基于多元耦合的工程實踐教育課程教學模式研究

田永軍 徐國勝

摘要：針對應用型院校工程實踐教育課程教學存在的問題，構建了多元耦合教學模型。模型由主導思想、教學策略、培養模式、評價模式等四個要素組成，每個要素交互關聯、耦合協同，促進“教”與“學”平衡。基于該教學模式，以“機械制造工程師”教學為例，形成線上與線下協同發展的教育空間，推進工程教育與社會需求融合的格局，完成課程知識共享和價值引領的無縫連接，取得了良好教學效果，實現以“學生綜合能力為中心”的教學范式變革，全面提升學生的競爭能力、實踐能力和創新能力。

關鍵詞：應用型院校;工程實踐教育;多元耦合;教學模式

中圖分類號：G718? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1672-5727（2020）12-0061-06

2018年，教育部提出 “關于加快建設發展新工科實施卓越工程師教育培養計劃2.0的意見”，旨在加快建設發展新工科，探索形成中國特色、世界水平的工程教育體系，促進我國從工程教育大國走向工程教育強國。應用型大學工程實踐教育作為與社會經濟與形勢發展聯系最密切的一種教育類型[1-2]，擔負著培養具有競爭能力、實踐能力和創新能力高級應用人才的重任。

“機械制造工程師”是工程實踐教育體系的一門綜合性專業課程，理論深度高，應用屬性強，具有理論與實踐“強耦合”特征，是培養學生 “動手動腦”、全面提高綜合能力的關鍵課程。但是由于“教”與“學”失衡，學生系統性解決工程問題和創新制造能力有待提高[3]。導致這些問題的原因在于：強調理論導向，培養過程過于“學術化”，地方院校雖然意識到工程實踐教育重要性，但大多還停留于理論探討而實際舉措仍然較少;培養層次、結構體系和人才類型與社會需求脫節，缺乏對系統知識解決工程問題能力的培養;課程體系陳舊，滯后于工程實踐;課程交叉性不夠，缺乏多元化教育;不重視創新與設計教學模式，習慣于從國內外一流高校直接引入教學模式，然而地方院校在教學資源、硬件條件師資等方面與一流高校存在層次類型、辦學理念、服務面向等差異，這就要求地方院校要構建適用于本土化工程實踐教育的教學模式[3-4]。針對我國當前工程實踐教育課程教學存在問題，創新和改革教學模式是目前亟待研究和解決的問題。

一、多元耦合教學模型及機理分析

（一）多元耦合教學模型

為了建立適應于應用型本科院校本土化工程實踐教育教學模式，以“互聯網+”技術和工程課堂平臺為依托，構建了一種全方位、多層次、立體式的多元耦合教學模型（見圖1），模型分為四個基本要素。

1.以“一中心一輔助一關鍵”為主導思想

“一個中心”：以提升學生綜合能力為中心，在教學過程中以學生為主體，以塑造價值目標為核心，以學生需求為重點。“一個輔助”：以輔助者、觀察者的身份做學生的學習伙伴，注重引導學生、激發學習興趣。“一個關鍵”：從提升理論能力全面轉向培養理實一體化能力，注重培養工程實踐應用能力，邊學邊用，學用一體。

2.以“應用屬性需求”為主要培養模式

地方院校培養人才目標要緊密結合實際需求，要加強培養學生對理論知識具有深刻理解且具有實踐動手能力。為此，以教學實驗平臺和互聯網技術為依托，建立網絡資源庫（項目案例、習題、視頻）和教學論壇平臺，實施“理論—實踐—再理論—再實踐”混合式教學手段，通過線下方式對工程實際項目進展、學習效果進行評價，不斷促進學生深度學習，提高解決工程實際問題的能力。同時，加強與本課程關聯度高的實訓課程交互作用，實現協同育人，促進理實結合，使學生具備車工、鉗工等工種的高級技能水平。

3.以“六位一體”為主要教學策略

教學全程實施“六位一體”教學策略：觀察、引導、討論、反饋、調控、激勵（見圖2）。教師授課過程中要做觀察者，要善于識別學生的困難，引導學生自我解決問題，激發學生學習興趣，促進學生建立知識體系[5-6];經常進行焦點問題討論，例如從學生興趣點出發，引導學生的“頭腦風暴”，訓練創新思維，激發“金點子”產生;及時給學生提供反饋意見，避免項目（作業）實施中出現“硬傷”;另外，要激勵學習動機，增加參與度和歸屬感。

