彭見輝,李佳玉,黎小巨,吳 蕾
(東莞城市學(xué)院智能制造學(xué)院 廣東 東莞 523419)
隨著我國人口老齡化的加劇及新生兒數(shù)量的逐年遞減,國內(nèi)制造業(yè)人力成本的優(yōu)勢(shì)正在降低,同時(shí),越來越多的非標(biāo)自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)設(shè)備得到應(yīng)用,這就需要更多機(jī)電專業(yè)的應(yīng)用型人才從事相關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)、安裝、使用、維護(hù)等工作,應(yīng)用型本科畢業(yè)生的社會(huì)需求日益增加。應(yīng)用型人才是指可將本專業(yè)的理論知識(shí)、專業(yè)技能結(jié)合起來應(yīng)用到專業(yè)相關(guān)領(lǐng)域的技能型人才[1]。目前國內(nèi)的高等教育正處于大眾化教育階段,越來越多的機(jī)電專業(yè)本科畢業(yè)生將被培養(yǎng)成應(yīng)用型人才,但目前普通本科高校機(jī)電類課程傳統(tǒng)教學(xué)中理論與工程實(shí)踐脫節(jié),實(shí)踐體系離散化、獨(dú)立化,缺乏系統(tǒng)性和整體性,課程內(nèi)容滯后社會(huì)技術(shù)發(fā)展,這些問題導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)被動(dòng),綜合運(yùn)用專業(yè)的意識(shí)淡薄、能力不足。
國內(nèi)許多應(yīng)用型本科院校是由地方普通本科院?;颡?dú)立學(xué)院轉(zhuǎn)變而來,機(jī)電類課程的設(shè)置或多或少受普通高等教育的影響[2],存在以下四個(gè)問題:
轉(zhuǎn)設(shè)后的獨(dú)立學(xué)院,在為應(yīng)用型本科院校在擬定人才培養(yǎng)方案、培養(yǎng)目標(biāo)、課程教學(xué)大綱時(shí),常借鑒重點(diǎn)高等院校相關(guān)經(jīng)驗(yàn)[3],忽略了自身與重點(diǎn)院校在學(xué)生基礎(chǔ)、師資力量、教科研投入資金、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)備等方面的差距,重理論教學(xué)、輕實(shí)踐應(yīng)用,導(dǎo)致學(xué)生專業(yè)應(yīng)用技能不扎實(shí)、實(shí)踐動(dòng)手能力缺乏且生產(chǎn)應(yīng)用意識(shí)不強(qiáng)。
目前,理論教學(xué)多以教師長(zhǎng)時(shí)間的講解為主,過程枯燥,師生間的互動(dòng)不足,且理論知識(shí)相對(duì)較抽象,若在授課過程中沒有相關(guān)實(shí)物參照或虛擬仿真,則會(huì)影響教學(xué)效果,無法體驗(yàn)到理論知識(shí)與實(shí)踐應(yīng)用間的深刻聯(lián)系;實(shí)驗(yàn)教學(xué)因受實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)少、實(shí)驗(yàn)設(shè)備無法做到人手一臺(tái)的影響,常以演示性實(shí)驗(yàn)為主,導(dǎo)致部分學(xué)生難以在有限的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、理解理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)間的內(nèi)在關(guān)系,不利于理論與實(shí)踐之間的結(jié)合。
在一些理論課程的教學(xué)中,因教材編寫的時(shí)效性,部分例子過于陳舊,與現(xiàn)在生產(chǎn)一線用到的設(shè)備差別較大[4]。目前,東莞城市學(xué)院(以下簡(jiǎn)稱“我院”)機(jī)電類課程傳統(tǒng)教學(xué)中理論與工程實(shí)踐脫節(jié),理論知識(shí)體系和實(shí)踐體系離散化、獨(dú)立化,核心課程內(nèi)容各自開設(shè)、各成體系,教學(xué)內(nèi)容間的銜接較少,知識(shí)體系缺乏系統(tǒng)性和整體性,講授內(nèi)容與生產(chǎn)實(shí)踐相脫鉤,這些問題使得學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)理論知識(shí),綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)技能的意識(shí)淡薄、應(yīng)用能力不足。
