曾元靜 吳京秋 李佩娟

(南京工程學院 工業(yè)中心， 南京 211167)

新工科的內(nèi)涵是以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才，具有戰(zhàn)略型、創(chuàng)新性、系統(tǒng)化、開放式的特征[1]。在培養(yǎng)卓越工程人才的過程中，實踐育人所發(fā)揮的作用是巨大的。面對新工科的新要求及新工科人才培養(yǎng)新模式，高校需要對傳統(tǒng)的實踐教學模式進行調(diào)整，不斷提高人才培養(yǎng)工作的針對性和有效性[2-3]。應用型本科高校實踐教學受實踐基地、實驗條件、教學資源和組織管理等條件限制，主要采用“課程實驗+課程設計”和“企業(yè)實習”相結合的模式，存在理論知識與工程實踐脫節(jié)、實踐教學內(nèi)容(尤其是工具軟件等)和工業(yè)現(xiàn)場實際需求脫節(jié)、實踐過程流于形式、學習成效評價不明確、實踐教學質(zhì)量難以保證等問題。文獻[4]探索“學科交叉、產(chǎn)教融合”工程能力培養(yǎng)模式，打破校企隔閡瓶頸，打造“開放、合作、協(xié)同、融合、創(chuàng)新”的工程教育新模式。文獻[5]從工程活動的復雜性和高等教育改革兩個角度，探討開展跨學科教育的必要性。課程團隊依托學校豐富的校企共建資源，產(chǎn)教融合，協(xié)同發(fā)展，提煉整合專業(yè)核心知識體系和自動化領域主流軟硬件技術，創(chuàng)建了一門工程性強、學科交叉、專業(yè)特色鮮明的綜合實訓課程。

1 課程特點

為適應“新工科”人才培養(yǎng)要求，結合應用型本科院校的辦學定位和學生就業(yè)崗位的需求，課程創(chuàng)建協(xié)作式工程實踐環(huán)境，以系列化工程項目為載體，構建逐層遞進的實訓模式，引導學生深入理解自動化控制理論，掌握自動化控制系統(tǒng)設計、調(diào)試方法，極大地拓展了學生專業(yè)技術應用能力、工程實踐創(chuàng)新能力和解決復雜問題的能力，以及創(chuàng)新思維與團隊溝通協(xié)作等綜合素養(yǎng)。同時，課程強調(diào)情感維度和價值觀對技術問題求解的影響，探索思政元素與工程能力融合，促進學生良性持續(xù)迭代發(fā)展。

1.1 協(xié)作式工程實踐環(huán)境

協(xié)作式工程實踐環(huán)境包含校企共建教學平臺、產(chǎn)教融合的指導模式、教師團隊指導和學生分組協(xié)作等硬件和軟件環(huán)境。

1)平臺共建，產(chǎn)教融合

不斷拓展校企合作，共建校內(nèi)實踐教學資源和校外實踐教育基地。與西門子、三菱、GE、歐辰、臺達等國際知名自動化企業(yè)共建多個綜合實訓平臺，如表1所示。企業(yè)不僅參與實踐教學平臺建設，教學過程中企業(yè)專家還深度參與現(xiàn)場指導和項目答辯，學生亦有機會到企業(yè)現(xiàn)場進行參觀和學習，形成產(chǎn)教深度融合的實踐環(huán)境。

表1 綜合實訓平臺

2)團隊指導，分組協(xié)作

鑒于課程專業(yè)性強、涉及知識面廣，指導老師由相關專業(yè)老師、工程經(jīng)驗豐富的實驗老師和企業(yè)專家等共同組成導師團隊，每個實訓平臺由4～5名導師共同指導，多元化的師資團隊，校企交叉，優(yōu)勢互補。學生在實踐過程中，分組協(xié)作，每小組由4～6名學生組成。要求小組成員團隊合作，角色分工完成每階段的任務，不同的階段和項目設計中，角色可交叉進行；根據(jù)具體任務的復雜度，可單獨完成任務，也可合作完成。小組長作為團隊領導者，協(xié)調(diào)任務分配，掌控項目進度，確保每位學生都能按項目流程完成不同角色的分工和任務。小組成員協(xié)作學習、互相指導和經(jīng)驗分享，不僅加強團隊溝通，而且提升了學生的學習效率。

