?新工科背景下機(jī)電傳動(dòng)控制課程改革與混合式教學(xué)法探究

張義龍 馬天兵 張雙雙

摘? 要 機(jī)電傳動(dòng)控制是面向測(cè)控技術(shù)與儀器、機(jī)械電子工程等專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)核心課程，針對(duì)目前該課程教學(xué)中存在的問題，結(jié)合新工科背景下工科教育的變革要求，以CDIO國際工程教育理念為指導(dǎo)，優(yōu)化機(jī)電傳動(dòng)控制課程教學(xué)體系，并給出新工科背景下機(jī)電傳動(dòng)控制課程混合式教學(xué)法的實(shí)施途徑與方法，為機(jī)電傳動(dòng)控制及其同類專業(yè)課程教學(xué)改革提供參考。

關(guān)鍵詞 機(jī)電傳動(dòng)控制;CDIO;新工科;混合式教學(xué)法;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.41? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：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

當(dāng)前國家推動(dòng)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，迫切需要加快高等教育中工程教育的改革創(chuàng)新。為主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪產(chǎn)業(yè)革命，2017年2月，《教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》發(fā)布，奏響了新工科人才培養(yǎng)的號(hào)角。全國各高校紛紛開設(shè)大數(shù)據(jù)、人工智能等新專業(yè)，以智能制造、云計(jì)算等新技術(shù)來改造升級(jí)傳統(tǒng)工科專業(yè)，于是應(yīng)運(yùn)而生了新工科這一概念，即人才培養(yǎng)新模式、工程教育新理念、學(xué)科專業(yè)新結(jié)構(gòu)、分類發(fā)展新體系、教育教學(xué)新質(zhì)量，建設(shè)新工科成為我國繼續(xù)深化工程教育改革的新方向[1]。

另一方面，2019年10月31日，教育部發(fā)布《關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見》，指出課程是人才培養(yǎng)的核心要素，直接決定人才培養(yǎng)質(zhì)量，要深化教育教學(xué)改革，杜絕單純知識(shí)傳遞，忽視能力培養(yǎng)的現(xiàn)象;強(qiáng)化信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合，杜絕信息技術(shù)應(yīng)用的簡單化、形式化，強(qiáng)化師生互動(dòng)，為高校課程信息化建設(shè)提出新的要求。

測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)、機(jī)械電子工程專業(yè)集諸多技術(shù)特點(diǎn)于一體，具有鮮明學(xué)科交叉性，也是國家實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略的重要依托。它們的出現(xiàn)代表著新技術(shù)、新研究方式和目標(biāo)，在新工科建設(shè)的浪潮中應(yīng)被置于頭排方陣。機(jī)電傳動(dòng)控制作為機(jī)電、測(cè)控專業(yè)的專業(yè)核心課程，在課程體系中占有重要位置，在培養(yǎng)該領(lǐng)域高素質(zhì)創(chuàng)新型人才方面發(fā)揮著重要作用，其教學(xué)質(zhì)量的好壞直接影響著機(jī)械電子工程專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。因此，在新工科背景下，如何借助信息技術(shù)深化機(jī)電傳動(dòng)控制課程教學(xué)改革，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，提高機(jī)械電子工程專業(yè)機(jī)電傳動(dòng)控制課程教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)符合經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展新需求的高素質(zhì)機(jī)電人才，是當(dāng)前面臨的一個(gè)十分重要的課題。

2 機(jī)電傳動(dòng)控制課程教學(xué)現(xiàn)狀與問題

當(dāng)前，該門課程教學(xué)通常采取課堂授課結(jié)合少量實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的方式，普遍實(shí)行大班制，人數(shù)在80人左右，以教材和教學(xué)大綱為指導(dǎo)，以講授知識(shí)為主、實(shí)驗(yàn)教學(xué)為輔，存在明顯“工科教學(xué)偏理科化”的現(xiàn)象。從機(jī)電行業(yè)人才培養(yǎng)的角度來看，其教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、考核方式與評(píng)價(jià)指標(biāo)均不能充分適應(yīng)新工科的新要求，學(xué)生在創(chuàng)新思維、解決實(shí)際問題的能力等方面也沒有很好地滿足用人單位需求。此外，具體到教學(xué)環(huán)節(jié)，有兩個(gè)突出的問題。