實(shí)踐類內(nèi)容由課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)課程、畢業(yè)設(shè)計(jì)三部分構(gòu)成??己苏n內(nèi)實(shí)驗(yàn)時(shí),多以學(xué)生上交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主,缺少對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程、操作步驟的記錄評(píng)判,導(dǎo)致部分學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)僅僅是旁觀,回去照抄其他同學(xué)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告;課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)多以理論設(shè)計(jì)為主,缺乏實(shí)際動(dòng)手實(shí)踐,導(dǎo)致學(xué)生缺乏理論知識(shí)的工程應(yīng)用意識(shí)。
針對(duì)該課程的現(xiàn)狀,根據(jù)機(jī)械工程學(xué)科應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo),引入以目標(biāo)為導(dǎo)向的課程理論(Target Oriented Curriculum),構(gòu)建以知識(shí)目標(biāo)、技能目標(biāo)、素質(zhì)目標(biāo)為導(dǎo)向的目標(biāo)體系、結(jié)合“理論知識(shí)”+“虛擬演示仿真”+“實(shí)驗(yàn)實(shí)物驗(yàn)證”的教學(xué)模式,參考作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐、實(shí)物檢驗(yàn)?zāi)繕?biāo)體系的達(dá)成情況,提升學(xué)生實(shí)踐技能,達(dá)到應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求。
機(jī)電傳動(dòng)控制作為機(jī)制、機(jī)電專業(yè)的核心課程,依托機(jī)械工程重點(diǎn)學(xué)科的建設(shè)開展教學(xué)改革,近年來先后榮獲廣東省機(jī)電一體化優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì),承擔(dān)了廣東省教育廳特色專業(yè)、省重點(diǎn)培育學(xué)科、省一流課程、省課程思政示范課和省教改項(xiàng)目等,積累了豐富的教學(xué)改革經(jīng)驗(yàn),先后獲得了廣東省教育教學(xué)成果二等獎(jiǎng)在內(nèi)的多項(xiàng)省級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng),同時(shí)指導(dǎo)學(xué)生獲得了攀登計(jì)劃項(xiàng)目、挑戰(zhàn)杯在內(nèi)的多項(xiàng)課題獎(jiǎng)項(xiàng)。團(tuán)隊(duì)在教學(xué)及指導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐方面積累了較為豐富經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ),確保了課程改革與建設(shè)的順利進(jìn)行。
團(tuán)隊(duì)從課程涉及知識(shí)的應(yīng)用性、綜合性的特點(diǎn)出發(fā),以課程要達(dá)成的目標(biāo)體系為導(dǎo)向,進(jìn)行課程內(nèi)容建設(shè)和教學(xué)改革。主要從課程思政與專業(yè)知識(shí)融合、豐富課程資源共享庫、教學(xué)內(nèi)容整合、教學(xué)模式改革、教學(xué)方法優(yōu)化及考核模式構(gòu)建六個(gè)方面著手,以解決學(xué)什么、怎么學(xué)、怎么學(xué)以致用、學(xué)得怎么樣的問題。
結(jié)合我院應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)及學(xué)生的基礎(chǔ),構(gòu)建以知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)、素質(zhì)目標(biāo)為主的課程目標(biāo)體系。其中知識(shí)目標(biāo)是目標(biāo)體系的基礎(chǔ),要求學(xué)生通過課程的學(xué)習(xí),理解并掌握直流電機(jī)、異步電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、正反轉(zhuǎn)方式、調(diào)速方法的基本理論知識(shí);同時(shí)掌握常用的手動(dòng)電器、自動(dòng)電器,如按鈕、接觸器、繼電器、不同類型的傳感器等電氣控制元件的結(jié)構(gòu)及工作原理,理解并掌握基本的電氣環(huán)節(jié)和典型電氣原理圖的設(shè)計(jì)原則。能力目標(biāo)是目標(biāo)體系的核心,以知識(shí)目標(biāo)為基礎(chǔ),要求學(xué)生能夠根據(jù)生產(chǎn)要求,完成電氣原理圖的設(shè)計(jì)及相關(guān)電氣元件的選型。素質(zhì)目標(biāo)是目標(biāo)體系的重要組成部分,要求學(xué)生在掌握知識(shí)技能的同時(shí),要具備較高的人文社會(huì)科學(xué)知識(shí)與素養(yǎng)、具備良好的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和協(xié)作精神、具有積極健康的身心、樹立正確的三觀、理解工程技術(shù)的社會(huì)價(jià)值、具備強(qiáng)烈的社會(huì)責(zé)任感使命感、在工程實(shí)踐中遵守職業(yè)道德和規(guī)范。
