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“机电一体化系统设计”课程要点的动画呈现方法探索

作者:第一论文网 更新时间:2015年10月26日 21:11:14

机电一体化技术是机械、微电子、信息和控制等技术的有机融合与相互渗透,涉及机械、电子、传感检测、信号处理、伺服驱动、软件编程等相关知识,是多学科交叉综合的技术密集型课程。目前,高校该课程的教授对象是“95”后大学生,作为网络信息时代成长起来的新生代,他们思想活跃,熟悉网络,信息量大,乐于接受新事物,创造力较强,在知识的学习和运用上与以往大学生有着较大的差异。因此,以“95后”大学生为中心,尊重学习者的认知特征,调整教学资料,改革教授方法,以学生认知特点和机电一体化技术发展趋势为出发点,开展“学生为主、因材施教”的教学改革,将机电一体化设计课程关键知识要点的呈现方式作为教改的首要任务。

一、“95后”大学生的认知特点

自2010年起, “90后”逐渐进入大学校园,作为一个新生的受教育群体,成为大学人才培养的主体。由于信息技术快速发展和“经济全球一体化”的推动,国际交流与合作日益广泛,年轻的“90后”接受新事物的能力较强,在认知方式也与前人大为不同。网络时代成长起来的“95后学生”,其学习习惯和方法发生了较大的变化,学习过程呈现出快捷、直观、参与的鲜明特点。

1.学习过程快餐化

时代的发展对当代大学生提出了更高的能力要求,其学习兴趣多元化、知识结构网络化、能力构成综合化,使得其学习内容更丰富、知识摄入量更大,因此直接导致“95后”大学生的知识学习过程呈现快餐化趋势。

2.知识形式直观化

“95后”学生成长过程中,信息与知识的承载形式也获得了爆发式发展,以前单纯的文字图形模式的课本、平面化的板书,已经被PPT、影音和DIY的知识表现形式所取代,这些表现方式虽然灵活直观,但由于短时间内呈现的信息量较大,造成学生在知识接受上往往只获得教学材料的表观信息,而缺乏有效的深度思考。

一 “机电一体化系统设计”课程特点

“机电一体化系统设计”课程是多门基础课程内容的整合与运用,具有很强的综合性、体验性和实践性。理论教学中需要在原有基础课程的基础上,建立多个分散知识点的内在联系,形成面向应用的设计思路和设计技能,但目前教材中原理讲解和总体设计部分重理论、轻实践,同时教材中示例多为工业化成型产品,理论与实际跨越太大,与学生的知识积累和学习实践相距较远,学生动手参与的内容很少,不利于设计技能的积累,更不利于从基本理论向设计思想的转化。因此,学生普遍感到该课程难学、难懂、难用。

鉴于该课程较强的目标性,从提高学生接受效果的角度考虑,应从基本理论、要点知识、设计理念和教学案例的联系出发,加强教学材料的组织,注重知识的衔接,渐进式地推进系统设计能力的培养。教学过程应进行理论整合应用、信息广泛获取、技术快速更新。教学材料和教授方法应该从知识学习的衔接、知识理解的整体性、知识运用的渐进性三方面特点考虑。实现课程知识特征与学生学习特点的有机结合,建立教学资料向学生知识有效转化教授途径,寻找适合的知识呈现方式和与之相对应的教学方法。

三、“机电一体化系统设计”课程知识要点的动画呈现方法探索

1.动画呈现知识要点的选取

由于“机电一体化系统设计”课程内容丰富,教学改革涉及课件资源制作、教师知识更新、教学方法调整,从工作量和可行性双方面考虑,实施过程应循序渐进。因此,在首批动画呈现内容的选择上,在涉及面上应做到有限内容、全面覆盖,基础知识考虑到概念、结构、原理,设计思路上考虑参数、功能、优化。

(1)工作原理。把握系统基本单元的工作原理是机电一体化设计的基础,选择谐波齿轮传动、PWM调速两项经典内容作为动画呈现的试点具有一定的代表性。谐波齿轮传动通过制作器运动过程的动画,全面展示各部件的动作细节,PWM调速通过对电路结构的动态化处理,表达电信号的通断次序、功能模块的节点作用、控制信号的影响等过程,使学生能深入、直观地把握基本工作原理。

