胡雪 葛云 张立新 夏博 魏敏

摘  要：基于发现式学习策略的机电一体化研究生课程案例库建设，通过案例简介、技术背景、技术知识点、案例分析、多媒体资源建设、案例总结与讨论等环节，构建专题案例和综合案例。根据案例库的资源梯度，注重将“研、学”统一，行业热点与专业发展相结合，深入开展案例库建设教育教学改革研究，对学生进行专业培养和工程训练，取得较为良好的教学效果，促进学生了解行业发展动态，助力学生构建系统全面知识网络，培养学生严谨的科研思维，提升学生的综合素质。

关键词：发现式学习; 案例库; 实践教学; 机电一体化;研究生

中图分类号：G640      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）17-0009-05

Abstract： Based on the discovery learning strategy， the case base construction of Mechatronics Technology postgraduate course has been established. The case base library contains several special cases and comprehensive cases. The construction of each case includes the process of case introduction， technical background， technical knowledge points， case analysis， multimedia resource construction， case summary and discussion. According to the resource gradient of the case base， the teaching team members pay attention to the relationship of "Research and Learning"， combining with the industry hot spots and professional development. The research on the education and teaching reform of case base construction has been carried out. This project could conduct professional training and engineering training for students， achieve relatively good teaching results， promote students to understand the development trend of the industry， assist students to build a systematic and comprehensive knowledge network， train students' rigorous scientific research thinking， and improve their comprehensive quality.

Keywords： discovery learning strategy; case library; practical teaching; mechatronics; postgraduate

2010年实施“卓越工程师教育培养计划”[1]，2015年5月国务院印发《中国制造2025》推进实施制造强国的战略文件[2]。上述文件的实施，旨在增加“中国制造”国际竞争力，满足人民消费升级的需求。若想我国由工程教育大国迈向工程教育强国，打造具有国际竞争力的制造业，针对机械工程专业硕士研究生的教育教学实践改革已刻不容缓。机电一体化技术课程是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术及信号变换技术等多种技术进行有机融合的综合性课程。该课程的案例库建设教育教学改革有助于培养一批具备创新能力的高质量工程技术人才，具有重要意义。

随着研究生教育教学改革理念的提出，机械类专业课程建设迎来了发展机遇。同时，机械类专业课程建设在教育教学改革道路上也面临不少挑战。如何从理念新颖、结构新颖、模式新颖、质量新颖和体系新颖五大方面建设机电一体化课程，是亟待考虑的问题。案例教学[3]是以相关专业理论为基础，通过改变传统教学模式，基于一个完整的典型案例进行阐述，以引导学生对问题进行思考、分析、解决和讨论，最终具备分析和解决机械工程领域负责工程问题的能力。加强案例教学是强化专业学位研究生实践能力培养、推进教学改革、促进教学与实践有机融合的重要途径，是推动专业学位研究生培养模式改革的重要手段。将案例教学融入机电一体化课程建设中是构建机械工程学科实践教学体系的重要成果。然而案例教学法在教学过程中仍存在一定的问题，其中在机电一体化课程中主要表现在案例库现存资源少、质量差、资源落后等方面。由此可见，建立资源广泛、质量高、资源领先的案例库是推广案例教学在机电一体化课程教学的重要基础。通过案例库的建设，可弥补课程教学过程中实践不足的缺点，有效增强课堂教学的生动性，提高了学生的学习积极性和主动性。机电一体化课程的案例库建设对机械工程硕士研究生教育的转型升级，为我国培养拥有实践能力与创新能力的高水平工程技术人才都有重要的意义。

一  机电一体化课程案例库建设实施路线

针对机电一体化的教学需求，笔者针对当前机电一体化课程案例库建设规划，展开了一系列相关的实践与探索。针对机电一体化技术与应用、机电一体化技术研究生课程，积极开展案例建设的探索和实践。本课程在教学实施过程中以发现式学习策略展开，通过案例简介、技术背景、技术知识点、案例分析、多媒体资源建设、案例总结与讨论等环节，构建多学科交叉的高质量研究生课程体系，进而初步明确了案例建设的基本思路和主要表现形式，具体建设内容和实践路线如图1所示。