團(tuán)隊(duì)依托教研課題,積極推進(jìn)線上線下混合式課程的建設(shè),對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行提煉,篩選出必須學(xué)習(xí)的內(nèi)容,細(xì)化知識(shí)點(diǎn)目標(biāo),形成知識(shí)模塊,錄制成微課視頻,將實(shí)現(xiàn)該門課程線下教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和成果的共享。在線開放課程中的一系列“微課”小視頻為學(xué)生提供了碎片化學(xué)習(xí)機(jī)會(huì),為學(xué)生課前的預(yù)習(xí)、課后的復(fù)習(xí)提供了平臺(tái)與資源支撐,使得學(xué)生的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)可重復(fù)且不再受時(shí)間地點(diǎn)的限制。
針對(duì)該門課程實(shí)踐應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn),將團(tuán)隊(duì)的攀登計(jì)劃、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目及每年的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)、挑戰(zhàn)杯、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等比賽與課程實(shí)踐緊密結(jié)合,在科研經(jīng)費(fèi)、比賽經(jīng)費(fèi)的支撐下,根據(jù)比賽的主題,指導(dǎo)學(xué)生完成作品的理論設(shè)計(jì)、實(shí)物制作。同時(shí)將歷屆機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)、挑戰(zhàn)杯、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等比賽作品及優(yōu)秀的畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)物作品融入實(shí)際教學(xué)中,豐富和充實(shí)課程的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容,實(shí)現(xiàn)“以賽促教,以賽促學(xué)”,使學(xué)生充分意識(shí)到“學(xué)有所用”,豐富學(xué)生項(xiàng)目開發(fā)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及知識(shí)技能的實(shí)際應(yīng)用技巧,有效鍛煉學(xué)生實(shí)際動(dòng)手應(yīng)用的能力。
在對(duì)知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)、素質(zhì)目標(biāo)進(jìn)行具體細(xì)化時(shí),團(tuán)隊(duì)成員積極開展研討、反復(fù)推敲,不斷挖掘?qū)I(yè)課程中的思政元素,用心設(shè)計(jì),合理地將課程思政元素融入專業(yè)知識(shí)的教學(xué)中,達(dá)到全過程、全方位育人的目標(biāo)。如將緒論中機(jī)電傳動(dòng)發(fā)展的過程和我國的“制造業(yè)強(qiáng)國戰(zhàn)略”結(jié)合在一起,以分析從事本專業(yè)要具備怎樣的要求入手,引導(dǎo)學(xué)生要有職業(yè)規(guī)劃、樹立社會(huì)責(zé)任感和愛國情懷,將自身的職業(yè)規(guī)劃與行業(yè)發(fā)展、國家發(fā)展緊密的結(jié)合,實(shí)現(xiàn)自身與行業(yè)、國家共同成長(zhǎng)。再比如通過“機(jī)電系統(tǒng)的穩(wěn)定”引入了“社會(huì)系統(tǒng)穩(wěn)定”,以目前國內(nèi)的新冠疫情防控為例,引導(dǎo)學(xué)生要樹立個(gè)人意識(shí)服從集體意識(shí)的覺悟,理解并支持國家防疫的政策,切實(shí)踐行當(dāng)代大學(xué)生在疫情期間的責(zé)任和擔(dān)當(dāng)。
