基于OBE理念的機電專業“四階段、四層次”實訓教學模式研究

何欣

摘要：基于OBE理念構建了機電專業“四階段、四層次”實訓教學模式，該模式以學生為中心，根據機電產業技術發展實際設計學習產出，按照企業設備情況實時更新虛擬仿真實訓教學平臺，實現學習產出對應崗位需求，實時更新實訓教學模塊內容，同時在實訓教學過程中持續評估學習產出并進行反饋和補償，從而不斷提高實訓教學質量。

關鍵詞：OBE；機電專業；實訓教學模式

中圖分類號：G712? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1672-5727（2023）07-0050-06

一、研究背景

在第四次工業革命背景下，為滿足我國服務建設現代化工業經濟體系需要及更高質量、更充分就業的需要，亟須培養大批掌握融合先進技術的機電專業技術技能人才，為我國現代產業邁向全球產業中高端提供高素質技術技能人才的有力支撐。《國家教育發展“十四五”規劃》提出：強化校企雙元育人，健全激勵企業參與人才培養的機制，根據專業特點及行業需求，培養兼具知識的專業性與通識性、能力的專業性與發展性、素質的通用性與鑒別性的應用型人才。實訓教學作為職業院校教學體系的重要組成部分，是提高應用型人才實踐技能的重要環節，已成為各職業院校教學工作的第一要務[1]，不斷優化實訓教學也成為職業院校專業課教師需要解決的重要課題[2]。 然而，目前國內培養機電專業技術技能人才的實訓環境與企業實際生產環境還存在較大偏差，機電專業實訓設備難以跟上企業設備的更新速度，這在很大程度上導致傳統機電專業實訓教學模式與機電類產業技術發展嚴重脫節。不僅如此，從國內職教領域應用OBE理念的現狀來看，雖然工作過程導向的課程已經進入了成熟期，許多職業院校的絕大多數專業也都形成了課程開發的典型案例，但是成果導向的課程尚處在萌芽期，少數職業院校個別基礎扎實的專業還在試點探索[3]。天津職業技術師范大學工程實訓中心作為國家級示范中心，致力于培養高素質職業教育師資，基于OBE理念并緊密結合機電專業技術技能人才培養需求構建了“四階段、四層次”實訓教學模式，在實際運行中取得了良好的效果。本研究通過對機電專業“四階段、四層次”實訓教學模式構建的理念、過程與應用進行介紹與分析，以期對職業院校的機電專業技術技能人才培養提供一定的借鑒與啟示。

二、OBE理念及其在構建機電專業實訓教學模式中的應用

基于學習產出的教育（Outcomes-Based Education，OBE）最早出現于20世紀90年代初期的美國和澳大利亞，是一種以結果為導向的教育理念[4]。基于OBE理念的人才培養方案主要內容包括課程體系和評價體系等，是一種基于培養目標的“反向設計”[5]。在基于OBE理念的教育系統中，所有環節都是圍繞明確的學習產出來組織的，以確保學生在離開教育系統時，能夠擁有獲得成功所需要的知識、能力和素質[6]。基于OBE理念的機電專業實訓教學模式的構建，是一個圍繞機電產業鏈、創新鏈重塑實訓教學模式結構的過程，強調根據企業對機電專業技術技能人才的需求設計實訓教學內容。傳統機電實訓教學模式運行的基本邏輯是課程內容決定實訓教學內容，實訓教學過程是以教師和教材為中心，學生修滿課程所需的學時、學分，憑借學分取得相應職業資格等級證書。與傳統實訓教學模式不同，基于OBE理念的實訓教學模式的構建是從機電類行業企業實際需求入手，對接機電產業最新技術發展趨勢和市場需求，以實際產出為目標確定畢業標準，根據畢業標準確定學生需要具備的知識結構，再根據知識結構與培養方式進行實訓教學內容的設計，最終形成機電專業的實訓教學模式。

基于OBE理念的機電專業實訓教學模式遵循“反向設計”原則。“反向設計”原則是相對傳統實訓教學中的“正向設計”原則而言的。機電專業的“正向設計”實訓教學模式是基于已有課程體系制定畢業標準，再根據畢業標準制定機電專業技術技能人才培養目標，最終假設達到培養目標的機電專業技術技能人才能夠滿足機電類行業企業的實際需求。由此可見，傳統機電專業實訓教學模式是以學科知識體系為邏輯起點構建的，而并不是基于機電類行業企業的實際需求所構建起來的，其中暗含的邏輯是只要按照機電專業的學科知識體系對學生進行實訓，使學生掌握機電專業的相關專業知識技能，學生自然而然就會在日后的生產實踐過程中加以運用，且學生所掌握的機電專業的知識技能也正是行業企業實際所需要的。然而實際情況卻并非如此。

