馮武衛(wèi) 李振華 袁躍峰

摘 要：翻轉(zhuǎn)課堂是近年來(lái)出現(xiàn)的一種新型教學(xué)理念，可以為教師和學(xué)生定制個(gè)性化教學(xué)平臺(tái)與個(gè)性化學(xué)習(xí)空間。學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、視頻、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等自主學(xué)習(xí)與課堂內(nèi)的探討與互動(dòng)，能夠更深刻的掌握及內(nèi)化理論知識(shí)。機(jī)電傳動(dòng)與控制課程是綜合性、多學(xué)科交叉、實(shí)踐性強(qiáng)的課程，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)目前對(duì)高校應(yīng)用型人才的培養(yǎng)需求。該文探討和研究了基于翻轉(zhuǎn)課堂模式的機(jī)電傳動(dòng)與控制課程教學(xué)改革，從教師備課準(zhǔn)備、學(xué)生學(xué)習(xí)要求、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)和考核體系4個(gè)方面進(jìn)行深入的研究，最終給出了課程改革前后學(xué)生成績(jī)的變化情況，從而展現(xiàn)出翻轉(zhuǎn)課堂模式對(duì)機(jī)電傳動(dòng)與控制課程乃至工科專(zhuān)業(yè)課程的促進(jìn)作用和重要性。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂 機(jī)電傳動(dòng)與控制 教學(xué)改革 自主學(xué)習(xí)

中圖分類(lèi)號(hào)：G436 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）02（a）-0106-03

《機(jī)電傳動(dòng)與控制》是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化或機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)核心課程，是一門(mén)綜合性、多學(xué)科交叉、實(shí)踐性強(qiáng)的課程，要求學(xué)生的先修課程包括：機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、電工電子學(xué)、電力拖動(dòng)、電路等多學(xué)科，高難度的課程。對(duì)教師講授課程和學(xué)生學(xué)習(xí)課程都提出了極大的挑戰(zhàn)。一方面，由于部分高校機(jī)械或機(jī)電專(zhuān)業(yè)電類(lèi)課程設(shè)置較為簡(jiǎn)單，有些課程學(xué)生沒(méi)有進(jìn)行提前學(xué)習(xí)，教師講課的過(guò)程中學(xué)生一頭霧水，教學(xué)進(jìn)程緩慢；另一方面，該課程中諸多理論環(huán)節(jié)的講解需要實(shí)踐或?qū)嶒?yàn)支撐，而由于目前教學(xué)課時(shí)的壓縮及部分高校實(shí)驗(yàn)條件的匱乏，使學(xué)生對(duì)課本上的知識(shí)停留在簡(jiǎn)單的認(rèn)識(shí)或似懂非懂的狀態(tài)。上述因素嚴(yán)重挫傷了學(xué)生對(duì)機(jī)電傳動(dòng)課程知識(shí)的積極性，同時(shí)也有悖于目前高校教學(xué)改革對(duì)機(jī)電類(lèi)應(yīng)用型人才的需求。為了解決上述問(wèn)題，改善教學(xué)效果，該課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)引進(jìn)了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，把學(xué)習(xí)的主動(dòng)性還給學(xué)生，使傳統(tǒng)的、被動(dòng)式的、灌輸式的教學(xué)模式向主動(dòng)式、自發(fā)式、探索式方向發(fā)展。通過(guò)近兩年的教學(xué)實(shí)踐探索與改革，該校機(jī)電傳動(dòng)課程已經(jīng)得到廣大師生的一致認(rèn)可，學(xué)生的考核成績(jī)及實(shí)踐動(dòng)手能力也有了顯著改善和提高。

1 教師教學(xué)準(zhǔn)備

機(jī)電傳動(dòng)與控制課程教學(xué)體系沿用傳統(tǒng)教學(xué)方式：40個(gè)理論課時(shí)+8個(gè)實(shí)驗(yàn)課時(shí)。首先，由于該課程涉及的領(lǐng)域非常廣，包括機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣工程、電機(jī)學(xué)、電子技術(shù)、PLC技術(shù)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，且理論課時(shí)有限，因此在教學(xué)過(guò)程中許多教學(xué)內(nèi)容僅能涉及面上的知識(shí)，學(xué)生學(xué)習(xí)以了解和熟悉為主，缺乏課程理論體系的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)；其次，課程安排的8個(gè)學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)多數(shù)是驗(yàn)證性和演示性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中僅知其然，不知其所以然。因此，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方式嚴(yán)重制約了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性。鑒于傳統(tǒng)教學(xué)存在的問(wèn)題，該項(xiàng)目針對(duì)目前學(xué)校機(jī)電專(zhuān)業(yè)現(xiàn)有的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)手段，對(duì)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合與改革，具體內(nèi)容如下。

