案例教學(xué)法在“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程教學(xué)中的應(yīng)用研究案例教學(xué)法在“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)〞課程教學(xué)中的應(yīng)用研究

中圖分類號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/jki.kjdkz.2022.04.056

AbstractThestudents'innovationconsciousnessandinnovationabilityinmechatronicssystemdesignwereimprovedbyintroducingthecaseteachingmethodintothecourseof"mechatronicssystemdesign"forsolvingthequestionincultivatingstudents'innovationconsciousnessandinnovationabilityinthetraditionalteachingmode.Itisprovedthatcaseteachingmethodwasintroducedintothecurriculumwaseffectivetostimulatestudents'learninginterestandimprovestudents'inthedesignofmechatronicsysteminnovationconsciousnessandinnovationabilitybytheresultofteachingpracticecaseofthedevelopmentofbranchpipeweldingsystem.

KeywordsCaseteachingmethod；mechatronics；systemdesign；innovationconsciousness

0前言

“《C電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)〞是機(jī)械制造專業(yè)的一門主要專業(yè)課程，其任務(wù)是通過機(jī)械本體結(jié)構(gòu)、控制原理、伺服系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)等諸方面根本知識(shí)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要步驟、過程和辦法，它是機(jī)械專業(yè)中總結(jié)性較強(qiáng)的課程，對(duì)提高機(jī)電專業(yè)類畢業(yè)生的綜合專業(yè)素養(yǎng)及專業(yè)創(chuàng)新能力十分重要。在教學(xué)過程中，傳統(tǒng)教學(xué)存在難以對(duì)學(xué)生機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力進(jìn)行有針對(duì)性的培養(yǎng)的問題。

1將案例式教學(xué)法引入“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)〞課程教學(xué)的可行性

高等學(xué)校應(yīng)面向國家經(jīng)濟(jì)開展要求，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力的項(xiàng)目技術(shù)人才。在機(jī)電一體化設(shè)備地位愈來愈重要的今天，培養(yǎng)具有設(shè)計(jì)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力高校畢業(yè)生是高等學(xué)校教育任務(wù)的必然要求。

案例教學(xué)，是一種開放性、互動(dòng)性較強(qiáng)的教學(xué)方式。在課堂教學(xué)前要進(jìn)行周密的策動(dòng)和準(zhǔn)備，選擇特定的案例并指導(dǎo)學(xué)生提前閱讀；課堂上要組織學(xué)生發(fā)展討論或爭(zhēng)論，形成反復(fù)的互動(dòng)、交流、答辯，通過各種信息、知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、觀點(diǎn)的碰撞來到達(dá)啟示理論和啟迪思維的目的。案例教學(xué)法的主要優(yōu)勢(shì)在于給予學(xué)生較大程度的自主發(fā)揮、自由發(fā)明的空間，能夠有效實(shí)現(xiàn)學(xué)生由注重知識(shí)向注重能力方向的轉(zhuǎn)變，適用于有一定的專業(yè)根底背景知識(shí)學(xué)生。案例教學(xué)的缺乏主要是相關(guān)課程知識(shí)不易有效地、系統(tǒng)地進(jìn)行傳授，如何保證學(xué)生學(xué)習(xí)效果考核的客觀性存在一定程度的困難等。

而傳統(tǒng)教學(xué)模式中注重知識(shí)系統(tǒng)傳授、考核明確客觀是其突出的優(yōu)點(diǎn)，但在培養(yǎng)學(xué)生的當(dāng)前所必備的創(chuàng)新能力方面有一定程度的欠缺。兩種教學(xué)模式存在一定程度的互補(bǔ)性。如何在有限的課時(shí)內(nèi)既實(shí)現(xiàn)知識(shí)的系統(tǒng)傳授，又實(shí)現(xiàn)案例教學(xué)的各個(gè)過程，有著相當(dāng)?shù)睦щy。但在機(jī)電一體系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程中，將此兩種方式進(jìn)行有機(jī)融合有一定的有利條件：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程通常是安頓在機(jī)械、機(jī)電專業(yè)類學(xué)生在大學(xué)生四年級(jí)上半期進(jìn)行，學(xué)生的根底課、專業(yè)根底課均已修完，具有一定的專業(yè)根底知識(shí)。當(dāng)然，有些學(xué)生課程欠帳較多，根底知識(shí)較弱，需要教師運(yùn)用相當(dāng)?shù)霓k法去激勵(lì)、鼓勵(lì)他們補(bǔ)上欠賬并完成新任務(wù)，在大四學(xué)生心思相對(duì)較散的情況下，這是有較大難度的。

2案例式教學(xué)法在“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)〞課程教學(xué)的具體實(shí)施

2.1教學(xué)案例的選取

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)的是機(jī)電專業(yè)知識(shí)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的綜合運(yùn)用，強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)者站在機(jī)電一體化的全局角度去設(shè)計(jì)和優(yōu)化機(jī)電一體化的系統(tǒng)。同時(shí)，也要考慮教學(xué)主體學(xué)生的理解和接受能力。因而所選擇的案例要兼顧知識(shí)的綜合性、實(shí)用性、創(chuàng)新性與系統(tǒng)的復(fù)雜程度適中相結(jié)合。經(jīng)考慮，選用便攜式插管焊接設(shè)備開發(fā)作為案例教學(xué)的根本案例。

