工程教育視域下高職機電專業課程混合式教學探析

朱節宏，譚敬晃

（北海職業學院，廣西 北海 536000）

0 引言

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO（Conceive，Design，Implement，Operate）以產品研發到產品運行的生命周期為載體,讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。我國非常注重CDIO工程教育模式的推廣工作，CDIO在中國十多年的創新發展，工程教育的實踐，卓有成效。在“雙高計劃”、高質量發展的大背景下，積極探索CDIO新內涵，推動教育教學改革，持續提高人才培養質量就是CDIO于職業教育應有之義。2019年國務院發布的《國家職業教育改革實施方案》明確指出，把發展高等職業教育作為培養大國工匠、能工巧匠的重要方式，重點是培養服務區域經濟社會發展的高素質技術技能人才[1]，而高素質技術技能人才的培養則表現為專業基礎知識學習能力、個人職業技能、人際交往技能和專業創新能力等方面的賦能，這跟CDIO的工程教育理念，有著異曲同工之妙。本文在工程教育的基本框架下，以學生認知能力、學習經驗、學習能力與習慣等方面的學情分析為基礎，探析工程教育視域下高職機電類專業課程混合式教學模式。

1 學情分析

學情分析是教師教學策略選擇和教學活動設計的前提，研究學生的實際需求、認知能力和經驗、學習能力和習慣等，在教師的角度，為學習者設計、優化有效的教學過程，更好地達到教學目標，提高教學效率[2]。

1.1 認知能力與經驗分析

建構主義學習理論認為，學習的生成過程是學習者原有的認知結構、經驗與從環境中接受的新知識相互作用，主動選擇信息和注意信息，以及主動建構信息的意義。學習者現有的知識、實踐經驗或技能能不能實施對新知識的意義建構是激發學習興趣和學習主動性的關鍵。以2019級機電一體化技術專業為例，3個班共103人，80%以上生源是中等職業學校，并且全部是男生，中學應需要掌握的文化科學基礎知識和基本技能普遍較低，認知能力測試結果顯示，數學、邏輯推理能力方面最低，這給教學設計的啟示就是，課程設計計算方面的內容教學必須考慮可操作性。

認知能力分析，更多的是關注學生個人的基礎素養、智力和應變方面的能力，而經驗分析則比較傾向專業基礎素養和實踐技能的掌握情況，見表1。根據機電一體化技術專業2019級的人才培養方案，在學習“液壓與氣壓傳動技術”課程課前，經過整理分析前修課程的結果材料、調查問卷分析和面對面的交流訪談后發現，學習效果跟學習目標差距很大。

表1 經驗分析

1.2 學習能力與習慣分析

學習是學習者主動建構內部心理表征的過程，自主學習能力和接受學習能力，對具有一定結構體系的學科學習非常重要。以“液壓與氣壓傳動技術”課程的“項目1液壓與氣壓基礎知識”內容的教學為例，自主學習檢驗結果顯示，除了千斤頂的操作能引起大家興趣之外，其余概念性、理論性問題的回答，絕大多數學生都是“不懂”“不知道”；而通過課堂講授之后的內容測試，獨立思考過后完成的不到一半，其余都是為了完成任務而隨意的選擇，總體而言，學習目標的達成率不到20%，這反映了學生學習的自覺、自主和理解接受能力是有限的，所以教師必須考慮在教學場景當中營造一種“接受”的氛圍，激發學生學習的主動性，提高參與度，促進學習目標的達成。

科技主導的現代社會，信息技術飛速發展，對大學生的生活、學習習慣產生了許多負面影響。生活上，娛樂方式的轉變，由原來沉浸在“網吧”，到如今可獲得性更好的手機游戲；人際交往上，更多地傾向于網絡社交，沉溺于虛擬空間；學習上，碎片化的資源漫天飛舞，充斥在各種APP、網站和資源平臺，這些對學生自主探究性的學習、課堂聽講、參與度、團隊協作和創新力的消極影響，不可忽視。學習習慣分析結果見表2，教學內容是“液壓與氣壓基礎知識”。

表2 學習習慣分析結果

2 構建以學生發展為中心的混合式教學體系

“互聯網+”時代，混合式教學模式正成為主流模式，是一種以混合式學習需求為基礎的教學模式。首先，學生知識與技能的獲得方式，融合了線上學習和線下學習[3]，線上學習主要依托各種資源網絡平臺或系統；其次，混合式教學強調學習者為中心的教學，教師是學習的引導者和服務者、資源的提供者，學習者在學習活動中以線上自主探究、線下協作討論的方式開展[4，5]。

