、翻转课堂教学模式的教学研究改革在各高等职业教育学校实践研究方兴未艾，而且由于国内尚缺乏成熟的文献、案例、经验，各职业学院的尝试均为摸着石头过河。所以将微课和翻转课堂从少数研究者的实践探索发展成为一种创新型的教学理论，积极进行以微课、翻转课堂教学模式在实际课堂的教学应用研究对于高等职业教育课程改革具有重要的现实意义。

相对于国内其他本科院校的物联网专业建设，高职院校物联网技术相关课程建设相对滞后。物联网是多学科交叉融合的综合性专业，对高职办学年限及现有师资力量、管理模式的要求比较高，机电专业要学习整个物联网相关知识与技能是不现实的。据调研，高职院校物联网技术专业主要在物联网技术的操作、应用、推广等方向发展。在“大众创业、万众创新”的背景下，各种新技术、新工艺、新方法不断涌现，而课程新技术引进相对滞后，导致当下职业院校学生及老师想展现众多的创新想法，却无法从现有的课程学习中获得足够的技术支持去实现。

因此，本项目以建设省级重点专业为导向，培养学生创新精神和实践能力，改革其课程体系、教学内容、方法、手段以及实践教学环节等方面，结合信息技术手段，引入物联网工程技术新理念、新技术、新方法，更新教学内容、强化实践能力、突出专业特色，实现机电一体化创新人才培养，是目前迫切需要解决的问题。

2设计思路

探索与区域内先进物联网开发校企合作课程，整合机电一体化专业现有c语言、单片机技术、传感器、可编程控制器、电子电路设计等专业核心技能课程，引入物联网工程技术，开发一门基于微课和翻转课堂的物联网工程应用综合实训课程，从而将各学科相融合成一体。并且本研究以课堂教学的全面信息化教学改革为目标，进行基于微课的翻转课堂理念课程的信息化教学设计，从而改变“以教师为中心”的教学方式，实现“以学生为中心的”教学结构转变。研究主要围绕该课程教学内容进行重建，在搭建课程教学平台与开发课程教学资源以及改革课程考试与评价体系等几个方面展开，最终实现将本课程建设成为物联网技术与职业教育教学深度融合示范性精品课程。

2.1项目规划

根据高职机电一体化技术专业培养目标和专业定位，本课程项目以立体车库控制系统典型应用情境为主线。设计多个单元模块承载教学章节，包括直流稳压电源、电机控制装置、压力检测开关、信号传输。各单元模块尽量以不同方案实现，让学生举一反三，如各电路模块分别用分立元件和集成电路实现。各单元模块不仅是本课程的学习载体，也为单片机、c语言程序设计、传感器、电子电路设计等后续课程提供硬件支撑。

2.2内容重构

课程将原多门课程的知识内容整合到各模块中。如将电子技术知识点二极管、三极管、整流、滤波、稳压知识整合到直流稳压电源模块中;将电机驱动与报警等知识整合到车库升降控制模块中;将传感器等知识整合到车辆检测控制模块中;将A/D转换、计数器、数据选择器、译码器、数码管电路等知识整合到车位状态显示模块中。

在物联网课堂上讲授单片机接口内容时，可以在教学中结合应用原理、库函数等，以及模块知识的学习都可用项目案例教学，并使用智能机器人小车编程控制，这样就有效提升了课堂教学的趣味性。同时老师在这过程中可以结合学生的实际情况，尽可能地减少理论知识教学学时，强化实训项目操作，增加物联网通信协议栈等知识点教学，如可以重点突出c语言编写的Zigbee协议栈程序，让学生更加清晰地了解物联网技术结构形态等知识，提高学生的实践能力和操作能力，促进专业课程教学改革深入发展。

2.3翻转课堂混合教学模式

该模式将以前单一的线上课程学习过渡到线上、线下相结合起来，形成一个闭环的学习情境。在这里分为两部分：第一部分是利用空中课堂进行线上学习各模块知识。课程教师根据本课程的教学目标，先对教学内容进行模块划分，归纳出不同模块的知识点，并分别推荐智能小车及车库各模块控制视频链接或制作短视频等上传到网络学习平台。课前提醒学生自主学习，教师在线解答学生学习的疑难问题。第二部分是物联网技术应用实训，在翻转课堂结束以后，需要增加DIY项目训练这一教学环节，该环节是翻转课堂教学的重要组成部分。最终目的是实现理论学习与实践应用的共同教学目标，从而有效提升学生对机电专业课程的应用实践能力。

3课程实施

3.1专业课程内容

本课程对于电子技术的基本概念、专业术语和基本理论等基础知识，是学生要求必须掌握的重点内容，这类教学内容适宜采用课堂讲授加实验验证辅助教学。教师和学生针对重点知识进行分析和实验，理解其中的专业术语、定律，适当利用仪器仪表进行实验验证加强理解。教师推荐的相关拓展资源（网络资源或是补充的微课教学资源）让学生课外访问，以加强对专业知识的理解和应用。

