基于知识点关联的机械电子工程专业的实践教学平台构建_徐先懂.pdf

-169-创新方法创新创业理论研究与实践 2023 年 3 月第 6 期基于知识点关联的机械电子工程专业的实践教学平台构建徐先懂，黄长征（韶关学院，广东韶关 512005）摘要：传统的机械电子工程专业课程把每一门课程（包括实践教学课程）都作为独立的知识点，未能体现课程之间的相互关系和专业知识之间的相关性，实践教学更是如此。针对实践教学现状，结合机械电子工程专业的实践教学特点，以培养学生创新能力和解决实际工程问题的能力为目标，提出知识点关联的指导原则，设计了实践教学平台的总体方案，以及管理系统的结构及功能，更好地推进人才培养机制创新，提升学生实践创新能力。关键词：知识点关联；机械电子工程；实践教学平台；创新能力，管理系统；虚拟实验 APP中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：2096-5206(2023)03(b)-0169-04Construction of Practical Teaching Platform for Mechanical Electronic Engineering Specialty Based on Knowledge RelatedXU Xiandong,HUANG Changzheng(Shaoguan University,Shaoguan Guangdong,512005,China)Abstract:Due to the traditional Mechanical Electronic Engineering courses regard each course(including practical teaching course)as an independent knowledge point.It cannot show the relationship of courses and the correlation of professional knowledge,especially the practical teaching.In view of the current situation of practical teaching,combined with the characteristics of practical teaching of mechatronic engineering,the guiding principles of knowledge related are proposed as the aiming at cultivating students innovation and solve practical engineering problem ability,so as to better promote the innovation of talent training mechanism and enhance students practice innovation ability.The overall scheme of the practice teaching platform is designed,as well as the structure and function of the management system.Key words:Knowledge related;Mechanical electronic engineering;Practical teaching platform;Innovation ability;Management system;Virtual experiment APP课题来源：2021 广东省本科质量工程与教学改革项目，应用型地方本科高校师范生师德养成教育的探索与实践以韶关学院为例，发文文号：粤教高函 2021 29 号。作者简介：徐先懂（1964-），男，山东菏泽人，博士，讲师，研究方向：机电液系统集成理论与应用，E-mail:。维护和管理以及机械设计制造领域的工作1-2。工科学生应该具备的最重要的能力，就是工程实践能力和创新能力，创新实践能力的培养是办学质量及办学水平的重要标志3。2017 年，教育部推出新工科计划,明确了新工科的要求。这些标准和要求4都关注到了新工科人才的工程实践能力、学科交叉能力、创新能力、人文素养和社会责任。机械电子工程专业作为一个新兴专业，其突出特点是知识点交叉、综合性强、实践性强。按照传统的人才培养模式，在理论教学方面，知识点之间关联性不能凸显，学生“只见树木不见森林”，不能建立知识体系。在实践教学方面，学生被动做，不能理论联系实践，更不能培养创新意识，不符合工程认证的理念，应该树立“学生中心、产出导向、持续改进”的理念5。机械电子工程专业涵盖机械、电子、测控、自动化等学科领域，打破了传统的学科分类，代表了未来新技术、新思想、新产业革命的变革方向。机械电子工程专业培养目标：学生能掌握机械设计制造基础知识，熟悉计算机信息处理和自动控制理论的机电系统集成技术；毕业生能从事现代机电系统应用、集成、-170-创新方法创新创业理论研究与实践 2023 年 3 月第 6 期通过对实践教学内容不断优化，使综合实验在专业实践教学体系中起到承上启下的作用6。体现以学生学习效果为导向，由传统的学生被动做，转变为学生自己设计实验内容。从而提高学生对知识或信息的获取能力，让学生的能力在实践中得到认可，学生的综合能力得到提高。1 机械电子工程专业知识点的关联性分析机械电子工程专业教学主要有两条主线，一是理论教学，二是实践教学,包括学科基础平台、专业基础平台、创新创业课程平台、个性化素质拓展模块等 7-8。每个学校的侧重点不同，课程设置有所差异，但总的知识点区别不大。