曾元靜 吳京秋 李佩娟
(南京工程學(xué)院 工業(yè)中心, 南京 211167)
新工科的內(nèi)涵是以立德樹(shù)人為引領(lǐng),以應(yīng)對(duì)變化、塑造未來(lái)為建設(shè)理念,以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑,培養(yǎng)未來(lái)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才,具有戰(zhàn)略型、創(chuàng)新性、系統(tǒng)化、開(kāi)放式的特征[1]。在培養(yǎng)卓越工程人才的過(guò)程中,實(shí)踐育人所發(fā)揮的作用是巨大的。面對(duì)新工科的新要求及新工科人才培養(yǎng)新模式,高校需要對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)模式進(jìn)行調(diào)整,不斷提高人才培養(yǎng)工作的針對(duì)性和有效性[2-3]。應(yīng)用型本科高校實(shí)踐教學(xué)受實(shí)踐基地、實(shí)驗(yàn)條件、教學(xué)資源和組織管理等條件限制,主要采用“課程實(shí)驗(yàn)+課程設(shè)計(jì)”和“企業(yè)實(shí)習(xí)”相結(jié)合的模式,存在理論知識(shí)與工程實(shí)踐脫節(jié)、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容(尤其是工具軟件等)和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求脫節(jié)、實(shí)踐過(guò)程流于形式、學(xué)習(xí)成效評(píng)價(jià)不明確、實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量難以保證等問(wèn)題。文獻(xiàn)[4]探索“學(xué)科交叉、產(chǎn)教融合”工程能力培養(yǎng)模式,打破校企隔閡瓶頸,打造“開(kāi)放、合作、協(xié)同、融合、創(chuàng)新”的工程教育新模式。文獻(xiàn)[5]從工程活動(dòng)的復(fù)雜性和高等教育改革兩個(gè)角度,探討開(kāi)展跨學(xué)科教育的必要性。課程團(tuán)隊(duì)依托學(xué)校豐富的校企共建資源,產(chǎn)教融合,協(xié)同發(fā)展,提煉整合專(zhuān)業(yè)核心知識(shí)體系和自動(dòng)化領(lǐng)域主流軟硬件技術(shù),創(chuàng)建了一門(mén)工程性強(qiáng)、學(xué)科交叉、專(zhuān)業(yè)特色鮮明的綜合實(shí)訓(xùn)課程。
為適應(yīng)“新工科”人才培養(yǎng)要求,結(jié)合應(yīng)用型本科院校的辦學(xué)定位和學(xué)生就業(yè)崗位的需求,課程創(chuàng)建協(xié)作式工程實(shí)踐環(huán)境,以系列化工程項(xiàng)目為載體,構(gòu)建逐層遞進(jìn)的實(shí)訓(xùn)模式,引導(dǎo)學(xué)生深入理解自動(dòng)化控制理論,掌握自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試方法,極大地拓展了學(xué)生專(zhuān)業(yè)技術(shù)應(yīng)用能力、工程實(shí)踐創(chuàng)新能力和解決復(fù)雜問(wèn)題的能力,以及創(chuàng)新思維與團(tuán)隊(duì)溝通協(xié)作等綜合素養(yǎng)。同時(shí),課程強(qiáng)調(diào)情感維度和價(jià)值觀對(duì)技術(shù)問(wèn)題求解的影響,探索思政元素與工程能力融合,促進(jìn)學(xué)生良性持續(xù)迭代發(fā)展。
協(xié)作式工程實(shí)踐環(huán)境包含校企共建教學(xué)平臺(tái)、產(chǎn)教融合的指導(dǎo)模式、教師團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)和學(xué)生分組協(xié)作等硬件和軟件環(huán)境。
1)平臺(tái)共建,產(chǎn)教融合
不斷拓展校企合作,共建校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)資源和校外實(shí)踐教育基地。與西門(mén)子、三菱、GE、歐辰、臺(tái)達(dá)等國(guó)際知名自動(dòng)化企業(yè)共建多個(gè)綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái),如表1所示。企業(yè)不僅參與實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)建設(shè),教學(xué)過(guò)程中企業(yè)專(zhuān)家還深度參與現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)和項(xiàng)目答辯,學(xué)生亦有機(jī)會(huì)到企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行參觀和學(xué)習(xí),形成產(chǎn)教深度融合的實(shí)踐環(huán)境。