針對(duì)機(jī)電傳動(dòng)控制課程內(nèi)容綜合性、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)[5],通過對(duì)人才培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱的修訂,以理論知識(shí)及其應(yīng)用為主線,突出“機(jī)電傳動(dòng)控制”“PLC原理及應(yīng)用”“液壓與氣動(dòng)”“傳感器技術(shù)及應(yīng)用”相互之間的聯(lián)系,同時(shí)調(diào)整四門課上課內(nèi)容的先后順序。并在這四門課程結(jié)束后,增加以機(jī)電氣實(shí)訓(xùn)平臺(tái)為載體的《機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)》實(shí)踐課程,該實(shí)訓(xùn)平臺(tái)包含三菱PLC、昆侖觸摸屏、步進(jìn)電機(jī)、異步電機(jī)、伺服電機(jī)、氣泵、氣缸、氣爪、電磁閥、各類傳感元件。以實(shí)訓(xùn)平臺(tái)為載體,使用觸摸屏,以PLC為控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)各類型電機(jī)、氣缸的控制應(yīng)用,以突出各門課程知識(shí)點(diǎn)間的應(yīng)用銜接。同時(shí)依托該平臺(tái),以虛擬仿真、實(shí)踐項(xiàng)目等手段檢驗(yàn)知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)的達(dá)成情況,通過實(shí)操加深學(xué)生對(duì)PLC編程方法、異步電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速等基本理論知識(shí)、操作的理解應(yīng)用,達(dá)到應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求。
課程知識(shí)點(diǎn)講解采用理虛實(shí)一體化的混合教學(xué)模式[6],使教學(xué)活動(dòng)以目標(biāo)體系為導(dǎo)向、以學(xué)生為中心,如圖1所示。
圖1 以目標(biāo)為導(dǎo)向的理虛實(shí)混合式教學(xué)模式
課前將MOOC或微課視頻、教學(xué)PPT、仿真軟件、視頻動(dòng)畫、學(xué)習(xí)計(jì)劃等資源發(fā)布至線上平臺(tái),要求學(xué)生課前采用“理論學(xué)習(xí)+虛擬仿真”的模式,完成線上自主學(xué)習(xí),并進(jìn)行線上測(cè)驗(yàn);課中任課教師根據(jù)學(xué)生線上測(cè)驗(yàn)結(jié)果,分析學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)知識(shí)的掌握情況,采用線下或線上直播的形式進(jìn)行理論講解、虛擬仿真演示,并對(duì)重難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行強(qiáng)調(diào)總結(jié);課后教師通過采用作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐、實(shí)物驗(yàn)證學(xué)生所學(xué)知識(shí)目標(biāo)是否達(dá)到,實(shí)現(xiàn)以目標(biāo)為導(dǎo)向的“理虛實(shí)”一體化教學(xué)。采用該模式能將理論知識(shí)及其應(yīng)用轉(zhuǎn)換成可見、可操作的虛擬仿真演示,既能引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,又能解決時(shí)間、空間對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制,為學(xué)生提供了全天候、可重復(fù)的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。
同時(shí),結(jié)合攀登計(jì)劃、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)、挑戰(zhàn)杯等項(xiàng)目比賽,指導(dǎo)學(xué)生以所學(xué)課程知識(shí)為基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)物作品的設(shè)計(jì)、制作,實(shí)現(xiàn)了“以目標(biāo)為導(dǎo)向、以學(xué)生為中心”的思想,突出了應(yīng)用能力培養(yǎng),幫助學(xué)生一邊學(xué)習(xí)理論知識(shí)一邊進(jìn)行虛擬、實(shí)踐驗(yàn)證,注重學(xué)思結(jié)合,不斷引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)用實(shí)踐檢驗(yàn)理論知識(shí),鍛煉理論聯(lián)系實(shí)踐的思維方式。
在整個(gè)教學(xué)過程中,注重現(xiàn)代信息化教學(xué)手段的融入,依托粵港澳大灣區(qū)高校在線開放課程聯(lián)盟平臺(tái)和移動(dòng)端的超星學(xué)習(xí)通APP,結(jié)合線上優(yōu)質(zhì)學(xué)習(xí)的資源,進(jìn)行線下課程資源自建,積極嘗試線上線下混合教學(xué)。在整合優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上,針對(duì)不同內(nèi)容,綜合應(yīng)用PPT、板書、flash動(dòng)畫、仿真軟件、視頻、微課等多種教學(xué)資源,與案例引入、問題引導(dǎo)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、分組討論、師生互動(dòng)、重點(diǎn)講授、實(shí)操演示、理虛實(shí)結(jié)合、類比總結(jié)、舉一反三等教學(xué)方法結(jié)合,提升學(xué)生學(xué)習(xí)的參與度,加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)及其應(yīng)用的理解。
