真實工業環境下綜合實踐教學的挑戰與策略

王棟+張新娜+邵鐵鋒+唐建祥+陸萍藍

（中國計量大學工程訓練中心，浙江 杭州 310018）

摘要：本文分析了讓學生進入真實工業實踐所面臨的主要教學挑戰，結合實踐活動、實踐資源、交互方式等核心因素，系統說明了案例化、項目化的綜合性工程實踐課程群教學設計策略和實施的方法。教學實踐證明了基于真實工業環境的綜合實踐課程教學的可行性，以及多層面設計教學方案的必要性。

關鍵詞：真實工業環境；綜合實踐；資源建設；模塊課程

中圖分類號：G646 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）21-0165-02

“大工程觀”[1]倡導將科學、技術、非技術要素和工程實踐融為一體，讓學生進入真實工程實踐，是踐行這一教育理念的有效途徑，其主要意義在于[2]：第一，給學生提供了一個有意義的情境和可供借鑒的工業案例，有利于提高學生的學習動機和應用所學知識的能力；第二，真實工程項目實踐讓學生有機會接觸工程實際，有助于他們對知識結構的深度理解和團隊合作意識的培養。在高等教育大眾化的背景下，開展真實工程綜合實踐訓練使教師的教學設計和實施面臨很大的挑戰，這就需要基于系統觀點，厘清主要挑戰，從關鍵教學要素出發，分層分類進行教學策略設計。

一、教學面臨的挑戰

開展真實實踐教學首先會面臨一些共性的挑戰[3]。因為專業人員所運用的實踐方法，對非專業人士來說肯定是相當復雜且不熟悉的。在多年的訓練中，專業人員將一些實踐要素內化，并且能迅速有效地運用這些要素。但對于缺少實際經驗的學生來說，這些實踐要素一直是內隱的，是難以理解的。真實實踐教學設計中所面臨的兩個主要挑戰包括：如何幫助學生處理真實實踐的復雜性？如何幫助學生理解工業案例所包含的基本技術原理？

在高等教育大眾化的背景下，生師比不斷提高，實踐實驗資源日趨緊張。這使得真實工程實踐教學面臨更多現實約束，例如，教師從未開展過這樣的實踐教學，而在有限的時間和資源條件下要完成工科大類專業不同層次學生的實踐教學任務。基于工業真實環境的綜合實踐教學實施面臨的最大挑戰是：如何在諸多現實約束下保障教學目標實現的可行性。

二、綜合實踐教學策略

真實工程實踐教學關注工程師是怎樣解決問題的，關注怎樣引導學生進入以問題解決為核心的思維綜合、技術綜合、價值綜合的實踐狀態，關注如何有效促進學生分析、解決實際問題的能力形成。教學設計涉及如下四個核心因素。

1.循序漸進的課程活動設計策略。課程活動的設計目的是為了把學生的先驗知識、能力、經歷與真實實踐串聯起來，使學生逐步形成參與真實實踐所需的技能和知識。主要設計策略：基于真實工業大系統情景，按照情景認知-案例導學-項目驅動-實踐總結的流程，循序漸進安排課程活動。在真實的情境中指導學生參觀操作生產設備，選擇實踐學習主題。在案例分析中系統梳理知識。在項目實踐中提高實踐能力。在總結反思中形成把知識、能力、經歷與真實實踐連接起來的可遷移的經驗。

2.重視軟硬件綜合優勢的資源建設策略。情境認知學習理論認為，知識的意義是在一定的情境中建構的。真實情境往往更能激發學習者創造性解決問題的欲望。所以，資源條件建設首要工作是營造一個具有真實情景的實習場，建設思路：（1）以自主設計的工業化生產線為核心來營造真實情景的生產車間。（2）配備分立設備，與生產設備組成層次分明的工程綜合實訓裝備系統。（3）重視教師的培訓與分工合作。發揮教師專業特長，對設備的教學內容進行分工，實現分層分類的案例庫和項目庫開發。（4）開發拓展基于生產線原型的多角度教學資源和教學素材。

3.應對真實實踐的復雜性的教學策略。為應對真實實踐的復雜性，減少學生認知負荷，可以從多個角度進行教學設計。（1）基于先行組織者策略查漏補缺。分析學生開展真實實踐的知識和技能缺口，預先安排知識講解和基礎實踐；通過案例分析進行導學，再啟動項目實踐，每一步都在為下一步的活動提供腳手架。（2）不斷循環、不斷改進的學習過程。通過提供網絡資源查詢和分類分層的項目導航，使學生在“理論-實踐”不斷循環中不斷改進學習過程，解決項目日趨多樣化的情況下實踐所需知識和技能也在不斷擴充的問題。（3）從多個角度降低復雜度。小組成員分別承擔不同的工作任務，分散認知負荷；通過教學錄像、裝置動畫，使復雜工作原理等內隱的技術要素外顯化，以便學生進行觀察和討論，逐步理解并掌握技術綜合的方法等實踐要素。

