混合式教學(xué)模式在機電傳動與控制課程中的探索與實踐

黃敏 劉洪霞 陳豐 張華

摘要：互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展以及各種教學(xué)模式的探索和信息化教學(xué)平臺的建設(shè)，為機電傳動與控制課程的教學(xué)模式的改革奠定了基礎(chǔ)。本文結(jié)合本課程的實際教學(xué)情況和指導(dǎo)學(xué)生的經(jīng)驗，將混合式教學(xué)模式引入本課程的教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生積極主動地學(xué)習(xí)，改善教學(xué)效果，為培養(yǎng)高水平應(yīng)用型機械電子工程專業(yè)人才提供支撐。

Abstract： With the development of Internet technology， the exploration of various teaching modes and the construction of information-based teaching platform have laid a foundation for the reform of teaching mode of electromechanical transmission and control course. In this paper， combined with the actual teaching situation of this course and the experience of guiding students， the blended Teaching mode is introduced into the teaching of this course， which can guide the students to study actively， improve the teaching effect， and provide support for the cultivation of high-level applied mechanical and electronic engineering professionals.

關(guān)鍵詞：混合教學(xué);教學(xué)模式;機電傳動;步進(jìn)電機

Key words： blended teaching;teaching mode;electromechanical drive;stepper motor

中圖分類號：G423.07? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）02-0253-02

0? 引言

《機電傳動與控制》課程所介紹的電動機知識被廣泛用于汽車、內(nèi)燃機等領(lǐng)域;涵蓋較多電機的工作原理、公式推導(dǎo)及相關(guān)概念，較抽象，且涉及學(xué)科較多，包含電磁學(xué)（如恒定磁場、旋轉(zhuǎn)磁場、脈動磁場等相關(guān)概念），電力電子技術(shù)（如整流、逆變、脈沖寬度調(diào)制等電路的理解），機械工程控制基礎(chǔ)（如閉自動環(huán)控制系統(tǒng)、PI調(diào)節(jié)器等），電機學(xué)（各種電機的結(jié)構(gòu)與原理），電動機的機械特性及電力拖動等概念與方法，繼電器-接觸器控制電路，主要教學(xué)目的是使學(xué)生掌握電機原理及其拖動控制系統(tǒng)等基礎(chǔ)理論，學(xué)會用各種電機、電器、電子元器件、檢測元件及電子計算機按一定規(guī)律設(shè)計控制系統(tǒng)，[1]培養(yǎng)學(xué)生在復(fù)雜機電系統(tǒng)中相關(guān)問題的工程思維方法和工程應(yīng)用能力。

目前主要還是教師講學(xué)生聽的方式，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動性不高;鑒于互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)+教育的推廣，混合式教學(xué)應(yīng)運而生并迅速得到廣泛的應(yīng)用，什么是混合式教學(xué)？混合式教學(xué)理念強調(diào)將面對面講授式課堂和線上學(xué)習(xí)相結(jié)合，借助適當(dāng)?shù)拿襟w技術(shù)，提供與教學(xué)目標(biāo)相契合的資源和活動，從而取得最優(yōu)化的教學(xué)效果。[2]混合式教學(xué)是指在適當(dāng)?shù)臅r間，通過應(yīng)用適當(dāng)?shù)拿襟w技術(shù)，提供與適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)環(huán)境相契合的資源和活動，讓適當(dāng)?shù)膶W(xué)生形成適當(dāng)?shù)哪芰Γ瑥亩〉米顑?yōu)化教學(xué)效果的教學(xué)方式。[3]

本文結(jié)合我校機械電子工程專業(yè)機電傳動與控制課程的教學(xué)現(xiàn)狀，充分考慮本校學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)與專業(yè)培養(yǎng)計劃，利用信息化時代豐富的網(wǎng)絡(luò)資源，運用智慧教學(xué)工具——超星學(xué)習(xí)通輔助教學(xué)，將混合式教學(xué)模式運用到本課程中。

1? 基于學(xué)習(xí)通的混合式教學(xué)實踐

混合式教學(xué)是“互聯(lián)網(wǎng)+教育”背景下的一種新型教育形式，也是信息化時代教學(xué)改革的發(fā)展趨勢[4]?；旌鲜浇虒W(xué)的實施可以分為課前、課中、課后三個階段。

