基于目标导向的理虚实一体化教学改革与实践

彭见辉，李佳玉，黎小巨，吴 蕾

（东莞城市学院智能制造学院 广东 东莞 523419）

随着我国人口老龄化的加剧及新生儿数量的逐年递减，国内制造业人力成本的优势正在降低，同时，越来越多的非标自动化、智能化生产设备得到应用，这就需要更多机电专业的应用型人才从事相关设备的设计、安装、使用、维护等工作，应用型本科毕业生的社会需求日益增加。应用型人才是指可将本专业的理论知识、专业技能结合起来应用到专业相关领域的技能型人才[1]。目前国内的高等教育正处于大众化教育阶段，越来越多的机电专业本科毕业生将被培养成应用型人才，但目前普通本科高校机电类课程传统教学中理论与工程实践脱节，实践体系离散化、独立化，缺乏系统性和整体性，课程内容滞后社会技术发展，这些问题导致学生学习被动，综合运用专业的意识淡薄、能力不足。

1 目前课程教学的现状

国内许多应用型本科院校是由地方普通本科院校或独立学院转变而来，机电类课程的设置或多或少受普通高等教育的影响[2]，存在以下四个问题：

1.1 专业定位不清晰，特色不突出

转设后的独立学院，在为应用型本科院校在拟定人才培养方案、培养目标、课程教学大纲时，常借鉴重点高等院校相关经验[3]，忽略了自身与重点院校在学生基础、师资力量、教科研投入资金、基础实验设备等方面的差距，重理论教学、轻实践应用，导致学生专业应用技能不扎实、实践动手能力缺乏且生产应用意识不强。

1.2 教学模式单一，效果不理想

目前，理论教学多以教师长时间的讲解为主，过程枯燥，师生间的互动不足，且理论知识相对较抽象，若在授课过程中没有相关实物参照或虚拟仿真，则会影响教学效果，无法体验到理论知识与实践应用间的深刻联系；实验教学因受实验学时少、实验设备无法做到人手一台的影响，常以演示性实验为主，导致部分学生难以在有限的实验时间内完成实验内容、理解理论知识与实验间的内在关系，不利于理论与实践之间的结合。

1.3 理论教学与工程实践脱节

在一些理论课程的教学中，因教材编写的时效性，部分例子过于陈旧，与现在生产一线用到的设备差别较大[4]。目前，东莞城市学院（以下简称“我院”）机电类课程传统教学中理论与工程实践脱节，理论知识体系和实践体系离散化、独立化，核心课程内容各自开设、各成体系，教学内容间的衔接较少，知识体系缺乏系统性和整体性，讲授内容与生产实践相脱钩，这些问题使得学生被动学习理论知识，综合运用专业知识技能的意识淡薄、应用能力不足。

1.4 实践类内容的考核体系未突出应用为主

实践类内容由课内实验、实训课程、毕业设计三部分构成。考核课内实验时，多以学生上交的实验报告为主，缺少对学生实验过程、操作步骤的记录评判，导致部分学生实验时仅仅是旁观，回去照抄其他同学的实验报告；课程设计、毕业设计多以理论设计为主，缺乏实际动手实践，导致学生缺乏理论知识的工程应用意识。

针对该课程的现状，根据机械工程学科应用型人才培养的目标，引入以目标为导向的课程理论（Target Oriented Curriculum），构建以知识目标、技能目标、素质目标为导向的目标体系、结合“理论知识”+“虚拟演示仿真”+“实验实物验证”的教学模式，参考作业、实验、实践、实物检验目标体系的达成情况，提升学生实践技能，达到应用型人才培养要求。

2 课程教学改革的基础及方案

机电传动控制作为机制、机电专业的核心课程，依托机械工程重点学科的建设开展教学改革，近年来先后荣获广东省机电一体化优秀教学团队，承担了广东省教育厅特色专业、省重点培育学科、省一流课程、省课程思政示范课和省教改项目等，积累了丰富的教学改革经验，先后获得了广东省教育教学成果二等奖在内的多项省级奖项，同时指导学生获得了攀登计划项目、挑战杯在内的多项课题奖项。团队在教学及指导学生实践方面积累了较为丰富经验和基础，确保了课程改革与建设的顺利进行。

团队从课程涉及知识的应用性、综合性的特点出发，以课程要达成的目标体系为导向，进行课程内容建设和教学改革。主要从课程思政与专业知识融合、丰富课程资源共享库、教学内容整合、教学模式改革、教学方法优化及考核模式构建六个方面着手，以解决学什么、怎么学、怎么学以致用、学得怎么样的问题。

