基于翻轉(zhuǎn)課堂模式的機電傳動與控制課程教學(xué)改革研究

馮武衛(wèi) 李振華 袁躍峰

摘 要：翻轉(zhuǎn)課堂是近年來出現(xiàn)的一種新型教學(xué)理念，可以為教師和學(xué)生定制個性化教學(xué)平臺與個性化學(xué)習(xí)空間。學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)、視頻、創(chuàng)新實驗等自主學(xué)習(xí)與課堂內(nèi)的探討與互動，能夠更深刻的掌握及內(nèi)化理論知識。機電傳動與控制課程是綜合性、多學(xué)科交叉、實踐性強的課程，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)無法適應(yīng)目前對高校應(yīng)用型人才的培養(yǎng)需求。該文探討和研究了基于翻轉(zhuǎn)課堂模式的機電傳動與控制課程教學(xué)改革，從教師備課準(zhǔn)備、學(xué)生學(xué)習(xí)要求、網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)和考核體系4個方面進行深入的研究，最終給出了課程改革前后學(xué)生成績的變化情況，從而展現(xiàn)出翻轉(zhuǎn)課堂模式對機電傳動與控制課程乃至工科專業(yè)課程的促進作用和重要性。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂 機電傳動與控制 教學(xué)改革 自主學(xué)習(xí)

中圖分類號：G436 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）02（a）-0106-03

《機電傳動與控制》是機械設(shè)計制造及自動化或機械電子工程專業(yè)的專業(yè)核心課程，是一門綜合性、多學(xué)科交叉、實踐性強的課程，要求學(xué)生的先修課程包括：機械設(shè)計、機械原理、電工電子學(xué)、電力拖動、電路等多學(xué)科，高難度的課程。對教師講授課程和學(xué)生學(xué)習(xí)課程都提出了極大的挑戰(zhàn)。一方面，由于部分高校機械或機電專業(yè)電類課程設(shè)置較為簡單，有些課程學(xué)生沒有進行提前學(xué)習(xí)，教師講課的過程中學(xué)生一頭霧水，教學(xué)進程緩慢；另一方面，該課程中諸多理論環(huán)節(jié)的講解需要實踐或?qū)嶒炛危捎谀壳敖虒W(xué)課時的壓縮及部分高校實驗條件的匱乏，使學(xué)生對課本上的知識停留在簡單的認(rèn)識或似懂非懂的狀態(tài)。上述因素嚴(yán)重挫傷了學(xué)生對機電傳動課程知識的積極性，同時也有悖于目前高校教學(xué)改革對機電類應(yīng)用型人才的需求。為了解決上述問題，改善教學(xué)效果，該課程教學(xué)團隊引進了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，把學(xué)習(xí)的主動性還給學(xué)生，使傳統(tǒng)的、被動式的、灌輸式的教學(xué)模式向主動式、自發(fā)式、探索式方向發(fā)展。通過近兩年的教學(xué)實踐探索與改革，該校機電傳動課程已經(jīng)得到廣大師生的一致認(rèn)可，學(xué)生的考核成績及實踐動手能力也有了顯著改善和提高。

1 教師教學(xué)準(zhǔn)備

機電傳動與控制課程教學(xué)體系沿用傳統(tǒng)教學(xué)方式：40個理論課時+8個實驗課時。首先，由于該課程涉及的領(lǐng)域非常廣，包括機械設(shè)計、電氣工程、電機學(xué)、電子技術(shù)、PLC技術(shù)等多個學(xué)科領(lǐng)域，且理論課時有限，因此在教學(xué)過程中許多教學(xué)內(nèi)容僅能涉及面上的知識，學(xué)生學(xué)習(xí)以了解和熟悉為主，缺乏課程理論體系的系統(tǒng)認(rèn)識；其次，課程安排的8個學(xué)時實驗多數(shù)是驗證性和演示性實驗，學(xué)生實驗過程中僅知其然，不知其所以然。因此，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方式嚴(yán)重制約了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性。鑒于傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題，該項目針對目前學(xué)校機電專業(yè)現(xiàn)有的教學(xué)和實驗手段，對課程的教學(xué)內(nèi)容進行整合與改革，具體內(nèi)容如下。