1.1 教學(xué)準(zhǔn)備

第一，明確課程地位。機電傳動與控制課程作為我校機械電子工程專業(yè)的專業(yè)核心課，是機電系統(tǒng)與機電系統(tǒng)控制實現(xiàn)的紐帶，對于學(xué)生掌握機電傳動與控制的專業(yè)知識、培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實際工程中機電一體化問題的工程應(yīng)用能力，具有不可替代的作用。然而學(xué)生在學(xué)習(xí)了本課程后，反映最多的一個問題就是知識點多，且知識點之間聯(lián)系很少，知識點都是孤立存在的，很難舉一反三活學(xué)活用。因此讓學(xué)生知道本課程所學(xué)知識點與該專業(yè)其他課程之間的聯(lián)系，了解整個課程的知識點體系是非常有必要的。第二，修訂教學(xué)大綱，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。首先，我校機械電子工程專業(yè)課程大綱要求介紹的電機知識較傳統(tǒng)老舊，沒有結(jié)合時代發(fā)展的新動向，一些內(nèi)容較簡單如直流電機的結(jié)構(gòu)與工作原理，在網(wǎng)上有很多高質(zhì)量的學(xué)習(xí)資源，包括慕課視頻，學(xué)生可以通過自學(xué)掌握這部分知識，教師準(zhǔn)備一些相關(guān)的客觀題檢測學(xué)習(xí)效果，再根據(jù)檢測結(jié)果有針對性地詳細(xì)講解個別難點;其次，對機械電子工程專業(yè)的學(xué)生而言，主要研究對象是生產(chǎn)機械中的電動機，掌握電動機的原理并根據(jù)實際情況合理選用控制方法即可，其他如整流、逆變及PWM等相關(guān)內(nèi)容，則可以有選擇地了解學(xué)習(xí)。因此教學(xué)大綱的更新修訂和課程教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化，讓本課程各知識點之間更具有邏輯性，也更便于學(xué)生對知識點的理解及應(yīng)用。第三，優(yōu)化多媒體課件，豐富課程資源。課件作為課堂教學(xué)描述知識的手法，在教學(xué)中占據(jù)著重要的地位，它起著連接教師與學(xué)生的作用：教師將課件表示出來的概念、圖形、公式、特性曲線等知識有機地連接起來，通過講解， 將其孕育的知識與理論傳遞給學(xué)生。[5]學(xué)生跟著課件理解教師的講解，通過練習(xí)或?qū)嵺`將知識點內(nèi)化。除了多媒體課件外，與課程相關(guān)的學(xué)習(xí)資源如例題習(xí)題的分析解答可以錄制成短視頻上傳學(xué)習(xí)通，學(xué)生則可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況隨時查看不懂的內(nèi)容。因此在課程內(nèi)容優(yōu)化的基礎(chǔ)上，更新多媒體課件、完善課程配套資源是必要的。

1.2 課前導(dǎo)學(xué)

教師要按照課程內(nèi)容要求，借助線上信息化教學(xué)資源，如中國大學(xué)MOOC平臺的優(yōu)質(zhì)資源，進(jìn)行資源的整理與篩選。利用超星學(xué)習(xí)通發(fā)布課前學(xué)習(xí)資源，如步進(jìn)電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理的演示視頻、動畫、課件PPT、學(xué)習(xí)要求或注意事項等。

根據(jù)教師發(fā)布的學(xué)習(xí)要求，學(xué)生完成教師發(fā)布與教材內(nèi)容相關(guān)的學(xué)習(xí)任務(wù)。線上學(xué)習(xí)結(jié)束后，學(xué)生完成教師發(fā)布的測驗并提交。學(xué)生通過課前導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)本節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容并檢測對本節(jié)知識的認(rèn)知水平;而教師則通過線上測驗掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，如此有利于提高課堂教學(xué)的效率。

1.3 課中探究

根據(jù)預(yù)習(xí)內(nèi)容測驗的結(jié)果，教師在課堂上與學(xué)生積極討論，解決不懂的問題。采用這種學(xué)習(xí)方式，學(xué)生能夠積極思考，及時發(fā)現(xiàn)沒有弄明白的知識點，也可以隨時提出自己的疑問。因此在整個教學(xué)過程中，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下是帶著問題去學(xué)習(xí)，也在不斷的發(fā)現(xiàn)新的問題;整個教學(xué)過程充分調(diào)動了學(xué)生的能動性，有助于培養(yǎng)學(xué)生自主探索問題的能力，同時樹立對學(xué)習(xí)的自信。

1.4 課后輔導(dǎo)答疑

互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為教育帶來了豐富的交流渠道，由單一的線下交流變?yōu)榫€上、線下多途徑交流，這為教師和學(xué)生提供了更多的互助溝通的機會，提高了學(xué)生的表達(dá)能力。學(xué)生還可利用信息技術(shù)收集整合知識、充分思考。

