基于發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)策略的研究生案例庫建設(shè)實踐與應(yīng)用探究

胡雪 葛云 張立新 夏博 魏敏

摘? 要：基于發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)策略的機電一體化研究生課程案例庫建設(shè)，通過案例簡介、技術(shù)背景、技術(shù)知識點、案例分析、多媒體資源建設(shè)、案例總結(jié)與討論等環(huán)節(jié)，構(gòu)建專題案例和綜合案例。根據(jù)案例庫的資源梯度，注重將“研、學(xué)”統(tǒng)一，行業(yè)熱點與專業(yè)發(fā)展相結(jié)合，深入開展案例庫建設(shè)教育教學(xué)改革研究，對學(xué)生進行專業(yè)培養(yǎng)和工程訓(xùn)練，取得較為良好的教學(xué)效果，促進學(xué)生了解行業(yè)發(fā)展動態(tài)，助力學(xué)生構(gòu)建系統(tǒng)全面知識網(wǎng)絡(luò)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲兴季S，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí); 案例庫; 實踐教學(xué); 機電一體化;研究生

中圖分類號：G640? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）17-0009-05

Abstract： Based on the discovery learning strategy， the case base construction of Mechatronics Technology postgraduate course has been established. The case base library contains several special cases and comprehensive cases. The construction of each case includes the process of case introduction， technical background， technical knowledge points， case analysis， multimedia resource construction， case summary and discussion. According to the resource gradient of the case base， the teaching team members pay attention to the relationship of "Research and Learning"， combining with the industry hot spots and professional development. The research on the education and teaching reform of case base construction has been carried out. This project could conduct professional training and engineering training for students， achieve relatively good teaching results， promote students to understand the development trend of the industry， assist students to build a systematic and comprehensive knowledge network， train students' rigorous scientific research thinking， and improve their comprehensive quality.

Keywords： discovery learning strategy; case library; practical teaching; mechatronics; postgraduate

2010年實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”[1]，2015年5月國務(wù)院印發(fā)《中國制造2025》推進實施制造強國的戰(zhàn)略文件[2]。上述文件的實施，旨在增加“中國制造”國際競爭力，滿足人民消費升級的需求。若想我國由工程教育大國邁向工程教育強國，打造具有國際競爭力的制造業(yè)，針對機械工程專業(yè)碩士研究生的教育教學(xué)實踐改革已刻不容緩。機電一體化技術(shù)課程是將機械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)及信號變換技術(shù)等多種技術(shù)進行有機融合的綜合性課程。該課程的案例庫建設(shè)教育教學(xué)改革有助于培養(yǎng)一批具備創(chuàng)新能力的高質(zhì)量工程技術(shù)人才，具有重要意義。

隨著研究生教育教學(xué)改革理念的提出，機械類專業(yè)課程建設(shè)迎來了發(fā)展機遇。同時，機械類專業(yè)課程建設(shè)在教育教學(xué)改革道路上也面臨不少挑戰(zhàn)。如何從理念新穎、結(jié)構(gòu)新穎、模式新穎、質(zhì)量新穎和體系新穎五大方面建設(shè)機電一體化課程，是亟待考慮的問題。案例教學(xué)[3]是以相關(guān)專業(yè)理論為基礎(chǔ)，通過改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，基于一個完整的典型案例進行闡述，以引導(dǎo)學(xué)生對問題進行思考、分析、解決和討論，最終具備分析和解決機械工程領(lǐng)域負(fù)責(zé)工程問題的能力。加強案例教學(xué)是強化專業(yè)學(xué)位研究生實踐能力培養(yǎng)、推進教學(xué)改革、促進教學(xué)與實踐有機融合的重要途徑，是推動專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)模式改革的重要手段。將案例教學(xué)融入機電一體化課程建設(shè)中是構(gòu)建機械工程學(xué)科實踐教學(xué)體系的重要成果。然而案例教學(xué)法在教學(xué)過程中仍存在一定的問題，其中在機電一體化課程中主要表現(xiàn)在案例庫現(xiàn)存資源少、質(zhì)量差、資源落后等方面。由此可見，建立資源廣泛、質(zhì)量高、資源領(lǐng)先的案例庫是推廣案例教學(xué)在機電一體化課程教學(xué)的重要基礎(chǔ)。通過案例庫的建設(shè)，可彌補課程教學(xué)過程中實踐不足的缺點，有效增強課堂教學(xué)的生動性，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性。機電一體化課程的案例庫建設(shè)對機械工程碩士研究生教育的轉(zhuǎn)型升級，為我國培養(yǎng)擁有實踐能力與創(chuàng)新能力的高水平工程技術(shù)人才都有重要的意義。

