呂曉玲 高春艷 張明路 李慨

(河北工業(yè)大學機械工程學院 天津 300130)

當前，國家推動創(chuàng)新驅動發(fā)展，實施“一帶一路”“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大戰(zhàn)略，以新技術、新業(yè)態(tài)、新模式、新產(chǎn)業(yè)為代表的新經(jīng)濟蓬勃發(fā)展。新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，要靠工程教育來提供人才支撐。反過來講，工程教育改革如果滯后，對產(chǎn)業(yè)升級進程，不僅不能支撐、服務，而且還會拖后腿。

新工科建設既是當前經(jīng)濟社會發(fā)展的迫切需要，也是國家應對科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的迫切需要，更是高等教育改革創(chuàng)新的迫切需要。對高校來說，新工科專業(yè)是以智能制造、云計算、人工智能、機器人等用于傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級改造，實現(xiàn)更新的理念、更好的模式、更高的教育質(zhì)量。相對于傳統(tǒng)的工科人才，未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟需要的是實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質(zhì)復合型新工科人才。

由此可知，在新經(jīng)濟背景下，新工科的提出，為發(fā)展我國工程學科提供了全新的視角，也為我國工程教育發(fā)展、人才培養(yǎng)提出了新的要求：不單要求高校培養(yǎng)具有扎實的基礎能力，更需要有跨學科思維、創(chuàng)新意識的人才，才能夠應對未來的挑戰(zhàn)[1-2]。

新工科背景下，高校的專業(yè)課程教育模式要有能夠深入一線師生的理念，因此，必須在充分理解新工科理念的基礎上，持續(xù)深化課程教學模式的改革和探索，為人才培養(yǎng)提供有力的保障。

1 新工科形式下《機電傳動與控制》課程教學模式改革的必要性

智能時代，是世界大勢所驅，諸國爭鋒。智能制造業(yè)是實施制造強國戰(zhàn)略的重要行動。新工科，為中國的智能制造業(yè)提供源源不斷的動力?！稒C電傳動與控制》課程作為機械電子工程專業(yè)教學計劃中專業(yè)基礎課，是專業(yè)核心課程之一，是機電一體化人才所需電知識結構的驅體。

目前，《機電傳動與控制》課程教學與新工科的要求有一定的距離，該文對教學模式進行改革，以期達到提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的目的，與新工科的人才需求相匹配。

多維立體教學模式[3-4]是由多教學因素組合而成的一種多維性立體結構，是一種新型的、全面的、在理論和應用上都具普遍性的課堂教學模式，多因素有機地統(tǒng)一起來，有利于調(diào)動學生的學習興趣，提高教學效果。

面向新工科的《機電傳動與控制》課程采用多維立體教學模式，以立體教材為基礎，采用多學科交叉融合、以工程項目為驅動、融入課程思政的多維教學方法，多種教學方法和手段充分整合各種教學資源，使教學充滿生機和活力。多維教學模式有利于激發(fā)學生學習興趣，工程項目鍛煉了學生自己獨立思考問題的能力、知識運用的能力，使學生對理論知識的理解更深刻，大大提高學生解決復雜工程技術問題的能力。同時，融入課程思政能激發(fā)學生的愛國情懷、責任感及使命感。以新工科為背景的多維立體教學模式的實施，對提高學生素質(zhì)、提高課堂教學質(zhì)量有重要意義。

2 課程改革實施方案

面向新工科的《機電傳動與控制》課程多維教學模式，具體實施方式如圖1所示。

圖1 多維立體教學模式

2.1 新的立體教材建設

新工科有兩個內(nèi)涵：一是新的工科專業(yè)；二是傳統(tǒng)工科專業(yè)的新需求[5]。新工科建設，都需要適用于新工科教育的教材作為支撐。

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前開設《機電傳動與控制》的高校，教師用的教材內(nèi)容幾乎都是清一色的理論知識，現(xiàn)代工業(yè)背景下的實際應用案例少，與新工科培養(yǎng)人才的理念相比較，教材的內(nèi)容是缺失的。

因此，積極推動補充教材的編寫，擬加入電機現(xiàn)代控制技術及其在不同前沿行業(yè)中的應用案例，結合前沿熱點知識更新教學內(nèi)容。補充教材以“重視理論，加強工程思維培養(yǎng)，突出案例和實踐應用”為主要目標，處理好理論與技能培養(yǎng)的關系。

做好立體化教材建設，配備微課、微視頻及仿真模型的交互操作等擴展資源，立體地展現(xiàn)課程中的重難點，可為學生帶來完美的學習體驗。

2.2 多學科交叉融合教學

科研是探索未知世界或者解決實際問題，而未知世界和實際問題是不分學科的，科研的突破點往往就是學科學交叉，而學科交叉，有利于學生創(chuàng)新能力、科學思維能力的培養(yǎng)[6]。

