基于目標導向的理虛實一體化教學改革與實踐

彭見輝，李佳玉，黎小巨，吳 蕾

（東莞城市學院智能制造學院 廣東 東莞 523419）

隨著我國人口老齡化的加劇及新生兒數量的逐年遞減，國內制造業人力成本的優勢正在降低，同時，越來越多的非標自動化、智能化生產設備得到應用，這就需要更多機電專業的應用型人才從事相關設備的設計、安裝、使用、維護等工作，應用型本科畢業生的社會需求日益增加。應用型人才是指可將本專業的理論知識、專業技能結合起來應用到專業相關領域的技能型人才[1]。目前國內的高等教育正處于大眾化教育階段，越來越多的機電專業本科畢業生將被培養成應用型人才，但目前普通本科高校機電類課程傳統教學中理論與工程實踐脫節，實踐體系離散化、獨立化，缺乏系統性和整體性，課程內容滯后社會技術發展，這些問題導致學生學習被動，綜合運用專業的意識淡薄、能力不足。

1 目前課程教學的現狀

國內許多應用型本科院校是由地方普通本科院校或獨立學院轉變而來，機電類課程的設置或多或少受普通高等教育的影響[2]，存在以下四個問題：

1.1 專業定位不清晰，特色不突出

轉設后的獨立學院，在為應用型本科院校在擬定人才培養方案、培養目標、課程教學大綱時，常借鑒重點高等院校相關經驗[3]，忽略了自身與重點院校在學生基礎、師資力量、教科研投入資金、基礎實驗設備等方面的差距，重理論教學、輕實踐應用，導致學生專業應用技能不扎實、實踐動手能力缺乏且生產應用意識不強。

1.2 教學模式單一，效果不理想

目前，理論教學多以教師長時間的講解為主，過程枯燥，師生間的互動不足，且理論知識相對較抽象，若在授課過程中沒有相關實物參照或虛擬仿真，則會影響教學效果，無法體驗到理論知識與實踐應用間的深刻聯系；實驗教學因受實驗學時少、實驗設備無法做到人手一臺的影響，常以演示性實驗為主，導致部分學生難以在有限的實驗時間內完成實驗內容、理解理論知識與實驗間的內在關系，不利于理論與實踐之間的結合。

1.3 理論教學與工程實踐脫節

在一些理論課程的教學中，因教材編寫的時效性，部分例子過于陳舊，與現在生產一線用到的設備差別較大[4]。目前，東莞城市學院（以下簡稱“我院”）機電類課程傳統教學中理論與工程實踐脫節，理論知識體系和實踐體系離散化、獨立化，核心課程內容各自開設、各成體系，教學內容間的銜接較少，知識體系缺乏系統性和整體性，講授內容與生產實踐相脫鉤，這些問題使得學生被動學習理論知識，綜合運用專業知識技能的意識淡薄、應用能力不足。

1.4 實踐類內容的考核體系未突出應用為主

實踐類內容由課內實驗、實訓課程、畢業設計三部分構成。考核課內實驗時，多以學生上交的實驗報告為主，缺少對學生實驗過程、操作步驟的記錄評判，導致部分學生實驗時僅僅是旁觀，回去照抄其他同學的實驗報告；課程設計、畢業設計多以理論設計為主，缺乏實際動手實踐，導致學生缺乏理論知識的工程應用意識。

針對該課程的現狀，根據機械工程學科應用型人才培養的目標，引入以目標為導向的課程理論（Target Oriented Curriculum），構建以知識目標、技能目標、素質目標為導向的目標體系、結合“理論知識”+“虛擬演示仿真”+“實驗實物驗證”的教學模式，參考作業、實驗、實踐、實物檢驗目標體系的達成情況，提升學生實踐技能，達到應用型人才培養要求。

2 課程教學改革的基礎及方案

機電傳動控制作為機制、機電專業的核心課程，依托機械工程重點學科的建設開展教學改革，近年來先后榮獲廣東省機電一體化優秀教學團隊，承擔了廣東省教育廳特色專業、省重點培育學科、省一流課程、省課程思政示范課和省教改項目等，積累了豐富的教學改革經驗，先后獲得了廣東省教育教學成果二等獎在內的多項省級獎項，同時指導學生獲得了攀登計劃項目、挑戰杯在內的多項課題獎項。團隊在教學及指導學生實踐方面積累了較為豐富經驗和基礎，確保了課程改革與建設的順利進行。

