“机械工程控制基础”课程的创客教育改革探索

“机械工程控制基础”课程的创客教育改革探索
作者：连海山弓满锋夏小群陈小军莫德云
来源：《教育教学论坛》2021年第33期
[摘要] 创客课程要求学生能够综合运用各个学科的基础知识与基础技能，因而创客课程更多地呈现出“工程类综合实践活动课程”的属性，并秉持不同于传统的“分科课程”的獨特课程理念。

教学改革围绕创客教育理念，以“机械工程控制基础”课程档案优化建设为目的，针对该课程考核方式单一、教学师资方面理念不够新颖、实验室设置老旧等问题，通过创新课程管理
建设、改革课程教学模式与方法、搭建以3D打印实验为核心的创客实验平台，建设出一套实践教学环节开放化，课程教学资源更高效，符合创客教育要求的地方高校“机械工程控制基础”课程体系，该体系还可为机电控制类课程群、机械设计制造类课程群的建设提供借鉴。

[关键词] 创客课程;课程体系;机械工程控制基础;教学改革
[基金项目] 2018年度广东省高等教育教学改革项目“基于创客教育理念指导下‘机械工程控制基础’课程教学研究和改革实践”（377）;2018年度岭南师范学院校级教育教学改革项目-面上项目“基于创客教育理念指导下‘机械工程控制基础’课程教学研究和改革实践”
（LSJG1846）;2019年度广东省高等教育教学改革项目“面向工程创新能力培养的‘Creo教程’教学改革与实践”（382）
[作者简介] 连海山（1984—），男，江西吉安人，博士，岭南师范学院机电工程学院副教授，主要从事微细特种加工工艺与装备开发和3D打印技术研究;弓满锋（1973—），男，陕西宝鸡人，博士后，岭南师范学院机电工程学院教授，博士生导师，主要从事硬质合金刀具制备及其性能表征、硬质涂层制备及其性能表征研究;莫德云（1986—），男，广东茂名人，博士，岭南师范学院机电工程学院实验师（通信作者），主要从事高速加工设备的关键部件优化和深度学习研究。

[中图分类号] G420 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2021）33-0093-04 [收稿日期] 2021-04-24
一、引言
现代知识生产方式是从人类生产生活中遇到的实际问题出发，具有显著的跨学科、非线性特征。

创客的创造过程正是符合这样的认知特征，要求学生综合运用多学科的知识经验来解决问题。

由此可见，创客课程的这种认知模式还原了现代知识生产的本来状态，与现行学科制课程编制模式互为补充，并体现出“学以致用”的特征[1，2]。

岭南师范学院机电专业创办于1994年，至今已有27年的办学历史，是华南地区最早开设职业技术教育的本科院校，多年来坚持面向广东省职业技术教育、省内制造业的办学定位，着力为广东省输送职业技术教育所需的“三证书”（本科毕业证书、职业资格证书、教师资格证书）“双师型”师资和企业所需的“双证书”（本科毕业证书、职业资格证书）技术骨干[3]。

本次教学研究就是从岭南师范学院机电专业的特点出发，以创客教育理念为指导，以面向粤西地区的地方应用型人才为培养目标，进一步完善“机械工程控制基础”课程建设，为完善专业培养体系做贡献，为基础课程群建设做准备，使“机械工程控制基础”课程的教学方案符合创客的培养标准，培养拥有创新创造能力的应用型本科人才。

二、“机械工程控制基础”课程存在的问题与对策
目前传统的“机械工程控制基础”课程教学存在以下问题。

1.考核方式单一。

传统的考核方式以期末成绩为主、平时成绩为辅，这样的考核方式既忽视了对学生运用知识和创新知识能力的检验，又忽视了学生的真正实践能力和创造力，只是为了考试而考试，对真正有创新能力的学生，缺乏有效的检验手段和评分机制，这种考核机制严重打击了学生的积极性，不能激发学生的学习热情[4]。

2.教学师资的理念不够新颖。

岭南师范学院近年来坚持引进高层次人才，使得本课程的师资队伍学历与专业结构趋于合理，但是没有明确的专业方向，缺乏学科建设与发展规划指导，所有教师都集中在课程教学上，没有专业方向的深入，不能满足学生课外实验设计、参加科技竞赛与创新研究指导的需求，在一定程度上阻碍了开放创新研究，也限制了教师与学生的专业发展。

