机电一体化课程教学研究3篇

机电一体化课程教学篇1

引言

虚拟实验是建立在多媒体技术和软件仿真技术相互融合的基础上，利用计算机搭建的一种虚拟的实验平台。在这个平台上，学习者可以通过互联网在任意一台计算机上访问并进行实验操作[1]。虚拟实验平台提供可操作的虚拟实验器材，学习者可以通过接近真实的人机交互界面，选择不同类型的虚拟器件，按照实验原理进行仪器的连接与调节，实现使用虚拟仪器来完成实验操作[2]。陈涛等学者认为，虚拟实验有效解决了传统实验的危险性和成本高的问题[3]。张宁等学者提出，虚拟仿真代表了教育新的生产力[4]。虚拟实验在现代科研和教育研究中已经成为不可或缺的一部分，但是这些研究的主体主要是企业技术人员和高校教师，他们拥有相关的技术平台、教研团队和较多的学习时间，而继续教育在线平台学习的机电一体化专业成人学生较难达到这样的条件，探索适合他们学习虚拟实验的教学路径变得十分迫切。基于此，笔者通过自身的教学实践和反思，探究适合成人学习的虚拟实验策略，希望能为电大系统开设虚拟实验教学提供参考。

一、虚拟实验开设必要性

(一)专业特点

机电一体化专业是安徽广播电视大学(以下简称安徽电大)实施成人高等学历继续教育改革后开设的专业。据学校相关部门提供的统计数据(2019年12月31日)，该专业在校生已经有2000余人，遍布全省各个地市，为经济发展提供了许多专业人才。随着安徽经济的快速发展，省政府已经把先进制造业作为核心产业来打造，把合肥作为举办全球制造业大会的城市。快速发展的工业经济和专业人才的需求是相辅相成的，这也正是学校机电一体化专业发展的需求。机电专业人才的培养除了需要理论知识的传授外，同样离不开实践性教学。机电一体化专业中包含一些实践性课程，如液压与气压传动、数控编程、机电一体化系统等，这些课程的学习都需要大量的实践操作来巩固和理解[5]。对于电大的学生而言，普遍存在工学矛盾，为了更好地为他们提供学习支持服务，帮助他们掌握知识，开设课程虚拟实验是不可或缺的。

(二)学习需求

受到实训场地不足和实践环节指导老师缺乏等因素的影响，安徽电大机电一体化专业实践环节的实施，一直以来通过与一些高校合作来进行。随着高校扩招，合作高校较难再为开放教育的学生提供保质保量的教学服务，很多开放教育课程实验和毕业实践环节难以开展，只有采用观看网络视频的方式来完成。机电专业的学生除了掌握机电一体化的基础理论之外，还需要通过学习系统设计原理和综合集成技术，把各项技术有机地结合起来进行简单的机电一体化系统的分析和设计，这就需要大量的实践操作来巩固理论的内容，拓宽自己的视野，从而获取更多的就业机会[6]。开设课程虚拟实验，有助于学生进行远程网上模拟操作，更有利于学生的职业发展需要。

二、虚拟实验应用优势与组成架构

(一)应用优势

虚拟实验是通过计算机软件仿真技术来实现的，通过把现实中的实验资源虚拟化和数字化，设置合适的参数，利用鼠标和键盘操作实现实验的构建。通过虚拟实验的学习与实践达到课程实践环节教学的目标。与传统实验相比，虚拟实验具有的优势如表1所示[7]。

(二)组成架构

关于虚拟实验的教学，安徽电大前期开展了调研和座谈，不仅了解教师对课程实践环节的需求，也搜集了学生在课程实践方面的建议，在此基础上引进了基于云技术打造的虚拟仿真实验教学平台，该平台运用分布式和虚拟化技术，将实验资源和教学活动通过互联网来完成，将实验内容、操作软件、数据库、案例库及其他资源有机的结合在一起[8]。图1可以看出平台将使用者分学生、教师、管理员三类：学生在对实验进行操作前进行准备知识的学习，在学习过程中通过交流平台与老师沟通和联系，在完成实验后可以查看成绩；老师需要在实验前对实验库进行筛选，列出实验的要求，指导学生按照步骤来完成实验，并及时回复学生在平台的留言；管理员则需要对相应的老师和学生的账户进行设置，将虚拟仿真实验教学资源以及师生操作的数据和和管理系统存放在云存储系统中。虚拟实验平台具有虚拟化共享的优势，保证了教学活动在数据中心的正常运行，增加了教学交流与互动。

