我国机电一体化技术教学特征和趋势—基于CiteSpace的可视化分析

马雪亭，张 涵，李传峰，王旭峰

（塔里木大学机械电气化工程学院，新疆 阿拉尔 843300）

0 引言

机电一体化技术是一门多技术高度融合的课程，涉及信息、机械、控制、伺服、传感检测等技术，讲授知识面广，难度大，部分内容过于抽象。通过学习这门课程，力求让学生掌握机电一体化相关技术并为设计机电一体化系统做好知识储备。随着新一轮科技革命来临与新型工业蓬勃发展，对机电一体化技术课程的教学提出了新要求。因此，我国教育工作者在该课程教学改革方面进行了一系列研究，提出了各种教学模式，如翻转课堂、启发式教学、模型演示教学和雨课堂教学等，并针对各个教学模式进行了一定研究，取得了相关成果。

为明晰我国机电一体化技术教学研究发展脉络，探究机电一体化技术教学与改革思路，本研究基于CiteSpace通过对该领域研究的作者、机构、文献来源以及关键词等进行共现分析，综合审视我国机电一体化技术教学历程、发展动态与趋势，为在新时代背景下完成机电一体化技术教学任务与更好地对该课程进行教学改革研究提供一定参考。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

文献数据样取自于中国知网数据库(CNKI），采用高级检索以“机电一体化技术+教学”为关键词或篇名进行检索，文献来源类别为期刊，检索时间不限。将检索到的相关文献进一步筛选，剔除会议和与机电一体化技术教学无关的文献，整理后文献共计92篇（发表年限最早为1997年），并将文献信息导入CiteSpace中，以便后续分析。

1.2 研究方法

CiteSpace是一款应用于科学文献中识别科学发展动态的可视化知识图谱软件，通过深入的可视化分析能够将一个知识领域的演进历程集中展现在图谱上，揭示某研究领域的演变历史、研究热点和发展趋势等[1]。本研究采用CiteSpace5.8 R2软件作为研究工具，时间跨度设置为1997~2021年，时间分区设为1年，阈值设置TopN=50，对关键词、作者、研究机构和文献来源作共现分析。

2 结果与分析

2.1 年发文量分析

机电一体化技术教学类文献发文量统计（图1）表明，机电一体化技术教学相关论文可追溯到1992年，发文量自1992~2021年总计发文为92篇，整体发文量有上升趋势，但总计数量较少，高质量期刊更是少之又少，说明针对机电一体化技术的教学课程改革尚需更多研究。1997~2007年间年均发文量不足1篇，2007年以后发文量显著增加，2014年发文量最多达10篇，此后至2021年整体有下降趋势。这在一定程度上从侧面反映了高校对该课程重视程度有所下降。而机电一体化技术是众多高精端机电一体化系统研制的技术基础，我国工业机械手、仿人机器人、数控机床等领域均需要该技术的强大支持，与发达国家相比尚有差距，应大力推动机电一体化技术的学习，以赶超他国。

2.2 作者群体分析

发文作者共现图谱能够反映该研究领域的核心作者以及他们之间的合作关系（图2），机电一体化技术教学研究方面发文作者共现图谱中有160个节点，116条连线，网络密度为0.0091，联系不紧密。图中节点大小反映作者发文量的多少，节点连线反映作者合作关系。在该领域发文量相对较多的作者是王增胜、何伟、任敏、江庆，发文量分别为4、3、3、2，占总发文量的13.04%。众多作者单位基本来自高校，总体上机电一体化技术教学研究作者群较为分散且发文量不集中，且尚未形成较为成熟的研究团队。

2.3 关键词共现分析

关键词是论文中选出表示全文主题内容信息的单词或术语，是论文研究内容的高度概括与凝练，通过关键词共现分析能够挖掘该领域的研究热点与发展动态。机电一体化技术教学研究方面关键词共现图谱如图3，该图谱中有156个节点，325条连线，网络密度为0.0269，图中节点大小反映关键词发文量的多少，节点连线反映合作关系。由关键词共现网络及相关数据可知，研究机电一体化技术前几项关键词为：机电一体化技术、机电一体化、教学改革、实践教学、机电一体化专业、课程改革和教学内容等。说明机电一体化技术这门课程在发展过程中不断有课程改革措施，尤其是将“实践”应用于教学中。结合相关文献不难发现，当前许多高校在该课程教学中逐渐引入实训操作、学科竞赛等实操内容[2]。以作者所在高校为例，近几年学校加大了对机电一体化技术教学的投入，积极开展各类学科竞赛，如机械创新设计大赛、挑战杯、全国大学生工程训练综合能力竞赛、全国大学生机器人大赛等比赛以反哺教学。

