理实融合教学改革研究

摘要：企业对应用型人才的需求日益加大，为此高校更加注重学生的实践能力培养。文章结合笔者实际教学经验，对机电一体化系统设计课程理实融合教学改革进行研究，探讨如何在教学过程中基于OBE教学理念，采用理实融合教学模式来提高学生的实践能力，并对理实融合教学改革的教学成果进行分析，取得了较满意的效果。希望文章能为相关专业教学中实践能力的培养提供参考。

关键词：机电一体化；理实融合；教学改革；新工科；OBE教育理念

为了适应教育教学的时代变革，一些高校开始尝试进行基于OBE理念的教学改革[1]。此课题是根据应用型本科院校建设的目标，按照构建应用型人才培养模式的要求构建一套科学的、规范的、适用于应用型大学机械相关专业的人才培养的教学方法。

1理实融合教学改革的主要目标

机电一体化系统设计是机械电子工程专业教学中一门重要的专业课。机电一体化技术融合了机械传动与支承技术、传感与检测技术、伺服技术、计算机控制技术、电子信息技术等多学科的综合性技术，是当今工业技术中重要的组成部分，对我国制造业快速发展起到了很大的促进作用。当前，我国智能制造成为工业制造业的主流，机电一体化产品也处于频繁更新换代的时期，因此对熟练掌握机电一体化技术的高技能人才的需求量也在不断加大。为了顺应时展潮流，保证学生更好地就业，需要对机电一体化系统设计这门课程的教学方法、手段、内容不断更新，努力培养适应科技发展的机电一体化技术方面的应用型技能人才[2]。OBE教育理念，又称为成果导向教育、能力导向教育、目标导向教育或需求导向教育。基于OBE教学理念，以及i5智能制造中心的现场实践，采用理实一体化教学模式让学生在学习中完成自我提升，再将学生的学习成果反馈总结[3]，通过不断反馈、不断改进的方式，优化原有的教学方式和教学内容，使学生真正学有所用、学有所得，正是该门课程发展的方向和改革的目标。

2课程改革的基本内容

基于OBE教学理念，充分利用现有的数字化工厂的加工设备，真正实现机电一体化系统设计课程教学的理论与实践相结合，符合新工科建设的发展要求。通过OBE教育理念和理实一体化课程改革，建立有利于应用型人才培养的课程实施方案和考评标准[4]，切实推动高校应用型人才培养教育质量的提升，国内其他应用型高校可以根据自身实际情况加以借鉴。

2.1教学目标的改革

目前现有课程的教学目标只注重知识目标的达成，教师在课堂上讲解理论知识时，对学生的学习状态关注不够，在有限的教学互动中，主要是对理论知识的应用及求解，互动方式单一，均是以问答形式完成，学生处于被动地位。这种教学目标的设定只是关注学生对理论知识的掌握程度，而忽视了对学生实践能力的培养。因此，教学团队根据应用型人才培养需要，设定了新的教学目标，重视知识、能力、素质三个目标的达成。基于OBE教育理念，采用“项目导向，任务驱动”教学方法，使教学过程和项目开发融为一体[5]。从学校i5智能制造实训中心发掘适合的教学案例和项目素材，学生在完成项目的过程中，既巩固了对理论知识的理解，又锻炼了综合运用专业知识解决实际问题的能力，同时培养项目组成员间的团队意识，激发学习兴趣。机电一体化系统设计课程的教学目标如表1所示。课程目标与毕业要求指标点如表2所示。

