案例教学法在“机电一体化系统设计” 课程教学中的应用研究
中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2017.04.056
Abstract The students' innovation consciousness and innovation ability in mechatronics system design were improved by introducing the case teaching method into the course of "mechatronics system design" for solving the question in cultivating students' innovation consciousness and innovation ability in the traditional teaching mode. It is proved that case teaching method was introduced into the curriculum was effective to stimulate students' learning interest and improve students' in the design of mechatronic system innovation consciousness and innovation ability by the result of teaching practice case of the development of branch pipe welding system.
Key words Case teaching method； mechatronics； system design； innovation consciousness
0 前言
“?C电一体化系统设计”是机械制造专业的一门主要专业课程，其任务是通过机械本体结构、控制原理、伺服系统和检测系统等诸方面基本知识的学习，使学生掌握机电一体化系统设计的主要步骤、过程和方法，它是机械专业中总结性较强的课程，对提高机电专业类毕业生的综合专业素养及专业创新能力十分重要。在教学过程中，传统教学存在难以对学生机电系统设计创新能力进行有针对性的培养的问题。
1 将案例式教学法引入“机电一体化系统设计”课程教学的可行性
高等学校应面向国家经济发展要求，培养具有创新意识、创新能力的工程技术人才。在机电一体化设备地位愈来愈重要的今天，培养具有设计创新意识和创新能力高校毕业生是高等学校教育任务的必然要求。
案例教学，是一种开放性、互动性较强的教学方式。在课堂教学前要进行周密的策划和准备，选择特定的案例并指导学生提前阅读；课堂上要组织学生开展讨论或争论，形成反复的互动、交流、辩论，通过各种信息、知识、经验、观点的碰撞来达到启示理论和启迪思维的目的。案例教学法的主要优势在于给予学生较大程度的自主发挥、自由创造的空间，能够有效实现学生由注重知识向注重能力方向的转变，适用于有一定的专业基础背景知识学生。案例教学的不足主要是相关课程知识不易有效地、系统地进行传授，如何保证学生学习效果考核的客观性存在一定程度的困难等。
而传统教学模式中注重知识系统传授、考核明确客观是其突出的优点，但在培养学生的当前所必备的创新能力方面有一定程度的欠缺。两种教学模式存在一定程度的互补性。如何在有限的课时内既实现知识的系统传授，又实现案例教学的各个过程，有着相当的困难。但在机电一体系统设计课程中，将此两种方式进行有机融合有一定的有利条件：机电一体化系统设计课程通常是安排在机械、机电专业类学生在大学生四年级上半期进行，学生的基础课、专业基础课均已修完，具有一定的专业基础知识。当然，有些学生课程欠帐较多，基础知识较弱，需要教师运用相当的方法去鼓励、激励他们补上欠账并完成新任务，在大四学生心思相对较散的情况下，这是有较大难度的。
2 案例式教学法在“机电一体化系统设计”课程教学的具体实施
2.1 教学案例的选取
机电一体化系统设计强调的是机电专业知识在系统设计中的综合运用，强调设计者站在机电一体化的全局角度去设计和优化机电一体化的系统。同时，也要考虑教学主体学生的理解和接受能力。因而所选择的案例要兼顾知识的综合性、实用性、创新性与系统的复杂程度适中相结合。经考虑，选用便携式插管焊接设备开发作为案例教学的基本案例。
确定此案例作为机电一体化系统设计课程的主讲案例是基于以下几点考虑：插接管道焊接系统的便携化、工作现场化、价格低廉化、操作便利化是插管焊接相关各行业的迫切要求，因而此案例为较强的工程实践背景；此案例在机械结构设计方面，包括控制电机选择、传动机构选择与设计等内容；在电气方面包括基本电路设计、电气元器件选择与搭配，传感器的选择等；在系统设计方面，包括硬件平台的搭建，也包括软件系统的设计，其内容涵盖了机电一体化系统设计的绝大部分内容；难度适中且有一定的基础，先期已通过大学生创业项目“便携式插接管道焊接系统开发”对此案例内容进行研究，从项目完成过程看，学生通过努力可以较好地完成此案例的全部工作。
2.2 教学案例与传统教学具体内容融合步骤
在课堂教学前，要进行如下准备工作：由于机电产品设计方案的提出有其自身的特点，它总是在一定的基础上提出然后不断改进形成的，所以针对每个子案例，教师都要准备一至两套简要技术方案路线来为学生作为参考，使得学生能够按时提出较为合理的技术方案；根据五个子案例内容做好学生的分组工作，共十组，每两组负责一个子案例，对每个子案例给出几种技术可能实现方案，由各组学生在课下完成相关方案选择与细化，并完成相应的辩论预案。 在课堂进行中，一次课堂教学完成一个子案例的教学任务。教师只是负责情景导入及必要的启发工作，由负责此子案例的两组学生自主完成案例完成方案设计、讨论与辩论任务。经试验，课堂上比较合适的安排如下：
（1）设计方案讲述：每次由负责同一个子案例两个小组根据各自预先完成的PPT阐述各自的设计方案，每个小组讲5-10分钟，共需要10-20分钟。
（2）两小组成员相互辩论环节，先就A组方案进行讨论， 由B组同学主要指出其方案的不足，A组同学就本组方案进行辩论，此过程安排15～20分钟。然后按同样方法就B组方案进行讨论，两种方案的讨论共需30～40分钟。
（3）班内其他同学对两种方案评论环节：由班内同学自由发言对两种方案进行评论，最后选择出最优方案或提出其他设计思路，对于各小组方案的不足可提出补救或改进意见。此过程安排20分钟左右。
（4）教师评论启发环节：教师应从以下几个方面对本节案例课程进行总结，首先对两组学生准备方案的态度、由所设计方案和答辩过程中所体现的专业素质进行评价；然后对学生所提出方案的本身优、缺点进行评价，并根据情况对已经提出设计方案改进或补救意见进行?结；最后根据具体情况对学生设计思路进行启发，如可以提出其他设计思路等。
3 两种教学模式下学生的教学效果对比
在两届学生中进行实验，通过学生问卷和试卷成绩测评来比较不同教学模式下的教学效果。分别对两届学生进行调查，统计结果对比如见表1，其中2015届是按传统教学法讲授课程，2016届学生引入案例教学法讲授本课程，同时将课程成绩统计结果也列入表1中。
在表1中：
F1：机械结构优化理论掌握程度（%）
F2：机械结构选择掌握程度（%）
F3：电气元件选择掌握程度（%）
F4：硬件平台选择掌握程度（%）
F5：对软件编程的掌握程度（%）
F6：对于案例与传统教学相结合的满意度（%）
注：对于F1至F5，0%为完全不能掌握，100%为完全掌握。对于F6，0%为完全不能满意，100%为完全满意。
从表1可以看出，学生在对于新的教学模式是比较认可的，且从客观上看，其成绩也有较大的提高，因而此种方式对于专业综合类课程是比较适合的。从学生进行案例各部分的内容制作来看，学生热情很高，同时确实涌现了许多较新想法，其中有些想法已经成功申请了国家专利。通过两届学生的对比教学，可以看出，在“机电一体化系统设计”课程中引入案例教学法能够提高学生对于本课程的学习兴趣，引发学生对机电一体系统设计进行较深入的思考，提高了其对机电一体化系统的创新设计能力。