基于OBE理念“反向設計”的一個顯著特點是行業企業的實際需求既是構建機電專業實訓教學模式的起點，也是實訓教學所要到達的終點。在構建機電專業實訓教學模式的過程中將機電產業的新技術、新工藝、新規范等先進元素納入實訓教學內容和教學標準，從而在最大程度上保證學生的學習成果與行業企業實際需求相一致。因此，工程實訓中心在構建機電專業實訓教學模式前期，認真進行在校生學情調研、畢業生跟蹤調研，分析機電類產業發展趨勢和機電類行業企業對技術技能人才的實際需求，并以河南漯河技師學院機電專業為實驗對象開展實訓教學實驗，從而為構建“四階段、四層次”機電專業實訓教學模式提供了理論基礎和實踐條件。

三、“四階段、四層次”機電專業實訓教學模式構建

實訓教學具有豐富的情境性與體驗性，是培養學生職業能力、形成職業素養的重要途徑，但與理論教學相比，實訓教學活動的設計、組織、評價均更加困難[7]。基于OBE理念，以預期學習產出為中心來組織、實施和評價實訓教學是一種新的思路，具體包括定義學習產出、實現學習產出、評估學習產出和使用學習產出[8]。本研究遵循上述思路提出了構建“四階段、四層次”機電專業實訓教學模式的措施。基于OBE理念的“反向設計”原則，從機電類行業企業實際需求出發，先制定機電專業實訓教學期望獲得的成果產出，并設定職業能力培養目標，再根據職業能力培養目標設計和細化實訓教學模塊，依托實訓教學模塊實現學習產出，并進行持續的反饋與優化，如圖1所示。

（一）制定以職業能力為導向的培養目標

實訓教學的根本目的在于培養學生的職業能力[9]。根據機電類行業企業用工單位反饋，在機電類企業實際工作中需要的能力主要包括10項：知識應用能力、邏輯推理能力、問題處理能力、工藝分析能力、任務執行能力、職業道德、安全文明操作規范、團隊協作能力、研究創新能力、人際溝通能力，如圖2所示。在明確機電專業具體的10項職業能力目標后，將這10項目標融入機電專業實訓教學模塊中。

（二）基于職業能力培養目標設計實訓教學模塊

根據機電專業技術技能人才職業能力培養目標制定機電專業實訓教學標準，進而調整和優化原有機電專業實訓教學模塊的內容。針對多學科的交叉與融合，著眼未來發展趨勢，設計了10項機電專業實訓教學模塊，并將每一實訓教學模塊細化為可具體操作實施的20項實驗任務，以此作為實訓教學子模塊，完成實驗任務的過程就是完成職業能力目標培養的過程，如圖3所示。

在分別對機電專業職業能力培養目標和實訓教學模塊分解后，采用矩陣方式明確不同實訓教學模塊所重點培養的職業能力類別，如表1所示。

（三）“四階段、四層次”機電專業實訓教學模式的形成與解析

基于OBE理念與上述實訓教學模式的設計思路，跟蹤前沿機電產業技術發展的最新趨勢，對機電類行業企業的崗位實際需求展開調研，組織社會、企業、學校三方主體共同研討構成機電專業實訓教學模式的關鍵要素。根據“機電專業設置與機電產業需求緊密對接、機電專業課程內容與職業標準緊密對接、機電專業實訓教學過程與實際生產過程緊密對接”的要求，以機電專業新技能訓練為重點，同時適應“互聯網+職業教育”需求，以“信息技術+”升級傳統機電專業實訓教學模式，著力建設智慧課堂和虛擬工廠，運用現代化教學手段不斷完善產學結合的機電專業實訓教學模式，最終構建了“四階段、四層次”機電專業實訓教學模式，如圖4所示。