一是教材內(nèi)容落后于新技術(shù)的發(fā)展，更新改版較慢。如華中科技大學(xué)出版的“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材《機(jī)電傳動(dòng)控制》，作為優(yōu)秀教材被眾多高校相關(guān)專業(yè)使用，但在2011年第五次改版后就沒有再改版更新。

二是實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源固化，不適應(yīng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和解決復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)[2]。

為解決目前存在的問題，考慮到該課程所涉及知識(shí)涵蓋面廣、綜合交叉性強(qiáng)，在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上可引入先進(jìn)的CDIO工程教育理念，以幫助學(xué)生夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維素質(zhì)，提升解決實(shí)際問題的能力為根本目標(biāo)，構(gòu)建“知識(shí)—素質(zhì)—能力”三維一體化培養(yǎng)的課程教學(xué)目標(biāo)達(dá)成途徑。另一方面，為更好地適應(yīng)新工科的需求，將大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)概念融入機(jī)電傳動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展等具有契合點(diǎn)的教學(xué)內(nèi)容中去，采用新穎的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)線上教學(xué)與傳統(tǒng)課堂面授教學(xué)相結(jié)合的混合式教學(xué)方式，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。

3 優(yōu)化課程教學(xué)體系

CDIO工程教育是由美國麻省理工學(xué)院等機(jī)構(gòu)聯(lián)合創(chuàng)立的先進(jìn)工程教育模式，其核心理念是讓學(xué)生以項(xiàng)目開發(fā)者的視角，主動(dòng)開展實(shí)踐與學(xué)習(xí)活動(dòng)，熟悉并掌握構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)及運(yùn)作的完整項(xiàng)目開發(fā)流程，是當(dāng)前高等工科教育研究的最新理念[3]。CDIO工程教育模式倡導(dǎo)學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過程中學(xué)習(xí)并運(yùn)用知識(shí)，參與實(shí)際項(xiàng)目的開發(fā)流程，從而培養(yǎng)CDIO能力。在這個(gè)過程中，教師不再是唱獨(dú)角戲的“演員”，而是負(fù)責(zé)安排教學(xué)計(jì)劃、組織指導(dǎo)學(xué)生活動(dòng)及評(píng)價(jià)反饋學(xué)習(xí)效果的“導(dǎo)演”。實(shí)際上，教師在CDIO教學(xué)活動(dòng)中扮演的是組織者、指導(dǎo)者與評(píng)價(jià)者的角色[4]。

顯而易見，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，針對(duì)目前機(jī)電傳動(dòng)控制課程教學(xué)中存在的問題，結(jié)合CDIO工程教育理念，優(yōu)化再設(shè)計(jì)新工科背景下的機(jī)電傳動(dòng)控制課程教學(xué)體系，如圖1所示。一方面，該課程教學(xué)體系融合了知識(shí)、能力和素質(zhì)三大模塊，以知識(shí)傳授為基礎(chǔ)，以CDIO項(xiàng)目案例為驅(qū)動(dòng)，以提升能力和素質(zhì)為目標(biāo);另一方面，結(jié)合傳統(tǒng)教材，將大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等新技術(shù)概念融入相關(guān)新的案例講解中去，將新工科知識(shí)面整合到傳統(tǒng)機(jī)電傳動(dòng)控制教學(xué)核心知識(shí)模塊里，同時(shí)強(qiáng)調(diào)借助信息技術(shù)手段，充分發(fā)揮混合式教學(xué)法的優(yōu)勢(shì)，除了必不可少的課堂講授環(huán)節(jié)，線上任務(wù)、小組討論、成果考核、統(tǒng)計(jì)反饋等都能通過線上平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，從而有效提升課程教學(xué)質(zhì)量。

