機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程三全育人教學(xué)模式探討

許吉禪 馬天兵

摘? 要 針對當(dāng)前大學(xué)教學(xué)模式發(fā)展趨勢，結(jié)合機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程教學(xué)特點，探究利用信息化等手段實現(xiàn)對全體學(xué)生全過程全方位開展教學(xué)的新模式，并對機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程教學(xué)、課堂管理、課程思政和教學(xué)評估等方面的實施方案進(jìn)行詳細(xì)探討。

關(guān)鍵詞 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計;三全育人教學(xué)模式;課程思政

中圖分類號：G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）02-0086-03

Discussion on Teaching Mode of Three-wide Education for Me-chatronics System Design Course//XU Jichan， MA Tianbing

Abstract This article in view of the current development trend of university teaching mode， combining with the characteristics of Mechatronics System Design course teaching and explore the whole process of informationization means to all students all-round to develop a new mode of teaching， and the teaching of mechatronics system design， the classroom management， the curriculum ideology

and politics， and the teaching evaluation and so on the implementa-tion of the scheme is discussed in detail.

Key words mechatronics system design; teaching mode of three-wide education; curriculum ideology and politics

0 前言

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，在現(xiàn)代大學(xué)教育教學(xué)過程中逐步地融入大量的信息化元素，利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)APP系統(tǒng)開展線上教學(xué)，以其教學(xué)時間的延展性、教學(xué)地點的隨意性、教學(xué)對象的廣泛性以及教學(xué)選擇的多樣性等特點，正以迅速地發(fā)展趨勢替代部分傳統(tǒng)教學(xué)模式功能。特別是當(dāng)前新冠肺炎疫情的影響，線上教學(xué)變成高校教學(xué)的主戰(zhàn)場。但是線上教學(xué)模式仍不能完全替代線下教學(xué)，未來線上+線下教學(xué)相結(jié)合的混合教學(xué)模式將會成為當(dāng)前高校主流教學(xué)模式[1-2]。根據(jù)當(dāng)前國家全員全過程全方位育人（簡稱“三全育人”）的要求，教師和學(xué)校都需要通過不斷地改革和創(chuàng)新，最終構(gòu)建出一體化育人體系，辦好中國特色社會主義大學(xué)，培養(yǎng)出德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人[3]。

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計是一門綜合性極強(qiáng)的工科核心課程，該課程的設(shè)置是為了讓學(xué)生掌握綜合利用機(jī)械、電子、控制等各方面專業(yè)知識的方法，開展機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計工作，為學(xué)生未來進(jìn)入社會或繼續(xù)開展研究性學(xué)習(xí)做好啟蒙和引導(dǎo)[4-7]。因此，該課程的教學(xué)對教師專業(yè)水平要求極高，同時對其教學(xué)模式提出更高的要求和更大的挑戰(zhàn)。本文分別從課程教學(xué)、課堂管理、課程思政和教學(xué)評估四個方面進(jìn)行探討，以提高教師教和學(xué)生學(xué)的效率與質(zhì)量，實現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程“三全育人”教學(xué)。

1 課程教學(xué)

無論是線下教學(xué)還是線上教學(xué)，教學(xué)的主體都是學(xué)生。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程的教學(xué)前提是要求學(xué)生已掌握機(jī)械、電子和信息等各學(xué)科基礎(chǔ)知識，目標(biāo)是使學(xué)生把握機(jī)電系統(tǒng)智能化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化和系統(tǒng)化趨勢，學(xué)會各學(xué)科知識的融會貫通，形成復(fù)雜機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的基本思維。本門課程涉及領(lǐng)域廣，教師對該課程的教學(xué)內(nèi)容和方法都需要進(jìn)行精心選擇和準(zhǔn)備，結(jié)合信息化教學(xué)，豐富教學(xué)內(nèi)容、拓展教學(xué)方法，以獲得更好的教學(xué)效果。

教學(xué)內(nèi)容的選擇? 對于機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程，掌握基本的概念、設(shè)計流程和設(shè)計規(guī)則，熟悉前人總結(jié)出來的設(shè)計方法，是教學(xué)過程中最為核心的教學(xué)內(nèi)容。但是由于該部分內(nèi)容相對較為枯燥，并不能引起學(xué)生很大的學(xué)習(xí)熱情。為此，選擇當(dāng)前較為先進(jìn)的、科技含量較高的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計實例作為課堂教學(xué)的典型案例，成為該課程重要的一部分教學(xué)內(nèi)容。典型案例的選擇是提高教學(xué)效率的關(guān)鍵，要求包括機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的基本要素，能夠反映機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的前沿趨勢。