2.1 基于資源、探究、合作的情境式教學設計原則

以學生為中心，涉及學生、教師、教學設計、教學方法、教學組織、學習環境和學習效果評估等方面的內容，要讓學生真正成為自覺、主動的學習者，要讓教師成為學生學習的引導者、服務者，要讓教學設計、教學組織和教學方法的選擇能在充分接納學生意見建議基礎上進行，尊重學生個性的差異和學習習慣，教師有責任有目的地引入或創設各種具體的學習場景，營造良好的學習氛圍，學生的學習效果評價還要能及時直達學生，便于其個人調整。具體情境式的教學設計，以能為學生帶來輕松愉悅、自主性較強的學習體驗為標準，最大限度地給予良好的心理暗示和思維啟迪，培養學生的創造性和適應性。

基于課程資源的情境式教學設計。任何可以應用到教育教學當中的材料和條件，都屬于課程資源的范疇，這包括教學PPT、專業教學動畫、二維三維模型、虛擬仿真資源、實訓錄像、影視片段、圖文資源、校內外實訓實習基地等形式的內容或環境。“液壓與氣壓傳動技術”情境式教學設計中涉及的課程資源，除了從教學服務平臺資源庫添加之外，其他則由課程團隊自行設計制作，見表3。情境式的教學設計，不管是基于實物、實驗，還是基于問題、現象等，都是在可制作的課程資源基礎之上開展的。教學情境與課程資源是有機地關聯、搭配在整個教學過程當中。有效的教學情境設計是需要多種課程資源支撐的，不僅是基于教材的概念、理論或經驗描述的提煉總結，還是基于梳理過的知識點、技能點，并經過設計深化、具體化或形象化后的各種課程資源。

表3 “液壓與氣壓傳動技術”課程資源（以項目1為例）

基于探究學習的情境式教學設計。通過一個或多個問題情境的設計，讓學生接連地質疑發現問題、分析討論、實驗實踐、表達與交流，來理解、獲得相關問題的有關知識或方法，進而形成解決問題的技能和自主學習的能力。指導學生基于自身經驗的、學科課程相關的一些問題進行探究，讓學生們獨立去收集數據、調查研究，或者引導他們去設計那種難度適中的研究方案。以“機械基礎”課程里的“機械傳動”簡章教學為例，機械傳動類型有皮帶傳動、鏈條傳動、齒輪傳動和蝸輪蝸桿傳動等，每種傳動類型都各有特點和應用，對這個章節內容進行探究學習教學設計的時候，借助實物、三維和虛擬仿真等情境，引導學生嘗試著去完成某一種傳動方案的設計或者多種傳動方案的對比分析，整個過程會讓學生針對具體的問題，獨立地查閱機械設計手冊、技術標準及技術文獻，收集信息數據、制定方案和繪制圖紙。教師的指導和適當組織也很有意義，不斷地讓學生集中于他們的學習，激發和鼓勵他們的學習，并且每個重要的學習節點都會在教學平臺上直觀地顯示出來，使學生人人都能充分參與，加深對機械傳動過程的理解。

基于合作學習的情境式教學設計。以“液壓與氣壓傳動技術”“項目2液壓與氣壓動力裝置”為例，該項目教學包括齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、氣源裝置等內容，每個內容都對應有實驗實訓設備，可以開展元件拆裝實訓、參數測定和定量計算等，就拿拆裝實訓來說，它包括拆裝技術要求和注意事項的正確通讀、工量具的規范使用、拆裝實操、拆裝記錄、測量分析和現場6S等多項工作內容，一個人在有限的學習時間內是無法完成的，合作學習是必需的。這種合作學習的情境設計，教師與學生、學生與學生之間，共同針對某些知識點、技能點進行學習合作，并在學習合作的過程中相互碰撞和質疑，達成共識和創新。

2.2 基于CDIO工程教育理念的教學內容重構

CDIO工程教育模式能力大綱的四個方面，分別是技術知識和推理能力、個人職業技能和職業道德、人際交往技能、企業和社會構思、設計、實現和運行系統[6]。以下以“液壓與氣壓傳動技術”課程為例說明該課程CDIO工程能力要素教學內容的設計如表4所示。