(2)控制系统。机电一体化的核心是“机电融合”,控制系统的设计必须匹配作业需求和机械结构。该部分的动画呈现选择确定机械结构系统在不同控制系统的控制下,展现出灵活性、准确性、时效性和稳定性的差异。制作步进电机在细分驱动、功放电路、开闭环控制三方面的控制过程动画,让学生体会控制系统与机械构件的协调,来实现“机”与“电”的融合的深度理解。

(3)传动精度。由于传动系统是机电一体化控制的对象,保证传动精度是控制系统判定的基本标准。因此,基本概念的动画呈现,选择机械结构传动误差构成和影响,通过动画形式分类展现加工误差、设计间隙、结构扰度、外部扰动等因素对作业效果的影响。同时,利用传动比优化匹配的三个基本原则,展现传动系统设计参数选择对传动精度的影响。

(4)结构演进。根据材料、设计、制造技术的发展,展示具体结构的演进,对学生设计思想的构建有直接的促进作用。选择常用的滚珠丝杠副运动的结构演进进行动画呈现,展现不同结构、材料在功能实现、运动精度和稳定性上的差异,能综合讲述结构设计中面向问题的设计思想。选择结构复杂的机械手作为动态呈现的对象,体会如何简洁、巧妙地利用经典结构和设计创新,培养学生的创新思维和问题导向思想。

2.与动画呈现相匹配的教学过程调整

教学过程知识的呈现方式发生变化后,课程的时间安排、教授方法也需进行相应的调整,因此与动画呈现内容相匹配的教学理念、教授程序、互动平台也应及时地构建并不断创新。

(1)教授方法的调整。全新教学资源条件下,教师作为“知识传授者”,教学理念必须革新。首先,教师需要培养知识点动画呈现的思路和经验,以及一定的动画制作技能培训,使教师本身能按照“95后”学生喜闻乐见的方式,实现对原有知识要点的动画转换;其次,由于动画呈现的大量知识和信息的综合性更强,一定程度上可以缩短知识点的讲述时间。因此,要通过调整课时结构,将先期完成的动画要点与原有知识点进行合理的讲述时间安排,并可适当扩大、加深课堂信息,或者增加与学生的互动。

(2)课程资源构建。依托课程知识要点呈现方式的改革推进,首先逐步建立数字化教学资源,探索与之相匹配的教授方法,实现教学过程的创新,在教授课程内容的模块化构建、程序化教授流程建立方面形成规范,便于利用校内外多种资源,完成课程的改造与升级,同时充分发掘网络资源,利用“95后”学生必备的微信平台,发掘“赛先生” “最黑科技”“直观学机械” “农业机械”等微信公众号已有的视频和动画资源,选择具有知识性、前瞻性、系统性的内容用于课程教学,也可向学生推荐阅读,扩展其学习信息量。

(3)互动交流平台的建立。大部分高校的教学管理系统,已经基本完善了在线的讲义学习、作业布置、师生问答、资料分享等功能,初步具备了师生在线互动交流的能力,需要完善的主要方向应放在学生意见和建议的收集与处理上,同时也应该开放学生对现有动画呈现知识内容的修改与创作的功能和权限,这既能调动学生学习的积极性,也能让学生充分地参与到教学改革的环节中来。另外,根据学生反馈教学中的优点和不足,不断改进教授方法,实现与学生学习特质的匹配。因此,通过信息化途径,建立课堂实时交流平台和课后互动交流平台,是新教学资源和教授方法下不可或缺的重要教学环节。

进入21世纪,机电一体化技术展现出迅猛发展势头,也使得高校“机电一体化系统设计”课程的培养目标不断调整,以满足人才培养的需求。因此,必须本着“与时俱进”的思想,进行课程教学内容的变革与尝试,探索“机电一体化系统设计”课程要点的动画呈现.实现部分知识要点的动画呈现。由于课程要点的动画课件制作需要站在学生的角度上,以创新思维进行创作,难度高,工作量大,因此,先期以实现上述课程内容为目标,通过课程教学实践的验证和完善,逐步扩展动画呈现的知识点范围。通过构建动画内容的课件资源,形成对原有内容的替换,通过课堂教授过程的调整,验证先期改革效果。在持续教与学反馈的过程中不断完善动画呈现的课件,并逐步扩展动画呈现的知识范围,探索实现“机电一体化系统设计”课程教学资源的更新与丰富,实现良好教学效果目标。

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