OBE-CDIO理念下機(jī)電專業(yè)實(shí)踐類課程構(gòu)建

摘 要：針對當(dāng)前機(jī)電專業(yè)實(shí)踐類課程教學(xué)存在的學(xué)生主動(dòng)性不高、創(chuàng)新思維和工程意識不強(qiáng)等問題，探索基于OBE-CDIO教育理念的自動(dòng)生產(chǎn)線課程改革，構(gòu)建課程“頂層設(shè)計(jì)—實(shí)踐執(zhí)行—反饋評估—持續(xù)改進(jìn)”的閉環(huán)機(jī)制。以能力培養(yǎng)為核心，依托DACUM方法定位教學(xué)目標(biāo)；以目標(biāo)為導(dǎo)向，逆向設(shè)計(jì)項(xiàng)目化教學(xué)內(nèi)容；以學(xué)生為中心，采用分組分崗式的“1+4+3”教學(xué)實(shí)施體系正向?qū)嵤〤DIO教學(xué)過程；以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，建立“過程評價(jià)+結(jié)果評價(jià)+增值提升”的多元化考核體系，促進(jìn)教學(xué)過程持續(xù)改進(jìn)。該教學(xué)模式在課程實(shí)施中取得了良好的效果，有效促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)達(dá)成。

關(guān)鍵詞：OBE-CDIO 自動(dòng)生產(chǎn)線技術(shù) DACUM 分組分崗 閉環(huán)機(jī)制

1 引言

高職機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)以服務(wù)裝備制造產(chǎn)業(yè)為導(dǎo)向，培養(yǎng)順應(yīng)產(chǎn)業(yè)升級、適應(yīng)技術(shù)革新的自動(dòng)化、智能化類高素質(zhì)技術(shù)技能人才，在智能化和數(shù)字化背景下機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生將擁有更寬廣的就業(yè)前景，也為高校專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量提出了更高的要求?！白詣?dòng)生產(chǎn)線技術(shù)”課程作為機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)核心課程，理應(yīng)順應(yīng)新形勢下機(jī)電專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)市場需求以及人才培養(yǎng)規(guī)格要求，持續(xù)開展課程教學(xué)診斷與改進(jìn)工作以滿足制造業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級對機(jī)電復(fù)合型人才的需求。

成果導(dǎo)向教育OBE（Outcome based education）以“學(xué)生中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”為理念，課堂教學(xué)在目標(biāo)的指導(dǎo)下開展教學(xué)，持續(xù)改進(jìn)以達(dá)目標(biāo)[1-2]。CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate）即“構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)作”工程教育模式，以現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品從構(gòu)思研發(fā)到運(yùn)行的整個(gè)生命周期為載體培養(yǎng)和提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力和綜合素養(yǎng)。以學(xué)習(xí)產(chǎn)出為導(dǎo)向的OBE理念是人才培養(yǎng)目標(biāo)和決策向?qū)?，以?xiàng)目為載體的CDIO理念是人才培養(yǎng)過程和實(shí)現(xiàn)手段，二者相輔相成[3]。

2 課程現(xiàn)狀與典型問題

“自動(dòng)生產(chǎn)線技術(shù)”課程是機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)第4學(xué)期開設(shè)的核心技術(shù)課程，共計(jì)60課時(shí)。培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用傳感器技術(shù)、PLC技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多項(xiàng)技能解決實(shí)際問題的能力，具有較強(qiáng)的綜合性和實(shí)踐性。近年來，課程經(jīng)過模塊化、信息化等一系列改革和探索，教學(xué)質(zhì)量有所提高，但仍存在以下問題：①學(xué)生綜合運(yùn)用多項(xiàng)技能去解決問題的能力不足。②學(xué)生自主性學(xué)習(xí)投入較低，創(chuàng)新思維和工程意識得不到有效培養(yǎng)，因此很難適應(yīng)裝備制造業(yè)技術(shù)革新需求。③實(shí)訓(xùn)設(shè)備數(shù)量有限，學(xué)生主動(dòng)性不高、動(dòng)手能力鍛煉不足，課程參與度和目標(biāo)達(dá)成率有待提高。基于上述問題，文章在OEB-CDIO理念下重構(gòu)課程整體框架，精準(zhǔn)對接產(chǎn)業(yè)、行業(yè)企業(yè)崗位需求，將課程建設(shè)的決策向?qū)c實(shí)施手段交互融合，探索課程價(jià)值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)緊密融合的路徑和方法。從而有效解決學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性不高、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識不足等問題。