確定此案例作為機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的主講案例是基于下列幾點(diǎn)考慮：插接管道焊接系統(tǒng)的便攜化、工作現(xiàn)場(chǎng)化、價(jià)格低廉化、操作便利化是插管焊接相關(guān)各行業(yè)的迫切要求，因而此案例為較強(qiáng)的項(xiàng)目實(shí)踐背景；此案例在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，包括控制電機(jī)選擇、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選擇與設(shè)計(jì)等內(nèi)容；在電氣方面包括根本電路設(shè)計(jì)、電氣元器件選擇與搭配，傳感器的選擇等；在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，包括硬件平臺(tái)的搭建，也包括軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其內(nèi)容涵蓋了機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的絕大局部?jī)?nèi)容；難度適中且有一定的根底，先期已通過大學(xué)生創(chuàng)業(yè)工程“便攜式插接管道焊接系統(tǒng)開發(fā)〞對(duì)此案例內(nèi)容進(jìn)行研究，從工程完成過程看，學(xué)生通過努力可以較好地完成此案例的全部工作。

2.2教學(xué)案例與傳統(tǒng)教學(xué)具體內(nèi)容融合步驟

在課堂教學(xué)前，要進(jìn)行如下準(zhǔn)備工作：由于機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)計(jì)劃的提出有其自身的特點(diǎn)，它總是在一定的根底上提出然后不斷改良形成的，所以針對(duì)每個(gè)子案例，教師都要準(zhǔn)備一至兩套簡(jiǎn)要技術(shù)計(jì)劃路線來為學(xué)生作為參考，使得學(xué)生能夠按時(shí)提出較為合理的技術(shù)計(jì)劃；根據(jù)五個(gè)子案例內(nèi)容做好學(xué)生的分組工作，共十組，每?jī)山M負(fù)責(zé)一個(gè)子案例，對(duì)每個(gè)子案例給出幾種技術(shù)可能實(shí)現(xiàn)計(jì)劃，由各組學(xué)生在課下完成相關(guān)計(jì)劃選擇與細(xì)化，并完成相應(yīng)的答辯預(yù)案。在課堂進(jìn)行中，一次課堂教學(xué)完成一個(gè)子案例的教學(xué)任務(wù)。教師只是負(fù)責(zé)情景導(dǎo)入及必要的啟發(fā)工作，由負(fù)責(zé)此子案例的兩組學(xué)生自主完成案例完成計(jì)劃設(shè)計(jì)、討論與答辯任務(wù)。經(jīng)試驗(yàn)，課堂上比擬適宜的安頓如下：

〔1〕設(shè)計(jì)計(jì)劃講述：每次由負(fù)責(zé)同一個(gè)子案例兩個(gè)小組根據(jù)各自預(yù)先完成的PPT闡述各自的設(shè)計(jì)計(jì)劃，每個(gè)小組講5-10分鐘，共需要10-20分鐘。

〔2〕兩小組成員相互答辯環(huán)節(jié)，先就A組計(jì)劃進(jìn)行討論，由B組同學(xué)主要指出其計(jì)劃的缺乏，A組同學(xué)就本組計(jì)劃進(jìn)行答辯，此過程安頓15～20分鐘。然后按同樣辦法就B組計(jì)劃進(jìn)行討論，兩種計(jì)劃的討論共需30～40分鐘。

〔3〕班內(nèi)其他同學(xué)對(duì)兩種計(jì)劃評(píng)論環(huán)節(jié)：由班內(nèi)同學(xué)自由發(fā)言對(duì)兩種計(jì)劃進(jìn)行評(píng)論，最后選擇出最優(yōu)計(jì)劃或提出其他設(shè)計(jì)思路，對(duì)于各小組計(jì)劃的缺乏可提出補(bǔ)救或改良意見。此過程安頓20分鐘左右。

〔4〕教師評(píng)論啟發(fā)環(huán)節(jié)：教師應(yīng)從下列幾個(gè)方面對(duì)本節(jié)案例課程進(jìn)行總結(jié)，首先對(duì)兩組學(xué)生準(zhǔn)備計(jì)劃的態(tài)度、由所設(shè)計(jì)計(jì)劃和辯論過程中所體現(xiàn)的專業(yè)素質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)；然后對(duì)學(xué)生所提出計(jì)劃的本身優(yōu)、缺點(diǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并根據(jù)情況對(duì)已經(jīng)提出設(shè)計(jì)計(jì)劃改良或補(bǔ)救意見進(jìn)行《結(jié)；最后根據(jù)具體情況對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)思路進(jìn)行啟發(fā)，如可以提出其他設(shè)計(jì)思路等。

3兩種教學(xué)模式下學(xué)生的教學(xué)效果比照

在兩屆學(xué)生中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過學(xué)生問卷和試卷成績(jī)測(cè)評(píng)來比擬不同教學(xué)模式下的教學(xué)效果。分別對(duì)兩屆學(xué)生進(jìn)行調(diào)查，統(tǒng)計(jì)結(jié)果比照如見表1，其中2022屆是按傳統(tǒng)教學(xué)法講授課程，2022屆學(xué)生引入案例教學(xué)法講授本課程，同時(shí)將課程成績(jī)統(tǒng)計(jì)結(jié)果也列入表1中。

在表1中：

F1：機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論掌握程度〔%〕

F2：機(jī)械結(jié)構(gòu)選擇掌握程度〔%〕

F3：電氣元件選擇掌握程度〔%〕

F4：硬件平臺(tái)選擇掌握程度〔%〕

F5：對(duì)軟件編程的掌握程度〔%〕

F6：對(duì)于案例與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的稱心度〔%〕

注：對(duì)于F1至F5，0%為完全不能掌握，100%為完全掌握。對(duì)于F6，0%為完全不能稱心，100%為完全稱心。

從表1可以看出，學(xué)生在對(duì)于新的教學(xué)模式是比擬認(rèn)可的，且從客觀上看，其成績(jī)也有較大的提高，因而此