一? 機電一體化課程案例庫建設(shè)實施路線

針對機電一體化的教學(xué)需求，筆者針對當(dāng)前機電一體化課程案例庫建設(shè)規(guī)劃，展開了一系列相關(guān)的實踐與探索。針對機電一體化技術(shù)與應(yīng)用、機電一體化技術(shù)研究生課程，積極開展案例建設(shè)的探索和實踐。本課程在教學(xué)實施過程中以發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)策略展開，通過案例簡介、技術(shù)背景、技術(shù)知識點、案例分析、多媒體資源建設(shè)、案例總結(jié)與討論等環(huán)節(jié)，構(gòu)建多學(xué)科交叉的高質(zhì)量研究生課程體系，進而初步明確了案例建設(shè)的基本思路和主要表現(xiàn)形式，具體建設(shè)內(nèi)容和實踐路線如圖1所示。

在案例庫建設(shè)和實施過程中，采用發(fā)現(xiàn)式教學(xué)策略進行教學(xué)教育改革和實踐。發(fā)現(xiàn)式教學(xué)策略的理論基礎(chǔ)是布魯納的認(rèn)知結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)理論[4]。布魯納認(rèn)為，教師應(yīng)當(dāng)幫助學(xué)習(xí)者從求知過程中去組織屬于自己的知識[5]。因此，求知是自主性的活動過程，而非只是被動地承受前人的研究結(jié)果。這里的“發(fā)現(xiàn)”不只限于發(fā)現(xiàn)人類尚未知曉的事物，也包括學(xué)習(xí)者的“再發(fā)現(xiàn)”。這就意味著，學(xué)習(xí)者應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮學(xué)習(xí)主體的積極性、主動性和主體性。在態(tài)度上正確對待“為什么要學(xué)”，在策略上實現(xiàn)“怎樣學(xué)得好”。這樣，才可能保持較高的動機水平，持續(xù)不斷地呈現(xiàn)較好的毅力和成效。發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)策略發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)是讓學(xué)習(xí)者通過自己親身經(jīng)歷知識發(fā)現(xiàn)的過程來獲取知識和發(fā)展探究能力的一種學(xué)習(xí)模式;其所關(guān)注的是學(xué)習(xí)者的探究過程，而非現(xiàn)成的知識。同時，此方法強調(diào)教師的任務(wù)不是向?qū)W習(xí)者講授知識，而是幫助學(xué)習(xí)者發(fā)現(xiàn)活動創(chuàng)造和提供條件。

在教學(xué)實踐過程中，每個案例建設(shè)相互獨立，且呈現(xiàn)閉環(huán)結(jié)構(gòu)，有效保證學(xué)生的接受程度和學(xué)習(xí)效果。案例建設(shè)以行業(yè)背景引導(dǎo)革新技術(shù)背景，促進學(xué)生了解行業(yè)發(fā)展動態(tài)，開闊視野和科研思路;結(jié)合多媒體資源建設(shè)，優(yōu)化豐富課程教學(xué)資源，提升課程建設(shè)效果和建設(shè)質(zhì)量;結(jié)合技術(shù)知識點的講授，補充完善課程知識體系，助力學(xué)生構(gòu)建系統(tǒng)全面知識網(wǎng)絡(luò)，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果及其對相應(yīng)知識點的理解;根據(jù)案例總結(jié)討論和內(nèi)容梳理，促進科研思路的形成，培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲兴季S。案例庫建設(shè)注重將“研、學(xué)”統(tǒng)一，行業(yè)熱點與專業(yè)發(fā)展相結(jié)合，致力于讓學(xué)生了解機電一體化領(lǐng)域發(fā)展全貌和發(fā)展動態(tài)，提升綜合素質(zhì)。機電一體化課程案例庫具體建設(shè)思想如圖2所示。

二? 機電一體化課程案例庫建設(shè)內(nèi)容框架

本課程的案例庫建設(shè)主要分為兩大類別，分別為專題案例和綜合案例（表1）。在整個機電一體化課程案例庫建設(shè)體系中，專題案例從多個角度向?qū)W生展示機電一體化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域;而綜合案例則通過一個具有較強專業(yè)引領(lǐng)的綜合性案例強化學(xué)生的專業(yè)知識。專題案例涉及能源、汽車、智能焊接、機器人應(yīng)用、電力及農(nóng)產(chǎn)品檢測等眾多領(lǐng)域，其目的在于在有限課時內(nèi)最大程度拓展學(xué)生的視野;綜合案例則在對應(yīng)的專題案例基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前最新的產(chǎn)業(yè)動向和產(chǎn)品展示，將前期課程內(nèi)容與現(xiàn)實的技術(shù)應(yīng)用做出整合，進一步強化學(xué)生對課程知識的認(rèn)知與把握。