4 混合式教學(xué)法與實(shí)踐模式構(gòu)建

當(dāng)下大學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，伴隨著高等教育信息化正以驚人的速度發(fā)生改變，如超星學(xué)習(xí)通、中國大學(xué)M00C、雨課堂等大規(guī)模線上開放課程平臺(tái)已經(jīng)成為時(shí)下大學(xué)生喜愛的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)。但隨著第一輪線上課程熱潮的退去，公眾和高校師生的認(rèn)知回歸理性，盡管線上學(xué)習(xí)有著便捷互動(dòng)、實(shí)時(shí)交流、多媒體資源豐富、便于大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等眾多優(yōu)點(diǎn)，但仍然不可能取代教師的課堂教學(xué)，二者最好能相互取長補(bǔ)短、有機(jī)結(jié)合[5]?；旌鲜浇虒W(xué)就是一種傳統(tǒng)課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)化線上教學(xué)（E-Learning）優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的教學(xué)模式，是當(dāng)下高校教學(xué)改革的一個(gè)重要熱門研究方向?；贑DIO工程教育理念，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)線上平臺(tái)，在教學(xué)方式上充分體現(xiàn)以項(xiàng)目案例資源為主題、以學(xué)生為中心，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)參與度和獲得感，可將混合式教學(xué)過程分為課前、課中和課后三個(gè)階段進(jìn)行設(shè)計(jì)。

課前階段? 在此階段需要明確的是，教師必須要提前在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上建設(shè)一定學(xué)時(shí)的課程資源，如章節(jié)授課課件、參考電子教材、多媒體案例資源等，并發(fā)起問卷調(diào)查、課前思考題、文獻(xiàn)閱讀等特定學(xué)習(xí)活動(dòng)，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、手機(jī)移動(dòng)客戶端認(rèn)領(lǐng)任務(wù)并進(jìn)行課前自主學(xué)習(xí)，如圖2所示。網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可以采用超星學(xué)習(xí)通，也可以借助雨課堂、云班課等網(wǎng)絡(luò)開放平臺(tái)，這些網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)都可以實(shí)現(xiàn)章節(jié)課程資料發(fā)布、活動(dòng)發(fā)起、云端統(tǒng)計(jì)等交互性功能，使得課前階段教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)開展更加便捷。

課中階段? 如圖3所示，課中階段活動(dòng)是整過教學(xué)過程的核心階段。要明確的是，該階段面對(duì)面開展課堂教學(xué)仍然是教學(xué)中必不可少的重要環(huán)節(jié)，其作用在于首先是要讓學(xué)生系統(tǒng)掌握課程的核心知識(shí)體系，同時(shí)要以培養(yǎng)其多方面的學(xué)習(xí)能力為目標(biāo)。該階段的教師任務(wù)包括三個(gè)方面。

1）完成需要課堂講授的相關(guān)內(nèi)容，對(duì)課程重難點(diǎn)、核心知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解和梳理，幫助學(xué)生建構(gòu)完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)。這個(gè)過程相當(dāng)于幫助學(xué)生打基礎(chǔ)的過程，是在教師相對(duì)主導(dǎo)下進(jìn)行的。

2）線下帶領(lǐng)學(xué)生開展教學(xué)計(jì)劃中規(guī)定實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，并增設(shè)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，鼓勵(lì)學(xué)生利用機(jī)電傳動(dòng)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)等實(shí)驗(yàn)室資源開展自主實(shí)驗(yàn)，并在考核環(huán)節(jié)予以差異化量化分?jǐn)?shù)，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。

3）引導(dǎo)學(xué)生開展線上平臺(tái)的交流討論，尤其是對(duì)課前發(fā)布的活動(dòng)、問題提供個(gè)性化指導(dǎo)，當(dāng)然也包括學(xué)生在線下學(xué)習(xí)過程中遇到的問題在線上進(jìn)行解答。借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，這種交流是相對(duì)不受時(shí)間和空間約束的。