三、机电一体化系统课程虚拟实验设计与实施

(一)设计思路

机电一体化系统是机电专业的核心课程，也是一门实践性很强的课程。学生在理论学习过程中，掌握了机械、检测、控制和编程等内容，需要结合实际的应用实例进行实验实训，提高自己进行系统设计和开发的实际能力。在安徽继续教育在线平台上，机电一体化系统课程共设有五个模块，其中第五个模块是虚拟实验模块。以课程中工业机器人自动化生产线虚拟实验为例，进行实验设计。首先，省校课程责任教师根据课程教学计划对实验内容进行选择并导入虚拟实验平台。实验内容是在工业自动化流水线上工业机器人对物品的识别和剔除。其次，对实验考核环节进行设定，学生的网上操作行为(形成性考核)占总成绩的70%，最后提交的实验报告(终结性考核)占总成绩的30%，最终的成绩是两者的合成。最后，与选择机电一体化系统课程的分校老师进行沟通，及时告知课程虚拟实验已经上线，方便他们将信息通过班级QQ群、手机短信等方式通知到每位学生。

(二)实施过程

工业机器人自动化生产线虚拟实验是以三维形式实现机器人结构展示、功能描述、工作原理动画展示、虚拟生产过程展示等，主要由检测机器人、机械手臂和搬运机器人三个部分组成。实验要求能够按照检测、抓取和搬运的流程进行操作，首先对货物进行检测，把不合格的产品剔除，这一环节通过检测机器人来完成；然后对合格的产品进行输送并搬运到传输链上，这一环节通过机械手臂来完成；最后一个环节是对产品进行打包，由搬运机器人运输入库。在整个实验过程中，学生通过键盘上的W、S、Q和E按键，对机器人底盘角度、大臂角度和小臂角度进行设置，实现机器人前进、后退、左移和右移的控制。学生通过按住鼠标左键进行视角方位的调整，前后滚动鼠标滚轮实现视野的放大和缩小。实验最终达到剔除不合格的产品的目的，对合格产品打包并运输入库。学生在实验操作过程中如果遇到困难可以通过网络平台的方式给老师留言寻求解答，也可以通过平台提供的帮助提示，点击操作演示说明进行反复查看，实现问题的解决。当所有实验内容完成后，学生点击提交实验，系统会自动给予评判，得出自己的实验分数。

(三)实验效果

选修机电一体化系统课程虚拟实验的学生，2019年春季为103人，分布在省内芜湖市分校、安庆市分校、淮北市分校、铜陵金桥培训中心、蚌埠市分校、广德县直属教学点、郎溪县工作站、滁州市分校、宣州市分校、定远县工作站、安徽广播电视大学汽车学院、固镇县工作站等13个教学点。2019年春季前半个学期，学生的上线学习和考核情况不是很理想，4月份已经登录过平台参与网上学习的人数占比15%，5月份已经登录过平台参与网上学习的人数占比26%。经过与分校和工作站负责人及课程辅导教师联系，让他们积极督促学生上线学习并完成课程虚拟实验实验的形成性考核和期末考核，6月上旬至学期末学生上线人数有大幅度提升。经过一个学期的学习，在13个分校总共103个学生的课程实践环节即虚拟实验学习与考核过程中，93个学生完成了形成性考核与期末考核，完成率达到90%，最终成绩及格率为89%。(四)存在的不足机电一体化课程实践环节由传统模式改为虚拟实验模式取得了一定的成效，但仍然存在一些不足。首先，由于计算机仿真虚拟实验刚开始应用，许多分校教学点对虚拟实验的教学过程和考核形式还没有完全适应，不能较好地指导学生进行学习和完成实验内容，下一步省校需要加大宣传，进行实地或是远程培训，让他们认识和了解虚拟实验；其次，根据学生对虚拟实验在使用过程中产生的疑问，建议平台设计方在虚拟实验帮助提示模块添加视频讲解说明，这样可以帮助学生对知识点的理解和准确把握实验过程的操作步骤；再次，在实验过程中师生互动不够，教学互动区没有学生提问，这可能是分校、工作站的辅导老师对学生的引导还不够；最后，虚拟实验平台不能按照教学点进行学生学习情况的统计，只能够显示全部学生的成绩，建议后期能进行改进，这样可以更有针对性地督促学生登陆平台完成学习与考核。