專業(yè)基礎課程相對獨立，學生在單門課程學習過程中不清楚學習和訓練目的，導致多門課程之間脫節(jié)，培養(yǎng)的學生綜合能力不夠全面。新工科建設的本質(zhì)是新技術的融合、新學科的交叉，在學生的培養(yǎng)過程中需要給他們不斷樹立學科交叉融合的理念。

跨學科課程的設計與實施已是“新工科”發(fā)展的必然要求，《機電傳動與控制》課程擬采用“多課同堂”的教學組織形式，以促進跨學科專業(yè)主干課程有機融合，形成新型跨學科教學模式。

例如：《機電傳動與控制》與《機器人技術》課程的有機結合：電機可以用于機器人的控制中，以機器人為應用實例，引入電機控制，有機地把兩門課結合起來，有效地調(diào)動起學生的積極性。這不僅僅是形式上的交叉，而是要有融合發(fā)展、育人的思路，真正地把學科交叉融合落實到人才培養(yǎng)上。多學科交叉教學模式，增強了學生對學科知識的理解和認知。

2.3 前沿項目驅動

以前的課程應用導向不明確，授課的方式是傳授理論，在PPT、板書上傳授知識，然后再進行案例的講解和實驗。事實上，學習的目的在于應用，學以致用，“用”明確了，學的才有動力，所以導向性的重要性不言而喻。

將該學科的新思想、國際前沿學術動態(tài)以及教師的科研成果引入教學。將教學中的知識點與科研實踐相結合、與實際生活及工程問題相聯(lián)系。教學內(nèi)容要根據(jù)學科發(fā)展不斷迭代更新，通過查閱、研討該領域的新案例、新成果，培養(yǎng)學生跟蹤前沿、不斷創(chuàng)新的能力。新的課程教學方法能更好地結合工業(yè)應用場景，課程以引入工業(yè)應用中的案例為起點，以需求導向、引入“項目制”教學，教學模式轉變?yōu)椋阂越鉀Q工程問題的工程實踐為學習訓練載體，實現(xiàn)科學知識、工程知識和工程技能的融會貫通，學生實現(xiàn)“做中學”，這種模式更加貼近人類學習的本能。

教學過程中，項目的設計和選擇尤為關鍵，緊跟前沿技術，把企業(yè)的痛點需求設定為驅動項目。因此，建立新型人才的培養(yǎng)模式，勢必需要企業(yè)的加入，針對企業(yè)提出的項目需求，引導學生去解決，學生需要在參與項目的過程中自主學習所需要的知識，在任課教師的指導下完成需求調(diào)研和產(chǎn)品模型制作等，撰寫項目工作報告以及產(chǎn)品設計說明書，最后利用PPT 進行成果展示。

這樣培養(yǎng)出來的學生也會更接地氣，符合企業(yè)的需求，鍛煉了學生的面向復雜工程項目獨立思考的能力、實踐動手能力及自主學習力。

2.4 考核評價方式的優(yōu)化

評價方式突破期末考試模式限制，實現(xiàn)課內(nèi)、課程與論文環(huán)節(jié)、課程與工程項目的融合貫通。

期末考試采用傳統(tǒng)方法，衡量基本理論知識的掌握情況。工程實踐環(huán)節(jié)根據(jù)設計思想的正確性，設計方案的合理性，利用專業(yè)知識解決實際工程問題的能力及成果的創(chuàng)新性、自主學習能力等方面進行評價。論文環(huán)節(jié)根據(jù)文獻研究、資料收集與信息分析情況，論文的規(guī)范性、正確性等因素進行考核。多類型綜合的考核評價方式既能充分激勵學生，又能體現(xiàn)考核評價的客觀性。

3 課程改革實施過程及效果

課程組依據(jù)實施方案，對《機電傳動與控制》的教學過程進行改革，取得了一定的效果。

3.1 新的立體教材建設

設計仿真模型，將前沿實例引入《機電傳動與控制》課程中，同時也進行了補充教材的編寫。微課將課堂教學內(nèi)容的精華部分進行提取，并打破傳統(tǒng)課堂教學時間和空間的限制，將《機電傳動與控制》課程課堂教學中多個知識點(教學中重點、難點內(nèi)容，如三相異步電動機工作特性等)的教學過程錄制下來，制作成微課發(fā)給學生。這樣可以彌補課堂教學的不足，學生可以隨時隨地、反復地進行學習，受到學生好評。