表1 綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)
2)團(tuán)隊(duì)指導(dǎo),分組協(xié)作
鑒于課程專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、涉及知識(shí)面廣,指導(dǎo)老師由相關(guān)專(zhuān)業(yè)老師、工程經(jīng)驗(yàn)豐富的實(shí)驗(yàn)老師和企業(yè)專(zhuān)家等共同組成導(dǎo)師團(tuán)隊(duì),每個(gè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)由4~5名導(dǎo)師共同指導(dǎo),多元化的師資團(tuán)隊(duì),校企交叉,優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中,分組協(xié)作,每小組由4~6名學(xué)生組成。要求小組成員團(tuán)隊(duì)合作,角色分工完成每階段的任務(wù),不同的階段和項(xiàng)目設(shè)計(jì)中,角色可交叉進(jìn)行;根據(jù)具體任務(wù)的復(fù)雜度,可單獨(dú)完成任務(wù),也可合作完成。小組長(zhǎng)作為團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)者,協(xié)調(diào)任務(wù)分配,掌控項(xiàng)目進(jìn)度,確保每位學(xué)生都能按項(xiàng)目流程完成不同角色的分工和任務(wù)。小組成員協(xié)作學(xué)習(xí)、互相指導(dǎo)和經(jīng)驗(yàn)分享,不僅加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)溝通,而且提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。
課程以系列工程項(xiàng)目為載體,融合機(jī)械、電氣、儀表、液壓、氣動(dòng)等多領(lǐng)域知識(shí),涵蓋過(guò)程控制、運(yùn)動(dòng)控制、工業(yè)機(jī)器人工作站、智能制造生產(chǎn)線等典型應(yīng)用系統(tǒng),包括低壓電器、PLC、變頻器、人機(jī)界面、組態(tài)監(jiān)控、伺服系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)機(jī)器人、MPS生產(chǎn)線等,如表2所示。課程團(tuán)隊(duì)通過(guò)與企業(yè)進(jìn)行充分的溝通,引入生產(chǎn)過(guò)程中真實(shí)案例,并根據(jù)學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)、平臺(tái)需求等進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)。每個(gè)項(xiàng)目集原理分析、技能訓(xùn)練、技術(shù)應(yīng)用、系統(tǒng)集成為一體,將自動(dòng)化控制領(lǐng)域的常用設(shè)備、技術(shù)集成運(yùn)用。
表2 實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目案例
結(jié)合課程知識(shí)體系和實(shí)訓(xùn)目標(biāo),以工程項(xiàng)目案例為載體,采用“四階段+五維度”逐層遞進(jìn)實(shí)訓(xùn)模式,如圖1所示。從第一階段PLC、變頻器在速度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用,到第二階段人機(jī)界面和組態(tài)在過(guò)程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用,再到第三階段伺服系統(tǒng)應(yīng)用于位置隨動(dòng)控制系統(tǒng),最后到MPS自動(dòng)化生產(chǎn)線的設(shè)計(jì),教學(xué)任務(wù)由淺入深、由點(diǎn)到面、由簡(jiǎn)單應(yīng)用到復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)逐層遞進(jìn),形成從認(rèn)識(shí)、操作到綜合創(chuàng)新逐層深入的實(shí)踐教學(xué)特色。
學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中,從任務(wù)需求分析、軟硬件系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)、系統(tǒng)安裝到調(diào)試運(yùn)行,均按照實(shí)際工程項(xiàng)目流程進(jìn)行,從工程設(shè)計(jì)、工程操作、系統(tǒng)思維、工程溝通和項(xiàng)目管理五個(gè)維度進(jìn)行工程實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
圖1 “四階段+五維度”逐層遞進(jìn)實(shí)訓(xùn)模式