另一方面，學(xué)生在課中階段的主要任務(wù)包括：積極完成線下課堂理論知識(shí)學(xué)習(xí)、大綱規(guī)定的實(shí)驗(yàn)及自主實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，積極參與線上討論交流，將課前線上發(fā)布的學(xué)習(xí)資源與課堂學(xué)習(xí)相結(jié)合，以及基于課前任務(wù)的小組討論、問卷調(diào)查、讀書報(bào)告，尤其是需要完成線上認(rèn)領(lǐng)的規(guī)定任務(wù)點(diǎn)，獲得相應(yīng)學(xué)習(xí)積分。

課后階段? 如圖4所示，課后階段是對(duì)整個(gè)混合式教學(xué)過程的總結(jié)和檢驗(yàn)階段，學(xué)生在完成教師布置的作業(yè)和任務(wù)的基礎(chǔ)上，需要有針對(duì)性地總結(jié)和復(fù)習(xí)，以便更好地通過線下卷面考核。卷面成績與反映線上過程考核的平時(shí)成績、實(shí)驗(yàn)成績共同加權(quán)計(jì)為期末總成績。此外，學(xué)生還需對(duì)自己的收獲進(jìn)行總結(jié)，并且將自己遇到的問題通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)反饋給教師或?qū)W習(xí)小組成員，分享學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，共同拓展學(xué)習(xí)思路，構(gòu)成課程線上教學(xué)部分的本學(xué)期積累資源，以方便后來的學(xué)習(xí)者。

另一方面，教師要在課后借助線上平臺(tái)統(tǒng)計(jì)功能，實(shí)時(shí)向?qū)W生反饋學(xué)習(xí)積分排名、章節(jié)測(cè)試成績、任務(wù)點(diǎn)完成情況，通過線上統(tǒng)計(jì)反饋激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，并且起到監(jiān)督作用。這也是混合式線上教學(xué)顯著區(qū)別于傳統(tǒng)教學(xué)的一點(diǎn)，應(yīng)該充分加以利用以提升教學(xué)質(zhì)量。

5 結(jié)語

新工科背景下考慮機(jī)電傳動(dòng)控制課程建設(shè)問題，引入先進(jìn)的CDIO工程教育理念，重構(gòu)課程專業(yè)知識(shí)的傳授過程和模式，將大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等新技術(shù)概念融入新的案例講解中。同時(shí)，采用混合式教學(xué)模式，通過線上問卷調(diào)查、班級(jí)群聊、小組討論、章節(jié)測(cè)試，線下自主實(shí)驗(yàn)等豐富多樣的形式，提升學(xué)生線上、線下教學(xué)活動(dòng)的參與感，避免滿堂灌的傳統(tǒng)教學(xué)方式。筆者通過教學(xué)實(shí)踐，取得一些有益效果，但機(jī)電傳動(dòng)控制教學(xué)改革是長期任務(wù)，仍存在一些問題和困難。

1）學(xué)生較為缺乏實(shí)際機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)存在依賴性，對(duì)項(xiàng)目化思維需要適應(yīng)的過程。

2）傳統(tǒng)單一卷面考核方式已經(jīng)不適應(yīng)混合式教學(xué)開展，亟待建立并細(xì)化與之相適應(yīng)的考核評(píng)價(jià)體系。

3）在近期抗擊新冠肺炎疫情期間，各大高校紛紛組織開展線上教學(xué)，實(shí)現(xiàn)了“停課不停學(xué)”，但各大線上平臺(tái)出現(xiàn)不同程度擁堵，使得線上直播教學(xué)效果受到影響，且對(duì)學(xué)生監(jiān)管乏力。筆者在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，借助線上平臺(tái)錄播教學(xué)要比直播教學(xué)的穩(wěn)定性更高，這樣特殊時(shí)期的混合式教學(xué)方法也有待更多人去進(jìn)一步探索。

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