團隊從課程涉及知識的應用性、綜合性的特點出發，以課程要達成的目標體系為導向，進行課程內容建設和教學改革。主要從課程思政與專業知識融合、豐富課程資源共享庫、教學內容整合、教學模式改革、教學方法優化及考核模式構建六個方面著手，以解決學什么、怎么學、怎么學以致用、學得怎么樣的問題。

3 課程建設與教學改革的舉措

3.1 以應用為引導，構建課程目標體系

結合我院應用型人才的培養目標及學生的基礎，構建以知識目標、能力目標、素質目標為主的課程目標體系。其中知識目標是目標體系的基礎，要求學生通過課程的學習，理解并掌握直流電機、異步電機、步進電機、伺服電機的結構、工作原理、正反轉方式、調速方法的基本理論知識；同時掌握常用的手動電器、自動電器，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構及工作原理，理解并掌握基本的電氣環節和典型電氣原理圖的設計原則。能力目標是目標體系的核心，以知識目標為基礎，要求學生能夠根據生產要求，完成電氣原理圖的設計及相關電氣元件的選型。素質目標是目標體系的重要組成部分，要求學生在掌握知識技能的同時，要具備較高的人文社會科學知識與素養、具備良好的團隊合作意識和協作精神、具有積極健康的身心、樹立正確的三觀、理解工程技術的社會價值、具備強烈的社會責任感使命感、在工程實踐中遵守職業道德和規范。

3.2 “教研賽”融合，豐富課程資源

團隊依托教研課題，積極推進線上線下混合式課程的建設，對課程教學內容進行提煉，篩選出必須學習的內容，細化知識點目標，形成知識模塊，錄制成微課視頻，將實現該門課程線下教學經驗和成果的共享。在線開放課程中的一系列“微課”小視頻為學生提供了碎片化學習機會，為學生課前的預習、課后的復習提供了平臺與資源支撐，使得學生的學習機會可重復且不再受時間地點的限制。

針對該門課程實踐應用性強的特點，將團隊的攀登計劃、創新創業訓練項目及每年的機械創新設計、挑戰杯、創新創業等比賽與課程實踐緊密結合，在科研經費、比賽經費的支撐下，根據比賽的主題，指導學生完成作品的理論設計、實物制作。同時將歷屆機械創新設計、挑戰杯、創新創業等比賽作品及優秀的畢業設計實物作品融入實際教學中，豐富和充實課程的實踐教學內容，實現“以賽促教，以賽促學”，使學生充分意識到“學有所用”，豐富學生項目開發的實踐經驗及知識技能的實際應用技巧，有效鍛煉學生實際動手應用的能力。

3.3 融入課程思政元素，實現全過程育人

在對知識目標、能力目標、素質目標進行具體細化時，團隊成員積極開展研討、反復推敲，不斷挖掘專業課程中的思政元素，用心設計，合理地將課程思政元素融入專業知識的教學中，達到全過程、全方位育人的目標。如將緒論中機電傳動發展的過程和我國的“制造業強國戰略”結合在一起，以分析從事本專業要具備怎樣的要求入手，引導學生要有職業規劃、樹立社會責任感和愛國情懷，將自身的職業規劃與行業發展、國家發展緊密的結合，實現自身與行業、國家共同成長。再比如通過“機電系統的穩定”引入了“社會系統穩定”，以目前國內的新冠疫情防控為例，引導學生要樹立個人意識服從集體意識的覺悟，理解并支持國家防疫的政策，切實踐行當代大學生在疫情期間的責任和擔當。

3.4 整合教學內容，突出目標引導

針對機電傳動控制課程內容綜合性、實踐性強的特點[5]，通過對人才培養方案和教學大綱的修訂，以理論知識及其應用為主線，突出“機電傳動控制”“PLC原理及應用”“液壓與氣動”“傳感器技術及應用”相互之間的聯系，同時調整四門課上課內容的先后順序。并在這四門課程結束后，增加以機電氣實訓平臺為載體的《機電一體化實訓》實踐課程，該實訓平臺包含三菱PLC、昆侖觸摸屏、步進電機、異步電機、伺服電機、氣泵、氣缸、氣爪、電磁閥、各類傳感元件。以實訓平臺為載體，使用觸摸屏，以PLC為控制系統，實現各類型電機、氣缸的控制應用，以突出各門課程知識點間的應用銜接。同時依托該平臺，以虛擬仿真、實踐項目等手段檢驗知識目標、能力目標的達成情況，通過實操加深學生對PLC編程方法、異步電機、步進電機、伺服電機的結構、工作原理、正反轉、調速等基本理論知識、操作的理解應用，達到應用型人才培養的要求。