本文選擇碼垛機(jī)器人作為典型案例，對相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行介紹。首先，通過介紹碼垛機(jī)器人的發(fā)展情況，讓學(xué)生初步掌握其最初設(shè)計需求、當(dāng)前技術(shù)現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢;然后，將碼垛機(jī)器人分解為機(jī)械、檢測與傳感、信息處理、自動控制、伺服驅(qū)動和系統(tǒng)總成六個關(guān)鍵技術(shù)分別進(jìn)行討論，機(jī)械技術(shù)主要包括機(jī)械手和機(jī)械臂，檢測與傳感技術(shù)主要包括圖像獲取、位置檢測和光電傳感等，信息處理技術(shù)主要包括目標(biāo)識別、空間定位和坐標(biāo)系構(gòu)建等，自動控制技術(shù)主要包括PLC控制程序、人機(jī)交互界面和穩(wěn)定性控制，伺服驅(qū)動技術(shù)主要包括伺服驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其驅(qū)動電路等，系統(tǒng)總成技術(shù)主要包括電氣接口、機(jī)械接口和人機(jī)接口等;最后，在講授碼垛機(jī)器人典型案例過程中，聯(lián)系機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)的基本要素，進(jìn)一步鞏固學(xué)生本課程基礎(chǔ)知識。此外，在課堂教學(xué)中增加對常用信息檢索技術(shù)的介紹，如知網(wǎng)、萬方、Web of Science和Ei等，引導(dǎo)學(xué)生掌握獲取當(dāng)前最前沿技術(shù)和理論的本領(lǐng)，為今后開展學(xué)術(shù)研究或企業(yè)工作打好基礎(chǔ)。

教學(xué)方法的實施? 教學(xué)內(nèi)容的展示力求做到圖文并茂，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)動態(tài)視頻資源，使學(xué)生產(chǎn)生視覺沖擊，更容易領(lǐng)會相關(guān)原理;教學(xué)內(nèi)容分配合理，每堂課的講授要求做到思路清晰和環(huán)環(huán)相扣，使學(xué)生具有帶入感。典型的案例教學(xué)能夠使學(xué)生了解機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的基本流程和設(shè)計要素，但是只能起到拋磚的作用，而要達(dá)到引玉的效果，需要讓學(xué)生親自實踐，在實踐中聯(lián)系理論，自主探索并總結(jié)設(shè)計經(jīng)驗，進(jìn)而掌握基本設(shè)計方法。因此，可通過布置一個開放性設(shè)計課題任務(wù)，貫穿整個教學(xué)周期，讓每一位學(xué)生都參與機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的全過程，共同完成各個關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計?？蓪W(xué)生分為若干個設(shè)計組，針對不同的研究任務(wù)對相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)開展研究。同時，跟隨課堂教學(xué)進(jìn)度，實時講解課題任務(wù)中相關(guān)設(shè)計思路，在課堂上通過討論對比多種不同設(shè)計方案的優(yōu)缺點，選擇最優(yōu)設(shè)計方案，最終完成系統(tǒng)各部件的集成。

但該設(shè)計課題任務(wù)的設(shè)置難度需適宜，并要求有很好的開放性設(shè)計空間，使學(xué)生能夠在有限的時間里完成任務(wù)，并理解和掌握基本設(shè)計理念。以60名學(xué)生的課程教學(xué)為例，擬定的課題任務(wù)為自動推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計，由于推進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)用場合較廣泛，故在教學(xué)過程中需要對其進(jìn)行相應(yīng)界定，如設(shè)定推進(jìn)的軌跡、速度和負(fù)載等。根據(jù)不同的界定條件，將學(xué)生分為六個小組，每個小組負(fù)責(zé)一種界定條件的自動推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計，并負(fù)責(zé)設(shè)計過程中涉及的機(jī)械結(jié)構(gòu)技術(shù)、檢測傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動控制策略、伺服驅(qū)動技術(shù)和系統(tǒng)各接口技術(shù)。每個設(shè)計小組設(shè)置一名組長，負(fù)責(zé)本組整體設(shè)計及協(xié)調(diào)工作。在教學(xué)期間，課程內(nèi)容的講授和每個小組任務(wù)中的六個技術(shù)設(shè)計相對應(yīng)，并開展深入討論，優(yōu)化各個小組設(shè)計。教師在開展教學(xué)過程中可利用錄屏軟件對整個課程講授進(jìn)行錄制，方便學(xué)生課后復(fù)習(xí)，也能尋找課程教學(xué)方式的優(yōu)缺點并進(jìn)行改進(jìn)。

2 課堂管理

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程一般在大學(xué)四年級開展教學(xué)，但是大四學(xué)生由于考研和就業(yè)等因素，導(dǎo)致上課積極性和參與度普遍較低。針對教學(xué)對象的特殊性，必須要加強(qiáng)課堂管理，提高課堂教學(xué)效率，盡量不占用學(xué)生課后業(yè)余時間。通常在上課期間會采取不定期點名簽到等方法進(jìn)行監(jiān)督管理，但是效率太低，浪費(fèi)課堂教學(xué)時間。當(dāng)前存在的大多數(shù)線上教學(xué)軟件，如MOOC、學(xué)習(xí)通、雨課堂、騰訊課堂等，都具備課堂點名功能，可以在課前或者課后打開點名功能，在規(guī)定時間內(nèi)完成簽到動作，這樣能夠大大提高效率。此外，課堂教學(xué)期間開展即時討論和問答等，隨機(jī)點名學(xué)生參與該環(huán)節(jié)，一方面增加課堂互動，另一方面起到監(jiān)督的作用。對于分配的課題設(shè)計任務(wù)，需要及時在課堂上對每個小組不同技術(shù)的設(shè)計進(jìn)展進(jìn)行管理和反饋，分析方案的可行性并提出相關(guān)改進(jìn)意見，保證每個小組設(shè)計任務(wù)能夠跟隨課程教學(xué)進(jìn)度順利開展。