四、虚拟实验教学反思

(一)以学生为中心，合理选择实验内容

结合工业技术发展现状，充分调研学生学习需求，不能让网上虚拟实验流于形式，更不能让学生学习只是为了应付考试，而是出于对他们提供帮助、达到学以致用的目的。目前，机电一体化专业开设的课程虚拟实验基本涵盖了本专业涉及的课程实践环节，学生参与度不错。下一步需要对实验内容进行更新和扩充，选择更多具有代表先进制造技术、先进控制技术和工业物联网技术的内容，来满足学生工作和学习的需求。

(二)依托教学团队，提高教学质量

电大的优势在于系统办学，对于分布在全省各地市的学生来说，课程学习的需求会有很多，这就需要系统内教师的集思广益。虚拟实验是为学生提供课程实践环节教学服务的，但是学生的学习背景各不相同，有的学生进行课程虚拟实验学习时，会出现不知道从哪里登陆平台，或是登陆平台后不知如何操作等一系列问题，这就需要分校老师及时给予帮助，让他们熟悉虚拟实验的操作流程和学习环节，最终完成实验考核。另外，分校老师在助学的过程中，也能及时了解学生对课程虚拟实验内容学习的建议以及平台使用过程存在的问题，然后通过邮件或是电话的形式及时反馈给省校，这样就方便省校责任教师汇集信息和总结经验，为下一步做好教学支持服务进行有效调整。

(三)将思政教育贯穿于教学全过程

省校课程责任教师在开展网上教学活动时，要将思政教育贯穿于教学全过程，引导学生参加网上虚拟实验学习，熟练实验操作技能，将自身专业水平提升与国家发展相结合，树立制造强国的远大理想和家国情怀。虚拟实验作为课程实践环节的一部分，不仅提高了课程的整体教学效果，也锻炼了学生们的动手能力，更是激发了他们的学习热情。为了更好地发挥虚拟实验的作用，下一步需要不断丰富实验内容，完善实验设计方案，把更有趣、生动、有代表性的实验讲授给学生。

作者:刘辉 徐荣 单位:安徽广播电视大学

机电一体化课程教学篇2

１机电一体化专业课程教学出现的问题

主要课程教学问题，包括在以下几方面：第一，在机电一体化专业课程设置方面，过于追求学科的系统化，注重对学生理论知识的灌输和培养，要求学生在机电一体化专业课程学习过程中，全面掌握机械、电子学科等方面的知识内容，这对学生学习来说，具有一定的困难，很难使学生在较短的时间内掌握２门学科领域的知识，进而导致机电一体化专业课程教学效果不理想。第二，在教学方法方面，理论课程教学与实践课程之间缺乏相互性，采用说教式和灌输式的方式对学生进行机电一体化理论课程的讲解，缺乏必要的实践课程模块以及实践教学方法，最终造成很多学生掌握过多的理论知识内容，而缺乏理论联系实践的能力，不利于促进学生的全面发展和满足未来企业对于人才的岗位需求。第三，机电一体化专业课程在教学内容方面存在单一性的问题，未结合时展趋势，对课程教学内容进行更新，很多教育知识在概念和原理方面相对成就和落后，很难与当前企业和社会发展相适应。除此之外，在教学内容方面，未将企业的具体工作过程和相关工作经验传授给学生，使很多学生只是片面的了解教学内容，对于具体操作方面知识了解的少，进而降低学生学习效率，阻碍对学生综合能力和素养的提高。

