理實融合教學改革研究

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摘要：企業對應用型人才的需求日益加大，為此高校更加注重學生的實踐能力培養。文章結合筆者實際教學經驗，對機電一體化系統設計課程理實融合教學改革進行研究，探討如何在教學過程中基于OBE教學理念，采用理實融合教學模式來提高學生的實踐能力，并對理實融合教學改革的教學成果進行分析，取得了較滿意的效果。希望文章能為相關專業教學中實踐能力的培養提供參考。

關鍵詞：機電一體化；理實融合；教學改革；新工科；OBE教育理念

為了適應教育教學的時代變革，一些高校開始嘗試進行基于OBE理念的教學改革[1]。此課題是根據應用型本科院校建設的目標，按照構建應用型人才培養模式的要求構建一套科學的、規范的、適用于應用型大學機械相關專業的人才培養的教學方法。

1理實融合教學改革的主要目標

機電一體化系統設計是機械電子工程專業教學中一門重要的專業課。機電一體化技術融合了機械傳動與支承技術、傳感與檢測技術、伺服技術、計算機控制技術、電子信息技術等多學科的綜合性技術，是當今工業技術中重要的組成部分，對我國制造業快速發展起到了很大的促進作用。當前，我國智能制造成為工業制造業的主流，機電一體化產品也處于頻繁更新換代的時期，因此對熟練掌握機電一體化技術的高技能人才的需求量也在不斷加大。為了順應時代發展潮流，保證學生更好地就業，需要對機電一體化系統設計這門課程的教學方法、手段、內容不斷更新，努力培養適應科技發展的機電一體化技術方面的應用型技能人才[2]。OBE教育理念，又稱為成果導向教育、能力導向教育、目標導向教育或需求導向教育。基于OBE教學理念，以及i5智能制造中心的現場實踐，采用理實一體化教學模式讓學生在學習中完成自我提升，再將學生的學習成果反饋總結[3]，通過不斷反饋、不斷改進的方式，優化原有的教學方式和教學內容，使學生真正學有所用、學有所得，正是該門課程發展的方向和改革的目標。

2課程改革的基本內容

基于OBE教學理念，充分利用現有的數字化工廠的加工設備，真正實現機電一體化系統設計課程教學的理論與實踐相結合，符合新工科建設的發展要求。通過OBE教育理念和理實一體化課程改革，建立有利于應用型人才培養的課程實施方案和考評標準[4]，切實推動高校應用型人才培養教育質量的提升，國內其他應用型高校可以根據自身實際情況加以借鑒。

2.1教學目標的改革

目前現有課程的教學目標只注重知識目標的達成，教師在課堂上講解理論知識時，對學生的學習狀態關注不夠，在有限的教學互動中，主要是對理論知識的應用及求解，互動方式單一，均是以問答形式完成，學生處于被動地位。這種教學目標的設定只是關注學生對理論知識的掌握程度，而忽視了對學生實踐能力的培養。因此，教學團隊根據應用型人才培養需要，設定了新的教學目標，重視知識、能力、素質三個目標的達成。基于OBE教育理念，采用“項目導向，任務驅動”教學方法，使教學過程和項目開發融為一體[5]。從學校i5智能制造實訓中心發掘適合的教學案例和項目素材，學生在完成項目的過程中，既鞏固了對理論知識的理解，又鍛煉了綜合運用專業知識解決實際問題的能力，同時培養項目組成員間的團隊意識，激發學習興趣。機電一體化系統設計課程的教學目標如表1所示。課程目標與畢業要求指標點如表2所示。