在案例库建设和实施过程中，采用发现式教学策略进行教学教育改革和实践。发现式教学策略的理论基础是布鲁纳的认知结构学习理论[4]。布鲁纳认为，教师应当帮助学习者从求知过程中去组织属于自己的知识[5]。因此，求知是自主性的活动过程，而非只是被动地承受前人的研究结果。这里的“发现”不只限于发现人类尚未知晓的事物，也包括学习者的“再发现”。这就意味着，学习者应当充分发挥学习主体的积极性、主动性和主体性。在态度上正确对待“为什么要学”，在策略上实现“怎样学得好”。这样，才可能保持较高的动机水平，持续不断地呈现较好的毅力和成效。发现式学习策略发现式学习是让学习者通过自己亲身经历知识发现的过程来获取知识和发展探究能力的一种学习模式;其所关注的是学习者的探究过程，而非现成的知识。同时，此方法强调教师的任务不是向学习者讲授知识，而是帮助学习者发现活动创造和提供条件。

在教学实践过程中，每个案例建设相互独立，且呈现闭环结构，有效保证学生的接受程度和学习效果。案例建设以行业背景引导革新技术背景，促进学生了解行业发展动态，开阔视野和科研思路;结合多媒体资源建设，优化丰富课程教学资源，提升课程建设效果和建设质量;结合技术知识点的讲授，补充完善课程知识体系，助力学生构建系统全面知识网络，提升学生的学习效果及其对相应知识点的理解;根据案例总结讨论和内容梳理，促进科研思路的形成，培养学生的严谨的科研思维。案例库建设注重将“研、学”统一，行业热点与专业发展相结合，致力于让学生了解机电一体化领域发展全貌和发展动态，提升综合素质。机电一体化课程案例库具体建设思想如图2所示。

二  机电一体化课程案例库建设内容框架

本课程的案例库建设主要分为两大类别，分别为专题案例和综合案例（表1）。在整个机电一体化课程案例库建设体系中，专题案例从多个角度向学生展示机电一体化技术的应用领域;而综合案例则通过一个具有较强专业引领的综合性案例强化学生的专业知识。专题案例涉及能源、汽车、智能焊接、机器人应用、电力及农产品检测等众多领域，其目的在于在有限课时内最大程度拓展学生的视野;综合案例则在对应的专题案例基础上，结合当前最新的产业动向和产品展示，将前期课程内容与现实的技术应用做出整合，进一步强化学生对课程知识的认知与把握。

三  机电一体化课程案例库建设示范

以“棉田智慧管家”——基于物联网的新疆棉田精准灌溉施肥系统设计与应用示范为例，分别介绍该案例的构建方法和应用流程，如图3所示。

（一）  案例构建

本综合案例以新疆的农垦经济作物棉花作为研究对象，运用工业物联网技术服务广大棉农，利用水肥一体化灌溉施肥技术，实现棉花种植的精准管理。本案例主要向学生介绍物联网在棉田农情监测领域的各项应用。结合物联网架构和棉田管理专家库的构建，介绍新疆棉田精准灌溉施肥系统的硬件平台搭建和软件程序设计，帮助学生了解精准灌溉施肥系统的设计方法和设计思路;分析该系统的技术性、功能性和适应性，帮助学生形成知识迁移能力，有助于在后续研究工作中形成严谨科研思路;建设并丰富多媒体案例资源，采用微课、科普视频、动画资源等形式进行精准灌溉施肥系统相关的知识拓展，增强案例的科学性和趣味性;进行案例的总结和讨论，设置开放性问题和探究性问题，提升学生对于精准灌溉施肥系统关键技术的认知能力。

（二）  应用流程

在对研究生开展教学过程中，以棉田精准施肥系统作为教学案例引入，在教学过程中以发现式学习策略为主要教学方法，对学生的思维逻辑和科学素养加以引导启发。发现式教学策略的基本过程是，让学习者通过对具体事例（案例）的归纳来获得一般规律，并以此来解决相关问题。对此，笔者在教学过程中，以“棉田智慧管家”作为引导学生研究精准施肥系统的具体案例导入到教学之中。同时，按照课前完成的学习分组，将棉田精准施肥系统的机电一体化系统结构和工作原理向各小组分配任务，要求各小组通过对案例的研讨，总结梳理出棉田精准施肥的关键技术，进而在后续课程中围绕这些关键技术展开学习研究。在发现式教学策略的引导下，结合棉田精准施肥系统的案例学习，不仅调动了学生对于解决现实问题的使命感和紧迫感，激发他们的学习动机，而且向学生展示了专业技术在现实农业生产上的应用领域和发展前景，开拓了他们的专业视野。具体实施流程如图4所示。