4.以“成果產出導向”為主要評價模式

根據地方院校育人特色，使用以“成果產出導向”為主要評價模式，設計以“大小項目為載體”，實施先輸出再輸入教學理念，培養學生自主學習能力、自我解決問題能力、團隊協同能力。制定能夠體現本課程“理實一體、動手動腦、創新、協作”能力的項目，使抽象枯燥的考核變為生動具體的項目任務，激發了主動性和學習興趣，學生解決問題時自然產生“饑餓感”，這就促進學生及時發現知識“盲點”，填補知識漏洞，提高解決工程實際問題能力;同時也為教師識別學生學習中出現的困難和需求提供了策略。對學有余力的同學，要適當提高項目“設計難度”“高階性”和“創新性”。

（二）教學模型要素耦合交互作用機理分析

首先，教學模式、培養模式、教學評價等要素（模塊）以主導思想為中心，相互耦合、相互依存、協同作用關系。每個關聯要素之間為正反饋關系，每個要素提升都能促進其他要素提升。

其次，指導要素與課程體系具有交互作用，指導要素為課程體系提供了理論指導，而課堂體系提升或改變促進了指導要素補充與完善。在交互作用下，跨越了“教”與“學”的失衡，激發學習熱情，提升創新能力、實踐能力和工程素養，達到促教、促學、促練、促思的教學效果。

最后，不同要素耦合關聯、動態互通，具體促進了課程教學“線上與線下互通”“科目與科目互通”“理論與實踐互通”“教學內容與思政育人互通”，從而改變過去課程教學封閉性，提高工程教育系統對社會需求的靈敏度，為提升“學生綜合能力為中心”的教學目標奠定基礎，培養更多的應用型人才。

二、多元耦合課程教學實際應用

天津職業技術師范大學“機械制造工程師”作為“天津市一流本科建設課程”，其教學目標除了讓學生掌握理論知識，更高階要求是讓學生真正擁有解決實際工程問題的能力。針對課程特點和社會所需，基于多元耦合教學模式，具體從以下四個方面實施課程教學。

（一）適應新時代業態，重構課程體系

工程實踐教育體系內容必須保持與社會需求同步，然而，許多應用型院校工程實踐教育課程體系設置落后于社會新形勢[7-8]，發展速度遲緩，因此，必須適應新業態，重構課程體系。

1.提高知識與技能關聯度

傳統課程常離散教學內容，碎片化知識有利于學生深刻理解課程內容，但總結時發現學生對于知識體系邏輯關系并不清晰[9]，甚至可能顛倒主次關系。針對上述問題，筆者強調教學過程要實現知識單元與技能技術的串聯與整合，建立適用于項目制的知識鏈。如圖3，在講授金屬切削過程及切削參數優化選擇內容時，以金屬切削過程為主線，介紹了切削力、切削熱及刀具磨損等知識單元，對知識單元進行串聯整合，促使課程內容（理論）與技能（實踐）相映射，加深對知識體系和邏輯關系理解。本課程時代性強，注重引入制造業與時俱進新技術、研究熱點、焦點問題，如高速加工與超高速加工技術在新型石墨烯復合材料、醫學材料加工技術與研究進展，擴大專業講授知識面，提高學生畢業后對工作環境適應性。

2.課前、課中與課后三階段協同遞進，實現“教”與“學”平衡

針對課程理論深度高、內容多、實踐性強、學生需求不對稱等問題，基于學生學習體檢和教師教學體驗的立場，從課前、課中、課后三個維度來構建教學模型，如圖4所示的多元耦合機械制造工程師課程的“三個三”教學模型，即三個階段（課前、課中、課后）、三個平臺（互聯網、課堂、實踐平臺）、三個層次（基礎知識、深度學習、綜合提升）。

（1）課前階段。基于互聯網平臺、實踐平臺進行基礎知識學習。根據教師課前發布的任務，學生進行基礎知識學習，以知識預習、知識認知、資料查閱、視頻學習為主，實現學生自主學習。

（2）課中階段。基于課堂平臺，實現深度學習。學生通過課前基礎學習對知識體系有一定了解，教師課堂中不在講解或者弱化講解基礎知識，突出對具有深度、拓展性及疑惑性等高階問題進行討論，提高課堂效率，實現深度學習，提升高階能力。

（3）課后階段。基于實踐平臺和互聯網平臺，鞏固知識，提升綜合能力。課后階段是項目設計主要環節，其時間比例占課程份額的50%。在此環節學生會不斷發現新問題，在教師引導、同學協作、互動交流方式下解決問題，學生在解決問題過程中會進一步鞏固和總結知識內容，不斷提升實踐能力和創新能力;同時教師也會在此環節進行反思和設計，能夠及時追蹤學生薄弱環節，有針對性進行知識分享。三個環節環環相扣，螺旋遞進，實現能力逐步提升。