3 OBE-CDIO理念下的課程構(gòu)建與實(shí)施

3.1 構(gòu)建思路

課程構(gòu)建思路為：①運(yùn)用OBE理念，以能力培養(yǎng)為核心，依托DACUM（Developing A Curriculum一種職業(yè)教育的課程開發(fā)模式）方法進(jìn)行崗位能力分析[4]，定位課程教學(xué)目標(biāo)。②以教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向“逆向設(shè)計(jì)”教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)課程內(nèi)容與目標(biāo)矩陣相匹配。③運(yùn)用CDIO模式以項(xiàng)目為載體開展“正向?qū)嵤保孕畔⒒虒W(xué)手段和教學(xué)資源支撐CDIO教學(xué)實(shí)施過程。④對不同階段的學(xué)習(xí)產(chǎn)出結(jié)果進(jìn)行多樣化評價(jià)反饋和持續(xù)改進(jìn)。構(gòu)成“頂層設(shè)計(jì)—實(shí)踐執(zhí)行—反饋評估—持續(xù)改進(jìn)”的循環(huán)往復(fù)、螺旋上升的閉環(huán)機(jī)制，及時(shí)復(fù)盤教學(xué)實(shí)踐過程中出現(xiàn)的問題，進(jìn)行多層次協(xié)調(diào)、多因素耦合的持續(xù)改進(jìn)，有效促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)達(dá)成。

3.2 以能力為核心，定位課程教學(xué)目標(biāo)

基于OBE理念的逆向設(shè)計(jì)原則，“自動(dòng)生產(chǎn)線技術(shù)”課程目標(biāo)應(yīng)樹立新發(fā)展理念，順應(yīng)裝備制造產(chǎn)業(yè)升級，在充分開展產(chǎn)業(yè)、行業(yè)、崗位需求調(diào)研的基礎(chǔ)上，以用人單位對機(jī)電專業(yè)人才需求的變化趨勢為導(dǎo)向，依據(jù)國家職業(yè)技術(shù)技能標(biāo)準(zhǔn)、專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)以及課程標(biāo)準(zhǔn)，確定智能裝配生產(chǎn)操作員和智能制造工程技術(shù)員兩大職業(yè)并分解成三種技術(shù)崗位：項(xiàng)目工程師、應(yīng)用工程師和現(xiàn)場工程師。運(yùn)用DACUM方法進(jìn)行崗位能力分析，DACUM分析與課程目標(biāo)模塊圖如圖1所示。

項(xiàng)目工程師負(fù)責(zé)任務(wù)分析與全面監(jiān)控，應(yīng)用工程師負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與通訊實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)場工程師負(fù)責(zé)系統(tǒng)安裝、調(diào)試與性能測試。融合技能競賽和職業(yè)技能等級證書的相關(guān)要求，確定學(xué)生最終要達(dá)到的學(xué)習(xí)成果。圍繞預(yù)期成果定位課程教學(xué)目標(biāo)，以“自動(dòng)生產(chǎn)線安裝、調(diào)試、編程、維護(hù)”為核心技術(shù)技能，以“細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)調(diào)系統(tǒng)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作共成長、開拓創(chuàng)新功技改”為思政主線，并將課程總體目標(biāo)轉(zhuǎn)換分解成知識、技能、素質(zhì)三維度教學(xué)目標(biāo)，從而培養(yǎng)能夠勝任智能裝備生產(chǎn)操作員及智能制造工程技術(shù)員等崗位工作的高素質(zhì)高技能人才。

3.3 以目標(biāo)為導(dǎo)向，“逆向設(shè)計(jì)”教學(xué)內(nèi)容

依托產(chǎn)教融合真實(shí)項(xiàng)目，以廣東三向智能科技股份有限公司提供的SX-815Q型自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)備為學(xué)習(xí)載體，模擬一種具有上料、分揀、包裝、入庫功能的完整的智能工廠自動(dòng)生產(chǎn)全過程[5]。教學(xué)內(nèi)容對標(biāo)機(jī)電一體化職業(yè)技能大賽，融入1+X技能點(diǎn)，按照項(xiàng)目引領(lǐng)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)的模式將自動(dòng)化生產(chǎn)線技術(shù)所需的知識和技能分解到不同項(xiàng)目和任務(wù)中。遵循學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，由簡單到復(fù)雜、單站到全線，構(gòu)成6個(gè)子項(xiàng)目，基于“單站結(jié)構(gòu)認(rèn)知—單站裝配與測試—單站編程與調(diào)試—全線聯(lián)調(diào)”的工作過程組織教學(xué)內(nèi)容，將6個(gè)子項(xiàng)目分解成18個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)。培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械裝配與調(diào)整、電氣設(shè)計(jì)與連接、人機(jī)界面與數(shù)據(jù)采集、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊、自動(dòng)生產(chǎn)線控制程序設(shè)計(jì)與以及故障排查等專業(yè)技能。課程內(nèi)容與圖1中的學(xué)習(xí)目標(biāo)匹配矩陣如表1所示。

