崔洪斌，趙月靜，李紅彥，任有志，張戌社，李玥華，楊 光

(河北科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，河北 石家莊 050018)

為深入貫徹落實(shí)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020 年)》，2012 年教育部頒布實(shí)施了《關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》，提出要創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，完善人才培養(yǎng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系，加大應(yīng)用型和技能型人才培養(yǎng)力度[1]。學(xué)生的工程實(shí)踐能力是指能熟練掌握社會生產(chǎn)或社會活動的基礎(chǔ)知識和基本技能，能將專業(yè)知識和技能應(yīng)用于實(shí)踐的能力[2]。機(jī)電一體化技術(shù)是機(jī)械行業(yè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)、科學(xué)研究的重要工具，對于培養(yǎng)具有工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力的現(xiàn)代化機(jī)械類應(yīng)用型人才具有重要的作用[3]。機(jī)電專業(yè)學(xué)生的工程實(shí)踐能力在各門專業(yè)課程的學(xué)習(xí)中逐漸養(yǎng)成。案例教學(xué)法是實(shí)現(xiàn)該目的的一種有效手段。

1 案例教學(xué)法介紹

案例教學(xué)(case teaching )起源于美國哈佛大學(xué)工商管理學(xué)院,是以典型案例為教學(xué)載體,作為整個(gè)教學(xué)的核心，將學(xué)習(xí)目標(biāo)、能力培養(yǎng)、技能訓(xùn)練及科學(xué)知識等環(huán)節(jié)和內(nèi)容都蘊(yùn)含在案例當(dāng)中[4]。通過設(shè)計(jì)合適的案例進(jìn)行教學(xué)，來引導(dǎo)學(xué)生自主探索、分析、理解案例中所包含的多學(xué)科科學(xué)問題和相關(guān)技術(shù)及方法途徑,最終掌握案例中的科學(xué)知識。學(xué)生可以將自己掌握的科學(xué)知識進(jìn)行分析、應(yīng)用、綜合和評價(jià),以培養(yǎng)獨(dú)立思考、分析和解決工程實(shí)踐問題的能力[5-7]。

案例教學(xué)法強(qiáng)調(diào)以理論知識為基礎(chǔ)，理論聯(lián)系實(shí)際，注重教育的主體性和互動性，突出教育的實(shí)踐性和應(yīng)用性，培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新意識與應(yīng)用能力，對高校培養(yǎng)應(yīng)用型人才和提高高等教育質(zhì)量，具有極其重要的現(xiàn)實(shí)作用。

2 機(jī)電專業(yè)課程現(xiàn)狀分析

目前在河北科技大學(xué)機(jī)電專業(yè)模塊中，有數(shù)控技術(shù)、機(jī)械制造自動化技術(shù)及機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)等專業(yè)課程，現(xiàn)有教學(xué)體系都是以理論講述為主，實(shí)踐教學(xué)為輔，無法開展足夠的工程實(shí)踐訓(xùn)練教學(xué)內(nèi)容[8-11]。

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動化專業(yè)的專業(yè)核心課程，是多學(xué)科交叉滲透形成的一門綜合性應(yīng)用型專業(yè)課[11]，也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、綜合實(shí)踐能力的重要教學(xué)內(nèi)容，對于培養(yǎng)綜合設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力的機(jī)電工程類應(yīng)用型人才具有重要作用[11-14]。由于該課程涉及機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)電傳動與控制、傳感器技術(shù)及自動控制等多門學(xué)科,包含大量的基本概念、方法和原理，具有知識面廣、理論性和實(shí)踐性都較強(qiáng)、綜合性、應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn),要求學(xué)生熟練掌握，先修有關(guān)基礎(chǔ)課內(nèi)容[15]。現(xiàn)行傳統(tǒng)教學(xué)中采用按學(xué)科序列分章節(jié)橫向編排教學(xué)內(nèi)容的方法，如圖1所示。即課程的各章節(jié)獨(dú)立介紹一個(gè)學(xué)科的內(nèi)容，而各章節(jié)所介紹的內(nèi)容學(xué)科不同，各部分內(nèi)容之間相對獨(dú)立且不深入,缺少一個(gè)可以將各多學(xué)科知識串聯(lián)起來的主題，貫穿整個(gè)教學(xué)過程[15]。授課時(shí)容易造成內(nèi)容割裂,變成各門先修課程的簡單重復(fù)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中很難將不同的章節(jié)知識串聯(lián)起來。同時(shí)傳統(tǒng)的教學(xué)方法很難與綜合實(shí)踐性訓(xùn)練內(nèi)容相結(jié)合，難以達(dá)到這門課程的教學(xué)目的，導(dǎo)致學(xué)生興趣逐漸喪失。受教學(xué)模式和時(shí)間條件的限制，現(xiàn)有的教學(xué)模式大多以理論知識講授為主，對學(xué)生實(shí)踐和應(yīng)用能力的培養(yǎng)較少，導(dǎo)致大部分學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程初期對設(shè)計(jì)的題目感到無從下手，沒有思路，后面的方案設(shè)計(jì)及后續(xù)各部分的設(shè)計(jì)進(jìn)展緩慢，畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量和鍛煉設(shè)計(jì)能力的效果很差，影響學(xué)生的就業(yè)及就業(yè)后的工作能力。

