科研項(xiàng)目導(dǎo)引式教學(xué)模式的創(chuàng)新研究

蒙臻　陳星　蔡均　董云瀧

摘 要 以拔尖創(chuàng)新人才需求培養(yǎng)為目標(biāo)，對傳統(tǒng)的 “機(jī)電傳動控制”課程教學(xué)模式進(jìn)行改革，通過科研項(xiàng)目導(dǎo)引式教學(xué)模式，逐步培養(yǎng)本課程學(xué)生的研究性意愿，以及對本課程探索與發(fā)現(xiàn)的興趣，使其逐步掌握科學(xué)研究與專業(yè)學(xué)習(xí)的共通性和基本方法。教學(xué)成果表明：該教學(xué)模式能提高師生間的互動，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和科學(xué)實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞 機(jī)電傳動控制 創(chuàng)新實(shí)踐 科研項(xiàng)目導(dǎo)引教學(xué)

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2021.02.055

Research on Innovation of Teaching Mode Guided by Scientific

Research Project

——Taking the course of mechanical and electrical drive control as an example

MENG Zhen， CHEN Xing， CAI Jun， DONG Yunlong

（School of Mechanical Engineering， Hangzhou Dianzi University， Hangzhou， Zhejiang 310018）

Abstract Aiming at the cultivation of top-notch innovative talents， the traditional teaching mode of "electromechanical drive control" course is reformed. Through the teaching mode of scientific research project guidance， the students' research willingness and interest in exploration and discovery of this course are gradually cultivated， so that they can gradually master the commonality and basic methods of scientific research and professional learning. The teaching results show that the teaching mode can improve the interaction between teachers and students， cultivate students' innovative thinking ability and scientific practice ability.

Keywords electromechanical drive control; innovation practice; guiding teaching of scientific research projects

“機(jī)電傳動控制”是我校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動化專業(yè)的一門重要專業(yè)模塊課程，涵蓋了多種制造領(lǐng)域電機(jī)控制原理、電工電子、可編程邏輯控制等多個(gè)方面，是一門交叉性、應(yīng)用性極強(qiáng)的課程。[1]

在實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略和開展“雙一流”建設(shè)背景下，在培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新的機(jī)電一體化科研應(yīng)用型本科生方面需要更高的要求。[2]特別是在深化工程教育改革，推進(jìn)“新工科”的建設(shè)與發(fā)展潮流中，如何在有限的課堂時(shí)間內(nèi)培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型、具備復(fù)雜工程問題分析和解決能力的工科大學(xué)生，[3]成了當(dāng)前我國高校教學(xué)改革的重要方向。

在科研項(xiàng)目導(dǎo)引教學(xué)實(shí)踐方面，從20世紀(jì)90年代開始，美國政府把科學(xué)研究直接引入教學(xué)。[4]國內(nèi)如清華大學(xué)和浙江大學(xué)等高校，也推出了SRT和SRTP等計(jì)劃，旨在促進(jìn)本科生的科學(xué)研究訓(xùn)練。[5]

1 科研項(xiàng)目導(dǎo)引教學(xué)模式的設(shè)計(jì)理念

針對當(dāng)前“機(jī)電傳動控制”課程教學(xué)內(nèi)容多、周期長、跨度大，前后課程內(nèi)容聯(lián)系不夠緊密等問題，本教學(xué)模式重新確立了層次化的教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)了科研項(xiàng)目導(dǎo)引式教學(xué)方案，增設(shè)了過程考核標(biāo)準(zhǔn)，最終形成一個(gè)完整的有機(jī)體。同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生將課程學(xué)習(xí)過程中的研究性成果進(jìn)行轉(zhuǎn)化，讓更多學(xué)生參與項(xiàng)目和競賽。授課老師又可將實(shí)施案例反哺，將學(xué)生項(xiàng)目和科技競賽等多維度科技成果作為教學(xué)案例，持續(xù)改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容。針對現(xiàn)在的學(xué)生缺少實(shí)際動手能力的情況，安排豐富的設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)，盡量讓學(xué)生親自動手和全身心投入進(jìn)來。

2 科研項(xiàng)目導(dǎo)引教學(xué)模式的目標(biāo)

本教學(xué)模式旨在提高學(xué)生在先進(jìn)機(jī)電單元方面的研究性學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力;培養(yǎng)學(xué)生的時(shí)間管理學(xué)習(xí)理念，構(gòu)建任務(wù)節(jié)點(diǎn)明確及考核方式剛?cè)岵?jì)的研究性學(xué)習(xí)過程評估體系;構(gòu)建持續(xù)性課程學(xué)習(xí)機(jī)制，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識，使其適應(yīng)智能制造發(fā)展的要求。

本教學(xué)模式擬解決以下問題：（1）層次化教學(xué)內(nèi)容的科學(xué)劃分問題;（2）針對科學(xué)問題的研究性教學(xué)方案設(shè)計(jì)問題;（3）針對過程性考核中柔性任務(wù)節(jié)點(diǎn)和剛性考核指標(biāo)的并存問題;（4）針對持續(xù)性學(xué)習(xí)機(jī)制的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)問題。

3 具體實(shí)施方法

3.1課程教學(xué)模塊

（1）面向智能制造機(jī)電傳動控制工程要求，借鑒CDIO涵蓋工程活動全過程的教育模式，將課程內(nèi)容劃分為以機(jī)電單元全過程能力培養(yǎng)為中心的多個(gè)教學(xué)模塊;（2）根據(jù)智能制造中典型機(jī)電單元類型，教學(xué)內(nèi)容可劃分為基礎(chǔ)層級教學(xué)模塊，高級層級教學(xué)模塊和科研層級教學(xué)模塊;（3）單一全過程教學(xué)模塊包涵了從“啟動-調(diào)速-制動” （Start-Speed-Stop，3S）工作原理，檢測控制到智能制造工程實(shí)踐的全過程能力培養(yǎng);（4）根據(jù)課程思政的教育理念，讓學(xué)生在層次化遞進(jìn)的教學(xué)模塊中不斷汲取新知識，掌握新技術(shù)，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生提升我國智能制造先進(jìn)水平的責(zé)任感。