1.2 系列化工程項目

課程以系列工程項目為載體，融合機械、電氣、儀表、液壓、氣動等多領域知識，涵蓋過程控制、運動控制、工業(yè)機器人工作站、智能制造生產(chǎn)線等典型應用系統(tǒng)，包括低壓電器、PLC、變頻器、人機界面、組態(tài)監(jiān)控、伺服系統(tǒng)、現(xiàn)場總線、工業(yè)機器人、MPS生產(chǎn)線等，如表2所示。課程團隊通過與企業(yè)進行充分的溝通，引入生產(chǎn)過程中真實案例，并根據(jù)學生的知識結構、平臺需求等進行項目設計。每個項目集原理分析、技能訓練、技術應用、系統(tǒng)集成為一體，將自動化控制領域的常用設備、技術集成運用。

表2 實訓項目案例

1.3 “四階段+五維度”逐層遞進式實訓模式

結合課程知識體系和實訓目標，以工程項目案例為載體，采用“四階段+五維度”逐層遞進實訓模式，如圖1所示。從第一階段PLC、變頻器在速度控制系統(tǒng)中的應用，到第二階段人機界面和組態(tài)在過程控制系統(tǒng)中的應用，再到第三階段伺服系統(tǒng)應用于位置隨動控制系統(tǒng)，最后到MPS自動化生產(chǎn)線的設計，教學任務由淺入深、由點到面、由簡單應用到復雜系統(tǒng)設計逐層遞進，形成從認識、操作到綜合創(chuàng)新逐層深入的實踐教學特色。

學生在實訓過程中，從任務需求分析、軟硬件系統(tǒng)集成設計、系統(tǒng)安裝到調(diào)試運行，均按照實際工程項目流程進行，從工程設計、工程操作、系統(tǒng)思維、工程溝通和項目管理五個維度進行工程實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

圖1 “四階段+五維度”逐層遞進實訓模式

1.4 融入課程思政

為落實立德樹人根本任務，探究如何在教育實踐中將工科專業(yè)課程建設與思想政治工作有效結合[6-7]，教學團隊深度挖掘思政元素，并將其有機融入到實踐教學的各個階段，如表3所示，從安全意識、系統(tǒng)思維、學以致用、工程思維、工匠精神、法律意識、團結合作、交流思辨、反思總結等方面進行思政切入，講述工程背景故事及蘊含的思想價值和精神內(nèi)涵，并無縫融入，形成思政案例。以潤物無聲的方式培養(yǎng)學生樹立正確的科學觀、責任感和工匠精神，培養(yǎng)有家國情懷、有職業(yè)素養(yǎng)、有責任擔當，具備勇于探索的創(chuàng)新精神和團結協(xié)作精神的卓越工程科技人才。

表3 課程思政元素分析

2 混合式教學模式

為提升實驗教學效果，文獻[8]研究如何將MOOC資源與翻轉課堂有機結合提升課堂教學質(zhì)量；文獻[9]基于Moodle平臺和混合教學理念構建了混合實驗教學模式。“自動化系統(tǒng)集成綜合設計與訓練”課程充分借鑒已有相關教學改革與實踐的成果，基于MOOC線上平臺，線下翻轉課堂分組協(xié)作，以學生為中心、教師為引導，著力提升學生實踐創(chuàng)新能力與團隊協(xié)作精神。