2.2教学方法的改革

目前机电一体化系统设计课程教学以教师单纯讲授为主，课堂比较被动，同时学生的实践经历有限，很难把各章节知识点进行有机的汇总并综合运用。此外，课后作业也主要是针对课上所学理论知识进行设置，学生在完成课后作业的同时，无法得到知识运用能力的锻炼，而且理论学习占用时间过多，学生没有更多的精力来完成建模、实操等实践活动，会影响学生实践能力方面的培养。此外，机电一体化系统设计课程的信息量较大，包含机械、检测、伺服、电气等多方面，各章节内容独立存在，衔接困难，因此对讲授这门课程的教师的知识储备要求较高[6]。鉴于以上问题的存在，特提出以下三点改革措施。（1）针对新的课程教学目标，进一步改革教学方法，采用“项目导向，任务驱动”教学方法，使教学过程和项目开发融为一体。以任务为驱动讲解知识点，通过教师启发式的引导，学生积极参与项目实施。学生跟随教师的引导参与互动，真正落实课堂“以学生为主”。并积极引入新的教学手段，如考勤采用超星学习通或者雨课堂，代替传统的点名方式，节省学生签到时间，可以在课程中设置抢答、弹幕等形式参与课堂讨论，取代问答形式的互动，使学生成为教室的主体，调动学生的学习兴趣，构建良好的学习氛围。（2）理实融合教学方式改革，充分利用i5智能制造中心数字化工厂等现有资源，挖掘实际案例及项目素材。采用案例教学，学生通过课前预习和小组课下讨论能够总结归纳出案例中带有普遍规律性的机电一体化设计要素，教师巧妙融入课程思政，引导学生树立良好的设计理念，让学生在理论学习的同时，从案例中获得机电一体化系统的正确认知。教师负责启发学生多思考，通过对现有设备传动、支承部件、传感器、控制系统做理念性改进设计。在理实融合教学的过程中，提高学生的参与度，有助于激发学生解决实际问题的兴趣[7]。（3）教师应不断提高自身的知识储备量及实践能力，其教学水平直接影响教学效果。这就要求教师要不断完善自己，不仅仅要积极补充专业知识理论技能，更要了解机电一体化技术的发展现状[8-9]。学校要为教师提供到企业挂职锻炼的机会，以提升其实践水平。此外，教学团队应积极开展集体备课。

2.3教学内容的改革

根据教学目标，进行教学内容的改革，改变单纯理论知识的授课内容，以实际案例为主线，综合讲解机电一体化技术在机电产品中的实际应用[10]。以第二章机械传动与支承技术为例，原有授课内容如下：机械系统数学模型的建立、齿轮传动系传动比的分配、齿轮传动间隙的调整、滚珠丝杠副的组成及特点、同步齿形带传动的机构及特点、谐波齿轮的工作原理、导轨副的设计等。改革后的授课内容如下：以i5智能制造实训中心智能仓储的上料装置为案例，启发学生思考齿轮传动机构、同步带传动机构、滚珠丝杠机构、导轨副在上料装置中的应用部位以及各机构的优缺点，同时通过电机选型计算等，使学生更好地掌握机构数学模型的相关计算。课程中的其他章节也通过这种方式做相应的调整。改革后的教学内容使相关知识点更具体，学生更易接受[11]。同时改革学生考核方式，此次教学改革在以往教学经验和教学改革的基础上建立一个综合成绩评价体系，从平时过程考核、实验考核、能力重点考核、期末全面反馈四个方面对学生的学习效果进行评价[12-13]。考核材料及结果均需存档，以便于后续的改进和完善[14]。

3课程改革的实际成果

该课程改革首批实施范围为机械工程与自动化学院2019级机器人工程与机械电子工程专业学生。首批受益学生约210人，学生在以下几方面受益。在2021—2022年第一学期中，2019级机器人工程教学采用了理实融合的教学方式改革，取得了很好的教学效果，这在学生课程达成度中有较明显体现。以2019级机器人2班为例，此班共32人，即课程质量评价对象为32人。学生成绩平均分为78.75分，最高分93分，最低分60分。成绩为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，成绩符合正态分布。在对2019级机器人2班学生进行教学目标2的分析中发现，课程目标2的各考核点总分值41.2分，学生平均实际得分31.4分，目标期望值37分，平均达成度84.9%，达成度较好，其中28名学生达成度大于0.7。参照2020—2021年第一学期，目标2的平均达成度为75%，有很大进步，说明在新的教学模式下，学生通过充分利用智能制造实训中心与机器人实训中心的学习资源，能够把课程中的理论知识与机电产品的设计工作更好地融合，在项目实施的过程中，学生在解决实际问题的能力上有了较大的提升。

4结束语

文章针对高校机电一体化系统设计课程的教学改革目标、内容进行论述，并通过课程目标达成度分析得出，基于OBE教学理念，运用理实融合的教学模式，学生能力目标的达成度有很大提高，能够更好地把理论知识运用到实际工程中。与传统教学模式相比较，理实融合教学模式更加适用于应用型人才培养。由于处于教改初期，案例素材等选取还不够丰富，今后教学团队可通过企业合作等模式，挖掘更多适用于教学的实践工程案例，为学生的实践能力培养助力。

作者：张晓慧 单位：沈阳工学院 机械工程与自动化学院