（1）機(jī)電傳動(dòng)控制技術(shù)基礎(chǔ)部分：該部分主要講述機(jī)電傳動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)以及常用的各類(lèi)電氣控制元件及符號(hào)，除了常規(guī)理論課講解之外，增加動(dòng)畫(huà)演示以及實(shí)物教學(xué)環(huán)節(jié)（課題組前期已購(gòu)買(mǎi)部分常用低壓電器用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)）；（2）繼電器控制基礎(chǔ)部分：此部分重點(diǎn)講述各類(lèi)基本控制電路以及典型設(shè)備電氣控制系統(tǒng)，由于此部分實(shí)驗(yàn)設(shè)備的缺乏，該課程利用仿真軟件protus對(duì)各類(lèi)基本控制電路進(jìn)行仿真模擬，在典型設(shè)備電氣控制系統(tǒng)分析中讓學(xué)生設(shè)計(jì)特殊功能的控制電路并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)仿真、糾錯(cuò)和完善；（3）可編程控制器（PLC）應(yīng)用技術(shù)部分：這部分內(nèi)容主要以編制PLC程序以及實(shí)現(xiàn)為主，本項(xiàng)目從兩個(gè)方面著手進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改革：一是針對(duì)課堂講解的任何PLC程序進(jìn)行模擬仿真及創(chuàng)新設(shè)計(jì)（仿真軟件）；二是課題組前期購(gòu)買(mǎi)了PLC可編程控制器，而且已經(jīng)開(kāi)發(fā)了部分程序，需要學(xué)生在學(xué)號(hào)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行PLC程序?qū)嶋H開(kāi)發(fā)、寫(xiě)入及調(diào)試，達(dá)到學(xué)生對(duì)PLC控制器更直觀的認(rèn)識(shí)；（4）設(shè)備調(diào)速控制技術(shù)：此部分主要是講述直流電機(jī)、交流電機(jī)、伺服以及步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速控制技術(shù)，由于該部分電機(jī)學(xué)理論知識(shí)非常復(fù)雜，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中很難快速掌握電機(jī)調(diào)速的理論。因此教學(xué)過(guò)程中先從宏觀上教授學(xué)生動(dòng)力設(shè)備如何進(jìn)行調(diào)速，微觀的知識(shí)要求學(xué)生通過(guò)自學(xué)或者討論的方式來(lái)完成。其次，增加實(shí)物電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)室已購(gòu)置部分電機(jī)及驅(qū)動(dòng)設(shè)備和控制系統(tǒng)）。

2 學(xué)生學(xué)習(xí)要求

翻轉(zhuǎn)課堂要求學(xué)生從被動(dòng)聽(tīng)課轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，經(jīng)過(guò)多年課程改革的實(shí)施，教學(xué)團(tuán)隊(duì)積累了幾個(gè)行之有效的針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中注意的問(wèn)題，總結(jié)如下。

（1）借助于翻轉(zhuǎn)課堂的理念，改革學(xué)生學(xué)習(xí)從被動(dòng)式到主動(dòng)式。首先給學(xué)生布置2～3個(gè)問(wèn)題（下一節(jié)課要講的內(nèi)容），讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)，并分組進(jìn)行問(wèn)題的解答，問(wèn)題的難度適中，需要學(xué)生課余時(shí)間查閱相關(guān)資料，并在下一節(jié)課抽取部分學(xué)生進(jìn)行講解（適當(dāng)給予一定成績(jī)）。這樣學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性就提高了，也更容易加深對(duì)課程內(nèi)容的理解；（2）實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)增加部分自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。除了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生提前預(yù)習(xí)并自主完成之外，增加幾個(gè)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。例如在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備及仿真平臺(tái)的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生設(shè)計(jì)一套關(guān)于交流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)（硬件設(shè)備已有），需要學(xué)生撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)（包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、采用的儀器、測(cè)試方法、結(jié)論），通過(guò)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)施；（3）結(jié)合機(jī)械專(zhuān)業(yè)學(xué)科競(jìng)賽，進(jìn)一步提升學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。以機(jī)械設(shè)計(jì)大賽、電子設(shè)計(jì)大賽、智能汽車(chē)設(shè)計(jì)大賽經(jīng)典案例為依托，在授課過(guò)程中增加部分經(jīng)典案例講解，可進(jìn)一步提升各類(lèi)學(xué)科競(jìng)賽的水平。

