張靜

摘 要：針對(duì)機(jī)械工程控制基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)普遍存在的理論授課與實(shí)驗(yàn)脫節(jié)、實(shí)驗(yàn)過程刻板僵化、教學(xué)與考核形式單一等問題，提出一種線上線下相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。該模式針對(duì)課程痛點(diǎn)，從課前預(yù)習(xí)、課上實(shí)操、課后復(fù)習(xí)全方位入手，應(yīng)用線上平臺(tái)、翻轉(zhuǎn)課堂等手段，提升實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)效果。實(shí)踐證明，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性明顯提高，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)相關(guān)理論知識(shí)的理解，課程成績有所提高。

關(guān)鍵詞：機(jī)械工程控制基礎(chǔ) 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 線上線下相結(jié)合

1 引言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是工科專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)的重要組成部分，擔(dān)負(fù)鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力的任務(wù)，為培養(yǎng)有卓越工程實(shí)踐能力的高級(jí)復(fù)合型、應(yīng)用型和創(chuàng)新型現(xiàn)代工程技術(shù)人才提供支撐。[1-2]機(jī)械專業(yè)學(xué)生普遍反映機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課程內(nèi)容理論性強(qiáng)、不易理解、學(xué)習(xí)難度非常大，課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)在教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)起到打破學(xué)生的理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用之間壁壘的作用，讓學(xué)生將晦澀難懂的控制理論與鮮活生動(dòng)的控制過程相關(guān)聯(lián)，真正理解控制理論基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)的實(shí)際意義，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣[3-4]。現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)置與教學(xué)方案不能達(dá)成這一教學(xué)目標(biāo)，為了讓實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)充分發(fā)揮化繁為簡、有難到易的啟發(fā)學(xué)習(xí)作用，本文提出一種線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式。

2 機(jī)械工程控制基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

機(jī)械工程控制基礎(chǔ)作為一門主要的專業(yè)基礎(chǔ)課，涉及到控制原理與系統(tǒng)，先修課程為高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、理論力學(xué)、電工電子技術(shù)、機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)等課程，后續(xù)課程為測試技術(shù)、液壓與氣壓傳動(dòng)、液壓控制系統(tǒng)、微機(jī)原理與接口技術(shù)、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)控機(jī)床，整個(gè)課程在專業(yè)學(xué)習(xí)中起著重要的承接作用。課程內(nèi)容偏重理論，主要闡述以高等數(shù)學(xué)為工具對(duì)物理系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性以及快速性進(jìn)行定性和定量的分析，并導(dǎo)出對(duì)系統(tǒng)控制指標(biāo)的調(diào)整和改進(jìn)的理論和方法。教學(xué)過程多數(shù)被復(fù)雜的理論推導(dǎo)占據(jù)，內(nèi)容抽象、學(xué)生不易理解吸收，即表現(xiàn)為難教又難學(xué)。以往的教學(xué)計(jì)劃中先進(jìn)行大量的純理論講解，從基礎(chǔ)控制理論中的公式推導(dǎo)開始，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)之初理解十分困難，很難激發(fā)出學(xué)期興趣，學(xué)習(xí)過程充滿困惑。雖然在對(duì)應(yīng)理論課程后安排4課時(shí)實(shí)驗(yàn)，由于理論講解和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，實(shí)驗(yàn)課前預(yù)習(xí)由于缺乏指引很難開展，導(dǎo)致課上教學(xué)開展困難，學(xué)生缺少主動(dòng)思考，很難充分理解實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)的理論知識(shí)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)效果欠佳。因此，針對(duì)機(jī)械工程控制基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)難教難學(xué)、難預(yù)習(xí)、難理解的特點(diǎn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式進(jìn)行探索和改進(jìn)，提出了線上線下相結(jié)合的模式，對(duì)應(yīng)復(fù)雜難懂的理論知識(shí)點(diǎn)定制直觀的小實(shí)驗(yàn)，充分利用互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)平臺(tái)、多媒體、云存儲(chǔ)等現(xiàn)代技術(shù)手段，在授課中應(yīng)用啟發(fā)式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等手段，利用有針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容擊破學(xué)生理論學(xué)習(xí)困難的屏障，將理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)有機(jī)融合，提升教學(xué)效果。

3 《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

3.1 理論授課和實(shí)驗(yàn)脫節(jié)