該模式將10個實訓教學模塊分為“認知階段、初級階段、中級階段、高級階段”四個階段。認知階段包括模塊虛擬實訓和企業認知兩個模塊，將企業的實際操作場景還原在虛擬仿真軟件中。初級階段包括職業素養、金工實習和智能制造三個模塊，具體進行機械類、電工電子類等崗位基礎知識的學習，主要以崗位通用技能為基礎培養學生知識應用、職業規范和安全文明規范能力。中級階段包括電子電路、機電控制和機床調試三個模塊，通過機械和電工電子綜合專業訓練，培養學生問題處理、工藝分析和任務執行能力。高級階段包括跟崗實習、素質拓展兩個模塊，旨在促進學生所掌握的知識技能的應用與升華，是對學生所學知識技能的拓展階段。

要實現基于OBE理念設計的學習產出，該模式還要分四個層次進行實訓教學。第一層次，虛擬仿真。實訓教師進行課前準備，將實訓教學第三階段的實際操作內容中的機械結構和控制編程部分，在仿真軟件中構建出來，使學生在學習初期就可以在虛擬平臺操作實訓裝置并與之進行互動。學生在基礎理論學習前進行虛擬實際操作，能夠有效提高學生的實踐操作能力。第二層次，基礎知識。該層次是機電專業理論內容的學習過程，由于一些電路圖和機械結構是很難想象出來的，配合使用虛擬仿真能夠達到“以虛補實”的效果，使基礎知識更加直觀，有助于學生認識各實訓模塊中的機械零部件和電器元件等，使學生對所學專業產生濃厚的興趣。第三層次，實際操作。學生的構想和設計結果付諸實踐，讓學生盡快看到自己制造出來的成果。第四層次，綜合應用。學生通過參與學科競賽和撰寫論文、發表專利等方式，對所學知識技能進行綜合性的實踐應用，同時引導和鼓勵學生對企業真實生產線模型進行優化和創新。

“四階段、四層次”機電專業實訓教學模式的一個突出特點是依托虛擬仿真實訓平臺，嘗試虛擬現實技術的運用。依托虛擬現實技術搭建的仿真實訓平臺能夠“以虛補實”，豐富和創新機電專業實訓教學資源。具體來講，虛擬仿真實訓教學平臺在機電專業實訓教學中的應用具有如下三點益處。一是使機電專業實訓教學過程由抽象到生動。在機電專業實訓教學過程中充分依托虛擬仿真實訓教學平臺，使學生在虛擬現實環境中感受到直觀的立體形象，沉浸在機電操作的虛擬仿真環境中，而非讓學生機械地理解教材中由抽象的文字和圖形所展現的實踐性知識。二是使學生在機電專業實訓過程中由被動到互動。使用虛擬仿真實訓教學平臺，使學生在整個實訓過程中不再是被動的觀察學習者，而是與虛擬仿真的實驗對象展開充分互動，使學生在實訓的各個環節都能夠發揮自身的主觀能動性，全身心地參與到實訓全過程。三是有利于學生在實訓過程中體驗由構想到驗證的過程。以虛擬仿真實訓教學平臺為載體，學生能夠及時把構想、設計的實驗結果進行推演，融理論學習、實驗操作和學習交流為一體，同時培養學生實踐操作的安全意識，真正實現“理、仿、實”一體的實訓教學理念。

在機電專業實訓教學過程中，實訓教師以實訓模塊為單元有序實施教學，學生在實訓過程中自主探究學習，在解決問題中不斷提高能力，從而有序實現實訓教學目標。同時，在實訓教學模式中引入企業真實的機電類項目和案例，開發或引入多種形式的數字化教學資源，依托虛擬仿真實訓教學平臺，打造“闖關式”實訓教學模式。

第一關“直觀不抽象”。實訓教師在虛擬仿真平臺預先準備好與機電類企業實際情況相符的數學模型、學生參觀企業看到的機器設備及生產線，隨后從仿真軟件上完成機械結構的拆裝及電路系統的設計、控制程序的應用，使學生可以操作基本的機床，熟悉生產線運作模式，并逐漸對機電專業產生興趣。

第二關“互動不被動”。在金工實習和智能制造實訓模塊實訓過程中，不僅要完成電路和機械零件的制作，還要把數學模型在虛擬仿真平臺上用軟件繪制出來，促進學生積極、主動地參與實訓教學全過程。

