基于知识创新理论的机电一体化课程教学模式探讨

钟博文 金子祺 王振华

【摘 要】本文针对机电一体化课程具有学科集成性高、实践性强两个主要特点，结合知识创新理论与教学实践体会，提出了基础教学型案例、创新实践型研究和虚拟辅助型实验三个层次的教学模式。教学实践表明，本文提出的措施在有限的教学时间内调动了学生积极性，提高了课程教学效果。

【关键词】机电一体化;教学模式;教学实践;知识创新

0 引言

機电一体化技术会聚微电子、传感器和自动控制等技术成果，围绕先进制造技术领域智能化、绿色化、极端化（精密化）、信息化、高技术化的发展趋势，已逐步形成机床流水作业式的自动生产线，深刻改变了传统制造技术。所以，机电一体化技术是机械、材料、信息、计算机和管理等多种理论技术交叉融合的产物，对我国现代工业的发展起着至关重要的作用。这对学习机电一体化课程的学生和讲课教师都提出了严峻挑战。如何改变传统的教学方法和教学模式，培养更具有创新思维和实践能力的机械类卓越人才，从多个角度和价值层面提高教师教学效果尤为重要。因此，为了帮助学生更深刻地理解和掌握课程内涵，本文将以知识创新理论为依据，结合机械电子工程类卓越人才培养目标，以机械电子工程专业学生实践能力培养为中心，对机电一体化的实践教学模式和实践教学体系进行探索研究。

1 知识创新理论概述

创新是经济发展的内在本质，是具体获得成功实践的整个过程（Schumpeter）。Amidon于1993年首次定义“知识创新”（Knowledge Innovation）概念为：“通过创造和应用等活动，将新思想转化为产品和服务，以取得经济和社会发展”[1]。Nonaka和Takeuchi提出的SECI模型诠释了知识创新过程。SECI模型理论指出人是通过在社会交往的群体与情境中来实现、完成知识创新的。知识创新是包含个体隐性知识的“社会化（socialization）”融入、隐性知识“外在化 （externalization）”整理表达、知识点交叉与“组合化（combination）”成新显性知识、新显性知识再一次“内隐化（internalization）”为个体隐性知识的一系列过程。这个过程揭示了新知识产生的微观环节，搭建了个体和组织之间隐性知识与显性知识相互螺旋转化桥梁。知识创新理论以组织中个人“隐性知识”与组织共有“显性知识”相互转化螺旋上升的SECI模型，生动说明了思想创新、个人成长、社会发展、文化传承都离不开创新环境“场”。知识创新是在基础和技术研究中，通过科学获得新知识的过程[2]。只有个人身临其境地融入创新环境，才能激发创新思维潜能，碰撞产生具体的认知方案。

2 机电一体化课程教学模式创新的必要性

本课程具有集成性高、实践性强两个主要特点。

首先，机电一体化是不断吸收机械、电气及计算机三门学科的最新研究成果发展起来的，以掌握必备的专业基础理论知识和专业技能为目的，因此课程内容趋于技术系统化、学科集成化。机电一体化课程各个章节所覆盖的内容来自不同的学科体系，教师教学基本上按照基础教学模块、机械基础模块、电气基础模块和控制基础模块等几个方面进行依次讲解[3]。但对于刚进入大学校门的学生而言，知识模块之间联系零散，学习起来体会不深且晦涩难懂，难以完全理解各个知识点之间的逻辑关系和物理关系。

其次，很多学校的课程内容将重点放在追求理论知识讲解，学生毕业到生产一线后往往遇到课程设置和学习内容与日新月异的操作设备、设定工艺脱节。因此，本文针对机电一体化课程的教学特点和实践需求，探讨在教学过程中结合知识创新理论开展以下的教学方法和手段。

3 基于知识创新理论构建机电一体化课程教学方法

3.1 基础教学型案例

SECI模型中的“社会化”强调将理论和现实生活案例相结合，能够基于情境式激发学生思维，调动学习积极性，使其尽快投入到预设课程中。例如对控制系统和微机接口设计进行讲解时加入十字路口的信号灯设计等实例分析[4]，就是运用生活中的工程案例，提高学生的兴趣和对实际问题的思考能力，促进学生个人隐性知识转化。

3.2 创新实践型研究

SECI模型中的“外在化”指出正常的课堂理论教学之外，引导学生利用课余时间完成一些生活中常见的机电产品的调研任务，体验科研协同教学机制带来的互动学习和思维碰撞，既提高学生的创新能力，又达到较好的教学实践效果。例如通过在工程训练中心、研究所、实验室等教学实验场所，建立产学研合作的教学工作内容，能够让学生在实际问题的讨论学习中发现系统设计中的可靠性、安全性等因素，这既锻炼了学生的实际操作能力，也提高了学生的合作意识，促进学生隐性知识转化为显性知识。

3.3 虚拟辅助型实验

知识主体从外界吸收利用知识后，再次输出新知识是学习的关键，也是SECI模型中后两步的“组合化”与“内隐化”的核心。通过Matlab /Simulink软件等虚拟实验辅助教学，可以快速方便的对不同类型的机电系统进行仿真和特性分析，利用调节模型参数观测系统零部件与性能的变化，使对于系统动态特性的理解转化为直观体验呈现在学生眼前。这样学生就可以将所学习的各个基础教学模块、机械基础模块、电气基础模块和控制基础模块的知识串联起来，提高课堂理论知识的吸收学习效率。

4 结论

工程是一种充满复杂学科性和知识尖端性的艺术。针对机电一体化课程具有学科集成性高、实践性强两个主要特点，结合知识创新理论与教学实践体会，提出了基础教学型案例、创新实践型研究和虚拟辅助型实验三个层次的教学模式，为推动学生学习积极性，提高机电一体化课程教学效果提供有益参考。

【参考文献】

[1]D. M. Amidon. The Challenge of Fifth Generation R&D[J].Research Technology Management，1993，39（4）：33.

[2]路甬祥.创新与未来：面向知识经济时代的国家创新体系[M].北京：科学出版社，1998，5.

[3]文振华，尹欣，孙新.机电一体化课程教学探讨[J].管理工程师，2011，5：63-66.

[4]叶伟巍，孔寒冰.基于CDIO理念的产学合作工程教育案例研究[J].高等工程教育研究，2008（s2）：34-39.

[责任编辑：汤静]