机电一体化系统课程教学改革浅论

2021-06-22 15:40:59 来源:写作指导

摘要:“机电一体化系统”是多学科交叉融合类课程,强调知识结构系统性和教学体系完整性的统一。本文主要分析教学过程中出现的问题,针对性提出教学改革思路,强调理清先修课程与讲授内容相互关系的重要性,通过培养学生兴趣、养成课前预习和课后复习习惯、增加理论联系实际环节等方式提高教学质量及学生接受度。

关键词:教学改革;机电一体化;综合性课程;微课

机电一体化是多学科技术领域综合交叉的技术密集型系统工程[1]。“机电一体化系统”课程是多学科交叉、渗透的综合性课程,是机械电子工程专业课程的重要组成部分,对学生系统性掌握“机电一体化系统”中各单元选型和设计能力、动手能力及创新能力具有重要作用。为达到学生综合运用机电一体化知识解决实际工程问题的培养目标,这门多学科交叉融合、知识点多且广的课程,部分内容需要先修课程为基础。不同学生基础知识水平各不相同,学习难度较大,单纯的传统讲授教学方式不能适应“机电一体化系统”这样综合性强的课程。本文针对教学过程中存在的问题,提出教学方式、方法的改革思路。

1存在问题

通过调查问卷及座谈等方式发现,“机电一体化系统”课程在教与学的过程中存在以下主要问题。1)课程教学知识点多且不连贯,存在跳跃性,学生很难形成框架逻辑,缺少系统性的学习和思考;2)各章节知识中穿插部分已经学过的基础知识,讲授已经学过的基础知识占用部分课时,并对学生产生一定困扰——即本门课程已经学过重复学习的意义在哪里;3)综合性课程需要先修知识为基础,讲授时直接略过先修知识点,学生基础知识掌握程度参差不齐使得新旧课程衔接不顺畅增加学习难度;4)讲授过程中理论与实际结合环节较少,抽象的知识点学生难理解,导致学生缺乏学习兴趣,不能将新学习的知识加以应用及深度掌握;5)学生不能靶向复习先修知识,对先修知识普遍复习,耗时且低效,新旧知识衔接不上,心有余而力不足,最终放弃课程;6)学生预习和复习意识淡薄,讲课进度快,出现断层,不及时补救,时间一久容易破罐子破摔。基于以上问题,目前单纯依靠课堂讲授方式难以造就适应时代快速发展需要的应用型人才,需要对综合性较强的“机电一体化系统”课程提出改革。

2教学内容确定

“机电一体化系统”课程将机电专业大部分专业课和基础课内容综合在一起,在此基础上对机电一体化系统进行选型、设计及解决实际问题等。但授课过程中教师如若不能把握机电专业培养目标及先修课程的主要内容,很容易出现“炒剩饭”,占用课时问题。为此梳理先修课程与本课程关系及相关内容重复性和连续性变得尤为重要。图1为授课内容与先修课程的关系,图中“●”表示已学课程与本门课的授课内容联系密切,“○”表示先修课程与本门课授课内容有关但联系并不紧密。在图1中可以看出先修知识是学好机电一体化系统课程的先决条件,占有非常重要的地位。为避免知识重现占用课时,在重视先修课程的同时,督促学生课前完成先修课程知识点回顾的问题同等重要。针对碎片化的先修知识点,需要在课前短时间内突出主要内容呈现给学生的问题,辅助教学方式——“微课”是一个很不错的选择[2]。将与先修课程重复且内容关联性强的知识点以“微课”的形式呈现,学生课前学习后再与新知识衔接比较顺畅。同时学生逐渐意识到“磨刀不误砍柴工”,课前短时间的回顾先修知识,自己能够跟上课上教师的讲课节奏,慢慢增加学生自信心和学习主动性。结合课上教师讲授,以启发性、情感性、形象性、互动性为原则,控制教学进度,高效、系统化地传授知识。如此“微课”+讲授法教学模式既能够培养学生自主学习的习惯,又可以充分发挥教师职能,在有限的时间内提高教学质量。节省的课上时间可以增加新型元器件及当代企业应用产品的相关内容,例如学生实习时参观的五轴数控石材雕刻机、学生无人机兴趣小组的无人机、金工实习时操作过的3D打印机及机器人视觉传感器等内容,贴近生活紧跟时展,与时俱进。做到在有限的教学学时中,确定授课内容轻重关系,精炼课堂讲授内容,避免出现不分主次、避重就轻现象,使学生明确本门课程的学习目标,不迷失方向。

3教学方式改革

适合的教学方式能够有效的向学生传授知识。为培养具有较强动手能力、解决实际问题能力和创新能力的人才,在明确教学内容的基础上,提出适合综合性课程教学方式改革的举措,具体为以下几点。

3.1实施“总分总”授课方式增强学生系统性设计思想。机电一体化并不是机械技术和电子技术的简单叠加,而是具有自身体系的新型学科。因此,授课时首先是收集大量机电一体化产品实例,通过视频方式展现给学生,通过不同产品具有大致相同的组成部分来引出机电一体化系统的主要组成部分,使学生从整体上形成一个系统的框架,对机电一体化产品各组成部分有一个宏观认识,并且增强学生好奇心,促使提高学习兴趣。其次课程以某一项目为导向(例如数控机床设计实例),每一章节应用举例都围绕一个产品的设计对机械本体、伺服系统、传感检测系统、计算机控制系统及各要素和环节之间相互联系的接口部分进行详细讲解。最后以机电一体化产品设计实例的设计过程收尾。以这种“总分总”的方式增强学生系统设计的思想,更好理解机电一体化概念,为以后进行机电一体化产品设计做铺垫。