為落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù),探究如何在教育實(shí)踐中將工科專(zhuān)業(yè)課程建設(shè)與思想政治工作有效結(jié)合[6-7],教學(xué)團(tuán)隊(duì)深度挖掘思政元素,并將其有機(jī)融入到實(shí)踐教學(xué)的各個(gè)階段,如表3所示,從安全意識(shí)、系統(tǒng)思維、學(xué)以致用、工程思維、工匠精神、法律意識(shí)、團(tuán)結(jié)合作、交流思辨、反思總結(jié)等方面進(jìn)行思政切入,講述工程背景故事及蘊(yùn)含的思想價(jià)值和精神內(nèi)涵,并無(wú)縫融入,形成思政案例。以潤(rùn)物無(wú)聲的方式培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立正確的科學(xué)觀、責(zé)任感和工匠精神,培養(yǎng)有家國(guó)情懷、有職業(yè)素養(yǎng)、有責(zé)任擔(dān)當(dāng),具備勇于探索的創(chuàng)新精神和團(tuán)結(jié)協(xié)作精神的卓越工程科技人才。
表3 課程思政元素分析
為提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果,文獻(xiàn)[8]研究如何將MOOC資源與翻轉(zhuǎn)課堂有機(jī)結(jié)合提升課堂教學(xué)質(zhì)量;文獻(xiàn)[9]基于Moodle平臺(tái)和混合教學(xué)理念構(gòu)建了混合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式?!白詣?dòng)化系統(tǒng)集成綜合設(shè)計(jì)與訓(xùn)練”課程充分借鑒已有相關(guān)教學(xué)改革與實(shí)踐的成果,基于MOOC線上平臺(tái),線下翻轉(zhuǎn)課堂分組協(xié)作,以學(xué)生為中心、教師為引導(dǎo),著力提升學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。
“自動(dòng)化系統(tǒng)集成綜合設(shè)計(jì)與訓(xùn)練”于2019年秋季學(xué)期在中國(guó)大學(xué)MOOC在線開(kāi)放課程平臺(tái)發(fā)布課程,到目前為止開(kāi)課4期,選課人數(shù)超過(guò)4000。教學(xué)團(tuán)隊(duì)持續(xù)開(kāi)發(fā)課程資源,豐富教學(xué)視頻,增加非視頻資源,擴(kuò)充測(cè)試題庫(kù),目前共錄制發(fā)布教學(xué)視頻24個(gè),總時(shí)長(zhǎng)約465 min;教案文檔25個(gè),習(xí)題若干。教學(xué)團(tuán)隊(duì)關(guān)注自動(dòng)化前沿技術(shù),課程內(nèi)容跟蹤行業(yè)新技術(shù)的發(fā)展并持續(xù)更新,包括每階段項(xiàng)目相關(guān)知識(shí)點(diǎn)、硬件及軟件技術(shù),重點(diǎn)難點(diǎn)技術(shù)微視頻等。
MOOC教學(xué)平臺(tái)拓展了學(xué)生學(xué)習(xí)的空間,彌補(bǔ)了課內(nèi)學(xué)時(shí)不足的問(wèn)題,便于學(xué)生自由在線觀看視頻、瀏覽文檔、討論交流、在線測(cè)試和完成線上作業(yè),促進(jìn)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、獨(dú)立思考能力,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力,挖掘?qū)W生潛能。
基于MOOC教學(xué)平臺(tái),建立了線上線下混合教學(xué)模式,如圖2所示。
圖2 基于MOOC的線上線下混合式教學(xué)模式
學(xué)生通過(guò)課前線上自主性學(xué)習(xí)、線下課堂翻轉(zhuǎn)、學(xué)生分組協(xié)作學(xué)習(xí)、教師指導(dǎo)學(xué)習(xí),以及課后線上線下的交流互動(dòng),總結(jié)歸納,完成四個(gè)階段的項(xiàng)目設(shè)計(jì)、安裝接線、編程調(diào)試、故障排查、系統(tǒng)運(yùn)行等任務(wù),輔以線上測(cè)驗(yàn)、研討交流,線下項(xiàng)目答辯、撰寫(xiě)報(bào)告等,每個(gè)階段周期為2~3周,整個(gè)綜合實(shí)訓(xùn)的周期為10周。
1)課前準(zhǔn)備,自主學(xué)習(xí)
課前準(zhǔn)備環(huán)節(jié),教師提前發(fā)布教學(xué)視頻、階段項(xiàng)目需求;學(xué)生組建團(tuán)隊(duì)在MOOC平臺(tái)上自主學(xué)習(xí)教學(xué)視頻,查詢(xún)學(xué)習(xí)項(xiàng)目相關(guān)文檔資料。教師和學(xué)生利用線上平臺(tái)開(kāi)展互動(dòng)交流,如發(fā)布主題討論、闖關(guān)式測(cè)試等,深度研討解決技術(shù)難題,形成良好的互動(dòng)學(xué)習(xí)氛圍,提高學(xué)習(xí)動(dòng)力和效率。教師在線跟蹤和調(diào)查學(xué)生的視頻學(xué)習(xí)、討論回復(fù)、在線測(cè)試等學(xué)情,不僅掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)、對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握情況,同時(shí)收集和分析學(xué)生自主學(xué)習(xí)過(guò)程中的問(wèn)題,及時(shí)更新授課內(nèi)容,拓展具有創(chuàng)新和富有挑戰(zhàn)的項(xiàng)目,以便更好地開(kāi)展線下課堂實(shí)踐活動(dòng)。