1.1 以数控机床组成为例，说明知识点关联性数控机床是典型的机电一体化产品，涵盖了机械电子工程专业的主要知识点，因此以数控机床的组成作为知识点的结构，可以直观地说明该专业的知识点和相互关系，数控机床组成如图 1 所示。从图 1 可以看出每一部分涉及的知识点、各知识点之间的关系以及作用。如机床本体涉及机械相关的基础知识和专业课知识，如机械原理、机械设计等；主轴（进给）伺服驱动涉及电机驱动与控制、控制工程基础；检测装置涉及传感器技术、数字信号采集与处理等知识；PLC和CNC涉及计算机控制技术和编程技术，是数控机床的核心，也是该专业的核心。1.2 理论教学知识点关联性的必要性传统的机械电子工程专业人才培养方案，每一门课程的知识点基本都是独立的，教师在教学设计时，基本都是按照本课程的课程要求准备相关内容，与其他教师在课程的知识点上没有交流，可能造成知识点重复，如关于 PLC 控制技术，本专业几门课都可能包括这部分内容，如果每个教师都介绍这部分内容，就造成时间上的浪费。另外，因为所介绍的 PLC 类型可能不同，给学生学习增加额外负担。如果建立课程之间知识点关联，就可以避免类似问题发生。没有知识点关联的课程体系，对于学生而言，就只能学习这一门课程的内容和知识点，弱化了课程之间的相互关系，使得学生很难整合不同学科之间所学习的内容9。在制定人才培养方案时，为了反映本专业知识的相关性，分析课程的知识特征，根据知识点的递进关系、作用和地位以及相互关系等因素，依据这些因素设置相应的课程及课程标准，安排教学进度，设计实践（实验）平台和实践教学的实施计划。这样制定的人才培养方案，就像一台完整的数控机床，根据各自功能，按照一定规则，使数控机床协调一致地正常运转。1.3 实践教学知识点关联的必要性培养机械电子工程专业学生解决复杂工程问题的能力是提高专业人才培养质量、打造人才培养特色的重要途径。如果没有足够的实践，那么解决复杂工程问题能力的培养就只能是纸上谈兵10。实践教学平台作为学科建设的基本保障，在资源配置、资源共享和实验技术队伍上全面统一规划，以适应学科建设的需求11。如果知识点有关联，就可以使各学科平台的专业仪器公用，更有利于提高学校的创新能力，使原来的“零散”实验室成为具有系统功能的实践平台。2 实践教学平台构建传统实验室一般是按照对应课程的实践内容配备和管理，基本上彼此独立，使用时间集中；因实验设备和场地的限制，学生实验没有自主时间，指导教师教学工作集中，总之不论从人员、设备、场地和时间上都不能合理分配。2.1 实践教学平台构建的总体方案针对这些问题，打破传统的实验室管理和布局，按图 1 的知识结构，以知识点为模块，构建实践教学平台，每个知识点细分得越具体，越容易发挥其功能。实验教学平台主要有三个功能模块，分别是：图 1 数控机床组成示意图-171-创新方法创新创业理论研究与实践 2023 年 3 月第 6 期（1）基础模块，用于完成课内实践（实验内容）的教学任务，以原理性和验证性实验为主；（2）拓展模块，以某个知识点为基础，综合应用相关知识，设计实用性实验并进行验证，由几个学生组成团队，在教师指导下完成；（3）创新实践模块，结合教师的科研项目、大学生创新创业项目，设计相关的实验内容或为项目提供相关的实验。实践教学平台可以完成课内实践教学、科研实验、学生的课程设计、毕业设计等教学任务，还可以开展实验室建设、实践教学平台开发研究，不断完善实践教学平台建设，丰富实践教学平台管理系统，更好地服务教学工作。每个功能块就像超市里的商品，用户根据自己的需要，到超市在相应位置选取即可，整个机械电子工程专业的实践（实验）平台就像一个大“超市”。按知识模块划分功能区，每个功能区又细分为基础实验区、拓展实验区和创新实验区等。区和区之间按照知识点之间的衔接关系和教学进度进行划分，在这个实践教学平台的“超市”里，顾客是“超市”的主人，充分体现了“以学生为中心”的工程认证理念。图 2 是以伺服驱动控制技术涉及的知识点为例，说明功能模块的结构，除图 2 中列出的基础模块，还有拓展模块和创新模块，以及关联的知识点等内容，图 2 中给出的知识点可以根据不同的培养目标有所不同，有些还可以细分。从图 2 可以看出伺服系统在数控机床中的作用及所涉及的基本知识。其他功能模块也是按这个指导思想进行设计。2.2 实践平台的管理系统实验室管理涉及日常运行、大型仪器共享、对外开放等，管理平台的建设能够为实验室高效、稳定运行提供保障12。目前高校实验室管理模式容易造成实验设备封闭，利用率较低，同时导致实验室工作人员空闲，工作量不饱满13。分析其与实验教学间的内在关联，构建开放式实验教学平台，制定完善的平台运行机制，有助于更好地提升实验教学质量与创新型人才培养水平14。开放式实验教学可以为学生提供自主学习环境，学生可以自行选择实验项目、时间、方案、手段和实验报告撰写等，以培养学生的实验兴趣，激发学生的创新灵感，提高学生的思维品质。开放式实验室是培养创新型人才的摇篮，能够满足高校培养创新型人才的需要。随着研究型高校改革的不断实践，开放式实验室逐渐成为高校教学必不可少的工具15。为了实现实验内容、实验时间、实验资源、教学形式和评价体系等方面的开放，必须设计一套完整的实验室管理系统，管理系统主要包括设备管理、实验项目管理、实验过程管理、实验评价机制和实验室维护等模块，图 3 是实验申请流程。互联网技术的发展和物联网技术的出现，为高校实验室设备的信息化、科学化、自动化和智能化提供有力的技术保证。图 3 自主实验申请流程图 2 伺服驱动技术知识点的结构图-172-创新方法创新创业理论研究与实践 2023 年 3 月第 6 期实践教学平台管理系统可以借助互联网、物联网、通讯网开发不同功能的模块，并且在管理系统平台上实现无缝互联。实践教学平台管理系统是多技术的融合，在管理系统中，机械电子工程专业所有的实验实践课程为一个整体，根据知识点的关联结构，设计实践教学平台管理系统的结构。实践教学平台管理系统可以提供多种形式的实验方式，如基于互联网的计算机终端，或基于手机的客户终端等，在终端上可以进行在线仿真实验、虚拟实验，使实验形式多样化。比如用手机作为客户端的 XX