4.真實實踐的過程評價方法探究。上述實踐教學過程架構的設計、內容的選擇以及科學的組織較好地適應了工程綜合實訓對象的多專業多層次特點，引導學生較好、較順利地進入到工程綜合項目情景氛圍中。為了使師生明確工程實訓目標，進一步加強實訓教學效果，需要在實踐教學項目的初期導航與指導內容當中建立分層分類的過程評價與驗收標準，體現評價指標的多樣化和真實性，以及過程評價的科學性。

三、課程群的教學內容設計策略

面對上述內涵豐富、角度多樣、組織有序的實踐教學活動策略，需要我們設置與之相契合的系列化科學有序的課程群作為其有效運行的橋梁。課程群教學設計的總原則是使實踐內容和方式適合學生現有基礎，而又不失專業實踐的真實性。為此，我們將工程技術實踐課程模塊化，實踐教學體系框架主要包括三個層次：（1）機電/測控/信息工程基礎訓練；（2）系統綜合與技術應用；（3）實踐系列系統設計與工程創新。每個模塊有一定的實踐層次和專業實踐能力傾向性，在工程人才培養強調學科交叉的今天，也可以對不同專業開設，體現同課異構的多角度教學思想。

1.基礎訓練系列：針對工程經驗匱乏的大二學生，設計《工業測控系統工程基礎》和《生產線機電系統工程基礎》認知課程，其任務與目標為：介紹工業生產大系統的概念和基本實踐知識，培養學生針對工業生產現場功能單元認識、系統軟硬件技術的基礎應用能力，以及基本的安全與規范的工業工程意識。

2.技術系統實踐系列：體現同課異構的多角度教學思想，依托豐富的工程教學資源，針對理工大類專業開設了《工程綜合實踐》系列課程，為多專業多層次學生提供技術的多角度交叉實踐提供了保障。課程目標：從工控機、PLC、嵌入式系統，生產線機械系統、電氣系統等多個技術角度，結合工業化包裝物流生產系統實踐平臺，進行軟硬件系統集成設計與技術綜合應用實踐訓練，強化學生應用所學理論和先進工業技術分析解決實際工程問題的能力，以及自主思考、勇于實踐的精神。

3.系統綜合創新設計系列：創新是工程技術發展的不竭動力，作為課程體系的高地，設置了《測控系統綜合創新設計》和《機電系統綜合創新設計》等工程技術創新實踐課程，課程目標：以提高系統關鍵性能指標，增強可靠性，降低成本，縮短生產周期及節能降耗為設計目標，以機電系統機械創新設計，電氣集成設計，測控系統軟硬件自主創新實踐為主要內容，以期達到訓練學生自主實踐能力和創新精神的教學目標。

四、結束語

在高等教育大眾化的背景下，開展真實工程綜合實踐訓練使教師的教學設計和實施面臨很大的挑戰，這就需要基于系統觀點，厘清主要挑戰，從關鍵教學要素出發，分層分類進行教學策略設計，實現了真實情景的工業大系統現場環境的構建，案例導學、項目驅動的工程綜合實訓活動和課程教材設計，以及資源配置和教學交互設計[4]。在教學實施中，通過分層遞進的系列化實驗項目，將技術基礎知識和源于案例的技術系統設計方法的應用，融入到一個個具體形象的實踐主題中去，讓學生的實驗技能和知識的積累隨著實踐進程逐步強化，有效提高了學生分析問題、解決問題的能力。教學實踐證明了基于工業大系統情境的工程綜合實訓教學的可行性，以及多層面設計教學方案的必要性。

參考文獻：

[1]徐志農，周繼烈，倪益華，等.大工程背景下工程訓練課程項目設置及建設[J].北京：高等工程教育研究，2012，（9）.

[2][美]R.基思.索耶（編），徐曉東，等（譯）.劍橋學習科學手冊[M].北京：教育科學出版社，2010，（4）.

[3]張新娜，王棟，楊其華，等.以大工程為背景創建綜合實訓基地[J].實驗室研究與探索，2009，（3）.

[4]王棟.工業技術實踐課程群教材構建研究[J].教育教學論壇，2014，（7）.

收稿日期：2016-10-30

基金項目：本文系2015浙江省課堂教學改革項目“學生自主定制式工程綜合實訓教學方法探索”的階段性成果，項目負責人：王棟，項目編號：kg2015164；2016浙江省課堂教學改革項目，編號kg20160599，名稱：復雜工業系統虛擬導入——《測控技術應用實踐》課程導學系統構建與應用

作者簡介：王棟（1968-），男，浙江樂清人，機電綜合創新實驗室主任，高工，本科，從事機電一體化等方面的教學與研究工作。