3.2 多學科交叉融合教學

《機電傳動與控制》與《機器人技術》課程的有機結合：以機器人為應用實例，引入電機控制，有機地把兩門課結合起來，這不僅僅是形式上的交叉，而是要有融合發(fā)展、育人的思路。能實實在在學到知識，且能夠有效融合應用，體現(xiàn)自我價值，是每一位同學的心愿。學習現(xiàn)場，學生樂在其中，積極性大大提高。圖2是機器人-機電技術現(xiàn)場教學。

圖2 現(xiàn)場教學

3.3 前沿項目驅動

3.3.1 前沿講座

針對以前普遍存在企業(yè)需求不能有效傳導至教學環(huán)節(jié)的現(xiàn)象，對行業(yè)需求的思考不夠及課程內(nèi)容的時效性滯后于企業(yè)對專業(yè)人才的需求等問題，緊跟前沿技術，圍繞學生興趣點濃厚的機器人，結合企業(yè)的痛點需求，在教學前期開展兩次講座，重點講述機器人系統(tǒng)的機電控制系統(tǒng)，激發(fā)和引導學生的學習興趣，并推動形成學習機電傳動控制的熱情。

3.3.2 現(xiàn)有實驗項目改革，利用原教學實驗臺進行傳統(tǒng)實驗項目

鍛煉學生的基本操作能力，包括進行電機基本控制、調(diào)試實驗等，側重講解電機和控制元件的安裝使用方法。如電機的接線、控制元件的接線、如何使用等?；究刂凭€路實驗則側重鍛煉學生元件選用安裝能力、組建控制線路的能力和實驗系統(tǒng)的操作能力。重點學習電機實驗基本要求和安全操作注意事項；練習直流他勵電動機的接線，驗證、掌握啟動、調(diào)速方法。

3.3.3 增加科學綜合實驗項目

以需求為牽引，使學生從外部要求轉變到內(nèi)部驅動式的學習。從對具體題目和問題的方案探求中，自主學習解決問題相應的知識和手段，充分啟發(fā)學生的求知熱情。

針對當前機電系統(tǒng)（含智能化裝備、自動化生產(chǎn)線、智能化生產(chǎn)線等）的主流控制形式，結合科研案例，開發(fā)并組建相應的實驗項目，題目舉例如下。

例1：面向3C 產(chǎn)業(yè)的工業(yè)機器人機電控制系統(tǒng)設計與安裝。

例2：特種機器人機電控制系統(tǒng)設計與安裝。

綜合性項目環(huán)節(jié)采用啟發(fā)式教學，激發(fā)學生主動學習的興趣，培養(yǎng)學生獨立思考、分析問題和解決問題的能力，引導學生主動通過實踐和自學獲得自己想學的知識。圖3是學生學習機器人工程項目圖。

圖3 學生學習機器人工程項目

3.3.4 創(chuàng)新性作業(yè)的布置

創(chuàng)新性作業(yè)的布置，拓展學生的知識面。教師根據(jù)科研實際，給出應用工程背景，布置創(chuàng)新性作業(yè)，讓學生了解在工程實際中應該解決的問題，調(diào)動并形成強烈的學習動機，使學生增加學習興趣，解決原來存在的厭學的問題。在要求學生掌握機電傳動與控制的基本理論的同時，引導學生主動通過實踐和自學獲得知識，激發(fā)學生學習的積極性和主動性。鼓勵學生根據(jù)自己的特長、興趣查閱文獻，提出案例參與課堂討論、分析，并充分利用實驗室開放資源，將自己的案例進行實踐，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力。

4 結語

任何一門課程都有其最基本的培養(yǎng)目標，培養(yǎng)學生具備一定的知識、能力、素質(zhì)，應對課時壓縮、知識量增大的課程改革，無論教學方式怎么改，課程的基本培養(yǎng)目標不能變，這是改革的前提和成功的保證。

多維立體教學模式的實施，學生動手、動腦，主動思考及解決問題的意識大大提高，結合工程項目，讓學習有用武之地，學生的內(nèi)驅力提高了，很多問題迎刃而解了。作為教師，最高興的事莫過于，所教課程學生愿意聽、愿意學，學有所成。

面向新工科的《機電傳動與控制》課程多維教學模式采用多種教學方法和手段，以立體教材為基礎，融合多學科交叉及工程項目為驅動的實踐教學，充分整合各種教學資源，融入課程思政，形成有理論、有實踐、有思想的多維特色教學模式。

以新工科為背景的《機電傳動與控制》課程多維立體教學模式改革，使學生對理論知識的理解更深刻，對工程項目更感興趣，學生的理論學習和工程實踐能力都得到了提升。