傳統(tǒng)的控制理論基礎(chǔ)教學(xué)安排中理論課教學(xué)在課程總課時(shí)中占比90%，理論授課教師專注與知識(shí)點(diǎn)講解和繁瑣的公式推到，很少結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分進(jìn)行鋪墊。由于課程內(nèi)容理論性強(qiáng)，由于缺乏針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)啟發(fā)教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生很難在實(shí)驗(yàn)前真正掌握實(shí)驗(yàn)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，頭腦中只留有抽象且不清晰的理論知識(shí)，缺乏對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)所用器材、實(shí)驗(yàn)原理及目的的感性認(rèn)識(shí)，造成理論授課和實(shí)踐環(huán)節(jié)關(guān)聯(lián)不緊密。由于理論和實(shí)驗(yàn)的脫節(jié)，只得在課上對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行講解，以便學(xué)生能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的環(huán)節(jié)進(jìn)一步被壓縮，實(shí)驗(yàn)的預(yù)期效果大打折扣。

3.2 課前預(yù)習(xí)不足，實(shí)驗(yàn)步驟僵化

原有實(shí)驗(yàn)課程僅要求學(xué)生針對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、目的和步驟進(jìn)行預(yù)習(xí)，課前檢查預(yù)習(xí)情況僅能通過查看實(shí)驗(yàn)報(bào)告上是否完成原理和步驟的書寫，無法保證學(xué)生真正理解并掌握實(shí)驗(yàn)相關(guān)的知識(shí)。沒有循序漸進(jìn)的課前鋪墊過程，預(yù)習(xí)效果無法達(dá)到獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的要求。預(yù)習(xí)的過程應(yīng)該設(shè)置在理論授課的過程中，讓理論課的中講解內(nèi)容為實(shí)驗(yàn)預(yù)熱。實(shí)驗(yàn)設(shè)置內(nèi)容固定，課上不同小組完成的內(nèi)容完全一致，沒能充分鍛煉學(xué)生的仿真能力，進(jìn)而沒有自主設(shè)計(jì)和創(chuàng)新的機(jī)會(huì)。在實(shí)驗(yàn)操作中學(xué)生依照指導(dǎo)書上的步驟逐一完成，機(jī)械化的完成操作，缺少獨(dú)立思考和自由發(fā)揮、創(chuàng)造的空間。課堂上的操作往往不夠熟練，實(shí)驗(yàn)過程程式化、對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用不夠熟練，課堂中學(xué)習(xí)的積極性不高，嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)效果。

3.3 教學(xué)與考核形式單一

機(jī)械工程控制基礎(chǔ)以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中一直延續(xù)著老師教學(xué)生學(xué)的傳統(tǒng)教學(xué)方式，課堂按照課前簡單預(yù)習(xí)，課堂講解，學(xué)生按指導(dǎo)書操作，課后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式進(jìn)行。學(xué)生一直是被動(dòng)接受的一方，教學(xué)的形式過于單一。對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程的考核也獨(dú)立于理論課程的其他考核部分，占總成績的10%，主要依據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)、課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告綜合給分，分別占實(shí)驗(yàn)成績的10%，40%，50%。預(yù)習(xí)和課堂表現(xiàn)兩部分成績很難進(jìn)行合理量化，由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一、步驟結(jié)果基本固定，實(shí)驗(yàn)報(bào)告存在抄襲問題，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)成績區(qū)分度很小。單一的教學(xué)與考核形式既不能調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、也無法起到激勵(lì)學(xué)生的作用。

4 線上線下相結(jié)合的《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

4.1 教學(xué)思路

根據(jù)機(jī)械類專業(yè)人才培養(yǎng)和學(xué)科發(fā)展的需要，緊跟控制領(lǐng)域前沿技術(shù)和智能制造對(duì)人才的迫切需求，機(jī)械工程控制基礎(chǔ)作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課程為今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)和從事機(jī)械自動(dòng)化相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)[5-6]。鑒于課程本身理論性強(qiáng)、難于理解，實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)于整個(gè)課程的教學(xué)目標(biāo)，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，把抽象的理論具象化，一定程度上降低學(xué)習(xí)理解難度。在控制理論基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)過程中充分發(fā)揮線上平臺(tái)的優(yōu)勢，創(chuàng)造更多學(xué)生課前預(yù)習(xí)和課后學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，減少教師課上的理論講解環(huán)節(jié)，通過課前對(duì)知識(shí)點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)器材使用的充分學(xué)習(xí)，在課上采用翻轉(zhuǎn)課堂的方式，把課堂更多的交給學(xué)生，把學(xué)生放在學(xué)習(xí)的主體位置。充分的課前準(zhǔn)備工作有助于提高效率，在有限的時(shí)間內(nèi)設(shè)置更多學(xué)生可以進(jìn)行自主設(shè)計(jì)和創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，把傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變成設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)與研究型實(shí)驗(yàn)。