（二）實現多課程交叉互通，創新教學模式

學生反映的本課程內容枯燥、抽象難學，課時量少的問題[10]，限制了專業知識實踐應用和創新實踐能力提升。鑒于此，提出多課程交叉互通的教學模式，要求承擔與本課程高關聯性（實踐課）的教師，為了協助學生達到頂峰產出和提高動手動腦、創新能力的共同目標進行協同合作。交叉互通主要指對相關課程教學內容進行融合、滲透、整合和優化，即先對這些課程進行交叉，而后相互滲透，最后實質性地融合成新體系。如圖5所示，與本課程關聯度大的同步課程為車工加工技術實訓、鉗工加工技術實訓課程，課程知識點交叉互補、理實互通的協同作用有效提升了工程實踐教育教學效果，又解決了課時量少的問題。例如在刀具角度與結構分析章節授課時，學生缺乏實踐觀察，通過理論學習或觀察視頻難以理解刀具角度對加工結果影響，若采用多課程交互教學模式，學生可在實踐課中操作CA6140車床，調換不同刀具角度加工金屬工件，辨別刀具角度變化對切屑形態、表面質量的影響，將抽象理論變得具體化、可視化。又如，學生發現車刀前刀面磨損嚴重，具有“凹洼”形貌，不知其產生機理，通過本課程理論學習發現擴散磨損是產生前刀面磨損的主要機理。通過“課程與課程互通”“理論與實踐互通”交互作用，突破從“軟到硬”“硬到軟”的技術跨度，大大提高學生參與的積極性與創造性。

（三）基于成果產出導向，推進課程評價改革

成果產出導向評價是一種以解決實際問題能力和激發學生全面思考能力為主的開放性評價模式，能夠提高團隊協作能力，全面提升綜合能力。本課程設置了小、大兩種項目作為產出驅動載體，其評價成績作為總成績60%，其余成績為理論成績。

小項目是學生在課程體系內根據實踐課程中發現的問題作為項目。題目自由度高且具有一定深度，考察了學生發現問題及解決問題的能力。例如，學生實踐過程發現車床加工過程中若切削參數或刀具選擇不合理，容易產生出現帶狀切屑等問題，切屑會纏繞工件和刀具，不僅影響加工穩定性，還會影響加工質量，且對操作者可能造成危險。學生在實踐過程中如遇到此類問題，教師就要引導學生根據理論、實踐知識解決問題，如學生通過查閱資料及小組討論，進行原因分析、提出解決方法，最終解決問題。

大項目為要求學生挑戰具有專業性、高階性、綜合性的項目。例如，要求學生根據給定的實際零件設計專用夾具，該項目綜合性強，涵蓋了零件加工工藝和結構設計、工藝性等知識，考察了學生的分析能力、設計能力、創新能力、專業技術能力，能夠培養學生工程實踐能力、綠色制造和與他人溝通合作能力等綜合能力。此外，還要求學生以科技論文形式撰寫設計報告，并做匯報答辯，提高分析能力、組織能力、策劃能力等高階能力。

項目成果產出評價，不僅實現理論知識體系和實踐能力體系交融，能用所學的知識和技術解決實際機械加工生產技術問題，且在問題分析過程中進行思維碰撞，提出新解決方法，明顯提高綜合應用能力。筆者建議隨著后期教學改革推進，不單獨理論考試考核，重點審查項目完成情況、項目答辯情況和綜合能力情況。

（四）融合創新思政教育，促進綜合素質提升

在信息化新時代，更注重提升鑄魂育人水平，全面培養復合型人才。在價值塑造、綜合能力培養、知識共享中，價值塑造位于第一位[10]。為了培養社會責任心強、愛國主義情懷深、工程能力水平高的適用社會發展需求的職業教育師資，筆者授課過程中注重加強專業知識和育人元素的融合[11]，實現“課程承載思政”與“思政寓于課程”的有機統一，并注重以下三方面教學設計。

1.通過教師協作，塑造正確價值取向

學生正確價值取向塑造，是一個需要由教師長期的、協同的、持續的培養過程，要與其他任課教師相互協作，共同育人，抓住課程蘊含的重點內容，優化課堂教學效果。例如，教師可以“大小項目”為抓手，在項目參與階段進行價值引導，提升專業素質、拓展工作能力，引導學生對國家制造政策的認同、國家道路發展的認同、核心價值觀的認同，逐漸“內化和塑造”學生價值體系。

