机电一体化课程混合式理实一体化教学模式探究*

王晓慧，韩青，祝凤金, 邵海燕，马玉真

(1.济南大学机械工程学院， 山东 济南 250022; 2.菏泽学院机电工程学院， 山东 菏泽 274500)

引言

随着我国机械自动化行业的高速发展，对于机电行业的实践型人才需求愈加强烈.高校在对人才培养的过程中应积极重视对学生的实践能力、思考能力和创新精神的培养，对机电类专业的实践教学体系的构建不应只局限于理论内容的实践，应更多的结合社会经济发展和企业的实际需求，这样才能为社会提供高质量的实践型机电专业人才，为国家的经济发展提供强大的助力.

1 机电一体化课程存在的难点

机电一体化是机械制造及其自动化专业的一门专业基础课，其课程涉及知识面广泛，应用性和综合性都较强，对机电类专业学生的专业素养提升具有重要的作用.由于其专业课程内容存在诸多特点：如理论知识点较为分散、课程内容的应用性较强、使用的实验手段和分析方法较为复杂等.因此，若依旧采用传统的灌输式教学方法则会将理论教学和工程实践割裂开来，不利于学生的理解吸收，更无法实现学生对关键知识点的掌握和实践能力的锻炼提升.目前，绝大多数高等院校机电专业课程的内容过多且理论部分过于深奥，所占比重过大，导致课程实践教学内容课时不足，并且实践教学内容过于陈旧，脱离社会和企业目前所用到的知识.这种现状直接导致学生在校内学习了很多知识，但是一旦进入社会和工作岗位却无从下手.究其原因，高校机电专业的课程实践内容设置极少有机电行业领域相关企业的参与，“闭门造车”只能导致学无所用或与工作实际割裂脱节.

当前，我国高校的实验水平参差不齐，一些著名高校实验设备齐全，资源丰富，而对于普通高校，资源相对紧缺，学生人数较多，人均利用设备的比率相对较低，学生通过实验方式获取知识的渠道尚不通畅.目前的实践教学一直延续着传统的验证性阶段，没有把调动学生的潜力、培养学生的创新能力作为首要目标.

尤其在“后疫情时期”，高校的教学形态也将向“后疫情时期的新常态”转变，教育教学变革的必要性和迫切性再一次凸显.在“互联网+”时代，随着计算机技术和信息技术的飞速发展，以互联网及信息技术为支撑的慕课、微课等教学方式也呈现出如火如荼的态势，如何实现线上线下混合教学模式与理实一体化教学理念的有机结合成为目前高校机电类专业信息化教学改革的重要任务.课程组依托中国大学MOOC、雨课堂、学习通等在线学习平台，并根据机电一体化课程特点从混合式理实一体化教学模式设计及实施等方面来满足学生的学习需求，以利于提升学生的综合实践能力，培养出企业所需要的综合型人才.

2 混合式理实一体化教学模式设计

机电一体化课程教学主要运用多媒体教学手段，通过机电一体化产品及其工程应用效果图片视频等，使课程内容形象、直观.多媒体化教学容量大，学生可以汲取更多的知识.多媒体教学的素材形象生动、易引起学生的兴趣，因此，需要制作专门化、功能化、网络化、开放式、互动型的多媒体教学课件，探索新型的多媒体教学方法.

机电一体化专业课程采用混合式分层教学模式：以提升学生实践能力为核心、以教学成果为导向，所设计的教学活动包括三个阶段：课前线上预习、课中头脑风暴、课后任务拓展，具体教学设计环节如图1所示.

图1 混合式分层教学模式图

在基于混合式学习的分层教学实施过程中，我们针对学生的学习基础、预修课程、理解能力等差异，因材施教，对学生设置不同难度的学习任务、并采取不同的考核评价手段来对学生进行最终的考核评价.在教学实施过程中，充分利用各种线上学习平台及仿真软件等教学资源展示知识点、实践内容，引导学生开展在线预习答题，课后拓展互动的教学活动.

首先，课前教师将根据每章节制定教学任务并发布在线学习任务清单，将课程的教学课件、教学视频、闯关习题等内容上传至线上课程平台；学生通过登录线上学习平台进行线上预习，主要内容包括观看教学视频、闯关测试和线上作业，同学们根据预习内容分组制作汇报PPT，参与课前预习测试，最后教师根据学生们的预习闯关和答题测试结果随时调整教学内容.线下理论部分采取“理实一体化”教学模式，针对教学内容进行头脑风暴、小组讨论等课堂教学活动，引入企业案例辅助教学，并结合相应的实践操作进行验证和创新.最后，学生在课后提交学习任务报告，教师针对教学内容联系企业工程实践需求发布拓展任务，并邀请企业工程师参与答疑和互动，与同学们讨论并帮助解决在拓展任务中遇到的疑难问题.最终根据教师、学生、在线平台记录的主客观考核，获得教学效果评价及教学目标达成度.