3.2培养学生学习兴趣。兴趣是推动人认识事物、探索真理的重要动机,良好的兴趣是推动人努力学习的有效途径。首先,在机电一体化产品举例中,多以身边的机电一体化产品为例,讲述主要组成部分及功能如何实现,使学生能够在遇见此款产品时映射出上课所学知识,先对“机电一体化系统”课程产生初步印象,从而培养对本课程的兴趣。例如,以全自动洗衣机为例,讲解其检测衣物重量、水位等的传感器部分、行星轮减速器离合器等执行部分、模糊控制部分及能源部分的功能实现原理,通过接口连接各组成部分从而完成自动洗衣功能。在学生使用全自动洗衣机时就能将所学内容映射出来,巩固和理解所学知识。其次,在阶段性内容结束后以短视频等形式增加前沿专业期刊的推荐,增加机电学习意识,耳濡目染,增加学习兴趣,开阔眼界。

3.3培养课前预习和课后复习习惯。本门课程特点是“时间紧任务重”,课前预习和课后复习显得尤为重要。因此,以问题的形式概括新知识的要点引导学生课前预习和课后复习。在课前把本节课新学知识以问题的形式进行梳理,并明确本节课的重难点内容,发送至学生,使学生能够轻松接受新学知识。课后学生可以利用这些问题判断自己是否掌握所学知识点,视各自情况进行查漏补缺,及时解决遇到的问题,进而找到自信并增强课前预习和课后复习的主动性。例如,伺服与驱动章节中讲授伺服执行元件交流伺服电动机内容时,课前将需要讲授的主要内容如直流伺服电动机的分类、调速方法和选择方法、重难点,直流伺服电动机的调速及选择的内容通过学习通发送给学生,以供学生有针对性的进行课前预习,课后再根据讲授的主要内容和重难点知识来检验自己学习情况,及时消化吸收所学知识,不积压问题,保持学习的成就感。

3.4增加理论联系实际环节。理论与实际应用相联系,更方便学生理解所学知识,以备后续加以应用。1)课堂讲授中,为课本中工作原理讲解增加实物图片或实际应用视频,增加学生对所学零部件的直观性认识。并且辅以项目教学方式,例如传感检测系统章节,以位置、转速、位移检测传感器的设计、选择及应用内容为主。章节讲授中采用数控机床为例:数控机床刀具位移检测有不同传感器可供选择,如脉冲编码器、直线光栅、旋转变压器、感应同步器等。在讲解传感器选择过程中介绍各个传感器的特点、工作原理、应用范围、选择方法等,使学生清楚所学内容在实际中如何应用的。2)将机电一体化系统课程设计紧跟“机电一体化系统”课程之后,让学生通过机电一体化系统课程设计将所学知识进行应用,在设计过程中查找资料、制定方案、选型设计等,进一步加强学生对本门课程的理解,提高动手操作能力,实现理论联系实际的教学目标。3)增加实验环节。实验教学在高等教学中占有重要地位,是学生理论联系实际的重要手段,起到巩固和理解所学知识的重要作用[3-4]。目前实验一改之前单一性、验证性实验,调整为验证性、设计性及综合性实验。但是经费高、实验设备有限,增加实验数量达不到预期要求。虚拟实验较传统实验具有安全、可重复使用、操作简单等优势,有效解决了传统实验成本高的问题[5]。因此,增加虚拟实验环节,解决实际实验设备有限问题,将所学的机械、控制、检测及编程内容通过虚拟仿真平台完成选型、设计、编程、调试、控制及方案对比等实验实训,提高系统设计及创新能力。

3.5思政教育融入教学全过程。“机电一体化系统”课程是机电专业核心课程,与“中国制造2025”国家发展战略对接。并且《高等学校课程思政建设指导纲要》(高教[2020]3号)指出:“把思政教育贯穿人才培养体系,全面推进高校课程思政建设,发挥好每门课程的育人作用,提高高校人才培养质量”[6]。以学生为本,致力于提高人才质量。因此,课程之初通过视频等方式解读“中国制造2025”文件精神,使学生首先对本门课程地位有所认识,对自己的人生规划有个初步计划。其次在讲课过程中,在机电一体化系统各部分组成、系统设计及虚拟实验等环节穿插企业安全事故视频、大国工匠精神等视频,培养学生认真负责、遵守规定、精益求精、勇于创新的精神。

4结语

“机电一体化系统”课程的内容是一个不断发展更新的课程,教学的理念和方式方法需要不断改革,在授课过程中不断发现问题,及时调整教学方法。综合性强的课程要注重授课内容梳理,理清主次,避免新旧知识重复,保持学生学习积极性。教学过程中以学生为主体,在关注知识传授的同时更要注意学生知识吸收情况,充分利用网络工具,培养学生学习兴趣,提高教学质量,为培养适应社会发展的应用型人才贡献力量。

作者:彭精立 沈杨 李星 李淑梅 姚婷梅 单位:厦门工学院柔性制造装备集成福建省高校重点实验室