3.2 課堂教學(xué)方法

（1）將教學(xué)課程設(shè)置為技術(shù)問題導(dǎo)向（technology problem oriented，TPO）和科學(xué)問題導(dǎo)向（science problem oriented， SPO）兩類課程，兩類課程交替開展，互相反饋;（2）在TPO課程中，基于故障樹分析方法（Fault Tree Analysis， FTA），導(dǎo)入關(guān)鍵技術(shù)問題;再以關(guān)鍵技術(shù)問題為導(dǎo)引目標(biāo)，通過網(wǎng)絡(luò)課堂建設(shè)和翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)形式，設(shè)置課前導(dǎo)學(xué)階段（設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，Design），課堂討論階段（分析試驗(yàn)方案，Discussion）和課后實(shí)踐階段（對比試驗(yàn)數(shù)據(jù)，Report），挖掘關(guān)鍵技術(shù)問題中的科學(xué)規(guī)律;（3）在SPO課程中，課前導(dǎo)學(xué)階段以科學(xué)規(guī)律為指針，提出科學(xué)問題，在課堂討論階段，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考科學(xué)規(guī)律產(chǎn)生的原因，從而將關(guān)鍵技術(shù)問題與3S工作原理相聯(lián)系，在課后實(shí)踐階段，以3S工作原理為核心，有效結(jié)合智能制造背景知識，設(shè)置創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié)，使學(xué)生自主研討面向智能制造中復(fù)雜機(jī)電傳動工程問題的解決方案。

3.3 過程考核方案

（1）基于總體教學(xué)目標(biāo)，通過研究性教學(xué)方案的拆解，設(shè)定了教學(xué)過程關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)任務(wù)（a.影響高性能直流電機(jī)單元3S特性的實(shí)驗(yàn)分析報(bào)告;b.以高性能直流電機(jī)單元3S工作原理為核心的工程實(shí)踐報(bào)告;c.影響高性能三相交流電機(jī)單元3S特性的實(shí)驗(yàn)分析報(bào)告;d.以高性能三相交流電機(jī)單元3S工作原理為核心的工程實(shí)踐報(bào)告）;（2）基于關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)任務(wù)，引入甘特圖的時(shí)間管理機(jī)制，設(shè)置過程考核指標(biāo)（以完成程度劃分5檔：E-未進(jìn)行，D-未完成，C-基本完成，B-較好完成，A-優(yōu)秀完成），并在課堂討論階段完成考核;（3）基于考核結(jié)果，導(dǎo)引學(xué)生下一階段的自主學(xué)習(xí)路線，并調(diào)整關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)任務(wù)的相對難易程度，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新實(shí)踐能力不同的學(xué)生可以差異化學(xué)習(xí)。

3.4 基于科研產(chǎn)出的持續(xù)性學(xué)習(xí)實(shí)施方案

（1）以研究性學(xué)習(xí)路線和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)任務(wù)考核成果為基礎(chǔ)，鼓勵(lì)學(xué)生撰寫專利和學(xué)術(shù)論文，并通過專利和論文反饋加強(qiáng)研究性學(xué)習(xí)效果。（2）以學(xué)生研究性創(chuàng)新實(shí)踐成果為基礎(chǔ)，鼓勵(lì)學(xué)生組建團(tuán)隊(duì)申報(bào)科技項(xiàng)目，參與“挑戰(zhàn)杯”等課外科技作品競賽等，同時(shí)考慮科技項(xiàng)目數(shù)量限制和競賽周期較長的問題，以課程教學(xué)周期內(nèi)完成項(xiàng)目申請書和競賽文本的質(zhì)量為考核依據(jù)。（3）以科技項(xiàng)目和科技作品競賽的實(shí)施案例為基礎(chǔ)，反哺提供教學(xué)素材，進(jìn)一步完善教學(xué)層次和研究性教學(xué)方案。

4 課程教學(xué)改革效果

通過本教學(xué)模式的實(shí)施，與上輪教學(xué)成果相比，卷面成績低于60分的同學(xué)從32.6%下降到了0%，優(yōu)良率從5.3%上升到了52.4%。此外，有多名同學(xué)參與了與課程內(nèi)容相關(guān)的學(xué)生科技項(xiàng)目申報(bào)。同學(xué)們自評該教學(xué)模式使得他們的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動性都大幅提升，理論知識點(diǎn)與工程實(shí)踐應(yīng)用也聯(lián)系得更為緊密。

5 結(jié)語

本教學(xué)模式改革，主要針對機(jī)械類本科生工程實(shí)踐創(chuàng)新能力不足和“機(jī)電傳動控制”課程教學(xué)問題，通過科研項(xiàng)目導(dǎo)引，理論知識點(diǎn)研討式教學(xué)，小組合作式教學(xué)，學(xué)生科技競賽與項(xiàng)目實(shí)踐，老師科研項(xiàng)目參與實(shí)踐等教學(xué)方式，提高了同學(xué)們對研究性學(xué)習(xí)重要性的認(rèn)識和興趣，也達(dá)到了較為良好的教學(xué)效果。

杭州電子科技大學(xué)教改一般項(xiàng)目“科研項(xiàng)目導(dǎo)引式機(jī)械類本科生研究性學(xué)習(xí)教學(xué)模式研究”（項(xiàng)目編號YBJG201918）

參考文獻(xiàn)

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