真實工業(yè)環(huán)境下綜合實踐教學(xué)的挑戰(zhàn)與策略

王棟+張新娜+邵鐵鋒+唐建祥+陸萍藍(lán)

（中國計量大學(xué)工程訓(xùn)練中心，浙江 杭州 310018）

摘要：本文分析了讓學(xué)生進(jìn)入真實工業(yè)實踐所面臨的主要教學(xué)挑戰(zhàn)，結(jié)合實踐活動、實踐資源、交互方式等核心因素，系統(tǒng)說明了案例化、項目化的綜合性工程實踐課程群教學(xué)設(shè)計策略和實施的方法。教學(xué)實踐證明了基于真實工業(yè)環(huán)境的綜合實踐課程教學(xué)的可行性，以及多層面設(shè)計教學(xué)方案的必要性。

關(guān)鍵詞：真實工業(yè)環(huán)境；綜合實踐；資源建設(shè)；模塊課程

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

“大工程觀”[1]倡導(dǎo)將科學(xué)、技術(shù)、非技術(shù)要素和工程實踐融為一體，讓學(xué)生進(jìn)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(xué)生提供了一個有意義的情境和可供借鑒的工業(yè)案例，有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)和應(yīng)用所學(xué)知識的能力；第二，真實工程項目實踐讓學(xué)生有機(jī)會接觸工程實際，有助于他們對知識結(jié)構(gòu)的深度理解和團(tuán)隊合作意識的培養(yǎng)。在高等教育大眾化的背景下，開展真實工程綜合實踐訓(xùn)練使教師的教學(xué)設(shè)計和實施面臨很大的挑戰(zhàn)，這就需要基于系統(tǒng)觀點，厘清主要挑戰(zhàn)，從關(guān)鍵教學(xué)要素出發(fā)，分層分類進(jìn)行教學(xué)策略設(shè)計。

一、教學(xué)面臨的挑戰(zhàn)

開展真實實踐教學(xué)首先會面臨一些共性的挑戰(zhàn)[3]。因為專業(yè)人員所運(yùn)用的實踐方法，對非專業(yè)人士來說肯定是相當(dāng)復(fù)雜且不熟悉的。在多年的訓(xùn)練中，專業(yè)人員將一些實踐要素內(nèi)化，并且能迅速有效地運(yùn)用這些要素。但對于缺少實際經(jīng)驗的學(xué)生來說，這些實踐要素一直是內(nèi)隱的，是難以理解的。真實實踐教學(xué)設(shè)計中所面臨的兩個主要挑戰(zhàn)包括：如何幫助學(xué)生處理真實實踐的復(fù)雜性？如何幫助學(xué)生理解工業(yè)案例所包含的基本技術(shù)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(xué)面臨更多現(xiàn)實約束，例如，教師從未開展過這樣的實踐教學(xué)，而在有限的時間和資源條件下要完成工科大類專業(yè)不同層次學(xué)生的實踐教學(xué)任務(wù)?；诠I(yè)真實環(huán)境的綜合實踐教學(xué)實施面臨的最大挑戰(zhàn)是：如何在諸多現(xiàn)實約束下保障教學(xué)目標(biāo)實現(xiàn)的可行性。

二、綜合實踐教學(xué)策略

真實工程實踐教學(xué)關(guān)注工程師是怎樣解決問題的，關(guān)注怎樣引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入以問題解決為核心的思維綜合、技術(shù)綜合、價值綜合的實踐狀態(tài)，關(guān)注如何有效促進(jìn)學(xué)生分析、解決實際問題的能力形成。教學(xué)設(shè)計涉及如下四個核心因素。

1.循序漸進(jìn)的課程活動設(shè)計策略。課程活動的設(shè)計目的是為了把學(xué)生的先驗知識、能力、經(jīng)歷與真實實踐串聯(lián)起來，使學(xué)生逐步形成參與真實實踐所需的技能和知識。主要設(shè)計策略：基于真實工業(yè)大系統(tǒng)情景，按照情景認(rèn)知-案例導(dǎo)學(xué)-項目驅(qū)動-實踐總結(jié)的流程，循序漸進(jìn)安排課程活動。在真實的情境中指導(dǎo)學(xué)生參觀操作生產(chǎn)設(shè)備，選擇實踐學(xué)習(xí)主題。在案例分析中系統(tǒng)梳理知識。在項目實踐中提高實踐能力。在總結(jié)反思中形成把知識、能力、經(jīng)歷與真實實踐連接起來的可遷移的經(jīng)驗。