3.5 構建目標導向的理虛實一體化教學模式

課程知識點講解采用理虛實一體化的混合教學模式[6]，使教學活動以目標體系為導向、以學生為中心，如圖1所示。

圖1 以目標為導向的理虛實混合式教學模式

課前將MOOC或微課視頻、教學PPT、仿真軟件、視頻動畫、學習計劃等資源發布至線上平臺，要求學生課前采用“理論學習+虛擬仿真”的模式，完成線上自主學習，并進行線上測驗；課中任課教師根據學生線上測驗結果，分析學生線上自主學習知識的掌握情況，采用線下或線上直播的形式進行理論講解、虛擬仿真演示，并對重難點內容進行強調總結；課后教師通過采用作業、實驗、實踐、實物驗證學生所學知識目標是否達到，實現以目標為導向的“理虛實”一體化教學。采用該模式能將理論知識及其應用轉換成可見、可操作的虛擬仿真演示，既能引起學生的學習興趣，又能解決時間、空間對實驗設備的限制，為學生提供了全天候、可重復的學習機會。

同時，結合攀登計劃、大學生創新創業計劃、機械創新設計、挑戰杯等項目比賽，指導學生以所學課程知識為基礎進行實物作品的設計、制作，實現了“以目標為導向、以學生為中心”的思想，突出了應用能力培養，幫助學生一邊學習理論知識一邊進行虛擬、實踐驗證，注重學思結合，不斷引導學生主動用實踐檢驗理論知識，鍛煉理論聯系實踐的思維方式。

3.6 依托信息化教學平臺、融入多元化教學方法

在整個教學過程中，注重現代信息化教學手段的融入，依托粵港澳大灣區高校在線開放課程聯盟平臺和移動端的超星學習通APP，結合線上優質學習的資源，進行線下課程資源自建，積極嘗試線上線下混合教學。在整合優化課程教學內容的基礎上，針對不同內容，綜合應用PPT、板書、flash動畫、仿真軟件、視頻、微課等多種教學資源，與案例引入、問題引導、任務驅動、分組討論、師生互動、重點講授、實操演示、理虛實結合、類比總結、舉一反三等教學方法結合，提升學生學習的參與度，加深學生對理論知識及其應用的理解。

如對各類電器元件的工作原理及圖形符號講解時，充分依托信息化教學平臺，使用翻轉課堂與任務驅動相結合的教學方法。教師在課前將接觸器結構、工作原理的介紹視頻發布至學習平臺，并布置相應任務。課中講解接觸器結構、工作原理及圖形符號時，將學生分組并布置任務，以flash動畫演示其結構及工作原理，通過討論，抽查學生描述其工作原理，分析其圖形符號，并讓學生根據其工作原理完成其圖形符號的繪制。通過動畫引入、任務驅動、分組討論的方式，可有效激起學生參與學習的積極性，教學效果較好。

3.7 實行多元化多維度全過程的考核模式

以往考核模式偏重理論、實驗比重較低，部分學生輕視平時的學習過程，將主要精力放在期末的理論考試，這與應用型人才培養的要求不符。團隊嘗試以課程教學目標體系中的知識、能力、素質目標為評價導向，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習、出勤、分組討論、實驗考核、理論考試等多種方式對進行考核。

優化后的考核模式中，理論考核仍占主要部分，但將其權重降至55%；實驗及操作占比10%，改善實驗成績的構成，不再單純以實驗報告、數據為依據，增加了實驗過程、實驗操作的得分；弱化了作業出勤的權重，將其降至10%；增加教學過程中的分組討論、任務式教學、翻轉課堂等學習過程及參與度的評價，以10%的權重納入考核方案；增加線上資源的自主學習情況，包括線上視頻資源的觀看情況、線上課前課后習題、章節小測等，以15%納入考核方案。優化前后考核模式的對比情況如表1所示。

表1 優化前后考核模式對比

優化后的考核模式加深了學生參與教學過程的程度，不僅全面考查學生自主學習能力、對基本概念的理解能力、知識的運用能力、實驗動手能力，又可調動學生自主學習的積極性，使學生重視實踐應用能力的培養。將考核方式以“結果導向”轉換成“過程與結果并重”，實現了對學生學習過程中的知識、能力、素質目標達成全過程的有效監測。

4 總結

本文在分析機電傳動控制課程教學情況的基礎上，參照機械工程學科應用型人才培養的目標，從課程目標體系構建、課程資源的建設、課程思政與專業知識融合、教學內容整合、理虛實一體化教學模式的建立、多元化教學方法與信息化教學平臺的融合、多元化多維度全過程考核模式的建立七個方面介紹了課程改革的情況，為應用型人才的培養奠定了堅實的基礎。