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案例教学的解构和重构
摘 要：很多学生在学校期间一直不是很清楚自己所学的专业到底是干什么的,甚至在临近毕业时也不知道所学的知识能应用到哪些方面.如何让学生认识自己的专业,并且将他们所学到的知识融合起来而不再是单独的某一门课,这是一个在教学中时刻困扰教师的问题.本文以机电一体化专业为例,就如何构建一个覆盖关键课程的总体综合案例,通过教师引导学生对此案例进行讨论、分析,让理出一套适合自己的应对问题的方法,从而提高学生解决实际问题的能力,并让学生能够系统地了解专业知识进行了分析探讨.
关键词：案例教学 教学改革 解构与重构
一、案例的寻找
寻找一个合适的案例是至关重要的,应遵循四个标准：一是案例具有现实性和可操作性；二是案例内容涵盖本领域在实际工作中可能遇到的各种典型问题；三是案例涉及的是实际工作中的重大问题；四是案例选择应注重实践性.通过走访企业,了解企业的需求,对照本专业的特征,同时要考虑学校教学的资源,能够实施案例的大部分内容,以机电专业的现有设备和教学计划为本,寻找适合教学的、易于学生接受的案例.
几经调研后,决定以南通中集的门梁自动化生产线为蓝本,构建适合机电专业的《冲压自动化生产线》案例.门梁生产线系统由垛料转移部分、1#冲床部分、翻转部分和2#冲床部分组成.门横梁主要由三次冲压工序组成,而底梁生产也是由三次冲压工序组成,同时由于与门横梁相配对,因此在工艺上需要对原料上下颠倒,考虑到在一条生产线上进行生产,在第一次冲压完成后增加一道翻转的环节.另外,从生产效率角度出发,除满足门横梁、底短梁两种产品的生产任务外,还要完成鹅颈小梁产品的生产,鹅颈小梁生产比较简单,只要完成一次冲压即可.因此系统有三种工作模式,见下图.
这套系统中,采用了滚轮传送方式,这部分使用了三相异步电动机,在翻转部分使用了变频器加直流电动机的结构,在推送、夹紧部分使用了汽缸,在上料部分还使用了液压平台,传感器大多数使用了光电传感器配合自动夹具中的机械式行程开关,整体控制使用了PLC加上触摸屏组态方式.这些机械在学院的实验室都能找到与之相对应的实验器材,便于教学.所涉及的知识点大部分在专业课程中都有讲授,需要补充的内容较少.同时机电专业实验室中的现有设备能够模仿这套系统的部分功能,并且可以变化拓展,利于最终实现将子案例重构的教学目标.
可以看到,这个案例在机电专业目前的条件下利于实施,对原有的教学计划影响不大,不至于彻底打破整个原有构架,能够较快地实践,也比较符合本专业学生的水平.因此,最终确定这套方案成为教改的案例.
二、案例的解构
一个大型的案例涉及的课程非常多,没有办法在一个时间段中将所有内容讲授出来.同时学校也是以课程为单元进行教学的,因此如何将案例解构、分解到相关课程中成为了教学过程的首要问题.
1.案例的观察
现在的学生缺少实际生产的体验,在课堂上通过视频、动画等多媒体教学手段都不能让他们真正认识到实际生产过程,而且很多企业由于技术保密等原因禁止生产现场摄像拍照,所以组织学生去企业现场参观是最佳的观察案例的手段.
对于机电专业综合案例,参观的时间点最好安排在学生公共基础课基本完成后、专业技术基础课程开始教授的时候,也就第二学期.教师带领学生去企业参观,由企业工程师介绍产品加工的要求以及生产线的构造、技术指标等内容.回校后,教师组织学生进行案例讨论,让学生对案例有前期感性认识.同时,教师也在参观、讨论过程中构思这些知识点如何在课程教学中实现.
2.案例的解构
案例确定之后,需要在现有的教学计划之下,将总体案例分解到各门相关的课程中,成为课程中的子案例.对照机电专业30余门的专业基础课、专业课从中选择13门课进行案例教学实践,将总体案例细化到各门课上,各课程在授课过程中的相关章节以冲压自动化生产的局部子案例进行授课,见下表.