2.通過教學內容，浸潤價值塑造

教學內容與價值塑造融合，重點從制造業在國民經濟中扮演的獨特角度進行價值塑造，引入大國工程、大國工匠優秀案例，如我國古代有大師級工匠魯班，也有新時代工匠大師“胡雙錢”等用“金屬雕花”技能加工C919大飛機異形零件的傳奇故事。同時，在制造業加工領域還存在的“卡脖子”技術，學生明確現階段國家制造業面臨的機遇與挑戰，提升社會責任和創新意識。此外，要鼓勵學生批判性看待問題，培養學生的質疑意識、質疑精神，不斷挖掘學生的創新潛力。

3.通過評價總結，強化價值滲透

經過價值取向和價值塑造階段，學生形成一定的價值感悟，但這時感悟往往零散而不系統，教師應在課程關鍵節點，及時進行評價，并對價值點進行深化總結，用以強化價值滲透。

三、課程教學效果分析與反思

（一）傳統教學與多元耦合教學效果對比分析

為定量考察改革的成效，對2016、2017屆學生的教學滿意度、評價方式、學習效果進行調查與分析。

首先，提升教學滿意度為評價教學改革成效的核心。學生滿意度達到90%以上，非常滿意學生達到83%以上，學生認為基于多元耦合教學模式比傳統教學模式更能提高自身工程素養和實際動手能力。

其次，基于項目產出導向評價方式提高了學生自主解決問題能力，培養了符合新時代需求工程人才。調查顯示，融入實際項目的評價方式真實反映了學生綜合能力，90%以上學生認為在工程專業領域已經基本具備解決實際問題的能力，提高了團隊協同作業能力。此外，學生認為提高了競賽水平、創新能力。如2019年，學生在“第六屆全國大學生工程訓練綜合能力競賽S環形”賽道挑戰賽中獲得了國家級二等獎和國家級三等獎成績。

最后，對學習效果的調查表明，87%以上學生表示與傳統課程相比，在該學習模式下能夠擴大專業視野，學習目標清晰，能夠及時發現自身知識“盲點”，提高了解決實際問題的能力，提升了職業素養，學生均獲得某一工種（車/鉗工）的中級職業資格證書并具有相應工種的高級技能水平。

（二）教學反思

1.加強理論知識與實踐技能耦合

教師要系統地、深入地分析課程理論知識點及實際問題（案例）對應的關系，并培養學生能夠利用理論知識去解決實際問題能力，激發學生學習興趣和自信心。

2.教師的角色需要轉型

以學生為中心，從傳統課堂“填鴨式”教學轉為啟發式教學，以項目為載體，基于成果產出為導向，實現理論知識體系和實踐能力體系相輔相成，能夠激發學生進行主動思考，利用綜合能力解決實際實踐或生產技術問題，且在問題分析過程引導學生進行思維碰撞，提出新的解決方法。

3.重視項目設計

教學過程中，如何使學生合理安排課后時間，進行項目設計是一個重要問題。課后如何更好利用“互聯網”平臺與學生進行在線交流互動，如何監管學生的在線討論學習情況，以及如何選擇更優質的線上教學資源等，都要在教學工作中進一步探索和深入研究。

4.重視教師能力建設

教師能力建設是多元耦合教學發展的核心要素。隨著數字技術與教學模式的深入融合，教師的信息化素養已成為影響教育發展重要因素。教師緊跟信息化時代發展要求，實現教學內容不斷更新，要與社會的發展及科技的進步相匹配，必須及時更新教學觀念、關注新技術、新方法以適應教學過程和新時代科技發展的需要。

5.思政教育要貫穿教學全過程

了解新時代大學生的特點，探索如何在教學全過程實現思政教育沉浸式設計是教師要考慮的永恒課題。教學活動時，教師要引導學生積極參加實際項目，將學生專業能力提升與國家發展相匹配，引導學生樹立以創新制造引領中國創造和實現制造強國的理想。

綜上所述，通過重構課程體系，引入多課程互動教學模式，并基于項目成果導向評價方式，提高了教學效果和教學質量，適用于應用型高校學生學習。教學改革過程中應該及時與學生進行溝通，吸收學生的反饋信息，在學院、教師、學生共同參與下解決教學難題。此外，多元耦合教學模式對教師提出了更高要求，教師要有明確教學目標，要有清晰教學設計思路，要準備與時俱進的教學內容，要充分熟悉多科目教學的特點。

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（責任編輯：劉東菊）