3.4 以學(xué)生為中心，“正向?qū)嵤盋DIO教學(xué)過程

基于CDIO工程教育模式，采用分組分崗的任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法，將教學(xué)設(shè)計(jì)分為構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)作四個(gè)環(huán)節(jié)，如圖2所示。創(chuàng)新設(shè)計(jì)以學(xué)生為中心的“線上線下+理實(shí)一體+虛實(shí)結(jié)合”的1+4+3教學(xué)實(shí)施體系，“1”是以“SX-815Q”自動(dòng)化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試為學(xué)習(xí)主線，“4”是指依托“在線開放課程平臺+自動(dòng)生產(chǎn)線教學(xué)設(shè)備+宇龍機(jī)電仿真平臺+技能大賽創(chuàng)新小組”四種學(xué)習(xí)平臺，“3”是指達(dá)到知識傳授、技能達(dá)成、價(jià)值引領(lǐng)三個(gè)目標(biāo)。下面以表1中的項(xiàng)目1為例，介紹CDIO四個(gè)環(huán)節(jié)教學(xué)過程。

3.4.1 構(gòu)思：項(xiàng)目分析

構(gòu)思階段主要完成分組分崗、項(xiàng)目分析和項(xiàng)目計(jì)劃書。首先，由教師發(fā)布項(xiàng)目需求：構(gòu)建一個(gè)物料包裝生產(chǎn)線顆粒上料單元，實(shí)現(xiàn)物料瓶的輸送和顆粒填裝控制。學(xué)生完成分組，每個(gè)項(xiàng)目組設(shè)1名項(xiàng)目工程師負(fù)責(zé)任務(wù)分析和進(jìn)度控制、2-3名應(yīng)用工程師負(fù)責(zé)程序設(shè)計(jì)與組態(tài)監(jiān)控、2-3名現(xiàn)場工程師負(fù)責(zé)系統(tǒng)機(jī)械、電氣安裝、調(diào)試和性能測試。然后，由項(xiàng)目工程師負(fù)責(zé)組織項(xiàng)目組成員進(jìn)行項(xiàng)目需求理解、分析并量化項(xiàng)目需求，最后整理出項(xiàng)目計(jì)劃書，由教師審核通過后方可進(jìn)入下一環(huán)節(jié)。任務(wù)之間緊密聯(lián)系且互相依賴，需要團(tuán)隊(duì)成員溝通協(xié)作，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作意識。針對不同工作站的任務(wù)，要求學(xué)生互換角色，實(shí)現(xiàn)知識、技能共享和共同進(jìn)步。本環(huán)節(jié)的產(chǎn)出成果為項(xiàng)目計(jì)劃書。

3.4.2 設(shè)計(jì)：方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)階段主要包括四部分任務(wù)：①項(xiàng)目工程師組織項(xiàng)目成員進(jìn)行機(jī)械本體、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、PLC等元器件的選型和系統(tǒng)詳細(xì)方案設(shè)計(jì)。②現(xiàn)場工程師完成氣動(dòng)回路圖和電氣接線圖的繪制。③應(yīng)用工程師分析控制流程和組態(tài)監(jiān)控策略。④項(xiàng)目工程師組織進(jìn)行失效模式與影響分析即FMEA（ Failure Mode and Effect Analysis）分析[6]，作為后續(xù)系統(tǒng)調(diào)試的依據(jù)。各小組進(jìn)行方案匯報(bào)、討論方案的可行性，教師引導(dǎo)學(xué)生積極思考、鼓勵(lì)創(chuàng)新，及時(shí)反饋各組完成情況；學(xué)生結(jié)合教師講解和點(diǎn)評，反復(fù)改進(jìn)設(shè)計(jì)方案直至符合要求方可進(jìn)入下一環(huán)節(jié)。本環(huán)節(jié)的產(chǎn)出成果為元器件清單表、氣動(dòng)回路圖、電氣接線圖、程序流程圖、組態(tài)界面、FMEA分析表等。