2.2教學方法的改革

目前機電一體化系統設計課程教學以教師單純講授為主，課堂比較被動，同時學生的實踐經歷有限，很難把各章節知識點進行有機的匯總并綜合運用。此外，課后作業也主要是針對課上所學理論知識進行設置，學生在完成課后作業的同時，無法得到知識運用能力的鍛煉，而且理論學習占用時間過多，學生沒有更多的精力來完成建模、實操等實踐活動，會影響學生實踐能力方面的培養。此外，機電一體化系統設計課程的信息量較大，包含機械、檢測、伺服、電氣等多方面，各章節內容獨立存在，銜接困難，因此對講授這門課程的教師的知識儲備要求較高[6]。鑒于以上問題的存在，特提出以下三點改革措施。（1）針對新的課程教學目標，進一步改革教學方法，采用“項目導向，任務驅動”教學方法，使教學過程和項目開發融為一體。以任務為驅動講解知識點，通過教師啟發式的引導，學生積極參與項目實施。學生跟隨教師的引導參與互動，真正落實課堂“以學生為主”。并積極引入新的教學手段，如考勤采用超星學習通或者雨課堂，代替傳統的點名方式，節省學生簽到時間，可以在課程中設置搶答、彈幕等形式參與課堂討論，取代問答形式的互動，使學生成為教室的主體，調動學生的學習興趣，構建良好的學習氛圍。（2）理實融合教學方式改革，充分利用i5智能制造中心數字化工廠等現有資源，挖掘實際案例及項目素材。采用案例教學，學生通過課前預習和小組課下討論能夠總結歸納出案例中帶有普遍規律性的機電一體化設計要素，教師巧妙融入課程思政，引導學生樹立良好的設計理念，讓學生在理論學習的同時，從案例中獲得機電一體化系統的正確認知。教師負責啟發學生多思考，通過對現有設備傳動、支承部件、傳感器、控制系統做理念性改進設計。在理實融合教學的過程中，提高學生的參與度，有助于激發學生解決實際問題的興趣[7]。（3）教師應不斷提高自身的知識儲備量及實踐能力，其教學水平直接影響教學效果。這就要求教師要不斷完善自己，不僅僅要積極補充專業知識理論技能，更要了解機電一體化技術的發展現狀[8-9]。學校要為教師提供到企業掛職鍛煉的機會，以提升其實踐水平。此外，教學團隊應積極開展集體備課。

2.3教學內容的改革

根據教學目標，進行教學內容的改革，改變單純理論知識的授課內容，以實際案例為主線，綜合講解機電一體化技術在機電產品中的實際應用[10]。以第二章機械傳動與支承技術為例，原有授課內容如下：機械系統數學模型的建立、齒輪傳動系傳動比的分配、齒輪傳動間隙的調整、滾珠絲杠副的組成及特點、同步齒形帶傳動的機構及特點、諧波齒輪的工作原理、導軌副的設計等。改革后的授課內容如下：以i5智能制造實訓中心智能倉儲的上料裝置為案例，啟發學生思考齒輪傳動機構、同步帶傳動機構、滾珠絲杠機構、導軌副在上料裝置中的應用部位以及各機構的優缺點，同時通過電機選型計算等，使學生更好地掌握機構數學模型的相關計算。課程中的其他章節也通過這種方式做相應的調整。改革后的教學內容使相關知識點更具體，學生更易接受[11]。同時改革學生考核方式，此次教學改革在以往教學經驗和教學改革的基礎上建立一個綜合成績評價體系，從平時過程考核、實驗考核、能力重點考核、期末全面反饋四個方面對學生的學習效果進行評價[12-13]。考核材料及結果均需存檔，以便于后續的改進和完善[14]。

3課程改革的實際成果

該課程改革首批實施范圍為機械工程與自動化學院2019級機器人工程與機械電子工程專業學生。首批受益學生約210人，學生在以下幾方面受益。在2021—2022年第一學期中，2019級機器人工程教學采用了理實融合的教學方式改革，取得了很好的教學效果，這在學生課程達成度中有較明顯體現。以2019級機器人2班為例，此班共32人，即課程質量評價對象為32人。學生成績平均分為78.75分，最高分93分，最低分60分。成績為90～100分的有5人，占15.63%；80～89分的有14人，占43.75%；70～79分的有7人，占21.88%；60～69分的有6人，占18.75%，＜60分的有0人，成績符合正態分布。在對2019級機器人2班學生進行教學目標2的分析中發現，課程目標2的各考核點總分值41.2分，學生平均實際得分31.4分，目標期望值37分，平均達成度84.9%，達成度較好，其中28名學生達成度大于0.7。參照2020—2021年第一學期，目標2的平均達成度為75%，有很大進步，說明在新的教學模式下，學生通過充分利用智能制造實訓中心與機器人實訓中心的學習資源，能夠把課程中的理論知識與機電產品的設計工作更好地融合，在項目實施的過程中，學生在解決實際問題的能力上有了較大的提升。

4結束語

文章針對高校機電一體化系統設計課程的教學改革目標、內容進行論述，并通過課程目標達成度分析得出，基于OBE教學理念，運用理實融合的教學模式，學生能力目標的達成度有很大提高，能夠更好地把理論知識運用到實際工程中。與傳統教學模式相比較，理實融合教學模式更加適用于應用型人才培養。由于處于教改初期，案例素材等選取還不夠豐富，今后教學團隊可通過企業合作等模式，挖掘更多適用于教學的實踐工程案例，為學生的實踐能力培養助力。

作者：張曉慧 單位：沈陽工學院 機械工程與自動化學院