3 網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)的建設(shè)

該課程采用超星慕課（MOOC）平臺(tái)進(jìn)行課程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的建設(shè)，此網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)主要包含課程內(nèi)容體系、教學(xué)視頻、微課、作業(yè)、考核等多方面的信息，使學(xué)生可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)，隨學(xué)隨考，減小學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的壓力，提高學(xué)習(xí)的積極性。圖1是超星網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的界面，只要點(diǎn)擊需要學(xué)習(xí)的課程，豐富的文字、視頻、聲音課程資源將會(huì)一一展現(xiàn)在學(xué)生面前。圖2是平臺(tái)學(xué)習(xí)過(guò)程中一個(gè)典型的反接制動(dòng)電路的仿真，更容易增加學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

4 考核體系研究

目前總體考核體系：平時(shí)成績(jī)40%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)30%，期末考試成績(jī)30%，隨著課程改革逐步深入，期末考試成績(jī)比重將逐步縮小甚至取消。（1）平時(shí)成績(jī)：出勤成績(jī)10%，課堂表現(xiàn)30%，課堂表現(xiàn)主要檢查學(xué)生課前預(yù)習(xí)的情況及課堂回答問(wèn)題、問(wèn)題講解等情況；此外增加課后學(xué)生回答問(wèn)題的環(huán)節(jié)，學(xué)生可能在課堂上未及時(shí)或正確回答上一節(jié)課布置的問(wèn)題，可以采取課后回答，同樣可以計(jì)入平時(shí)成績(jī)；（2）實(shí)驗(yàn)成績(jī)：其中驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)占15%，創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)15%，創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)會(huì)提前2～3周規(guī)劃好實(shí)驗(yàn)題目，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)效果及實(shí)驗(yàn)報(bào)告給予成績(jī)；（3）期末考試成績(jī)：期末考試重點(diǎn)考核學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)掌握的程度，題目的難度適中，可以在網(wǎng)上上傳部分題庫(kù)供學(xué)生復(fù)習(xí)。如果學(xué)生平時(shí)成績(jī)加上實(shí)驗(yàn)成績(jī)達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生允許不參加期末考試，成績(jī)按照前兩項(xiàng)成績(jī)之和計(jì)。

5 翻轉(zhuǎn)課堂案例

下面針對(duì)機(jī)電傳動(dòng)課程（自動(dòng)循環(huán)工作控制電路部分）的課堂教學(xué)過(guò)程進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂的方案設(shè)計(jì)：

（1）教學(xué)改革內(nèi)容：自動(dòng)循環(huán)工作控制電路（繼電器控制技術(shù)基礎(chǔ)部分）。

（2）教學(xué)方案設(shè)計(jì)（按8：00～9：35時(shí)間進(jìn)行授課）。

首先在上一節(jié)課布置兩個(gè)題目：多機(jī)自動(dòng)循環(huán)控制電路和電液控制電路，要求學(xué)生提前預(yù)習(xí)，熟悉各部分低壓電器的符號(hào)及作用，能夠繪制控制電路圖，并對(duì)電路圖的原理進(jìn)行講解；8：00～8：10，上課后教師先用10 min左右時(shí)間總結(jié)回顧上一節(jié)內(nèi)容，并進(jìn)行提問(wèn)，記錄學(xué)生回答情況；8：10～8：15，布置該次課教學(xué)安排，講授該次課主要討論的問(wèn)題。8：15～8：45，選?。ɑ驁?bào)名的方式）兩組學(xué)生對(duì)上一節(jié)課提出的問(wèn)題進(jìn)行講解，講解過(guò)程中必須要有板書(shū)。8：50～9：00，學(xué)生提問(wèn)質(zhì)詢(xún)環(huán)節(jié)，根據(jù)回答及講解情況記錄成績(jī)。9：00～9：25，教師對(duì)學(xué)生講解過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行歸納，并對(duì)該次教學(xué)任務(wù)進(jìn)一步總結(jié)。9：25～9：35，自由提問(wèn)階段，學(xué)生可以提問(wèn)一些該教學(xué)內(nèi)容相關(guān)問(wèn)題，由教師講解；其次，教師可以提1～2個(gè)創(chuàng)新性問(wèn)題，例如：多機(jī)自動(dòng)循環(huán)控制電路如何實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)按鈕之后整臺(tái)設(shè)備循環(huán)往復(fù)運(yùn)行（非單次循環(huán)）。布置作業(yè)及下一節(jié)課要預(yù)習(xí)的內(nèi)容。

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