机电一体化系统设计课程三全育人教学模式探讨

许吉禅 马天兵

摘  要 针对当前大学教学模式发展趋势，结合机电一体化系统设计课程教学特点，探究利用信息化等手段实现对全体学生全过程全方位开展教学的新模式，并对机电一体化系统设计课程教学、课堂管理、课程思政和教学评估等方面的实施方案进行详细探讨。

关键词 机电一体化系统设计;三全育人教学模式;课程思政

中图分类号：G642.0    文献标识码：B

文章编号：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

随着信息技术的不断发展，在现代大学教育教学过程中逐步地融入大量的信息化元素，利用网络教学APP系统开展线上教学，以其教学时间的延展性、教学地点的随意性、教学对象的广泛性以及教学选择的多样性等特点，正以迅速地发展趋势替代部分传统教学模式功能。特别是当前新冠肺炎疫情的影响，线上教学变成高校教学的主战场。但是线上教学模式仍不能完全替代线下教学，未来线上+线下教学相结合的混合教学模式将会成为当前高校主流教学模式[1-2]。根据当前国家全员全过程全方位育人（简称“三全育人”）的要求，教师和学校都需要通过不断地改革和创新，最终构建出一体化育人体系，办好中国特色社会主义大学，培养出德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人[3]。

机电一体化系统设计是一门综合性极强的工科核心课程，该课程的设置是为了让学生掌握综合利用机械、电子、控制等各方面专业知识的方法，开展机电一体化系统的设计工作，为学生未来进入社会或继续开展研究性学习做好启蒙和引导[4-7]。因此，该课程的教学对教师专业水平要求极高，同时对其教学模式提出更高的要求和更大的挑战。本文分别从课程教学、课堂管理、课程思政和教学评估四个方面进行探讨，以提高教师教和学生学的效率与质量，实现机电一体化系统设计课程“三全育人”教学。

1 课程教学

无论是线下教学还是线上教学，教学的主体都是学生。机电一体化系统设计课程的教学前提是要求学生已掌握机械、电子和信息等各学科基础知识，目标是使学生把握机电系统智能化、网络化、微型化和系统化趋势，学会各学科知识的融会贯通，形成复杂机电一体化系统设计的基本思维。本门课程涉及领域广，教师对该课程的教学内容和方法都需要进行精心选择和准备，结合信息化教学，丰富教学内容、拓展教学方法，以获得更好的教学效果。

教学内容的选择  对于机电一体化系统设计课程，掌握基本的概念、设计流程和设计规则，熟悉前人总结出来的设计方法，是教学过程中最为核心的教学内容。但是由于该部分内容相对较为枯燥，并不能引起学生很大的学习热情。为此，选择当前较为先进的、科技含量较高的机电一体化系统设计实例作为课堂教学的典型案例，成为该课程重要的一部分教学内容。典型案例的选择是提高教学效率的关键，要求包括机电一体化系统设计的基本要素，能夠反映机电一体化系统设计的前沿趋势。

本文选择码垛机器人作为典型案例，对相关的教学内容进行介绍。首先，通过介绍码垛机器人的发展情况，让学生初步掌握其最初设计需求、当前技术现状和未来发展趋势;然后，将码垛机器人分解为机械、检测与传感、信息处理、自动控制、伺服驱动和系统总成六个关键技术分别进行讨论，机械技术主要包括机械手和机械臂，检测与传感技术主要包括图像获取、位置检测和光电传感等，信息处理技术主要包括目标识别、空间定位和坐标系构建等，自动控制技术主要包括PLC控制程序、人机交互界面和稳定性控制，伺服驱动技术主要包括伺服驱动执行机构及其驱动电路等，系统总成技术主要包括电气接口、机械接口和人机接口等;最后，在讲授码垛机器人典型案例过程中，联系机电一体化系统设计相关的基本要素，进一步巩固学生本课程基础知识。此外，在课堂教学中增加对常用信息检索技术的介绍，如知网、万方、Web of Science和Ei等，引导学生掌握获取当前最前沿技术和理论的本领，为今后开展学术研究或企业工作打好基础。

教学方法的实施  教学内容的展示力求做到图文并茂，结合网络动态视频资源，使学生产生视觉冲击，更容易领会相关原理;教学内容分配合理，每堂课的讲授要求做到思路清晰和环环相扣，使学生具有带入感。典型的案例教学能够使学生了解机电一体化系统设计的基本流程和设计要素，但是只能起到抛砖的作用，而要达到引玉的效果，需要让学生亲自实践，在实践中联系理论，自主探索并总结设计经验，进而掌握基本设计方法。因此，可通过布置一个开放性设计课题任务，贯穿整个教学周期，让每一位学生都参与机电一体化系统设计的全过程，共同完成各个关键技术的设计。可将学生分为若干个设计组，针对不同的研究任务对相关关键技术开展研究。同时，跟随课堂教学进度，实时讲解课题任务中相关设计思路，在课堂上通过讨论对比多种不同设计方案的优缺点，选择最优设计方案，最终完成系统各部件的集成。