２机电一体化专业课程教学改革的合理路径

２．１优化课程教学体系

机电一体化专业课程教学，需要有效结合教育部对于机电一体化专业的教学意见，合理优化课程教学体系，通过对课程教学体系的健全和完善，来提高教育教学的针对性。在优化课程教学体系的过程中，可以采用工学结合、校企合作的培养模式，加强对机电一体化专业课程，多门学科课程之间的相互渗透。在课程建设方面，可以结合当前社会和企业对于人才的培养需求，以项目和工作过程为导向进行课程的开发，加大对学生实践课程的开发力度，有效培养学生课堂学习和工作实践知识相结合的能力，促进学生全面发展。优化课程教学体系，也可以采用与其他学校之间相互协调与合作的方式，积极借鉴其他学校在人才培养中的资源优势和课程教学体系。为更好地满足学生学习需求，还要在优化课程教学体系的过程中，明确不同教师之间的责任与义务，让教学内容职责更加分明，全面促进机电一体化专业课程教学的高效性和先进性发展。

２．２采用多样教学方式

为更好地满足对机电一体化专业学生职业技能的培养，需要有效利用多样化的教学方式，用有效的方式来促进专业课程教学的改革。机电一体化专业课程教学可以采用“分段递进、课岗证赛融合”的教育方式。一方面，在“分段递进”教学过程中，积极为学生构建校内外实训基地，加强对学生专业技能、岗位基本技能以及综合能力等方面的训练，循序渐进的来提高学生学习效率和效果。在教学过程中，也可采用企业见习、企业综合实训和定岗实习等方式，进一步促进学生的全面发展。另一方面，在“课岗证赛融合”教学过程中，要确保教学方式与岗位需求相结合，加强对机电一体化专业学生职业技能考证能力的培养，还要在具体教学当中，有效将所要教学的机电一体化课程教学内容与职业技能竞赛相结合，让学生在职业技能竞赛的过程中，更好地了解企业具体工作环节和项目流程，增强学生实践能力，让教学效果发挥到最大化。

２．３加强校企紧密合作

机电一体化专业在教学过程中，还要加强与校外企业之间的紧密结合。在教学方法和教学内容方面，与企业共同对典型工作任务进行分析、归纳以及整理，结合企业对于人才的需求，逐渐形成校企合作的育人方式。在与企业合作当中，也可聘请企业专家和技术人员到校对学生进行培训，加强对学生专业技能和岗位能力方面的培养，全面提高教学效率。另外，校企之间的合作，还要加强课程标准与行业标准之间的相对接，对学生进行针对性的岗位培训和技能培训，增强学生综合能力，发挥校企合作在教育方面的作用与优势。

３结语

在社会发展过程中，社会迫切需要大量的机电一体化专业人才，在机电一体化专业教学改革方面，需要从优化课堂教学体系出发，充分发挥多样化教学方式的优势，明确学校与企业之间合作重要性，全面提高学生实践能力。

作者:周小鹏 单位:重庆科技学院

机电一体化课程教学篇3

目前职业院校学生基础知识普遍较为薄弱，学习主动性不强，积极性不高，如何在现有生源基础上较好地激发学生学习兴趣、拓宽学生视野、提升学生各方面能力、完整客观地评价学生各方面情况，是摆在每位职业院校教师面前的难题。结合“互联网+”时代的特点，本文从机电类专业课程入手，通过多维教学体系构建的探讨，对现有教学环境进行优化，以改善上述现状，解决教师面临的难题。教学环境是影响人的教学因素组成的总体，包括教学自然环境、教学物质环境、教学人际环境、教学观念环境、班级教学环境和社会教学环境。笔者将从以下几个方面阐述如何构建多维教学体系，达到优化教学环境、促进学生成长的目的。