2? 課程考核方式的構(gòu)建

根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，課程組對本課程的考核方式進(jìn)行了調(diào)整并在持續(xù)改進(jìn)中;以考核學(xué)生能力培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成為主要目的，以檢查學(xué)生對各知識點的掌握程度和應(yīng)用能力為重要內(nèi)容，包括平時成績、實驗成績和期末成績?nèi)糠?，平時成績包括考勤、課堂活動、作業(yè)和隨堂測驗等環(huán)節(jié)，實驗成績包括實驗過程和實驗報告考核環(huán)節(jié)，期末成績包括期末考試環(huán)節(jié)。相應(yīng)地，課程總評成績由平時成績、實驗成績和期末成績?nèi)糠旨訖?quán)組成，各環(huán)節(jié)成績與總評成績均為百分制，在總評成績中，平時成績、實驗成績和期末成績所占的權(quán)重分別為30%、10%和60%。并將本課程的教學(xué)目標(biāo)分解為以下子目標(biāo)：

目標(biāo)1：掌握機電傳動系統(tǒng)的運動方程式及其含義;掌握幾種典型生產(chǎn)機械的負(fù)載特性;掌握機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件，并學(xué)會分析、判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點;培養(yǎng)學(xué)生分析、判斷機電系統(tǒng)運行狀態(tài)的能力;

目標(biāo)2：掌握直流電機、交流電動機、控制電動機的基本結(jié)構(gòu)、原理、機械特性以及相關(guān)分析與計算;掌握各類電動機啟動、調(diào)速、制動的常用方法以及每種方法的優(yōu)缺點和應(yīng)用場所;掌握運用機械特性的四個象限分析交、直流電動機運行狀態(tài)的方法;培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)實際情況及電機運行特性，合理選用、使用電動機的能力;

目標(biāo)3：掌握繼電器—接觸器控制線路中基本控制環(huán)節(jié)的構(gòu)成和工作原理;培養(yǎng)學(xué)生分析較復(fù)雜的控制線路、設(shè)計一些較簡單控制線路的能力;

目標(biāo)4：掌握晶閘管的基本工作原理、典型整流電路的工作原理及其特點;理解逆變與脈寬調(diào)制的工作原理、用途和控制;掌握交、直流自動調(diào)速系統(tǒng)中常見基本環(huán)節(jié)，常用反饋環(huán)節(jié)的作用、特點及適用場所;培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)生產(chǎn)機械的特點和要求合理選擇使用機電傳動控制系統(tǒng)、能夠處理實際生產(chǎn)中控制系統(tǒng)運行問題的能力;

目標(biāo)5（育人目標(biāo)）：機電傳動與控制是一門理論與工程實際相結(jié)合的學(xué)科，在教學(xué)過程中融入思政元素：一是通過介紹機電傳動與控制對智能制造產(chǎn)業(yè)的重要性、戰(zhàn)略性，加深學(xué)生對本所學(xué)專業(yè)和課程的榮譽感和使命感;二是通過介紹國內(nèi)外當(dāng)前的差距以及一些熱點事件，喚起學(xué)生的憂患意識、科技報國熱情和擔(dān)當(dāng)意識;三是通過介紹國內(nèi)一些先進(jìn)團隊、先進(jìn)個人的事跡來培養(yǎng)樹立學(xué)生的民族自尊心和自信心。本課程的育人目標(biāo)概括為“時代召喚使命，責(zé)任需要擔(dān)當(dāng)”。課程目標(biāo)與考核環(huán)節(jié)的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

其中，考勤每次0.5分、課堂活動包括提問、討論、隨堂練習(xí)等由學(xué)習(xí)通記錄、作業(yè)每次0.5分、測驗由學(xué)習(xí)通發(fā)布每次5分。各考核環(huán)節(jié)所占分值比例也可根據(jù)教學(xué)安排進(jìn)行調(diào)整，建議值及考核細(xì)則如表2所示。

課程目標(biāo)達(dá)成度評價包括課程分目標(biāo)達(dá)成度評價和課程總目標(biāo)達(dá)成度評價，具體計算方法如下：

3? 總結(jié)

本課程的混合式教學(xué)還在摸索階段，在教學(xué)和課程考核方式等環(huán)節(jié)的設(shè)計仍存在一些問題，如教學(xué)設(shè)計方案細(xì)節(jié)上不夠具體、考核評價方式不夠多元化、教師借助信息技術(shù)進(jìn)行教學(xué)模式創(chuàng)新的能力等，還有待改進(jìn);此外，混合式教學(xué)的開展還應(yīng)結(jié)合學(xué)生的實際情況進(jìn)行量身定制，才能充分發(fā)揮現(xiàn)代教育技術(shù)的優(yōu)勢，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。

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