但该设计课题任务的设置难度需适宜，并要求有很好的开放性设计空间，使学生能够在有限的时间里完成任务，并理解和掌握基本设计理念。以60名学生的课程教学为例，拟定的课题任务为自动推进系统设计，由于推进系统应用场合较广泛，故在教学过程中需要对其进行相应界定，如设定推进的轨迹、速度和负载等。根据不同的界定条件，将学生分为六个小组，每个小组负责一种界定条件的自动推进系统设计，并负责设计过程中涉及的机械结构技术、检测传感技术、信息处理技术、自动控制策略、伺服驱动技术和系统各接口技术。每个设计小组设置一名组长，负责本组整体设计及协调工作。在教学期间，课程内容的讲授和每个小组任务中的六个技术设计相对应，并开展深入讨论，优化各个小组设计。教师在开展教学过程中可利用录屏软件对整个课程讲授进行录制，方便学生课后复习，也能寻找课程教学方式的优缺点并进行改进。

2 课堂管理

机电一体化系统设计课程一般在大学四年级开展教学，但是大四学生由于考研和就业等因素，导致上课积极性和参与度普遍较低。针对教学对象的特殊性，必须要加强课堂管理，提高课堂教学效率，尽量不占用学生课后业余时间。通常在上课期间会采取不定期点名签到等方法进行监督管理，但是效率太低，浪费课堂教学时间。当前存在的大多数线上教学软件，如MOOC、学习通、雨课堂、腾讯课堂等，都具备课堂点名功能，可以在课前或者课后打开点名功能，在规定时间内完成签到动作，这样能够大大提高效率。此外，课堂教学期间开展即时讨论和问答等，随机点名学生参与该环节，一方面增加课堂互动，另一方面起到监督的作用。对于分配的课题设计任务，需要及时在课堂上对每个小组不同技术的设计进展进行管理和反馈，分析方案的可行性并提出相关改进意见，保证每个小组设计任务能够跟随课程教学进度顺利开展。

3 课程思政

课程思政是实现“三全育人”的重要措施。在教学全过程中，教师通过言传、身教等各种不同方式，逐步培养学生高尚的职业道德修养，引导学生树立正确的世界观，激发学生从事创造性工作的热情。机电一体化系统的设计是一项综合性极强、对团队合作能力要求极高的工作，对于每一位设计参与人，在基本掌握系统整体功能前提下，必须做好本职设计工作，努力做到精益求精，即需要一种工匠精神。同时，设计本身是一种学习后再创造的过程，如何优化现有设计，提高系统的性能和可靠性？这就要求设计者具备一定的创新意识。在教学过程中，通过典型案例教学的引导，对国内外关键技术的突破影响当前机电一体化系统设计理念和技术的发展进行详细介绍，强化学生对当前国家创新驱动发展大趋势的认识;结合课程基本教学内容，以及开放性设计课题任务的训练，让学生意识到团队协作和专业知识技能的重要性。同时，结合当前全球环境、能源等问题，对设计过程中涉及的相关技术进行详细介绍，引导学生树立绿色设计理念。此外，组织学生讨论相关领域优秀人才事迹，发挥榜样的力量，使他们能够从这些优秀人才身上学习做人做事的道理和方法，逐步树立自己的人生理想和目标，积极为国家和社会作贡献。

4 教学评估

根据前面关于本门课程相关教学模式的探讨，在完成整个教学周期后采用何种方式对教学进行评估，是检验教学效果必须要考虑的。采用布置课后小作业和组织期末考试的形式对学生进行考核是目前常规的评估方法。但针对本文探讨的“三全育人”教学模式以及教学对象的特殊性，采用各小组汇报并提交文字报告的形式考核学生平时作业成绩（占40%），而出勤率和课堂表现也作为平时成绩重要的考核内容（占10%）。期末考试以开卷形式进行考核（占50%），考核内容由基础概念、分析计算和综合应用三部分构成：基础概念主要考查学生对课本上相关名词定义的理解，分值为40分;分析计算主要考查学生运用相关原理和公式解决设计参数选择的问题，分值为30分;综合应用则主要考查学生完成机电一体化系统设计的综合能力，分值为30分。采用这种教学评估方式，不仅能够激发学生积极参与平时教学的积极性，而且可以对学生机电一体化系统设计各方面的能力进行考核。

5 结语

传统的教学模式都是基于课堂教学，但是随着各种信息化技术在教学过程中的应用，教学不再局限于课堂，在教学时间和空间上都得到很大的延伸。本文针对机电一体化系统设计课程教学，结合相关信息化技术，探讨一种能够实现全员全过程全方位育人的教学模式，应用于本科四年级学生教学，旨在促进大学生德智体美劳全面发展，掌握机电一体化系统设计相关的基础知识和理论，建立绿色创新设计的意识，培养工匠精神，树立服务社会和国家的志向。与此同时，加强教师专业水平，提高职业道德修养，做到以身传教、以技服人、以德育人。

参考文献

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[3]孙旭，金鑫，王旭東.三全育人研究综述[J].高教论坛，

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[4]冯浩，汪建新，赵书尚，等.机电一体化系统设计[M].武汉：华中科技大学出版社，2018：1-236.

[5]张卫亮，刘明君.机电一体化系统设计课程教学改革与实践[J].中国现代教育装备，2019（12）：54-56，59.

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