第三關“總結與升華”。實訓教師在這一階段不僅要使學生能夠將自己制作的電路和機械零件進行實際應用，還應引導和鼓勵學生通過更改模型參數進行優化和創新，著力培養學生的創新能力和終身學習能力。

依托虛擬仿真實訓平臺開展的實訓教學內容從簡單到復雜，從認知到體驗，從仿真操作到工程拓展再到綜合設計，非常符合機電專業技術技能人才的培養規律。未來，將充分利用虛擬現實和增強現實技術，建設智能學習空間和學習體驗中心等，推行場景式、體驗式和沉浸式學習。此外，嘗試引入教育部推出的在線課程、大型沉浸式工業機器人的設計與拆裝、三坐標測量機虛擬仿真實驗等線上線下有機結合的先進實訓教學技術手段，將抽象理論形象展示的同時，提高機電專業實訓教學的安全性和可操作性。

四、“四階段、四層次”實訓教學模式的評價

“四階段、四層次”機電專業實訓教學模式的評價方式強調以學生為中心，促進學生主動學習，以不斷的評價反饋為實訓教學模式運行提供驅動力，并采用多元評估和持續評估的方式推動實訓教學模式的不斷優化，有利于反映出學生對于機電類企業崗位核心技能要求在解決實際問題中的工作能力、獲取新知識新技能的學習能力、團隊活動的合作能力、職業語言的表達能力等方面的掌握程度。

與傳統機電專業實訓教學更加關注“輸入”（教學內容、學習時間等）不同，基于OBE理念的機電專業實訓教學更加關注“輸出”，強調學生在實訓教學過程中的體驗和學習成果的形成性評價。“四階段、四層次”機電專業實訓教學模式的評價可以使實訓教師、學生乃至教育管理者具有及時獲得反饋和補償的機會。例如，學生如果在某一實訓模塊的學習成績不合格，則允許學生及時補修相應的實訓教學模塊，而不必等到最終期末考試不合格，學生才發現自身知識技能的欠缺，再去補考或重修，這樣可提升實訓教學效率和質量。“四階段、四層次”實訓教學模式的形成性評價以學生為中心，不斷通過反饋導引驅動，強調學習結果，能夠及時檢驗學生的學習效果，逐項評估學生是否達到畢業標準，并將形成性評價信息反饋給教學組織者，從而對實訓教學過程進行持續優化。這種形成性評價打破了傳統實訓教學模式封閉單一的訓練方法和評價方式。

機電專業實訓教學的形成性評價圍繞職業能力培養目標進行評估，針對每個學生在每學年都會形成一份評價結果圖，如圖5所示。

學生完成四年學業后形成的評價結果總圖可以使家長、學校、用人單位非常直觀地了解學生的學習成效。實訓教師可以將形成性的評價結果反饋給學生，幫助學生保持自身優勢，反省不足，端正學習態度，調整學習方式。對于學生來說，可以清晰地看到自身的優勢、劣勢，有利于學生更好地設計和執行職業生涯發展規劃。對于學校管理者來說，可以利用形成性評價結果不斷優化機電專業技術技能人才培養目標，為機電類產業培養和供給大批層次結構合理、類型齊全、具有較高職業素養和專業能力的高素質技術技能人才。用人單位則可以根據崗位需求，參考數據化的形成性評價圖來選擇適合本企業的學生。未來，基于“四階段、四層次”機電專業實訓教學模式還將進一步推動信息技術與機電類專業實訓教學的深度融合，加強對信息時代學生認知和學習行為規律的探索，對實訓教師教學和學生學習、實踐的全過程進行評價，推動學校和教師及時優化實訓教學模式。

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（責任編輯：張維佳）

Research on "Four-stages， Four-Levels" Practical Training Teaching Model in Mechanical and Electrical Major Based on OBE Concept

HE Xin

（Tianjin University of Technology and Education， Tianjin 300222， China）

Abstract： Based on the OBE concept， this study builds a "four-stage， four-level" practical training teaching model for mechanical and electrical majors. This model takes students as the center， designs learning output based on the actual technology development in mechanical and electrical industry， updates the virtual simulation practical training teaching platform in real time according to the equipment conditions of the enterprise， realizes the learning output corresponding to the post demand， updates the content of the training teaching module in real time， and continuously evaluates the learning output and gives feedback and compensation in the process of practical training teaching， so as to continuously improve the quality of training teaching.

Key words： OBE; mechanical and electrical majors; training teaching mode