3.实验室设置老旧。

目前机械工程控制基础实验室的建设远远落后于创客教育改革与学生创客教育的需求，缺少应有的创客氛围，大部分的实验教学项目只能分组进行，相当一部分实验内容只停留在理论讲授和多媒体演示上，没有足够多的供学生自主设计与制作、开展科技竞赛与创新研究的开放实验室与相应的实习实验平台。

针对上述问题，基于创客教育理念对“机械工程控制基础”的课程改革从课程教学与实验教学两方面实施。

在课程教学方面，以课程知识点为基础，以生活实际为题材，用3D打印技术融合单片机技术、电工电子等相关课程知识，制作课程教具，使学生直观地感受到抽象理论的具体化与实用化。

在实验教学方面，改变以往固定式的实验教学方式，以创客理念为指导，采用开放式实验教学;从生活实际出发，学生可以自行设计实验内容，综合利用3D打印机技术与“机械工程控制基础”等相关课程知识制作实物作品，既可以激发学生的创造性思维与兴趣，又可以达到学以致用的目的。

三、“机械工程控制基础”课程改革目标与实施
（一）课程改革目标
本次教学改革从教学团队建设、实践教学环节、教学管理三方面着手，尝试对“机械工程控制基础”课程实施课程教学研究和改革实践，其目的是以创客教育理念为指导，以面向粤西地区的地方应用型人才为培养目标，进一步完善“机械工程控制基础”课程建设，为完善专业培养体系做贡献，为基础课程群建设做准备，进一步实现“双师型”师资队伍建设，提高教师的素养，优化教师团队结构配比;在创客理念的指导下更新实验教学内容和模式，建设具备创客教育的实践教学平台;制定教学过程管理方案，构建有利于学生全面发展的相辅相成的管理制度和评价体系。

（二）课程实施方案
围绕上述改革目标，为了建立合理的教学团队，丰富有效的教学资源、新颖而生动的教学方法、实用的实践教学环节、先进的教学管理方案，具体实施计划如下。

1.教学团队方面。

鼓励任课教师学习3D打印技术，开展3D打印相关技术的研究，为创客教育奠定基础，鼓励青年教师下企业参加技能培训，提高理论与实践的结合水平。

选派优秀的青年教师出国深造，开阔视野，引入先进的教学理念。

提倡教师同时担任电工电子、单片机等课程的教学任务，在增强课程教学内容融合的同时，丰富教学团队的知识结构[5]。

2.实践教学环节。

增加实践教学的比重，改善实验教学条件，改革实验教学内容，增加综合性、设计性实验，倡导自选性、协作性实验，鼓励学生在实验中创新，强调实践和自主，强化学生的创新性思维，促进科研與教学互动，鼓励教师及时把科研成果、竞赛项目转化为教学内容，培养学生发现与解决实际问题的能力。

加强校企合作，建设联合实验室、实习实训基地和实践教学共享平台的建设。

3.教学管理改革。

强调“机械工程控制基础”课程档案优化建设的重要性，鼓励教师在课程建设中对教学管理方案进行探索实验，对每种实验结果采取集体评价的方式，选择表现优秀的方案推广应用。

优化学生的课程评价结构，弱化期末成绩的权重，提高学生实践应用能力、创新能力的考核权重，对涉及控制理论相关竞赛获奖的学生进行加分。

四、改革成果
改革实施以来，教学团队积极引进博士和年轻教师加入“机械工程控制基础”课程教学团队，包括本文作者在内的多位团队教师积极把握培训机会，取得了英国林肯大学学习无人驾驶技术、考取高级技师资格、考取在职博士研究生等优异成绩。

为建设具备创客教育的实践教学平台，岭南师范学院机电工程学院与湛江市特维电子科技有限公司在产、学、研等方面实现了深度合作。

同时，双方共建了3D打印技术基地，互派技术人才实现了人力资源的共享。

图1为岭师—特维3D打印创新工作室，该实验室由岭南师范学院机电工程学院提供场地，特维公司负责投资建设而成，实验室内配备的是岭师—特维自主研发的3D打印机，如图2所示。