从上表中可以看到,有些课程的知识点虽然没有在实际案例中出现,但通过替换也可以使用此案例,如工业机器人基础课程中,可引入用关节型机器人替代案例中的翻转机构实现翻转功能.
3.案例教学在课程教学中的实施
具体到各个课程中,教学目标由原来的重原理性讲解转变为对案例分析、讨论和实现.以液压传动与气动技术课程为例,总共28个课时,在原来的教学过程中讲授完液压的内容后课时就所剩无几了,气动部分往往简介一下就过去了.在引入案例后,解构为液压平台和气动夹具两个子案例,减少了原来的结构和工作原理内容的教学,从实施角度出发,重点教授、讨论实现液压平台要考虑的因素、气动夹具中完成不同动作要求所需要的汽缸类型、汽缸如何配合机械运动等内容,从原来重原理的理论教学变成重实现的应用教学.而在具体教学实施层面,需要做到三个方面的内容.
首先要有从充分的课前准备.事先发放子案例的相关材料,布置讨论要求,说明相关理论知识和需要解决的主要问题,要求学生在课前阅读相关资料和文献.每组学生也要在课前进行前期讨论,拟定各组关注的重点问题.
其次要有多种形式的课堂教学.教师运用多媒体手段回顾子案例,介绍基本情况及要求.学生通过小组讨论形式,形成本组的主要观点、技术重点、实现方式等,并由小组代表在全班讨论时发言.全班讨论阶段,教师主持,全班同学参与,每组代表简明扼要地阐述本组的观点.在这个过程中可以有问答互动环节,师生共同参与.教师要做知识的梳理,讲解本案例所覆盖的理论知识点及应用要求.
最后要有严谨的点评考核.在完成对案例分析和讨论的基础上,教师对案例教学的情况进行点评,点评包含如下内容：态度评价,对学生参与教学案例学习、分析和讨论的情况做出评价,包括投入程度、认真状态、合作情况等；观点（方案）评析,对学生在教学案例讨论中提出的观点（方案）进行评析,指出合理性或改进方向；延展评价,对案例教学中引发的问题做出简要描述和展望,引导学生深入学习.
同时,机电一体化专业设置中包含着四个方向：机电设备维修与调试、数控机床加工操作与维护、零件加工工艺编制及夹具设计、自动线安装与调试.在这个案例中也可以进行不同侧重点的案例式教学,如偏向机电设备维修和自动线安装调试的,侧重于PLC、单片机控制、传感器、机电设计等课程,如工艺及夹具则可对系统中的自动夹具进行重点分析,也就是这个案例在教学过程中可以根据不同的目标方向进行有效的调整.
三、案例的重构
案例的重构是要求学生在学业结束前将综合案例还原出来,这个阶段安排在机电专业技能综合训练课程中.
首先由教师回顾冲压自动化生产线案例,讲解功能实现、工作流程等,然后将按照学生的兴趣、特长分成若干组,至少每个部分一组,甚至同一部分采用不同的实现方法的可以多分几组.然后学生讨论重构方案,这对自己所负责的部分进行控制流程、机构实现的讨论,教师在学生提交方案后与学生讨论实施的合理性.之后各组学生再细化分配任务,回顾相关课程中教师子案例的教学内容,各自完成的细化后的实施项目.这些内容可以通过学校现有的设备具体实现出来.遇到因条件所限无法实现内容,教师参与其中引导学生采用别的方案.可以看到,在教学中突显了过程的生成性,强调了学生的主体性,同时也促进教师角色转变,提高专业化水平.
案例重构过程的教学与各课程的子案例教学相似,重点在遵从学生的想法去重构不同的结构形式（方案）实现案例的功能,在讨论基础上更有具体的实施.这样的教学,师生间的互动、学生间的互动变得很频繁,同时学生在重构过程中需要相互配合、相互协商,进一步培养了学生的团队协作能力.这样通过案例的重构,也为学生的毕业设计提供了良好的素材.
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