三? 機電一體化課程案例庫建設(shè)示范

以“棉田智慧管家”——基于物聯(lián)網(wǎng)的新疆棉田精準(zhǔn)灌溉施肥系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用示范為例，分別介紹該案例的構(gòu)建方法和應(yīng)用流程，如圖3所示。

（一）? 案例構(gòu)建

本綜合案例以新疆的農(nóng)墾經(jīng)濟作物棉花作為研究對象，運用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)服務(wù)廣大棉農(nóng)，利用水肥一體化灌溉施肥技術(shù)，實現(xiàn)棉花種植的精準(zhǔn)管理。本案例主要向?qū)W生介紹物聯(lián)網(wǎng)在棉田農(nóng)情監(jiān)測領(lǐng)域的各項應(yīng)用。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)和棉田管理專家?guī)斓臉?gòu)建，介紹新疆棉田精準(zhǔn)灌溉施肥系統(tǒng)的硬件平臺搭建和軟件程序設(shè)計，幫助學(xué)生了解精準(zhǔn)灌溉施肥系統(tǒng)的設(shè)計方法和設(shè)計思路;分析該系統(tǒng)的技術(shù)性、功能性和適應(yīng)性，幫助學(xué)生形成知識遷移能力，有助于在后續(xù)研究工作中形成嚴(yán)謹(jǐn)科研思路;建設(shè)并豐富多媒體案例資源，采用微課、科普視頻、動畫資源等形式進行精準(zhǔn)灌溉施肥系統(tǒng)相關(guān)的知識拓展，增強案例的科學(xué)性和趣味性;進行案例的總結(jié)和討論，設(shè)置開放性問題和探究性問題，提升學(xué)生對于精準(zhǔn)灌溉施肥系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的認(rèn)知能力。

（二）? 應(yīng)用流程

在對研究生開展教學(xué)過程中，以棉田精準(zhǔn)施肥系統(tǒng)作為教學(xué)案例引入，在教學(xué)過程中以發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)策略為主要教學(xué)方法，對學(xué)生的思維邏輯和科學(xué)素養(yǎng)加以引導(dǎo)啟發(fā)。發(fā)現(xiàn)式教學(xué)策略的基本過程是，讓學(xué)習(xí)者通過對具體事例（案例）的歸納來獲得一般規(guī)律，并以此來解決相關(guān)問題。對此，筆者在教學(xué)過程中，以“棉田智慧管家”作為引導(dǎo)學(xué)生研究精準(zhǔn)施肥系統(tǒng)的具體案例導(dǎo)入到教學(xué)之中。同時，按照課前完成的學(xué)習(xí)分組，將棉田精準(zhǔn)施肥系統(tǒng)的機電一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理向各小組分配任務(wù)，要求各小組通過對案例的研討，總結(jié)梳理出棉田精準(zhǔn)施肥的關(guān)鍵技術(shù)，進而在后續(xù)課程中圍繞這些關(guān)鍵技術(shù)展開學(xué)習(xí)研究。在發(fā)現(xiàn)式教學(xué)策略的引導(dǎo)下，結(jié)合棉田精準(zhǔn)施肥系統(tǒng)的案例學(xué)習(xí)，不僅調(diào)動了學(xué)生對于解決現(xiàn)實問題的使命感和緊迫感，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)動機，而且向?qū)W生展示了專業(yè)技術(shù)在現(xiàn)實農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展前景，開拓了他們的專業(yè)視野。具體實施流程如圖4所示。

四? 機電一體化課程案例庫的建設(shè)心得

經(jīng)過幾輪教學(xué)周期的實踐檢驗，機電一體化課程案例庫建設(shè)取得了一系列良好的教學(xué)反響和建設(shè)經(jīng)驗。

（一）? 豐富課程資源，為課程建設(shè)奠定基礎(chǔ)

在現(xiàn)有的課程案例庫建設(shè)中，我們對機電一體化課程案例資源持續(xù)完善，不斷改進，不僅實現(xiàn)了數(shù)量上的不斷遞增，而且在案例資源的質(zhì)量方面也實現(xiàn)不斷提升。筆者認(rèn)為，課程案例庫從本質(zhì)上應(yīng)當(dāng)從屬于一類教學(xué)資源，即為教學(xué)的有效開展提供的素材等各種可被利用的條件。通過對課程資源的不斷豐富，使得機電一體化課程建設(shè)也獲得了更加充實的發(fā)展條件和支持基礎(chǔ)。