2.重視軟硬件綜合優(yōu)勢的資源建設(shè)策略。情境認(rèn)知學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，知識的意義是在一定的情境中建構(gòu)的。真實情境往往更能激發(fā)學(xué)習(xí)者創(chuàng)造性解決問題的欲望。所以，資源條件建設(shè)首要工作是營造一個具有真實情景的實習(xí)場，建設(shè)思路：（1）以自主設(shè)計的工業(yè)化生產(chǎn)線為核心來營造真實情景的生產(chǎn)車間。（2）配備分立設(shè)備，與生產(chǎn)設(shè)備組成層次分明的工程綜合實訓(xùn)裝備系統(tǒng)。（3）重視教師的培訓(xùn)與分工合作。發(fā)揮教師專業(yè)特長，對設(shè)備的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分工，實現(xiàn)分層分類的案例庫和項目庫開發(fā)。（4）開發(fā)拓展基于生產(chǎn)線原型的多角度教學(xué)資源和教學(xué)素材。

3.應(yīng)對真實實踐的復(fù)雜性的教學(xué)策略。為應(yīng)對真實實踐的復(fù)雜性，減少學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷，可以從多個角度進(jìn)行教學(xué)設(shè)計。（1）基于先行組織者策略查漏補(bǔ)缺。分析學(xué)生開展真實實踐的知識和技能缺口，預(yù)先安排知識講解和基礎(chǔ)實踐；通過案例分析進(jìn)行導(dǎo)學(xué)，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(huán)、不斷改進(jìn)的學(xué)習(xí)過程。通過提供網(wǎng)絡(luò)資源查詢和分類分層的項目導(dǎo)航，使學(xué)生在“理論-實踐”不斷循環(huán)中不斷改進(jìn)學(xué)習(xí)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(kuò)充的問題。（3）從多個角度降低復(fù)雜度。小組成員分別承擔(dān)不同的工作任務(wù)，分散認(rèn)知負(fù)荷；通過教學(xué)錄像、裝置動畫，使復(fù)雜工作原理等內(nèi)隱的技術(shù)要素外顯化，以便學(xué)生進(jìn)行觀察和討論，逐步理解并掌握技術(shù)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(xué)過程架構(gòu)的設(shè)計、內(nèi)容的選擇以及科學(xué)的組織較好地適應(yīng)了工程綜合實訓(xùn)對象的多專業(yè)多層次特點，引導(dǎo)學(xué)生較好、較順利地進(jìn)入到工程綜合項目情景氛圍中。為了使師生明確工程實訓(xùn)目標(biāo)，進(jìn)一步加強(qiáng)實訓(xùn)教學(xué)效果，需要在實踐教學(xué)項目的初期導(dǎo)航與指導(dǎo)內(nèi)容當(dāng)中建立分層分類的過程評價與驗收標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)評價指標(biāo)的多樣化和真實性，以及過程評價的科學(xué)性。

三、課程群的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計策略

面對上述內(nèi)涵豐富、角度多樣、組織有序的實踐教學(xué)活動策略，需要我們設(shè)置與之相契合的系列化科學(xué)有序的課程群作為其有效運(yùn)行的橋梁。課程群教學(xué)設(shè)計的總原則是使實踐內(nèi)容和方式適合學(xué)生現(xiàn)有基礎(chǔ)，而又不失專業(yè)實踐的真實性。為此，我們將工程技術(shù)實踐課程模塊化，實踐教學(xué)體系框架主要包括三個層次：（1）機(jī)電/測控/信息工程基礎(chǔ)訓(xùn)練；（2）系統(tǒng)綜合與技術(shù)應(yīng)用；（3）實踐系列系統(tǒng)設(shè)計與工程創(chuàng)新。每個模塊有一定的實踐層次和專業(yè)實踐能力傾向性，在工程人才培養(yǎng)強(qiáng)調(diào)學(xué)科交叉的今天，也可以對不同專業(yè)開設(shè)，體現(xiàn)同課異構(gòu)的多角度教學(xué)思想。