2)翻轉(zhuǎn)課堂,分組協(xié)作
線下課堂實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂,以學(xué)生為中心,學(xué)生實(shí)踐為主,教師講授、指導(dǎo)為輔。教師根據(jù)學(xué)生課前準(zhǔn)備情況,對(duì)重點(diǎn)難點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行講解和分析,針對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行需求分析并引導(dǎo)任務(wù);學(xué)生以小組為單位,小組長(zhǎng)為核心進(jìn)行組織協(xié)調(diào)、任務(wù)分工、進(jìn)度控制,小組成員分工合作,協(xié)作完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)。
根據(jù)課程內(nèi)容,每個(gè)階段設(shè)計(jì)3~4個(gè)項(xiàng)目,項(xiàng)目難度逐漸提升,環(huán)環(huán)相扣,最終形成一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。每個(gè)項(xiàng)目均經(jīng)歷需求分析、方案設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、安裝接線、系統(tǒng)調(diào)試、系統(tǒng)運(yùn)行、項(xiàng)目答辯、實(shí)踐報(bào)告等環(huán)節(jié)。小組成員根據(jù)具體任務(wù)的復(fù)雜度,單獨(dú)完成或協(xié)作完成,如在需求分析和方案設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),需要小組共同討論;對(duì)于硬件原理圖設(shè)計(jì)或軟件程序設(shè)計(jì)則可單獨(dú)完成;安裝接線、調(diào)試等可由兩名學(xué)生協(xié)作完成等。
在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中,學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作學(xué)習(xí),將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì),遇到問(wèn)題共同研究探討,或借鑒其它小組經(jīng)驗(yàn),或與老師單獨(dú)探討;在探討和解決問(wèn)題的過(guò)程中,不斷體會(huì)、訓(xùn)練、領(lǐng)悟和反思。教師跟進(jìn)學(xué)生的項(xiàng)目進(jìn)展,對(duì)重要設(shè)備進(jìn)行操作示范,對(duì)于個(gè)性問(wèn)題及時(shí)答疑,共性問(wèn)題統(tǒng)一講解演示和示范。教師在答疑過(guò)程中,針對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行深層次引導(dǎo),促使學(xué)生不斷探索,突破常規(guī)思維,進(jìn)行任務(wù)拓展和創(chuàng)新。一個(gè)階段結(jié)束后,通過(guò)項(xiàng)目驗(yàn)收、答辯等過(guò)程性考核,教師進(jìn)行階段性總結(jié)、評(píng)價(jià)和反饋,并在下一個(gè)階段的項(xiàng)目設(shè)計(jì)中進(jìn)行改善和提高。
實(shí)訓(xùn)課堂經(jīng)過(guò)反轉(zhuǎn)后,學(xué)生在“項(xiàng)目訓(xùn)練-提出問(wèn)題-自主探究-協(xié)作解決-點(diǎn)撥引導(dǎo)-思維創(chuàng)新-再訓(xùn)練-反思改進(jìn)-再創(chuàng)新”的過(guò)程中,工程設(shè)計(jì)、工程操作、系統(tǒng)思維、工程溝通、項(xiàng)目管理等實(shí)踐能力得到逐步提升,促進(jìn)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。翻轉(zhuǎn)課堂不僅增加學(xué)生與老師之間的互動(dòng),增進(jìn)了師生感情和學(xué)習(xí)效率;團(tuán)隊(duì)合作、協(xié)作學(xué)習(xí)也提升了學(xué)生之間的信任與互助。
3)課后提升,歸納總結(jié)