而在单片机、c语言、传感器等课程要求掌握的基本概念和理论则由于涉及的内容较多，比较分散，或者教材的内容虽经典但与当前技术发展的潮流脱节，但对当前技术学习有一定指导作用，那么这些章节的内容可以采用课堂讲授加部分翻转课堂形式进行。将以翻转课堂形式开展教学活动来传授这些离散的知识内容，或是补充新近学科动向。比如本课程的立体车库模型，同時可以增加人工智能机器人小车编程，这些都正在越来越多的物联网课程教学里得到推广。

3.2创新实践运用

本课程的创新内容是知识点呈模块化分布，每个模块集中讲授原来一门课程内容，各模块是并行的关系，因此，可以采用完全翻转课堂形式进行课程教学。任课教师指导学生分成几个学习小组，分别代表不同的课程模块，对该模块内容进行探索学习，并设计相应用的典型应用电路或系统编程，课堂上每个小组将学习成果与同学交流和分享，每个小组在老师指导下进行比较学习和效果评价，这样极大帮助了学生对教学内容的深入理解。

3.3知识点案例设计

案例1：项目车辆检测模块，内容包括放大器，反射式光电管u1的第二端通过放大器与控制模块的输入端连接。

该项目实施前，让学生先通过查阅电子元件功能说明。因大部分教材上的知识点已经几十年了，通常理论性较强。因此我们采用部分翻转课堂，教材内容中反映的重点元件特性由教师讲解，同时也布置了课外的学习任务，让学生自己事先下载相关的经典电路、翻转课堂、慕课等教育技术领域目前研究的热点问题，可以指定几个学习小组，每组几名同学，对相关内容进行重点讨论学习，并将成果形成材料（以PPT形式为主），与其他小组在上课时将报告进行分享和交流，让所有学习同学都了解放大器和光电管的工作原理和功能，开发学生的电子应用技术技能，引发学生的兴趣和关注。

案例2：课程项目控制单元还包括若干个压力传感器，压力传感器分别安装在车辆载板和停车位上并与控制模块连接。

因此关于传感器的学习理论是本案例的学习重点和难点，因此我们也是采用微课和翻转课堂，可在课网站上查找到省级精品课程《传感器技术》，提前通过线上视频学习，再结合教材内容，分成几个学习小组分别进行资料收集整理，让每个小组应用传感器设计典型应用电路等，形成课程小设计。课堂上，各小组展示自己的学习成果，通过小组互评和辩论，让学生了解不同的主要观点、优缺点及其应用。

4平台设计

4.1平台设计要求

为确保翻转课堂的有效实施，教师应根据物联网技术课程内容及教学目标，利用相关软件制作物联网应用系统，整个系统平台涵盖课程资源模块、师生互动系统、仿真控制系统。另外，线上教学平台不仅能支持电脑Pc端的在线学习，而且必须能够应用于移动手机端。

4.2微课技术运用

微课是实现本课程翻转课堂线上线下教学模式的核心要素。首先对课程任务的重点、难点进行分析，然后分割成短小的内容作为微课来讲解演示。本课程知识点设计连贯递进的微课视频及其对应的学习资料，每个微视频时长约5分钟，不超过10分钟，并且主题突出，综合应用单片机、电子技术、c语言等知识点，非常适合学生利用碎片化时间的特点进行在线学习。老师利用微课的应用來进行物联网技术课程教学，辅助知识重点和难点的讲解，也极大地提高了老师的教学水平。

课后采用微课的形式，通过碎片化多次学习，能更有效加强学生对知识点的掌握。当学生在进行实训操作时，仍可通过观看微课视频来指导动手实践，如立体车库控制系统及智能机器人小车编程，将抽象的知识点转化为具体形象的内容，对于学生可以更加直观地了解到问题的所在，在短时间内掌握课程的学习要点，增强自身对知识的操作能力，提高学习效率。

4.3课程目标与内容线上线下衔接递进

目标和内容线上线下衔接一体化解决了内容重复的问题。学生通过线上课前第一遍翻转课堂的自主学习，减少了老师课堂理论知识讲授时间，增加了课堂的项目实训时间，有效地提高了物联网课程一体化教学效果。同时翻转课堂还可以延伸至课外进行二次设计应用，有效地帮助学生技能提升。

在课堂实施过程中，教师展示智能机器人小车、VR、智能立体车库等物联设备，根据课程目标和技能要求进行实操训练，激发学生对知识的学习兴趣。在这个环节中，教师要充分利用微课的简短性和针对性，对物联网技术课堂讲课的内容进行指导，吸引学生对知识的学习兴趣，利于教师的因材施教，提升学生学习效率。

5结论

本课程创新实践利用应用物联网技术的智能立体车库控制系统设计方案结合微课技术、翻转课堂发展方向，对传统的机电一体化课程体系做出相应的优化和改革，并通过课程实施加以验证，大大提高了学生的学习效率，有效加强了学生的专业技能，也为专业其他课程的改革提供了参考，同时这个创新实践对其他专业的课程改革也具有借鉴意义。