一、多维引导

在机电一体化专业很多课程的课堂教学中，教师以单维引导居多，即教师所要教授的知识内容和其所扮演的角色往往合二为一，教师的引导在很多时候都是直接指向所要讲授知识本身，而缺乏和忽略对学习过程和学习方法必要的关注。单维引导下，课堂教学常常处于师问生答甚至师问师答的状态。多维引导的提出可以改变上述种状态。在多维引导下的课堂中，教师把握和整合课堂中所有对教育教学有利的资源，教师、学生、课堂三位一体，成为信息源，将教师、学生的兴趣和注意力有机地整合到具体的教学过程中，构建多维的思维空间，引导学生对课堂所呈现的各种信息不断思考和重组，实现思维的构建，最终形成自己独立的见解和表达方式。根据美国发展心理学家霍华德•加德纳《智能的结构》中关于多元智能理论的阐述，智能结构是多元化的，既可以是某种独特的能力，也可以是能力的组合。既然教师所面对的是智能结构多元化的学生群体，那么在具体组织课堂教学过程中，就需要客观认识和发现每个学生在智能上所表现出的差异及所处的教学环境，进行合理、有效的引导，扬学生所长、避学生所短，激发学生潜能和兴趣，构建思维模式。具体视所面向的学生群体，可采取以下一种或多种方式融合进行引导。第一，直观式引导。教师在讲授新知识时，提供一些与所授新知识相近或有间接的联系的直观演示，引导学生思考和理解，破除思维孤岛。第二，情境式引导。教师利用现有的一切条件，合理创设所授知识应用情境，让学生在情境中思考和探究解决问题之道，进而达到学以致用。第三，联想式引导。教师从学生已知的一些看似简单的问题和现象着手，引导学生向纵深方向思考简单问题和现象背后的秘密，由此及彼，追本溯源。第四，迁移式引导。教师启发学生思考如何利用已掌握的旧问题解决方法，去解决与之相关的新问题，学生所学知识和方法也得以灵活运用。多维引导为学生综合运用能力的发展奠定基础，见证学生能力的成长，整体发展的效益也得到最大化的提高。

二、多维互动

多维互动是指在具体课堂教学实施过程中，利用一切与学习内容相关并能相互作用的教学要素，促使学生从相对被动的引导思考和学习逐步转化为学生积极主动探究学习。多维互动的理论支撑是建构主义学习理论，其理论思想是以学生为中心，强调学生对知识的三个主动，即主动发现、主动探索和主动建构。学习是一个积极的发现过程，学生知识的建构是依靠其主动而非被动，教师不仅仅停留在传道授业解惑的层面上，还是学生知识建构的促进者和指导者。通过拓宽教学信息传递的渠道，丰富教学信息传递的内容，突破时空限制，可以实现师生之间、学生之间、学生与知识之间发生多维一体互动，并将教师、学生、教学内容及传播媒体由以前简单的单向关系转变为相互依存和相互作用的多向关系。多维互动改变了学生在传统教学过程中被动接受教学信息的传递方式，建立起科学的多维互动课堂教学体系，并最终促成课堂多向互动局面的出现及多维互动教学关系的生成。第一，在课堂教学过程的互动中，建立协调、地位平等的师生关系，将师生共同纳入互动情境之中，实现师生之间在知识、情感等方面双向沟通交流无障碍。具体可通过翻转课堂式、情境创意式、小组合作探究式、引导发现式、虚拟现实式、分组讨论式等教学模式，实现课堂教学过程的互动。第二，通过互联网构建虚拟学习社区，譬如QQ群、论坛等，让教师和学生通过在虚拟学习社区中交流、讨论和答疑，逐渐形成跨越时空的三个互动，即师生互动、生生互动及人机互动。虚拟学习社区的建立和使用，进一步促进师生关系向平等伙伴关系的转变，加强师生之间的平等性;同时，虚拟学习社区中生生交往相比面对面教学过程，有更多的情感交流和更多学生扮演助学者这一角色的机会。第三，在移动互联网时代，教师可以通过在微信平台创建专业课程学习公众号，推送与课程学习相关的专题，譬如微视频、微实验、微技巧等等，构建专业课程学习生态圈。学生通过关注相关课程公众号，可以随时随地进行碎片化学习并可进行实时互动。

