机电一体化技术课程教学中存在的问题与应对策略

马雪亭，赵劲飞，苏广东，张 涵，郭岗岗

（塔里木大学 机械电气化工程学院，新疆维吾尔自治区 阿拉尔 843300）

机电一体化技术是机械电子工程及其他相近专业（如机械制造、农机等）的核心专业课程之一，其理论性、实践性与创新性较强，对机电专业人才的培养具有重要意义。且该课程与前期多门课程联系紧密，如何提高学生学习积极性、尽快使其进入学习状态，并提高学生自主设计与创新能力是该课程教师一直研究的课题[1]。

该课程突出特点是各学科知识点融合性较强，先修课程包括但不仅限于：机械设计、优化设计、互换性、可编程控制器、机电传动与控制、单片机技术、虚拟仿真、传感器技术、信号处理等课程，几乎机电类各项专业课均有涉及，故该课程学习范围较广、跨度较大，且部分知识点较为抽象，部分学生学习较为吃力[2]。本文总结了作者工作以来，在该课程授课过程中存在的问题与几种典型教学方法，对其进行了分析，并提出一种实物制作与课堂演示的教学方法。

1 机电一体化技术教学过程中存在问题

机电一体化技术课程的多学科知识点高度融合、跨度大、部分知识点较为抽象等特点，增加了学生学习该课程的难度，作者结合多年教学经历、同行交流与文献调研，总结出学生在学习该课程时存在以下问题。

1.1 学生兴趣不够，参与度低，配合度有待提高

由于该课程是一门多知识点高度融合课程，学生学习较为吃力，甚至放弃对该部分知识点的学习。在授课过程中发现，部分同学对所学知识点的应用不同程度感到迷茫，导致对这门课程不够重视，学习兴趣较低[3]。

1.2 学生学习主动性欠佳

课堂教学过程中，对于枯燥乏味的理论推导和讲解，多满足于课堂讲解内容，课下较少开展探究性学习，较少主动阅读或查询相关书籍与资料，即使教师布置一定的课后拓展作业，也难以保质保量完成。

1.3 实践环节不足以提升机电相互结合的课程目标

在教学过程中，多采用“理论+实验”或“理论+设计”的模式来传授知识技能，由于两者存在明确先后顺序（先理论后实验或设计），加之理论教学较为枯燥单一，学生兴趣不高，不少学生学习完理论课后，在实际环节中较难下手，导致理论与实践不能较好衔接，教学质量有一定提升空间。

1.4 实验设备不符合教学要求

实验设备较为集成化，其硬件的外部接线多已固化好。学生仅根据指导书简单接线即可完成，限制了学生的创新能力、动手能力和综合分析能力。部分学生做完该课程的实验后仍有“只知其然，不知其所以然”的感觉。

2 机电一体化技术教学常用教学方法

为解决或改善上述问题，各大高校的机电一体化技术课程的教学做了不同程度改革，作者通过教学方法交流、切身经历、文献调研等方式，总结了目前使用较为普遍的教学方式，具体如下。

2.1 翻转课堂

即以学生为中心，教师作为辅助，起启发与点评的作用。该方法在一定程度上可提高学生自主能动性，尤其是其中的主要参与者，若认真对待，将对所学知识印象深刻，经久不忘[4]。然而，翻转式课堂较多适合少部分学习较为扎实、兴趣浓厚学生，对整体不太适用。尤其是对部分积极性不高的学生，会出现应付了事现象，授课效果适得其反。且该教学方法效率较低，适当运用尚可，长期运用可能出现难以在规定学时完成教学任务情况。

2.2 以赛促教

该教学方法配备专业教师专门指导，真正让学生将理论与实践结合。该教学方法可使学生对课本知识加深理解，熟练掌握，并且切身感受其应用。加之各大比赛多数有奖励机制，一定程度上提高了学生们参与的积极性[5]。然而，该方法具有明显局限性，即受众群体有限。以塔里木大学机械电气化工程学院机械电子工程班级为例，参赛学生不足一半，且参赛队伍中真正作为“主力军”成员少之又少，不足整个班级人数1/3。对于绝大多数学生而言，课堂听讲仍是获取知识、提高水平的主要途径。

2.3 启发式教学

与传统“灌输式”教学不同，该教学方法以启发与引导为主，让学生在思考中获取知识。该方法可提高部分学生主动性，增加师生互动[6]。学生每完成一个问题，可获得一定的成就感，增强自信。但该方法受众群体有限，且教学进度较传统教学模式低下，不适合用该方法连续长期教学。

2.4 增加线上授课环节，即线上线下结合授课

在线下面授基础上，融入线上授课内容。众所周知，线上授课无法对学生进行较好约束，过多依赖于学生自制力[7]。对于自制力较强学生，该方式效果尚可，其他学生则效果欠佳。另外，线上授课与面授相比，互动程度较差，且学生对授课内容印象不深。

3 一种实物制作与课堂演示教学方法的提出

现有教学手段不同程度存在效率低下、受众群体较少等局限性。要整体提高学生对该课程的学习水平，归根结底仍要回归课堂本身，在课堂教学方法方面下功夫。

针对上述问题，可考虑实物制作与课堂演示的教学方法，即“课下实物制作，课上效果演示与理论讲解”的教学方案，将教材中抽象、难理解的内容具体化，降低学生接受难度，提高学生动手能力与理论知识的掌握水平。实物教学是教学环节中能将理论与实践紧密联系、直观性较强的一种教学手段。在课堂上通过讲解相关知识点，布置难度适当的实体搭建任务，通过任课教师指导，师生共同完成实物制作。

例如，讲解传感器技术时，可利用光电、声音、超声波等传感器模块搭建可检测不同对象的小实物，在任课教师指导下由学生分组制作（有条件的话可适当结合与课程相关的比赛作品要求，制作作品参赛），将制作好的小实物带到课堂中去展示。在展示的过程中对知识进行讲解与总结，使学生们真切感受到传感器的相关用途。通过实物制作与课堂演示，学生更容易理解教材中的难点，克服学习该课程的恐惧感，同时为后期参加各种专业类创新类比赛项目以及毕业设计打好基础。表1为部分主要章节的具体实物制作安排。

表1 机电一体化技术部分章节实物制作与课堂演示安排Tab.1 Physical production and classroom demonstration arrangement of chapters of mechatronics technology

4 结论

本文针对机电一体化技术课程的教学，结合作者多年教学经历、文献调研与同行交流，阐述了学生学习该课程时存在的问题，并通过文献调研、交流等手段对各个高校的该课程的教学方法进行了总结与对比，分析了各种教学方法的优点与不足，提出了实物制作与课堂演示的教学方法，并列出了部分章节内容的实物制作与课堂演示具体安排，为该课程的教学提供了一种新的思路。