2.4 发文机构分布

机电一体化技术教学研究发文量≥2的机构情况如表1，共5所高校，其中电子科技大学中山学院发文量最多，为3篇。整体发文量显著偏低，再次表明我国高校对机电一体化技术方面的教学重视程度欠缺。从高校属性看，发文量较多的为职业技术学院，这应该与该技术与实践操作技能提升密切相关。但侧面说明，本科高校在实践操作技能方面相对欠缺，需适当加大这方面的投入。

表1 机电一体化研究发文量排前5名机构情况

3 讨论

我国机电一体化技术课程教学研究发文量整体较少，结合相关文献分析与调研，按教学方法主要集中在教学理论内容的改革、竞赛反哺教学、实物制作与演示教学、课堂授课形式改革等方面。

3.1 理论内容改革

近几年，机电一体化技术高度融合了当前较为先进的机器人技术、传感器技术和机械技术等，以系统整体最优为出发点，力求空间小，成本低，性能理想[3,4]。另外，适当融入了数值分析（如Matlab、Abaqus等软件分析）和课程设计等内容，提高了学生独立思考与创新水平[5,6,7]。同时对实验教学的研究更加深入，以我校机电一体化技术实验为例，针对本校学生学习能力与现有硬件实际情况，自行编写了具有一定地方特色的机电一体化技术实验教材，融入了PLC、单片机和Arduino控制器的机电一体化实验。

3.2 竞赛反哺教学

理论课的学习是学科竞赛的基础，同时学科竞赛也可锻炼实践创新能力和理论知识的运用，对理论课的学习起到巩固与深入作用。在学科竞赛准备和竞赛过程中，学生通过查阅资料、集体讨论与指导老师的辅导获取所需知识，在制作实物过程中遇到问题时，学生独立思考、团结协作、克服困难完成比赛项目，对所用知识印象深刻，经久不忘。由作品或获奖荣誉带来的成就感也可激发学生对机电一体化技术课程的学习热情。此外，可将学科竞赛积累和总结的经验以及竞赛中遇到的科学问题融入课件和教材内容，这样既可让学生感受该课程的实际应用，又可增强学生自信心，提高学生参加各类竞赛的积极性。

3.3 课堂授课方式改革

近几年，教学方式不再是单一的“灌输式”方式，该教学方式虽然效率高，教师容易把握课堂进展与授课逻辑性，但与学生互动较少，以至不能及时获取准确的学生反馈，听课效果较难判识[8]。故“翻转课堂”和“Seminar”等授课形式出现，激发了学生自主学习的能动性，锻炼了学生心理素质和表达能力。随着科技发展，尤其是现代信息技术的发展，借助授课平台的授课形式逐渐产生，教师通过相关授课平台能迅速获取学生签到和答题等情况，衍生出诸如“慕课”和“雨课堂”等授课方式。尤其在新冠疫情期间，各种平台的线上授课充当了重要角色。以作者授课为例，使用智慧树授课平台可较为方便地与学生在线上互动，通过上传的题库可随机提问学生问题、进行课堂小测验，及时获知听课效果。

3.4 实物制作与课堂演示教学

“翻转课堂”、“竞赛反哺”等虽可提高学生能动性实现，学以致用，但较难做到对学生的全覆盖，只能针对部分章节内容有选择地实施，故“灌输式”授课水平的提高较为重要。由于机电一体化技术课程涉及较多抽象知识，实物制作与课堂演示是一种较好的辅助手段。该手段在课下可调动学生制作或组装实物的积极性，课上边演示边讲解，可将抽象的问题具体化和形象化，便于学生理解及加深印象。以作者所在学校为例，学校开展了实物制作与课堂演示的教学活动，学生分小组自行制作或购买相关配件完成难易得当的机电一体化作品，用于课堂演示，力求做到将课堂内容通俗易懂化，便于全员理解，图4与图5为部分用于课堂演示的小型实物。

鉴于机电一体化技术课程教学研究力度不足，还需加强教师队伍的团队合作以及高校之间的合作。另外，对于机电一体化技术课程的教研人员而言，需在教育学研究方法、课程研究方法、论文写作规范和社会调查方法等方面加强对教研人员的培训，提高教研能力。加强教研课题管理，对课题立项、中期检查、结题和评审等环节加强管控和检查，避免结题流于形式和唯论文评价的问题。在实验方面力求结合各个学校本土硬件开发难易得当的相关实验教材，做到因材施教。

4 结论

本文基于CiteSpace软件对知网数据库中有关机电一体化技术教学研究的文献数据进行了可视化分析，探究了其研究现状、热点及趋势。分析结果表明：（1）目前机电一体化技术教学的发文量整体较少，研究水平有待提高；（2）该课程教学方法体现了多元化和信息化的特点；（3）研究机构与研究个体紧密性不强，没有庞大的核心群体，未来需加强合作。