表4 “液壓與氣壓傳動技術”CDIO教學內容設計

2.3 依托在線教學平臺，開展線上線下混合式教學評價

教學評價是一個價值或質量判斷的過程[7]。線上線下混合式教學評價，即線上線下混合式教師教的評價和學生學的評價。線上評價以學生學的評價為主，依托在線教學平臺開展，評價指標有課件學習（進度、評價、問答、糾錯）、課堂考勤、課堂筆記、課堂參與、線上測驗、線上作業和線上考試，根據預設評價指標的權重，最后會得出一個線上的量化評價。線下評價包括教師教的評價和學生學的評價，教師教的評價形式有督導聽課、同行評課、學生評課、教師自評四種形式，評價的目的自然是從不同角度對教師的教學準備、教學設計、教學組織、教學方法、教學態度和教學成效做全方位的評估，促進教師的成長和教學質量的不斷提升；線下學生學的評價，是以學生、以課堂為中心的評價，評價指標有課堂表現（實訓實驗結果、書面匯報、調查報告、知識競賽、技能比賽）、課程設計、課外創新（制作模型和小發明）等[8]，具體見表5。

當前，各個資源共享平臺和在線教學服務平臺，其資源和教學服務的共享，在職業教育教學改革的大浪潮中，確實有助于提高了教與學的效率和效益。

3 教學實施策略

3.1 以項目為導向，調動學生主動探究、實踐與創新的積極性

通過項目（任務）的形式開展專業課程的教學，學生獨立搜集資料、設計方案、組織實施及項目（任務）評價，讓學生積極主動起來，主動探究，主動實踐和主動創新[9]，在項目（任務）推進的過程中自主學習、合作學習，教師仍然是一個指導者的角色。項目（任務）導向的高職機電類專業課程的教學形式，營造以學生為中心、開放的學習氛圍，契合新時代職業教育改革發展的趨勢，順應傳統制造業適應產業變革、創新突圍的呼聲。

作為導向的項目（任務），需要課程團隊從學情分析、崗位需求出發，認真審視教材，結合相應的教學情境，精心設計。以“機械基礎”中的“凸輪機構”項目（任務）式教學為例，這個內容設計有“常見凸輪機構分析”和“凸輪機構設計”兩個開放性的項目（任務），學生自由組合，以小組的形式，按順序完成項目，提供的資源條件有內燃機（配氣凸輪機構）、凸輪機構模型、教材、機械設計手冊、課件、動畫、微課、計算機、拆裝工量具、繪圖工具及紙張等。“常見凸輪機構分析”主要指導學生完成內燃機配氣凸輪機構的實物拆裝、測量記錄、建模、機構分析和學習報告，在此基礎上，學生自選完成一種凸輪機構的設計。

3.2 以問題為導向，注重學生興趣與思維能力的培養

以問題為導向貫穿整個教學過程，教師負責創設問題情境，或以提問帶入問題情境，適當引導學生提出要解決的主要問題，通過個人或小組合作開展自主探究，對提出的問題認真分析、猜想假設、解決方案設計和驗證解決[10]。這是一個新知識、新技能發現探索和掌握的過程，在這個過程中，學生自然是主角，其注重學生學習興趣、思維能力和自主學習能力的培養，這是對CDIO能力大綱中工程推理和解決問題能力培養的一種響應，在問題解決、發展的過程中，整體思維、創造性思維和批判性思維得到了極大的鍛煉。

以“可編程控制技術”“十字路口交通燈控制設計”的教學為例，教師通過十字路口交通燈的視頻或動畫的展示創設問題情境，通過觀看，學生會思考，產生很多問題。比如直觀上，東西南北的紅、黃、綠燈是如何交替的？持續多少秒？間隔多少秒？接著是跟學習內容相關的問題，像如何編寫梯形圖來完成對交通燈的控制？用經驗設計法還是順序控制設計法？是單系列、選擇系列還是并行系列結構呢？學生發現提出這些問題，逐一自行探討、設計方案或路徑并驗證，直至解決問題。

3.3 信息技術與教育教學深度融合，全面提升高職技能人才培養質量

高等職業教育已具備了線上線下、較為完善的教學系統和學習系統，教育教學與信息技術的深度融合，推動了教師角色、教育理念、教學觀念、教學內容、教學方法以及教學評價等方面的變革，以適應經濟發展新常態和技術技能人才培養需要的新教育形式，基于CDIO工程教育理念的混合式教學模式勢必對高職技能人才培養質量的提升產生深遠的影響。

4 結語

在工程教育的基本框架下，以學生認知能力、學習經驗、學習能力與習慣等方面的學情分析為基礎，對高職機電類專業課程混合式教學模式的構建原則、基于工程能力各要素的教學內容設計，以及線上線下混合式教學評價方式分別進行了深入的探析。接著以項目導向、問題導向兩種教學方法的應用實踐為切入點，具體探討了機電類專業課程混合式教學模式的實施策略。教學實踐表明，工程教育理念下的混合式教學的實施，錘煉了學生的實踐技能，增強了學生的創新意識，對高職機電類專業技術技能人才培養質量的提升，具有催化促進的作用。