3D打印设备是本课程围绕创客教育理念进行改革探索过程中的核心硬件设备，能够实现作品的快速实物化，是制作课程教具和开放性实验实施的硬件基础。

该实验室的建成为控制类相关课程群（如单片机原理与技术、C语言程序设计、液压与气压传动等）开展创客教育改革与学生创客教育提供了硬件保障。

以创客教育理念为指导，优化学生的课程评价结构，弱化期末成绩的权重，提高学生实践应用能力、创新能力的考核权重。

调整后发现，学生自主开展自选性、协作性实验的积极性有了大幅提升，以下为学生利用课程所学到的PID算法，结合单片机技术、C语言、CAD、电工电子等前期基础，自主开展实验设计，并利用3D打印平台创作的作品（见图3、图4）。

图3、图4中的两款作品，单片机能根据设定好的PID算法，根据环境的变化，自动调节风扇的转速、浇水量，让温度和保水量控制在恒定范围内。

此外，优秀作品还有：能实现自动间歇性脉冲加热，并在加热的同时进行搅拌的温控牛奶搅拌机;能从三轴陀螺仪和三轴加速度传感器获取数据，计算出倾斜角，通过PID算法控制电机，实现时刻保持平衡位置的“云台”系统;等等。

五、结语
本次改革是以创客教育理念为指导，以“机械工程控制基础”课程建设为中心，融合专业的核心课程知识，制作课程教学教具，建设课程教育资源平台，鼓励课程教育新方法和课程管理新方案的探索。

将创客教育与实践教学相融合，一方面增强了教学团队的整体水平，促进了以3D打印为核心的创客实验室建设;另一方面从生活实际出发，以知识应用能力和创新能力提高为目标，改变课程教学方法，提高课程教学效果，强化学生的创新思维。

本次改革的成果也将为机电类专业人才培养方案改革添砖加瓦，为机电控制类课程群、机械设计制造类课程群的建设打下坚实的基础。

参考文献
[1]王雪，王建虎，王群利.高校大学生创客教育研究热点及其趋势[J].科技创新与生产力，2020（11）：27-32.
[2]郭艳婕，王诗彬，杨立娟，等.机械工程控制基础的多层次实验教学体系改革[J].实验室研究与探索，2020，39（7）：197-202.
[3]莫德云，弓满锋，莫远东.机电技术教育专业实训车间的安全生产改造与规范化管理升级——以岭南师范学院为例[J].岭南师范学院学报，2018，39（6）：67-72.
[4]王丽丽，陈庆光，张鑫，等.基于OBE模式的“机械工程控制基础”课程教学改革研究[J].教育教学论坛，2019（34）：100-102.
[5]魏立成.3D打印技术在创客实践教学环节中的应用[J].教育信息化论坛，2019，3（10）：52.
Exploration on Maker Education Reform of “Fundamentals of Mechanical Engineering Control” Courses： Taking Lingnan Normal University as an Example
LIAN Hai-shan， GONG Man-feng， XIA Xiao-qun， CHEN Xiao-jun， MO De-yun
（School of Mechanical and Electronic Engineering， Lingnan Normal University，Zhanjiang， Guangdong 524048， China）
Abstract： Maker courses require students to comprehensively use the basic knowledge and basic skills of various disciplines. Therefore， the Maker courses show more of the attributes of “engineering comprehensive practical activity courses”， and uphold the unique characteristics that are different from the traditional “subject courses”. The teaching reform focuses on the concept of Maker education and aims to optimize the construction of the course archives of “fundamentals of mechanical engineering control”. In view o f the problems such as the single assessment method of the course， the teachers traditional teaching concepts， and the old laboratory setting， a set of open practical teaching links and more productive course teaching resources are built through innovating the construction of course management， reforming the course teaching mode and methods， and building a Maker experimental platform with 3D printing experiment as the core. The course system of “fundamentals of mechanical engineering control” in local colle ges and universities that meets the requirements of Maker education can also provide a reference for the construction of electromechanical control course groups and mechanical design and manufacturing course groups.
Key words： Maker course; curriculum structure; fundamentals of mechanical engineering control; teaching reform。