圖1 傳統(tǒng)教學(xué)中按學(xué)科序列分章節(jié)橫向編排教學(xué)體系

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)是機(jī)械專業(yè)機(jī)電方向面向生產(chǎn)實(shí)際的多學(xué)科綜合課程，也是培養(yǎng)機(jī)電專業(yè)學(xué)生多學(xué)科知識的綜合運(yùn)用能力和工程實(shí)踐能力相結(jié)合的典型課程[15]。本文以機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程為背景開展案例教學(xué)對學(xué)生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的研究與實(shí)踐，為后續(xù)其他專業(yè)課程的案例教學(xué)實(shí)施起到示范和推動作用。

3 案例式教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力

把案例教學(xué)法應(yīng)用在專業(yè)課程群的教學(xué)中的思路，為專業(yè)課程教學(xué)提出了一種新的教學(xué)模式，在此基礎(chǔ)上建立實(shí)踐平臺，為學(xué)生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)提供了手段。如圖2所示，選取典型機(jī)電系統(tǒng)案例作為教學(xué)主線，把各相關(guān)學(xué)科內(nèi)容系統(tǒng)地聯(lián)系起來，具體分析案例中的各個(gè)組成部分的原理和實(shí)現(xiàn)方法，構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)的教學(xué)體系[15]，使學(xué)生對各學(xué)科知識進(jìn)行綜合運(yùn)用，提高分析解決機(jī)電一體化專業(yè)工程問題的能力；同時(shí)充分利用綜合實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，構(gòu)建有關(guān)典型案例的教學(xué)實(shí)踐平臺；組織學(xué)生根據(jù)個(gè)人興趣申報(bào)案例，設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)分組，進(jìn)行設(shè)計(jì)、裝拆、調(diào)試和運(yùn)行控制實(shí)驗(yàn)，完成整個(gè)機(jī)電一體化產(chǎn)品的綜合設(shè)計(jì)工程實(shí)踐練習(xí)，加強(qiáng)學(xué)生對典型機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)過程的全面了解，掌握機(jī)電系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。這種教學(xué)模式為工科專業(yè)課程教學(xué)提供了一種新的模式，該教學(xué)模式的探討與運(yùn)用對其他工科專業(yè)課的教學(xué)方式有一定的借鑒與啟示作用。

圖2 典型機(jī)電系統(tǒng)案例作為教學(xué)主線的教學(xué)體系

4 實(shí)施步驟

案例教學(xué)法在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用可以按照如圖3所示步驟進(jìn)行。

4.1 教學(xué)內(nèi)容和方法重構(gòu)

收集典型機(jī)電一體化系統(tǒng)案例，按照案例材料的典型性、信息的適量性、案例的適用性、對案例進(jìn)行內(nèi)容的詳細(xì)分析選擇，既保證每個(gè)案例的特色鮮明，針對性強(qiáng)，同時(shí)又將多個(gè)案例重 復(fù)的理論知識合并集中，既保證機(jī)械、液壓、氣動、傳感器檢測技術(shù)、電氣控制、PLC控制、PC總線控制、單片機(jī)控制、功率驅(qū)動及軟件開發(fā)原理等學(xué)科知識覆蓋全面，同時(shí)又避免不同案例中講授重復(fù)內(nèi)容，節(jié)約寶貴的理論教學(xué)時(shí)間。

圖3 案例教學(xué)法在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)施步驟

對于每個(gè)教學(xué)案例，編寫了教學(xué)內(nèi)容簡介，在學(xué)期初發(fā)給學(xué)生供學(xué)生了解并根據(jù)興趣選擇其中一個(gè)案例作為個(gè)性化后續(xù)案例實(shí)踐實(shí)訓(xùn)題目，同時(shí)對各個(gè)案例的教學(xué)大綱、教案PPT及實(shí)踐課程指導(dǎo)書等制定了統(tǒng)一的格式，由各個(gè)案例的負(fù)責(zé)教師分別撰寫編制。