（二）? 擴展學(xué)生視野，為人才培養(yǎng)明確方向

通過匯總產(chǎn)、學(xué)、研各領(lǐng)域的專業(yè)案例，讓學(xué)生的專業(yè)視野更加開闊，不再拘泥于課程內(nèi)相對僵化的技術(shù)理論和工程原理。這些案例為學(xué)生個人在后續(xù)學(xué)習(xí)發(fā)展中提供了諸多有益參考，有助于他們明確自己的發(fā)展方向。同時，基于學(xué)生個人的發(fā)展方向，研究生導(dǎo)師也將更加容易明確培養(yǎng)方向。結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和本科背景，更有助于打造個性化培養(yǎng)方案。進而推動整個研究生培養(yǎng)工作的全面躍升。

（三）? 加強學(xué)研聯(lián)系，為行業(yè)提質(zhì)補充動力

如上所述，筆者在機電一體化課程案例庫建設(shè)中設(shè)定了專題案例和綜合案例，無論哪種教學(xué)案例都緊密聯(lián)系機、電、能、信等多個行業(yè)，這些案例都展示了相關(guān)行業(yè)的最新發(fā)展成果。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)各種不同的行業(yè)案例，首先可以發(fā)揮行業(yè)案例的產(chǎn)業(yè)示范作用，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同感和進取心。同時，這些案例也更便于吸納更多優(yōu)秀的研究生作為相關(guān)行業(yè)的后續(xù)力量，從而為行業(yè)提質(zhì)增效，不斷改進補充人才動力。

五? 結(jié)束語

基于發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)策略的機電一體化課程案例庫教學(xué)實踐是現(xiàn)課程教學(xué)組織和教學(xué)形式的一次多元創(chuàng)新。該教學(xué)體系創(chuàng)建了豐富的工程情境，讓學(xué)生直觀認(rèn)識“理實結(jié)合”的重要性，提高其機電產(chǎn)品的設(shè)計素養(yǎng)和工程素養(yǎng)。在教學(xué)實施過程中，借助各個領(lǐng)域的工程示范案例，開闊了學(xué)生專業(yè)視野，加強了學(xué)研之間的相互聯(lián)系，為研究生人才培養(yǎng)奠定了較為扎實的教學(xué)基礎(chǔ)。當(dāng)然，在整個案例庫建設(shè)和應(yīng)用的過程中，還存在很多、亟待改進之處。這些問題留給筆者對于案例庫建設(shè)更多更深的思考，比如，如何運用現(xiàn)有案例庫資源優(yōu)化教學(xué)結(jié)構(gòu)，如何從現(xiàn)有的案例庫資源中找到人才培養(yǎng)的更新點和突破口等。今后，筆者將圍繞課程案例庫建設(shè)指導(dǎo)原則，進一步優(yōu)化資源、提升人才培養(yǎng)的綜合素養(yǎng)。

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基金項目：2023年兵團高校研究生課程思政示范課程建設(shè)項目“《機電一體化技術(shù)》”（兵教辦發(fā)[2023]5號）;2023年度新疆維吾爾自治區(qū)第一批“天山英才”教育教學(xué)名師培養(yǎng)計劃項目（新教函[2023]270號）;2022年度教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目“‘源-網(wǎng)-荷-儲能源互聯(lián)綜合實驗平臺”（221004422130722）;石河子大學(xué)研究生課程建設(shè)和案例庫建設(shè)項目“機電一體化技術(shù)課程案例庫建設(shè)”（2022Y-AL04）;石河子大學(xué)研究生教育教學(xué)改革研究項目“基于課程思政的機械工程碩士課程建設(shè)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)研究”（2022Y-JGYJ03）;石河子大學(xué)研究生課程思政示范課程建設(shè)項目“《機電一體化技術(shù)及應(yīng)用》”（2022Y-KCSZ02）

第一作者簡介：胡雪（1988-），女，漢族，新疆石河子人，工學(xué)博士，副教授。研究方向為機電一體化技術(shù)，新能源裝備制造及自動化。

*通信作者：葛云（1974-），女，漢族，河南汝穎人，工學(xué)博士，教授。研究方向為機械制造工藝、先進制造技術(shù)、農(nóng)業(yè)機械計算機仿真分析與優(yōu)化設(shè)計。