3.4.3 實(shí)施：項(xiàng)目實(shí)踐

實(shí)施環(huán)節(jié)是整個(gè)教學(xué)實(shí)施過程的中心環(huán)節(jié)，學(xué)生根據(jù)上一環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)方案，首先由現(xiàn)場工程師進(jìn)行系統(tǒng)機(jī)械和電氣安裝與調(diào)試，然后由應(yīng)用工程師進(jìn)行程序設(shè)計(jì)和反復(fù)調(diào)試。學(xué)生仿真成功后可在真實(shí)設(shè)備上進(jìn)行組裝和調(diào)試，虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)環(huán)境為學(xué)生個(gè)性化設(shè)計(jì)及創(chuàng)新思維訓(xùn)練提供平臺，仿真環(huán)境也能緩解硬件資源不足的問題。教師時(shí)刻觀察學(xué)生的工作過程，關(guān)注學(xué)生心理情境，針對不同小組的不同問題進(jìn)行精準(zhǔn)指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)差異化教學(xué)。強(qiáng)調(diào)細(xì)心嚴(yán)謹(jǐn)、安全規(guī)范操作是工程技術(shù)人員必備的素養(yǎng)，各小組任務(wù)經(jīng)教師檢查通過后方可進(jìn)入下一環(huán)節(jié)，本環(huán)節(jié)的產(chǎn)出成果為仿真運(yùn)行效果和實(shí)物運(yùn)行效果。

3.4.4 運(yùn)作：項(xiàng)目驗(yàn)收與總結(jié)

在運(yùn)作環(huán)節(jié)，由現(xiàn)場工程師按照“功能測試指導(dǎo)手冊”完成任務(wù)的功能測試，并記錄“實(shí)際結(jié)果”和“結(jié)論”。所有步驟結(jié)論均為“通過”方可判定功能符合要求，如果“不通過”則需根據(jù)FMEA表中的信息進(jìn)行故障排除直至全部通過。學(xué)生在項(xiàng)目完成后進(jìn)行匯報(bào)展示、提交總結(jié)報(bào)告。教師對學(xué)生是否達(dá)到能力培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行評價(jià)考核和教學(xué)反思，高度重視學(xué)生對教師“教”的反饋意見與建議，提高教與學(xué)管理成效，從而對教學(xué)過程進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。

3.5 以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，建立多元化考核體系

以教學(xué)評價(jià)及時(shí)復(fù)盤教學(xué)實(shí)踐過程中出現(xiàn)的問題，從而對OBE能力目標(biāo)和CDIO四個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)和優(yōu)化。建立“過程評價(jià)+結(jié)果評價(jià)+增值提升”多元化考核體系，過程評價(jià)是針對學(xué)生線上線下學(xué)習(xí)態(tài)度、知識理解、技能操作、職業(yè)素養(yǎng)等方面的過程性考核；結(jié)果評價(jià)通過線上理論測試和線下實(shí)操考試的形式進(jìn)行評價(jià)，檢驗(yàn)知識、能力和素質(zhì)目標(biāo)達(dá)成度；增值提升評價(jià)包括課內(nèi)增長情況和課外增容情況兩個(gè)方面，課內(nèi)增長情況即與前一學(xué)習(xí)項(xiàng)目同比增長情況，課外增容情況即職業(yè)技能證書考核、技能大賽訓(xùn)練、創(chuàng)新項(xiàng)目實(shí)踐等學(xué)習(xí)成果轉(zhuǎn)化。根據(jù)考核內(nèi)容設(shè)置不同的評價(jià)方式，包括在線開放課程智能評價(jià)+線下任務(wù)工單評價(jià)表等，評價(jià)主體由小組自評與互評、教師點(diǎn)評及企業(yè)導(dǎo)師評價(jià)組成。

4 學(xué)習(xí)成效

OBE-CDIO理念下的教學(xué)改革保證了學(xué)生均能受到充分而均衡的鍛煉，學(xué)習(xí)興趣普遍提高，自信心提升快，職業(yè)榮譽(yù)感有所增強(qiáng)。崗課賽證互促，職業(yè)技能有所強(qiáng)化，學(xué)生職業(yè)技能在循環(huán)往復(fù)、螺旋上升的訓(xùn)練模式中不斷提升。培育工匠精神，職業(yè)素養(yǎng)所有增強(qiáng)，將工匠精神融入教學(xué)全過程，助力德技并修、人人成長。多人順利通過優(yōu)秀企業(yè)的選拔進(jìn)行頂崗實(shí)習(xí)，并能夠很快勝任崗位工作，職業(yè)素養(yǎng)得到企業(yè)高度認(rèn)可。

基金項(xiàng)目：江蘇省機(jī)電職業(yè)教育行業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)教育科研課題“基于OBE-CDIO理念的《自動(dòng)生產(chǎn)線技術(shù)》智慧課堂教學(xué)實(shí)踐研究”（編號：JSJD202206），主持人王琰。

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