（1）機電傳動控制技術(shù)基礎(chǔ)部分：該部分主要講述機電傳動控制基礎(chǔ)知識以及常用的各類電氣控制元件及符號，除了常規(guī)理論課講解之外，增加動畫演示以及實物教學(xué)環(huán)節(jié)（課題組前期已購買部分常用低壓電器用于實驗教學(xué)）；（2）繼電器控制基礎(chǔ)部分：此部分重點講述各類基本控制電路以及典型設(shè)備電氣控制系統(tǒng)，由于此部分實驗設(shè)備的缺乏，該課程利用仿真軟件protus對各類基本控制電路進行仿真模擬，在典型設(shè)備電氣控制系統(tǒng)分析中讓學(xué)生設(shè)計特殊功能的控制電路并進行現(xiàn)場仿真、糾錯和完善；（3）可編程控制器（PLC）應(yīng)用技術(shù)部分：這部分內(nèi)容主要以編制PLC程序以及實現(xiàn)為主，本項目從兩個方面著手進行教學(xué)內(nèi)容改革：一是針對課堂講解的任何PLC程序進行模擬仿真及創(chuàng)新設(shè)計（仿真軟件）；二是課題組前期購買了PLC可編程控制器，而且已經(jīng)開發(fā)了部分程序，需要學(xué)生在學(xué)號理論知識的基礎(chǔ)上，進行PLC程序?qū)嶋H開發(fā)、寫入及調(diào)試，達到學(xué)生對PLC控制器更直觀的認(rèn)識；（4）設(shè)備調(diào)速控制技術(shù)：此部分主要是講述直流電機、交流電機、伺服以及步進電機的調(diào)速控制技術(shù)，由于該部分電機學(xué)理論知識非常復(fù)雜，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中很難快速掌握電機調(diào)速的理論。因此教學(xué)過程中先從宏觀上教授學(xué)生動力設(shè)備如何進行調(diào)速，微觀的知識要求學(xué)生通過自學(xué)或者討論的方式來完成。其次，增加實物電機調(diào)速實驗（實驗室已購置部分電機及驅(qū)動設(shè)備和控制系統(tǒng)）。

2 學(xué)生學(xué)習(xí)要求

翻轉(zhuǎn)課堂要求學(xué)生從被動聽課轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，經(jīng)過多年課程改革的實施，教學(xué)團隊積累了幾個行之有效的針對學(xué)生學(xué)習(xí)過程中注意的問題，總結(jié)如下。

（1）借助于翻轉(zhuǎn)課堂的理念，改革學(xué)生學(xué)習(xí)從被動式到主動式。首先給學(xué)生布置2～3個問題（下一節(jié)課要講的內(nèi)容），讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)，并分組進行問題的解答，問題的難度適中，需要學(xué)生課余時間查閱相關(guān)資料，并在下一節(jié)課抽取部分學(xué)生進行講解（適當(dāng)給予一定成績）。這樣學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性就提高了，也更容易加深對課程內(nèi)容的理解；（2）實踐教學(xué)環(huán)節(jié)增加部分自主創(chuàng)新性實驗項目。除了驗證性實驗需要學(xué)生提前預(yù)習(xí)并自主完成之外，增加幾個創(chuàng)新性實驗項目。例如在現(xiàn)有實驗設(shè)備及仿真平臺的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生設(shè)計一套關(guān)于交流電機調(diào)速控制系統(tǒng)（硬件設(shè)備已有），需要學(xué)生撰寫實驗報告書（包括實驗?zāi)康摹⒉捎玫膬x器、測試方法、結(jié)論），通過創(chuàng)新性實驗項目的實施；（3）結(jié)合機械專業(yè)學(xué)科競賽，進一步提升學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。以機械設(shè)計大賽、電子設(shè)計大賽、智能汽車設(shè)計大賽經(jīng)典案例為依托，在授課過程中增加部分經(jīng)典案例講解，可進一步提升各類學(xué)科競賽的水平。