2.1 基于MOOC的在線教學平臺

“自動化系統(tǒng)集成綜合設計與訓練”于2019年秋季學期在中國大學MOOC在線開放課程平臺發(fā)布課程，到目前為止開課4期，選課人數(shù)超過4000。教學團隊持續(xù)開發(fā)課程資源，豐富教學視頻，增加非視頻資源，擴充測試題庫，目前共錄制發(fā)布教學視頻24個，總時長約465 min；教案文檔25個，習題若干。教學團隊關注自動化前沿技術，課程內(nèi)容跟蹤行業(yè)新技術的發(fā)展并持續(xù)更新，包括每階段項目相關知識點、硬件及軟件技術，重點難點技術微視頻等。

MOOC教學平臺拓展了學生學習的空間，彌補了課內(nèi)學時不足的問題，便于學生自由在線觀看視頻、瀏覽文檔、討論交流、在線測試和完成線上作業(yè)，促進培養(yǎng)學生自主學習能力、獨立思考能力，激發(fā)學生的學習動力，挖掘?qū)W生潛能。

2.2 線上線下混合式教學

基于MOOC教學平臺，建立了線上線下混合教學模式，如圖2所示。

圖2 基于MOOC的線上線下混合式教學模式

學生通過課前線上自主性學習、線下課堂翻轉、學生分組協(xié)作學習、教師指導學習，以及課后線上線下的交流互動，總結歸納，完成四個階段的項目設計、安裝接線、編程調(diào)試、故障排查、系統(tǒng)運行等任務，輔以線上測驗、研討交流，線下項目答辯、撰寫報告等，每個階段周期為2～3周，整個綜合實訓的周期為10周。

1)課前準備，自主學習

課前準備環(huán)節(jié)，教師提前發(fā)布教學視頻、階段項目需求；學生組建團隊在MOOC平臺上自主學習教學視頻，查詢學習項目相關文檔資料。教師和學生利用線上平臺開展互動交流，如發(fā)布主題討論、闖關式測試等，深度研討解決技術難題，形成良好的互動學習氛圍，提高學習動力和效率。教師在線跟蹤和調(diào)查學生的視頻學習、討論回復、在線測試等學情，不僅掌握學生的學習動態(tài)、對知識點的理解和掌握情況，同時收集和分析學生自主學習過程中的問題，及時更新授課內(nèi)容，拓展具有創(chuàng)新和富有挑戰(zhàn)的項目，以便更好地開展線下課堂實踐活動。

2)翻轉課堂，分組協(xié)作

線下課堂實施翻轉課堂，以學生為中心，學生實踐為主，教師講授、指導為輔。教師根據(jù)學生課前準備情況，對重點難點技術進行講解和分析，針對項目進行需求分析并引導任務；學生以小組為單位，小組長為核心進行組織協(xié)調(diào)、任務分工、進度控制，小組成員分工合作，協(xié)作完成項目設計。

根據(jù)課程內(nèi)容，每個階段設計3～4個項目，項目難度逐漸提升，環(huán)環(huán)相扣，最終形成一個系統(tǒng)設計。每個項目均經(jīng)歷需求分析、方案設計、硬件設計、軟件設計、安裝接線、系統(tǒng)調(diào)試、系統(tǒng)運行、項目答辯、實踐報告等環(huán)節(jié)。小組成員根據(jù)具體任務的復雜度，單獨完成或協(xié)作完成，如在需求分析和方案設計環(huán)節(jié)，需要小組共同討論；對于硬件原理圖設計或軟件程序設計則可單獨完成；安裝接線、調(diào)試等可由兩名學生協(xié)作完成等。

在實訓過程中，學生團隊合作學習，將理論知識應用于實際的工程項目設計，遇到問題共同研究探討，或借鑒其它小組經(jīng)驗，或與老師單獨探討；在探討和解決問題的過程中，不斷體會、訓練、領悟和反思。教師跟進學生的項目進展，對重要設備進行操作示范，對于個性問題及時答疑，共性問題統(tǒng)一講解演示和示范。教師在答疑過程中，針對知識點進行深層次引導，促使學生不斷探索，突破常規(guī)思維，進行任務拓展和創(chuàng)新。一個階段結束后，通過項目驗收、答辯等過程性考核，教師進行階段性總結、評價和反饋，并在下一個階段的項目設計中進行改善和提高。