3 課程思政

課程思政是實現(xiàn)“三全育人”的重要措施。在教學(xué)全過程中，教師通過言傳、身教等各種不同方式，逐步培養(yǎng)學(xué)生高尚的職業(yè)道德修養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的世界觀，激發(fā)學(xué)生從事創(chuàng)造性工作的熱情。機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計是一項綜合性極強(qiáng)、對團(tuán)隊合作能力要求極高的工作，對于每一位設(shè)計參與人，在基本掌握系統(tǒng)整體功能前提下，必須做好本職設(shè)計工作，努力做到精益求精，即需要一種工匠精神。同時，設(shè)計本身是一種學(xué)習(xí)后再創(chuàng)造的過程，如何優(yōu)化現(xiàn)有設(shè)計，提高系統(tǒng)的性能和可靠性？這就要求設(shè)計者具備一定的創(chuàng)新意識。在教學(xué)過程中，通過典型案例教學(xué)的引導(dǎo)，對國內(nèi)外關(guān)鍵技術(shù)的突破影響當(dāng)前機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計理念和技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行詳細(xì)介紹，強(qiáng)化學(xué)生對當(dāng)前國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展大趨勢的認(rèn)識;結(jié)合課程基本教學(xué)內(nèi)容，以及開放性設(shè)計課題任務(wù)的訓(xùn)練，讓學(xué)生意識到團(tuán)隊協(xié)作和專業(yè)知識技能的重要性。同時，結(jié)合當(dāng)前全球環(huán)境、能源等問題，對設(shè)計過程中涉及的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹，引導(dǎo)學(xué)生樹立綠色設(shè)計理念。此外，組織學(xué)生討論相關(guān)領(lǐng)域優(yōu)秀人才事跡，發(fā)揮榜樣的力量，使他們能夠從這些優(yōu)秀人才身上學(xué)習(xí)做人做事的道理和方法，逐步樹立自己的人生理想和目標(biāo)，積極為國家和社會作貢獻(xiàn)。

4 教學(xué)評估

根據(jù)前面關(guān)于本門課程相關(guān)教學(xué)模式的探討，在完成整個教學(xué)周期后采用何種方式對教學(xué)進(jìn)行評估，是檢驗教學(xué)效果必須要考慮的。采用布置課后小作業(yè)和組織期末考試的形式對學(xué)生進(jìn)行考核是目前常規(guī)的評估方法。但針對本文探討的“三全育人”教學(xué)模式以及教學(xué)對象的特殊性，采用各小組匯報并提交文字報告的形式考核學(xué)生平時作業(yè)成績（占40%），而出勤率和課堂表現(xiàn)也作為平時成績重要的考核內(nèi)容（占10%）。期末考試以開卷形式進(jìn)行考核（占50%），考核內(nèi)容由基礎(chǔ)概念、分析計算和綜合應(yīng)用三部分構(gòu)成：基礎(chǔ)概念主要考查學(xué)生對課本上相關(guān)名詞定義的理解，分值為40分;分析計算主要考查學(xué)生運(yùn)用相關(guān)原理和公式解決設(shè)計參數(shù)選擇的問題，分值為30分;綜合應(yīng)用則主要考查學(xué)生完成機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的綜合能力，分值為30分。采用這種教學(xué)評估方式，不僅能夠激發(fā)學(xué)生積極參與平時教學(xué)的積極性，而且可以對學(xué)生機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計各方面的能力進(jìn)行考核。

5 結(jié)語

傳統(tǒng)的教學(xué)模式都是基于課堂教學(xué)，但是隨著各種信息化技術(shù)在教學(xué)過程中的應(yīng)用，教學(xué)不再局限于課堂，在教學(xué)時間和空間上都得到很大的延伸。本文針對機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程教學(xué)，結(jié)合相關(guān)信息化技術(shù)，探討一種能夠?qū)崿F(xiàn)全員全過程全方位育人的教學(xué)模式，應(yīng)用于本科四年級學(xué)生教學(xué)，旨在促進(jìn)大學(xué)生德智體美勞全面發(fā)展，掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)的基礎(chǔ)知識和理論，建立綠色創(chuàng)新設(shè)計的意識，培養(yǎng)工匠精神，樹立服務(wù)社會和國家的志向。與此同時，加強(qiáng)教師專業(yè)水平，提高職業(yè)道德修養(yǎng)，做到以身傳教、以技服人、以德育人。

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