1.基礎(chǔ)訓(xùn)練系列：針對工程經(jīng)驗匱乏的大二學(xué)生，設(shè)計《工業(yè)測控系統(tǒng)工程基礎(chǔ)》和《生產(chǎn)線機(jī)電系統(tǒng)工程基礎(chǔ)》認(rèn)知課程，其任務(wù)與目標(biāo)為：介紹工業(yè)生產(chǎn)大系統(tǒng)的概念和基本實踐知識，培養(yǎng)學(xué)生針對工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場功能單元認(rèn)識、系統(tǒng)軟硬件技術(shù)的基礎(chǔ)應(yīng)用能力，以及基本的安全與規(guī)范的工業(yè)工程意識。

2.技術(shù)系統(tǒng)實踐系列：體現(xiàn)同課異構(gòu)的多角度教學(xué)思想，依托豐富的工程教學(xué)資源，針對理工大類專業(yè)開設(shè)了《工程綜合實踐》系列課程，為多專業(yè)多層次學(xué)生提供技術(shù)的多角度交叉實踐提供了保障。課程目標(biāo)：從工控機(jī)、PLC、嵌入式系統(tǒng)，生產(chǎn)線機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等多個技術(shù)角度，結(jié)合工業(yè)化包裝物流生產(chǎn)系統(tǒng)實踐平臺，進(jìn)行軟硬件系統(tǒng)集成設(shè)計與技術(shù)綜合應(yīng)用實踐訓(xùn)練，強(qiáng)化學(xué)生應(yīng)用所學(xué)理論和先進(jìn)工業(yè)技術(shù)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(tǒng)綜合創(chuàng)新設(shè)計系列：創(chuàng)新是工程技術(shù)發(fā)展的不竭動力，作為課程體系的高地，設(shè)置了《測控系統(tǒng)綜合創(chuàng)新設(shè)計》和《機(jī)電系統(tǒng)綜合創(chuàng)新設(shè)計》等工程技術(shù)創(chuàng)新實踐課程，課程目標(biāo)：以提高系統(tǒng)關(guān)鍵性能指標(biāo)，增強(qiáng)可靠性，降低成本，縮短生產(chǎn)周期及節(jié)能降耗為設(shè)計目標(biāo)，以機(jī)電系統(tǒng)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計，電氣集成設(shè)計，測控系統(tǒng)軟硬件自主創(chuàng)新實踐為主要內(nèi)容，以期達(dá)到訓(xùn)練學(xué)生自主實踐能力和創(chuàng)新精神的教學(xué)目標(biāo)。

四、結(jié)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(xùn)練使教師的教學(xué)設(shè)計和實施面臨很大的挑戰(zhàn)，這就需要基于系統(tǒng)觀點，厘清主要挑戰(zhàn)，從關(guān)鍵教學(xué)要素出發(fā)，分層分類進(jìn)行教學(xué)策略設(shè)計，實現(xiàn)了真實情景的工業(yè)大系統(tǒng)現(xiàn)場環(huán)境的構(gòu)建，案例導(dǎo)學(xué)、項目驅(qū)動的工程綜合實訓(xùn)活動和課程教材設(shè)計，以及資源配置和教學(xué)交互設(shè)計[4]。在教學(xué)實施中，通過分層遞進(jìn)的系列化實驗項目，將技術(shù)基礎(chǔ)知識和源于案例的技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計方法的應(yīng)用，融入到一個個具體形象的實踐主題中去，讓學(xué)生的實驗技能和知識的積累隨著實踐進(jìn)程逐步強(qiáng)化，有效提高了學(xué)生分析問題、解決問題的能力。教學(xué)實踐證明了基于工業(yè)大系統(tǒng)情境的工程綜合實訓(xùn)教學(xué)的可行性，以及多層面設(shè)計教學(xué)方案的必要性。

參考文獻(xiàn)：

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

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

[4]王棟.工業(yè)技術(shù)實踐課程群教材構(gòu)建研究[J].教育教學(xué)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(xué)改革項目“學(xué)生自主定制式工程綜合實訓(xùn)教學(xué)方法探索”的階段性成果，項目負(fù)責(zé)人：王棟，項目編號：kg2015164；2016浙江省課堂教學(xué)改革項目，編號kg20160599，名稱：復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)虛擬導(dǎo)入——《測控技術(shù)應(yīng)用實踐》課程導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建與應(yīng)用

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