該課程理論學(xué)時(shí)40學(xué)時(shí)，分5個(gè)案例，每個(gè)案例講授8學(xué)時(shí)，工程實(shí)踐實(shí)訓(xùn)4周時(shí)間。

4.2 對典型案例進(jìn)行案例設(shè)計(jì)

為了兼顧各學(xué)科知識的覆蓋面及學(xué)科完整性，我們遴選設(shè)計(jì)了7個(gè)機(jī)電系統(tǒng)典型案例作為教學(xué)內(nèi)容，即立體倉庫、電梯、MPS模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)、自導(dǎo)引小車、基于PC總線X-Y工作臺、柔性制造輸送系統(tǒng)及氣動機(jī)械手。

4.3 搭建綜合實(shí)踐練習(xí)平臺

針對每一個(gè)案例的教學(xué)內(nèi)容，我們都設(shè)計(jì)了相應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)裝置或制作材料。通過自制或改造及新設(shè)備采購等多種手段提供設(shè)計(jì)、裝配、調(diào)試及運(yùn)行機(jī)電系統(tǒng)的教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，給學(xué)生提供了動手實(shí)踐的平臺和時(shí)間，構(gòu)建了一個(gè)實(shí)踐教學(xué)體系。搭建了5個(gè)實(shí)踐平臺，保證了教學(xué)內(nèi)容中每個(gè)案例都能與實(shí)踐教學(xué)訓(xùn)練環(huán)節(jié)無縫對接，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。利用個(gè)性化培養(yǎng)，學(xué)生根據(jù)自己的興趣選擇個(gè)性化的不同案例進(jìn)行動手實(shí)踐，把前邊學(xué)到的理論知識與工程訓(xùn)練實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)和提高了同學(xué)們解決實(shí)際工程問題的能力。

4.4 對學(xué)生評價(jià)方法研究

案例教學(xué)的及時(shí)評價(jià)和教學(xué)反思，對案例教學(xué)起到指引、檢測、鑒別和激勵作用。合理的評價(jià)體系能提高學(xué)生在案例教學(xué)中體現(xiàn)的主動性、積極性與創(chuàng)造性等特質(zhì)，能激發(fā)、強(qiáng)化學(xué)生主動學(xué)習(xí)、積極參與的濃厚興趣。教學(xué)內(nèi)容分理論與實(shí)踐兩個(gè)部分，因此，考核評價(jià)方式將分為筆試試卷和案例實(shí)訓(xùn)兩個(gè)部分。筆試試卷部分考核案例理論知識；實(shí)訓(xùn)內(nèi)容以分組形式，各組成員分工合作，最后完成以下內(nèi)容：1)案例設(shè)計(jì)說明書一份；2)機(jī)械結(jié)構(gòu)三維模型圖1張(電子版)，二維設(shè)計(jì)裝配圖一張及主要零件圖；3)電氣系統(tǒng)原理圖一張；4)調(diào)試通過的程序清單；5)演示視頻。最后以小組為單位進(jìn)行答辯，以整個(gè)設(shè)備能夠調(diào)試運(yùn)行通過為主要指標(biāo)，同時(shí)每個(gè)人對設(shè)備的總體方案和主要內(nèi)容進(jìn)行陳述，對其負(fù)責(zé)的部分內(nèi)容進(jìn)行答辯詢問，回答問題完整正確才算通過。這個(gè)可以督促每個(gè)人認(rèn)真訓(xùn)練，達(dá)到培養(yǎng)工程實(shí)踐能力的目的。

5 結(jié)束語

本次采用案例教學(xué)法和個(gè)性化工程實(shí)訓(xùn)教學(xué)方法對機(jī)電一體化技術(shù)課程進(jìn)行改革教學(xué)實(shí)踐,收到了較好的效果。通過案例教學(xué)法，案例中貫通知識結(jié)構(gòu)系統(tǒng)性和教學(xué)體系完整性,使學(xué)生對機(jī)電一體化技術(shù)有較全面的認(rèn)識,通過具體的案例，學(xué)生系統(tǒng)地掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的基本理論方法，各組成部分元部件的選擇、計(jì)算，具備機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力[11]。通過后續(xù)個(gè)性化工程實(shí)訓(xùn)，培養(yǎng)和提高了學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力[9]。我們深深體會到作為工科院校,專業(yè)課程的教學(xué)必須理論和實(shí)踐相結(jié)合,才有利于調(diào)動學(xué)生的積極性、主動性和創(chuàng)造性,有利于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。同時(shí)該項(xiàng)目的實(shí)施也為后續(xù)其他專業(yè)課程的案例教學(xué)實(shí)施起到示范和推動作用。

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