學(xué)生課后活動(dòng),線上可與老師溝通交流,線下小組團(tuán)隊(duì)協(xié)作學(xué)習(xí),主要任務(wù)有:①對(duì)于課堂實(shí)踐中遇到的問(wèn)題,查閱資料、技術(shù)文檔學(xué)習(xí)、討論交流解決方案;②過(guò)程性文檔的整理,如原理圖、程序代碼資料等;③階段性答辯材料準(zhǔn)備、PPT的制作;④階段性實(shí)踐報(bào)告的撰寫(xiě)等。教師跟蹤學(xué)生在線答疑和學(xué)習(xí)情況,進(jìn)行技術(shù)交流和線上指導(dǎo),并根據(jù)課堂實(shí)踐情況,進(jìn)行項(xiàng)目案例的優(yōu)化設(shè)計(jì),提高挑戰(zhàn)性和創(chuàng)新性。
線上線下的課后活動(dòng),進(jìn)一步提升了學(xué)生歸納總結(jié)、反思的能力,技術(shù)文檔撰寫(xiě)能力,展示匯報(bào)能力等,促進(jìn)學(xué)生系統(tǒng)思維能力、項(xiàng)目管理能力的培養(yǎng)。
課程考核評(píng)價(jià)體系的改革和創(chuàng)新在于強(qiáng)調(diào)全方位考核學(xué)生專(zhuān)業(yè)核心技術(shù)應(yīng)用能力、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。線上(30%)與線下(70%)相結(jié)合,過(guò)程與結(jié)果考核相結(jié)合,如表4所示。
表4 考核與評(píng)價(jià)表
側(cè)重學(xué)習(xí)過(guò)程監(jiān)測(cè),完善結(jié)果考核;考核方式多樣性,有專(zhuān)業(yè)知識(shí)測(cè)驗(yàn)、系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行、報(bào)告撰寫(xiě)、交流討論、匯報(bào)答辯等方式;考核角度突出多元性,結(jié)合學(xué)生自評(píng)、學(xué)生互評(píng)和教師評(píng)價(jià),多維度評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)效果,激發(fā)學(xué)生自主、終身學(xué)習(xí)意識(shí)。
近兩年,對(duì)學(xué)生進(jìn)行了課程滿意度調(diào)查,結(jié)果如圖3所示,認(rèn)為課程對(duì)自己實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)很有幫助的同學(xué)超過(guò)92%。同時(shí),開(kāi)展了用人單位對(duì)畢業(yè)生滿意度抽樣調(diào)查,部分結(jié)果如表5所列。調(diào)查結(jié)果表明,學(xué)生畢業(yè)后能很快適應(yīng)自動(dòng)化領(lǐng)域各種崗位的技術(shù)開(kāi)發(fā)需求,課程對(duì)他們的職業(yè)發(fā)展起到了重要推動(dòng)作用,使他們能夠很快適應(yīng)并融入團(tuán)隊(duì)及企業(yè)的重要工作崗位。
圖3 課程滿意度調(diào)查
表5 用人單位對(duì)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生滿意度調(diào)查表
“自動(dòng)化系統(tǒng)集成綜合設(shè)計(jì)與訓(xùn)練”課程堅(jiān)持以學(xué)生為中心,以系列化工程項(xiàng)目為載體,創(chuàng)建了協(xié)作式工程實(shí)訓(xùn)環(huán)境,逐層遞進(jìn)式實(shí)踐模式,以及線上線下混合式教學(xué)模式,培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力,深入理解自動(dòng)化控制策略,掌握自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、安裝調(diào)試能力等,大大提升了學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力,學(xué)生受益面大,影響深遠(yuǎn)。
教學(xué)團(tuán)隊(duì)將持續(xù)推進(jìn)課程的改革,深化線上線下混合式教學(xué)模式,凝練專(zhuān)業(yè)核心知識(shí)體系,結(jié)合新領(lǐng)域新技術(shù)深層開(kāi)發(fā)訓(xùn)練項(xiàng)目,提高課程的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。完善課程資源建設(shè),充分利用校企合作共享資源,密切企業(yè)溝通,豐富課程配套的軟硬件資源,加強(qiáng)線上教學(xué)資源的建設(shè)和管理維護(hù)。同時(shí),增強(qiáng)教學(xué)團(tuán)隊(duì)的德育意識(shí)和德育能力,持續(xù)推進(jìn)課程思政建設(shè),堅(jiān)持知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)和價(jià)值引導(dǎo)于一體,促進(jìn)未來(lái)創(chuàng)新型卓越工程人才的培養(yǎng)。
電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)2022年5期