科研项目导引式教学模式的创新研究

蒙臻　陈星　蔡均　董云泷

摘 要 以拔尖创新人才需求培养为目标，对传统的 “机电传动控制”课程教学模式进行改革，通过科研项目导引式教学模式，逐步培养本课程学生的研究性意愿，以及对本课程探索与发现的兴趣，使其逐步掌握科学研究与专业学习的共通性和基本方法。教学成果表明：该教学模式能提高师生间的互动，培养学生的创新思维能力和科学实践能力。

关键词 机电传动控制 创新实践 科研项目导引教学

中图分类号：G424                                  文献标识码：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

“机电传动控制”是我校机械设计制造及自动化专业的一门重要专业模块课程，涵盖了多种制造领域电机控制原理、电工电子、可编程逻辑控制等多个方面，是一门交叉性、应用性极强的课程。[1]

在实施创新驱动发展战略和开展“双一流”建设背景下，在培养拔尖创新的机电一体化科研应用型本科生方面需要更高的要求。[2]特别是在深化工程教育改革，推进“新工科”的建设与发展潮流中，如何在有限的课堂时间内培养多元化、创新型、具备复杂工程问题分析和解决能力的工科大学生，[3]成了当前我国高校教学改革的重要方向。

在科研项目导引教学实践方面，从20世纪90年代开始，美国政府把科学研究直接引入教学。[4]国内如清华大学和浙江大学等高校，也推出了SRT和SRTP等计划，旨在促进本科生的科学研究训练。[5]

1 科研项目导引教学模式的设计理念

针对当前“机电传动控制”课程教学内容多、周期长、跨度大，前后课程内容联系不够紧密等问题，本教学模式重新确立了层次化的教学内容，设计了科研项目导引式教学方案，增设了过程考核标准，最终形成一个完整的有机体。同时鼓励学生将课程学习过程中的研究性成果进行转化，让更多学生参与项目和竞赛。授课老师又可将实施案例反哺，将学生项目和科技竞赛等多维度科技成果作为教学案例，持续改进教学内容。针对现在的学生缺少实际动手能力的情况，安排丰富的设计性和综合性实验，尽量让学生亲自动手和全身心投入进来。

2 科研项目导引教学模式的目标

本教学模式旨在提高学生在先进机电单元方面的研究性学习能力和创新实践能力;培养学生的时间管理学习理念，构建任务节点明确及考核方式刚柔并济的研究性学习过程评估体系;构建持续性课程学习机制，提升学生自主学习和终身学习的意识，使其适应智能制造发展的要求。

本教学模式拟解决以下问题：（1）层次化教学内容的科学划分问题;（2）针对科学问题的研究性教学方案设计问题;（3）针对过程性考核中柔性任务节点和刚性考核指标的并存问题;（4）针对持续性学习机制的评价标准问题。

3 具体实施方法

3.1课程教学模块

（1）面向智能制造机电传动控制工程要求，借鉴CDIO涵盖工程活动全过程的教育模式，将课程内容划分为以机电单元全过程能力培养为中心的多个教学模块;（2）根据智能制造中典型机电单元类型，教学内容可划分为基础层级教学模块，高级层级教学模块和科研层级教学模块;（3）单一全过程教学模块包涵了从“启动-调速-制动” （Start-Speed-Stop，3S）工作原理，检测控制到智能制造工程实践的全过程能力培养;（4）根据课程思政的教育理念，让学生在层次化递进的教学模块中不断汲取新知識，掌握新技术，进一步培养学生提升我国智能制造先进水平的责任感。

3.2 课堂教学方法

（1）将教学课程设置为技术问题导向（technology problem oriented，TPO）和科学问题导向（science problem oriented， SPO）两类课程，两类课程交替开展，互相反馈;（2）在TPO课程中，基于故障树分析方法（Fault Tree Analysis， FTA），导入关键技术问题;再以关键技术问题为导引目标，通过网络课堂建设和翻转课堂的教学形式，设置课前导学阶段（设计试验方案，Design），课堂讨论阶段（分析试验方案，Discussion）和课后实践阶段（对比试验数据，Report），挖掘关键技术问题中的科学规律;（3）在SPO课程中，课前导学阶段以科学规律为指针，提出科学问题，在课堂讨论阶段，进一步引导学生思考科学规律产生的原因，从而将关键技术问题与3S工作原理相联系，在课后实践阶段，以3S工作原理为核心，有效结合智能制造背景知识，设置创新实践环节，使学生自主研讨面向智能制造中复杂机电传动工程问题的解决方案。

3.3 过程考核方案

（1）基于总体教学目标，通过研究性教学方案的拆解，设定了教学过程关键节点任务（a.影响高性能直流电机单元3S特性的实验分析报告;b.以高性能直流电机单元3S工作原理为核心的工程实践报告;c.影响高性能三相交流电机单元3S特性的实验分析报告;d.以高性能三相交流电机单元3S工作原理为核心的工程实践报告）;（2）基于关键节点任务，引入甘特图的时间管理机制，设置过程考核指标（以完成程度划分5档：E-未进行，D-未完成，C-基本完成，B-较好完成，A-优秀完成），并在课堂讨论阶段完成考核;（3）基于考核结果，导引学生下一阶段的自主学习路线，并调整关键节点任务的相对难易程度，实现创新实践能力不同的学生可以差异化学习。

3.4 基于科研产出的持续性学习实施方案

（1）以研究性学习路线和关键节点任务考核成果为基础，鼓励学生撰写专利和学术论文，并通过专利和论文反馈加强研究性学习效果。（2）以学生研究性创新实践成果为基础，鼓励学生组建团队申报科技项目，参与“挑战杯”等课外科技作品竞赛等，同时考虑科技项目数量限制和竞赛周期较长的问题，以课程教学周期内完成项目申请书和竞赛文本的质量为考核依据。（3）以科技项目和科技作品竞赛的实施案例为基础，反哺提供教学素材，进一步完善教学层次和研究性教学方案。

4 课程教学改革效果

通过本教学模式的实施，与上轮教学成果相比，卷面成绩低于60分的同学从32.6%下降到了0%，优良率从5.3%上升到了52.4%。此外，有多名同学參与了与课程内容相关的学生科技项目申报。同学们自评该教学模式使得他们的学习兴趣和学习主动性都大幅提升，理论知识点与工程实践应用也联系得更为紧密。

5 结语

本教学模式改革，主要针对机械类本科生工程实践创新能力不足和“机电传动控制”课程教学问题，通过科研项目导引，理论知识点研讨式教学，小组合作式教学，学生科技竞赛与项目实践，老师科研项目参与实践等教学方式，提高了同学们对研究性学习重要性的认识和兴趣，也达到了较为良好的教学效果。

杭州电子科技大学教改一般项目“科研项目导引式机械类本科生研究性学习教学模式研究”（项目编号YBJG201918）

参考文献

[1] 韩青.项目驱动法在“机电传动控制”课程教学中的应用[J].科技经济导刊，2019，（16）：156-157.

[2] 莫甲凤.研究性学习在拔尖创新人才培养中的实现路径——以华南理工大学为例[J].高等工程教育研究，2018（03）：158-164.

[3] 赵广磊，米洁，马锴.新工科视角下融入工程能力培养的项目启发式课程教学——以物联网教学为例[J].高教学刊，2018（19）：96-99.

[4] 王德林，俞佳慧.美国“2061计划”新进展及其对我国科学教育的启示[J].教育与教学研究，2019（04）：43-50.

[5] 李秋明，孙英健，沈红.基于本科生科研训练计划提升本科生综合能力[J].教育教学论坛，2019（07）：57-58.