3 混合式理实一体化教学模式的具体实施

理实一体化教学秉持了“在实践中学习理论知识，以理论指导实践”的理念，将学生作为教学的主体，围绕实践技能训练展开理论教学，既有较强的针对性、又有利于师生之间的交流讨论，实现了理论与实践的完美结合.

理实一体化教学模式的具体实施分为基础层次实践教学和综合层次实践教学两个阶段.基础层次实践教学阶段主要是进行基本原理和基本实验方法的教学，具体包括：初步掌握和熟悉机电一体化实验平台等主要实验工具、编程环境，了解实验平台具备的基本功能，让学生从感性认识的角度对实验环境有一定的了解.基础层次的实验主要以验证性实验为主，让学生了解机电一体化专业知识在控制对象中的应用.综合层次的实践教学阶段则主要涉及机电一体化系统的设计、编程及控制功能实现等方面的内容，侧重于训练学生对于理论知识和方法的整体掌握和综合应用的能力.例如对于各种类型电机的控制方法等专题的实践训练，可以一方面给学生足够的自主动手操作空间，另一方面也锻炼了他们解决实际问题的能力.应用层次的实践要求学生具备一定的理论知识基础，掌握机电一体化系统的概念和基本原理，在此基础上运用现代控制技术，结合实验平台的功能，进行专题应用型拓展实验.综合层次的实验需要一定的工程背景和特点，对培养学生综合运用理论知识分析解决机电一体化系统问题的能力起到重要的作用.

将选择实验室作为线下课程教学的地点，便于理论教学和实践教学内容的有机结合.在理论学习完成后即进入实验阶段，将验证性实验和拓展实践同步进行，实现线下“理实一体化”混合式教学.如图2所示，我们以步进电机控制为教学示例介绍理实一体化教学具体的实施内容及流程.

图2 混合式理实一体化教学的实施过程图

课程的考核采取过程性考核与测试性考核相结合的方式，侧重对学生自学能力、协作能力、解决实际工程问题能力及创新能力等方面的考察.过程性考核主要包括线上学习成绩和课堂表现，线上学习成绩主要依据学生视频学习完成度、闯关测试成绩、作业成绩等三方面的情况来评价.课堂表现成绩主要由线下学习中学生的提问表现和实验操作表现来评定.考核成绩主要包括理论考核和实验考核，考核内容由老师根据学习内容制定，学生在指定时间内完成指定内容并评分.最终的成绩由三部分构成，即总评成绩=线上学习成绩(20%)+课堂表现(30%)+考核成绩(50%).

为了培养学生的兴趣，在实习中，安排机电一体化系统设计实践，使校内和校外实验一体化.通过实习使学生不仅对机电一体化系统的概念和机电一体化产品有一定了解，还可以更深入的理解各个功能模块之间的相互作用.在高年级的实习中，让学生参加各种机器人及机电产品设计大赛，以培养机电类学生对机电系统设计的能力.

4 教学效果与评价

通过上述教学改革的施行，学生的积极性被充分激发，在线上答题和线下讨论中都非常积极主动，经统计，本院2018级机电一体化课程学生线上学习及答题闯关的完成度达85%以上，为线下的“理实一体化”学习打下了良好的基础；在提前了解课程的验证性实验内容后，60%以上的同学能在线下课堂之前就准备好程序代码，上课时直接完成程序调试，验证性实验的完成率在参与线下课堂的学生中达到100%，大约60%的学生可以完成扩展性实验内容.在拓展性实验中，学生通过小组讨论等方式提出了多种编程思路及方法.学生在学习过程中，通过理论学习对基础知识的掌握得到了提升，同时动手实践能力也得到了充分锻炼.

5 总结与展望

综上所述，结合机电一体化专业发展的前沿，以机电学科对学生的要求为基本出发点，面对行业急需人才的要求，从多媒体课件编制、学生课程设计安排、学生科研小组的建立等方面，来构建创新性机电一体化教学体系.依托中国大学MOOC等在线学习平台，以机电一体化课程为例，从混合式分层教学模式设计、理实一体化教学方法实施等方面设计教学内容及流程，获得了学生的认可并取得了良好的教学效果.通过师生互动、基于问题导向和实践验证等方法开展自主学习、协作探究等教学活动，将学生由知识的被动接受者转变为主动学习者，进一步提高了教学质量和教学效果，使理论学习和实践技能锻炼有机融合，达到了职业素养的教学目标.