四  机电一体化课程案例库的建设心得

经过几轮教学周期的实践检验，机电一体化课程案例库建设取得了一系列良好的教学反响和建设经验。

（一）  丰富课程资源，为课程建设奠定基础

在现有的课程案例库建设中，我们对机电一体化课程案例资源持续完善，不断改进，不仅实现了数量上的不断递增，而且在案例资源的质量方面也实现不断提升。笔者认为，课程案例库从本质上应当从属于一类教学资源，即为教学的有效开展提供的素材等各种可被利用的条件。通过对课程资源的不断丰富，使得机电一体化课程建设也获得了更加充实的发展条件和支持基础。

（二）  扩展学生视野，为人才培养明确方向

通过汇总产、学、研各领域的专业案例，让学生的专业视野更加开阔，不再拘泥于课程内相对僵化的技术理论和工程原理。这些案例为学生个人在后续学习发展中提供了诸多有益参考，有助于他们明确自己的发展方向。同时，基于学生个人的发展方向，研究生导师也将更加容易明确培养方向。结合学生的学习基础和本科背景，更有助于打造个性化培养方案。进而推动整个研究生培养工作的全面跃升。

（三）  加强学研联系，为行业提质补充动力

如上所述，笔者在机电一体化课程案例库建设中设定了专题案例和综合案例，无论哪种教学案例都紧密联系机、电、能、信等多个行业，这些案例都展示了相关行业的最新发展成果。引导学生学习各种不同的行业案例，首先可以发挥行业案例的产业示范作用，激发学生的专业认同感和进取心。同时，这些案例也更便于吸纳更多优秀的研究生作为相关行业的后续力量，从而为行业提质增效，不断改进补充人才动力。

五  结束语

基于发现式学习策略的机电一体化课程案例库教学实践是现课程教学组织和教学形式的一次多元创新。该教学体系创建了丰富的工程情境，让学生直观认识“理实结合”的重要性，提高其机电产品的设计素养和工程素养。在教学实施过程中，借助各个领域的工程示范案例，开阔了学生专业视野，加强了学研之间的相互联系，为研究生人才培养奠定了较为扎实的教学基础。当然，在整个案例库建设和应用的过程中，还存在很多、亟待改进之处。这些问题留给笔者对于案例库建设更多更深的思考，比如，如何运用现有案例库资源优化教学结构，如何从现有的案例库资源中找到人才培养的更新点和突破口等。今后，笔者将围绕课程案例库建设指导原则，进一步优化资源、提升人才培养的综合素养。

参考文献：

[1] 张安富，刘兴凤.实施“卓越工程师教育培养计划”的思考[J].高等工程教育研究，2010（4）56-59.

[2] 张安富，刘超.“中国制造2025”背景下的新工科构建[J].中国大学教学，2017（9）：21-23，33.

[3] 张家军，靳玉乐.论案例教学的本质与特点[J].中国教育学刊，2004（1）：51-53，65.

[4] 保燕.发现式教学策略的利用[C]//中华教育理论与实践科研论文成果选编（第2卷）.云南省宣威市来宾镇第三中学，2010：1.

[5] 窦瑞芬.教师是课堂教学过程的组织引导者[J].现代教育科学（教学研究），2012（4）：70.

基金项目：2023年兵团高校研究生课程思政示范课程建设项目“《机电一体化技术》”（兵教办发[2023]5号）;2023年度新疆维吾尔自治区第一批“天山英才”教育教学名师培养计划项目（新教函[2023]270号）;2022年度教育部产学合作协同育人项目“‘源-网-荷-储能源互联综合实验平台”（221004422130722）;石河子大学研究生课程建设和案例库建设项目“机电一体化技术课程案例库建设”（2022Y-AL04）;石河子大学研究生教育教学改革研究项目“基于课程思政的机械工程硕士课程建设与创新能力培养研究”（2022Y-JGYJ03）;石河子大学研究生课程思政示范课程建设项目“《机电一体化技术及应用》”（2022Y-KCSZ02）

第一作者简介：胡雪（1988-），女，汉族，新疆石河子人，工学博士，副教授。研究方向为机电一体化技术，新能源装备制造及自动化。

*通信作者：葛云（1974-），女，汉族，河南汝颖人，工学博士，教授。研究方向为机械制造工艺、先进制造技术、农业机械计算机仿真分析与优化设计。