三、多维实践

基于机电一体化专业性质及相关课程的特点，实践对于完善学生的学习内容，以及学生开阔思维、拓宽视野、将理论付诸实践等综合素质的提升具有不可替代的作用，是学生强化个人知识与能力的必经途径。多维实践相对于形式单一、未成体系的单维实践而言，具有多类型、多场所、多角色的特点。第一，基于机电一体化专业层面，将实践教学分成三个层面，即通识教育实践、学科专业实践、综合素质拓展实践。这三个层面的实践如何较好地落地实施，则依赖于多维实践平台的构建。而该平台囊括了从课堂到课下、从校内到校外、从线上到线下，从分析讨论到实训实习、从教师指导到企业顶岗等既相对独立又融为一体的实践形式。第二，具体到相关课程的教学中，如何开展实践教学，则要结合课程性质和特点展开。譬如，电工电子技术课程作为机电一体化专业基础课程，其所开展的实践教学活动主要是课程实验。那么，为了达成多维实践的目标，首先课程实验内容的设计要有层次、多维度，即对照前述实践教学的三个层面，将课程实验划分为基础实验、设计性实验、综合性和创新性实验三个层次，各层次之间要具有良好的衔接与交错，保证各层次实验的有机统一。其次，要依靠专业所构建的多维实践平台，确保实验形式多样、虚实一体。学生既可以通过模拟软件或网上虚拟实验室进行实验仿真和互动，也可以在学校开放的实验室里真实体验实验过程的严谨与美妙，实践教学的时空维度在此得到拓展。四、多维评价电工电子技术作为机电一体化专业基础课程之一，其考核形式主要由闭卷笔试和平时作业两部分组成，这种考核方式简单、易操作，但存在诸多弊端，如缺乏反馈机制、考核形式单一、较少体现知识融合和工程实践能力的方式等等，是一种单一的终结性评价。评价方式要达到反馈和改进教学、促进学生自主学习、提升学习能力等目的，需要将评价和教学过程紧密联系起来，发挥学生在考评过程中的主体性。因此，教师需要运用科学有效的评价方式，促进学生围绕学习目标，不断对自己的学习行为进行自我回顾、反思和修正，通过改进学习方式，缩小达标差距。这种通过跟踪学生学习进展和行为变化，并结合具体教学内容，运用形式多样的评价方法，使学生更清楚地认识到自己的优势和不足，能更好地促进学生发展的评价方式，即为多维评价。多维评价在具体的实施过程中，应该遵循如下原则:第一，全员参与性原则。让学生参与评价的全过程，促进学生三个自我，即自我目标定位、自我体察反思、自我调整改进等目标的实现，突出学生在评价中的主体地位。最终让学生成绩评价摆脱教师一言堂及一考定结果的局面，评价者与被评价者之间的全面参与和共同构建，评价的过程与结果并重。第二，发展性原则。关注学生的学习过程，注重唤醒和激发学生学习意识，培养学生学习能力。通过对学生需求、动机、兴趣等一系列非理性因素的分析，制定科学合理的过程评价方式，评价与学习过程有效结合，促进学生的全面发展。第三，激励性原则。给被评价者提供反馈信息，激发其学习动机和学习积极性，改进学习方式和实现自我调节，最终营造出积极向上的学习氛围。第四，多样性原则。结合以上几点原则，评价在方式上要多样化、内容上要全面化，教师可通过建线上的学习管理系统平台及线下的学生学习个人档案制度，完成对学生学习的跟踪和管理。例如，笔者在电工电子技术课程的教学中，运用考试库在线考试平台完成对学生各个阶段的测试，并将平台对测试结果的分析反馈到教学和学生学习过程，促进教学及学习方式、方法的改进。另外，还可以使用WondershareQuizCreator、Articulate、iSpringSuite8等软件制作交互式课件，让学生通过使用交互式课件，完成自我学习、评价。学生学习个人档案制度则是关注和记录每一位学生在责任心、参与度、出勤率、知识与能力、创造性等方面的表现，并作为最终成绩评价要素之一。总之，通过对教学体系中引导、互动、实践、评价四个方面进行多维重构，可以达到优化现有教学环境，唤醒学生心灵，激发学生兴趣，发挥主观能动性，努力探索新知的目的。但是，多维教学体系在具体课程教学实践中，还是要结合课程、授课对象、教学设施等现有条件灵活运用，使学生成为教学过程的主体。

参考文献:

［1］张楚廷．论教学环境与课程［J］．湖南师范大学社会科学学报，1999(1)．

［2］金香兰．构建多维互动课堂教学模式的思考［J］．教学与管理，2009(33)．

［3］于仲安，任志斌．以创新实践能力培养为目标的电气类专业实践教学体系构建［J］．江西理工大学学报，2009(30)．

［4］陈洪亮，田社平，张峰．基本电路理论课程考核方式改革的探索与实践［J］．中国大学教学，2009(2)．

作者:王鹏 单位:江苏省吴中中等专业学校