4.2 教學(xué)模式設(shè)計(jì)

針對(duì)本科機(jī)械工程控制基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，結(jié)合線上線下兩種教學(xué)手段，通過實(shí)驗(yàn)的直觀性一定程度上降低控制工程理論的理解難度，在理論課中穿插實(shí)驗(yàn)相關(guān)內(nèi)容的視頻實(shí)例起到實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的效果，提升實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。

把實(shí)驗(yàn)課前準(zhǔn)備工作植入到理論授課中，提前錄制好與理論課講解知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)小視頻，在課上輔助講解和課后拓展訓(xùn)練。循序漸進(jìn)的對(duì)學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)，為實(shí)驗(yàn)課程預(yù)熱的同時(shí)將實(shí)驗(yàn)認(rèn)知準(zhǔn)備工作以潤物無聲的形式滲透在日常教學(xué)中，彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)課時(shí)少的不足，強(qiáng)化學(xué)生理論和實(shí)際直接的認(rèn)知鏈接能力，從而幫助學(xué)生理解理論課堂講解的知識(shí)，起到理論講述和實(shí)踐課程相互促進(jìn)、互為補(bǔ)充的作用。把包括課上課后使用的知識(shí)點(diǎn)視頻、演示文稿、課前思考題、設(shè)備使用操作視頻指南等所有課程相關(guān)資料上傳到線上平臺(tái)，以便學(xué)生充分進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，利用線上平臺(tái)預(yù)習(xí)，通過設(shè)置思考題便于學(xué)生自查預(yù)習(xí)效果，也使教師在上課前掌握學(xué)生的預(yù)習(xí)情況。由于充分的預(yù)習(xí)，以翻轉(zhuǎn)課堂的形式完成實(shí)驗(yàn)的理論介紹[7-8]，以學(xué)生為主，讓學(xué)生自主發(fā)問，變教授為探討，以4-6人的小組為單位布置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，加強(qiáng)課上學(xué)生之間的交流學(xué)習(xí)、啟發(fā)學(xué)生自主思考問題、設(shè)計(jì)方案的能力，加深對(duì)相關(guān)知識(shí)的的理解。借助平臺(tái)上豐富的資料和小組同學(xué)的深入交流，學(xué)生可以更好的完成實(shí)驗(yàn)課堂現(xiàn)場操作并完成相關(guān)參數(shù)的設(shè)置與試湊并進(jìn)行記錄。在線上平臺(tái)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告和測試題的過程中可以結(jié)合線上視頻和課件對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行梳理與總結(jié)，設(shè)置調(diào)查問卷了解學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)真實(shí)反饋教學(xué)效果和出現(xiàn)的問題。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告、測試題以及調(diào)查反饋結(jié)果進(jìn)行綜合分析，不斷優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容設(shè)置和教學(xué)模式

設(shè)計(jì)。

4.3 教學(xué)成效

機(jī)械工程控制基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室每學(xué)年對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造和工業(yè)工程兩個(gè)專業(yè)共計(jì)200余名同學(xué)開展教學(xué)工作，實(shí)施線上線下相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式后，學(xué)生的預(yù)習(xí)效果明顯提高。課前思考題回答準(zhǔn)確率從50.2%提升到85.3%，實(shí)驗(yàn)時(shí)基本能夠掌握實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法。通過與學(xué)生訪談得知，由于課前通過理論課程植入的實(shí)驗(yàn)例程和線上平臺(tái)充足的預(yù)習(xí)資料，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的興趣和期望明顯提升，對(duì)機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課程的理解進(jìn)一步加深。經(jīng)過一個(gè)學(xué)年的實(shí)踐，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績有一定程度的提升。

5 結(jié)語

本文通過線上線下相結(jié)合的方式對(duì)機(jī)械工程控制基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式進(jìn)行探索研究，有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械工程控制基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)相關(guān)內(nèi)容的效率，培養(yǎng)了學(xué)生把理論和實(shí)踐相結(jié)合的能力，用實(shí)踐檢驗(yàn)理論知識(shí)，用實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象溯源實(shí)驗(yàn)原理，強(qiáng)化知識(shí)理解。這種教學(xué)模式提高了學(xué)生對(duì)問題進(jìn)行綜合分析、提出系統(tǒng)解決方案的能力，使學(xué)生既懂得理論又具有一定的工程實(shí)踐能力，符合現(xiàn)階段人才培養(yǎng)的要求。文中提出的教學(xué)模式不僅限于機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，也可以適用于其他理論性強(qiáng)難于理解的其他工科課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，具有一定的參考價(jià)值。

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