3 網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺的建設(shè)

該課程采用超星慕課（MOOC）平臺進行課程網(wǎng)絡(luò)平臺的建設(shè)，此網(wǎng)絡(luò)平臺主要包含課程內(nèi)容體系、教學(xué)視頻、微課、作業(yè)、考核等多方面的信息，使學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)，隨學(xué)隨考，減小學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的壓力，提高學(xué)習(xí)的積極性。圖1是超星網(wǎng)絡(luò)平臺的界面，只要點擊需要學(xué)習(xí)的課程，豐富的文字、視頻、聲音課程資源將會一一展現(xiàn)在學(xué)生面前。圖2是平臺學(xué)習(xí)過程中一個典型的反接制動電路的仿真，更容易增加學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

4 考核體系研究

目前總體考核體系：平時成績40%，實驗成績30%，期末考試成績30%，隨著課程改革逐步深入，期末考試成績比重將逐步縮小甚至取消。（1）平時成績：出勤成績10%，課堂表現(xiàn)30%，課堂表現(xiàn)主要檢查學(xué)生課前預(yù)習(xí)的情況及課堂回答問題、問題講解等情況；此外增加課后學(xué)生回答問題的環(huán)節(jié)，學(xué)生可能在課堂上未及時或正確回答上一節(jié)課布置的問題，可以采取課后回答，同樣可以計入平時成績；（2）實驗成績：其中驗證性實驗占15%，創(chuàng)新性實驗15%，創(chuàng)新性實驗會提前2～3周規(guī)劃好實驗題目，根據(jù)現(xiàn)場實驗效果及實驗報告給予成績；（3）期末考試成績：期末考試重點考核學(xué)生基礎(chǔ)知識掌握的程度，題目的難度適中，可以在網(wǎng)上上傳部分題庫供學(xué)生復(fù)習(xí)。如果學(xué)生平時成績加上實驗成績達到合格標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生允許不參加期末考試，成績按照前兩項成績之和計。

5 翻轉(zhuǎn)課堂案例

下面針對機電傳動課程（自動循環(huán)工作控制電路部分）的課堂教學(xué)過程進行翻轉(zhuǎn)課堂的方案設(shè)計：

（1）教學(xué)改革內(nèi)容：自動循環(huán)工作控制電路（繼電器控制技術(shù)基礎(chǔ)部分）。

（2）教學(xué)方案設(shè)計（按8：00～9：35時間進行授課）。

首先在上一節(jié)課布置兩個題目：多機自動循環(huán)控制電路和電液控制電路，要求學(xué)生提前預(yù)習(xí)，熟悉各部分低壓電器的符號及作用，能夠繪制控制電路圖，并對電路圖的原理進行講解；8：00～8：10，上課后教師先用10 min左右時間總結(jié)回顧上一節(jié)內(nèi)容，并進行提問，記錄學(xué)生回答情況；8：10～8：15，布置該次課教學(xué)安排，講授該次課主要討論的問題。8：15～8：45，選?。ɑ驁竺姆绞剑﹥山M學(xué)生對上一節(jié)課提出的問題進行講解，講解過程中必須要有板書。8：50～9：00，學(xué)生提問質(zhì)詢環(huán)節(jié)，根據(jù)回答及講解情況記錄成績。9：00～9：25，教師對學(xué)生講解過程中存在的問題進行歸納，并對該次教學(xué)任務(wù)進一步總結(jié)。9：25～9：35，自由提問階段，學(xué)生可以提問一些該教學(xué)內(nèi)容相關(guān)問題，由教師講解；其次，教師可以提1～2個創(chuàng)新性問題，例如：多機自動循環(huán)控制電路如何實現(xiàn)啟動按鈕之后整臺設(shè)備循環(huán)往復(fù)運行（非單次循環(huán)）。布置作業(yè)及下一節(jié)課要預(yù)習(xí)的內(nèi)容。

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