實訓課堂經(jīng)過反轉后，學生在“項目訓練-提出問題-自主探究-協(xié)作解決-點撥引導-思維創(chuàng)新-再訓練-反思改進-再創(chuàng)新”的過程中，工程設計、工程操作、系統(tǒng)思維、工程溝通、項目管理等實踐能力得到逐步提升，促進創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。翻轉課堂不僅增加學生與老師之間的互動，增進了師生感情和學習效率；團隊合作、協(xié)作學習也提升了學生之間的信任與互助。

3)課后提升，歸納總結

學生課后活動，線上可與老師溝通交流，線下小組團隊協(xié)作學習，主要任務有：①對于課堂實踐中遇到的問題，查閱資料、技術文檔學習、討論交流解決方案；②過程性文檔的整理，如原理圖、程序代碼資料等；③階段性答辯材料準備、PPT的制作；④階段性實踐報告的撰寫等。教師跟蹤學生在線答疑和學習情況，進行技術交流和線上指導，并根據(jù)課堂實踐情況，進行項目案例的優(yōu)化設計，提高挑戰(zhàn)性和創(chuàng)新性。

線上線下的課后活動，進一步提升了學生歸納總結、反思的能力，技術文檔撰寫能力，展示匯報能力等，促進學生系統(tǒng)思維能力、項目管理能力的培養(yǎng)。

3 考核評價

課程考核評價體系的改革和創(chuàng)新在于強調(diào)全方位考核學生專業(yè)核心技術應用能力、工程實踐能力和創(chuàng)新能力。線上(30%)與線下(70%)相結合，過程與結果考核相結合，如表4所示。

表4 考核與評價表

側重學習過程監(jiān)測，完善結果考核；考核方式多樣性，有專業(yè)知識測驗、系統(tǒng)分析設計、系統(tǒng)調(diào)試運行、報告撰寫、交流討論、匯報答辯等方式；考核角度突出多元性，結合學生自評、學生互評和教師評價，多維度評價學習效果，激發(fā)學生自主、終身學習意識。

4 實踐成效

近兩年，對學生進行了課程滿意度調(diào)查，結果如圖3所示，認為課程對自己實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)很有幫助的同學超過92%。同時，開展了用人單位對畢業(yè)生滿意度抽樣調(diào)查，部分結果如表5所列。調(diào)查結果表明，學生畢業(yè)后能很快適應自動化領域各種崗位的技術開發(fā)需求，課程對他們的職業(yè)發(fā)展起到了重要推動作用，使他們能夠很快適應并融入團隊及企業(yè)的重要工作崗位。

圖3 課程滿意度調(diào)查

表5 用人單位對自動化專業(yè)畢業(yè)生滿意度調(diào)查表

5 結語

“自動化系統(tǒng)集成綜合設計與訓練”課程堅持以學生為中心，以系列化工程項目為載體，創(chuàng)建了協(xié)作式工程實訓環(huán)境，逐層遞進式實踐模式，以及線上線下混合式教學模式，培養(yǎng)學生自主學習能力，深入理解自動化控制策略，掌握自動化控制系統(tǒng)設計方法、安裝調(diào)試能力等，大大提升了學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力，學生受益面大，影響深遠。

教學團隊將持續(xù)推進課程的改革，深化線上線下混合式教學模式，凝練專業(yè)核心知識體系，結合新領域新技術深層開發(fā)訓練項目，提高課程的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。完善課程資源建設，充分利用校企合作共享資源，密切企業(yè)溝通，豐富課程配套的軟硬件資源，加強線上教學資源的建設和管理維護。同時，增強教學團隊的德育意識和德育能力，持續(xù)推進課程思政建設，堅持知識傳授、能力培養(yǎng)和價值引導于一體，促進未來創(chuàng)新型卓越工程人才的培養(yǎng)。