如對(duì)各類電器元件的工作原理及圖形符號(hào)講解時(shí),充分依托信息化教學(xué)平臺(tái),使用翻轉(zhuǎn)課堂與任務(wù)驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的教學(xué)方法。教師在課前將接觸器結(jié)構(gòu)、工作原理的介紹視頻發(fā)布至學(xué)習(xí)平臺(tái),并布置相應(yīng)任務(wù)。課中講解接觸器結(jié)構(gòu)、工作原理及圖形符號(hào)時(shí),將學(xué)生分組并布置任務(wù),以flash動(dòng)畫演示其結(jié)構(gòu)及工作原理,通過討論,抽查學(xué)生描述其工作原理,分析其圖形符號(hào),并讓學(xué)生根據(jù)其工作原理完成其圖形符號(hào)的繪制。通過動(dòng)畫引入、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、分組討論的方式,可有效激起學(xué)生參與學(xué)習(xí)的積極性,教學(xué)效果較好。
以往考核模式偏重理論、實(shí)驗(yàn)比重較低,部分學(xué)生輕視平時(shí)的學(xué)習(xí)過程,將主要精力放在期末的理論考試,這與應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求不符。團(tuán)隊(duì)嘗試以課程教學(xué)目標(biāo)體系中的知識(shí)、能力、素質(zhì)目標(biāo)為評(píng)價(jià)導(dǎo)向,采用多元化、多維度、全過程的考核模式,綜合課前線上自主學(xué)習(xí)、出勤、分組討論、實(shí)驗(yàn)考核、理論考試等多種方式對(duì)進(jìn)行考核。
優(yōu)化后的考核模式中,理論考核仍占主要部分,但將其權(quán)重降至55%;實(shí)驗(yàn)及操作占比10%,改善實(shí)驗(yàn)成績(jī)的構(gòu)成,不再單純以實(shí)驗(yàn)報(bào)告、數(shù)據(jù)為依據(jù),增加了實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)操作的得分;弱化了作業(yè)出勤的權(quán)重,將其降至10%;增加教學(xué)過程中的分組討論、任務(wù)式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等學(xué)習(xí)過程及參與度的評(píng)價(jià),以10%的權(quán)重納入考核方案;增加線上資源的自主學(xué)習(xí)情況,包括線上視頻資源的觀看情況、線上課前課后習(xí)題、章節(jié)小測(cè)等,以15%納入考核方案。優(yōu)化前后考核模式的對(duì)比情況如表1所示。
表1 優(yōu)化前后考核模式對(duì)比
優(yōu)化后的考核模式加深了學(xué)生參與教學(xué)過程的程度,不僅全面考查學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、對(duì)基本概念的理解能力、知識(shí)的運(yùn)用能力、實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力,又可調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性,使學(xué)生重視實(shí)踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)。將考核方式以“結(jié)果導(dǎo)向”轉(zhuǎn)換成“過程與結(jié)果并重”,實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的知識(shí)、能力、素質(zhì)目標(biāo)達(dá)成全過程的有效監(jiān)測(cè)。
本文在分析機(jī)電傳動(dòng)控制課程教學(xué)情況的基礎(chǔ)上,參照機(jī)械工程學(xué)科應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo),從課程目標(biāo)體系構(gòu)建、課程資源的建設(shè)、課程思政與專業(yè)知識(shí)融合、教學(xué)內(nèi)容整合、理虛實(shí)一體化教學(xué)模式的建立、多元化教學(xué)方法與信息化教學(xué)平臺(tái)的融合、多元化多維度全過程考核模式的建立七個(gè)方面介紹了課程改革的情況,為應(yīng)用型人才的培養(yǎng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。