3 课程建设与教学改革的举措

3.1 以应用为引导，构建课程目标体系

结合我院应用型人才的培养目标及学生的基础，构建以知识目标、能力目标、素质目标为主的课程目标体系。其中知识目标是目标体系的基础，要求学生通过课程的学习，理解并掌握直流电机、异步电机、步进电机、伺服电机的结构、工作原理、正反转方式、调速方法的基本理论知识；同时掌握常用的手动电器、自动电器，如按钮、接触器、继电器、不同类型的传感器等电气控制元件的结构及工作原理，理解并掌握基本的电气环节和典型电气原理图的设计原则。能力目标是目标体系的核心，以知识目标为基础，要求学生能够根据生产要求，完成电气原理图的设计及相关电气元件的选型。素质目标是目标体系的重要组成部分，要求学生在掌握知识技能的同时，要具备较高的人文社会科学知识与素养、具备良好的团队合作意识和协作精神、具有积极健康的身心、树立正确的三观、理解工程技术的社会价值、具备强烈的社会责任感使命感、在工程实践中遵守职业道德和规范。

3.2 “教研赛”融合，丰富课程资源

团队依托教研课题，积极推进线上线下混合式课程的建设，对课程教学内容进行提炼，筛选出必须学习的内容，细化知识点目标，形成知识模块，录制成微课视频，将实现该门课程线下教学经验和成果的共享。在线开放课程中的一系列“微课”小视频为学生提供了碎片化学习机会，为学生课前的预习、课后的复习提供了平台与资源支撑，使得学生的学习机会可重复且不再受时间地点的限制。

针对该门课程实践应用性强的特点，将团队的攀登计划、创新创业训练项目及每年的机械创新设计、挑战杯、创新创业等比赛与课程实践紧密结合，在科研经费、比赛经费的支撑下，根据比赛的主题，指导学生完成作品的理论设计、实物制作。同时将历届机械创新设计、挑战杯、创新创业等比赛作品及优秀的毕业设计实物作品融入实际教学中，丰富和充实课程的实践教学内容，实现“以赛促教，以赛促学”，使学生充分意识到“学有所用”，丰富学生项目开发的实践经验及知识技能的实际应用技巧，有效锻炼学生实际动手应用的能力。

3.3 融入课程思政元素，实现全过程育人

在对知识目标、能力目标、素质目标进行具体细化时，团队成员积极开展研讨、反复推敲，不断挖掘专业课程中的思政元素，用心设计，合理地将课程思政元素融入专业知识的教学中，达到全过程、全方位育人的目标。如将绪论中机电传动发展的过程和我国的“制造业强国战略”结合在一起，以分析从事本专业要具备怎样的要求入手，引导学生要有职业规划、树立社会责任感和爱国情怀，将自身的职业规划与行业发展、国家发展紧密的结合，实现自身与行业、国家共同成长。再比如通过“机电系统的稳定”引入了“社会系统稳定”，以目前国内的新冠疫情防控为例，引导学生要树立个人意识服从集体意识的觉悟，理解并支持国家防疫的政策，切实践行当代大学生在疫情期间的责任和担当。

3.4 整合教学内容，突出目标引导

针对机电传动控制课程内容综合性、实践性强的特点[5]，通过对人才培养方案和教学大纲的修订，以理论知识及其应用为主线，突出“机电传动控制”“PLC原理及应用”“液压与气动”“传感器技术及应用”相互之间的联系，同时调整四门课上课内容的先后顺序。并在这四门课程结束后，增加以机电气实训平台为载体的《机电一体化实训》实践课程，该实训平台包含三菱PLC、昆仑触摸屏、步进电机、异步电机、伺服电机、气泵、气缸、气爪、电磁阀、各类传感元件。以实训平台为载体，使用触摸屏，以PLC为控制系统，实现各类型电机、气缸的控制应用，以突出各门课程知识点间的应用衔接。同时依托该平台，以虚拟仿真、实践项目等手段检验知识目标、能力目标的达成情况，通过实操加深学生对PLC编程方法、异步电机、步进电机、伺服电机的结构、工作原理、正反转、调速等基本理论知识、操作的理解应用，达到应用型人才培养的要求。

3.5 构建目标导向的理虚实一体化教学模式

课程知识点讲解采用理虚实一体化的混合教学模式[6]，使教学活动以目标体系为导向、以学生为中心，如图1所示。

图1 以目标为导向的理虚实混合式教学模式

课前将MOOC或微课视频、教学PPT、仿真软件、视频动画、学习计划等资源发布至线上平台，要求学生课前采用“理论学习+虚拟仿真”的模式，完成线上自主学习，并进行线上测验；课中任课教师根据学生线上测验结果，分析学生线上自主学习知识的掌握情况，采用线下或线上直播的形式进行理论讲解、虚拟仿真演示，并对重难点内容进行强调总结；课后教师通过采用作业、实验、实践、实物验证学生所学知识目标是否达到，实现以目标为导向的“理虚实”一体化教学。采用该模式能将理论知识及其应用转换成可见、可操作的虚拟仿真演示，既能引起学生的学习兴趣，又能解决时间、空间对实验设备的限制，为学生提供了全天候、可重复的学习机会。

同时，结合攀登计划、大学生创新创业计划、机械创新设计、挑战杯等项目比赛，指导学生以所学课程知识为基础进行实物作品的设计、制作，实现了“以目标为导向、以学生为中心”的思想，突出了应用能力培养，帮助学生一边学习理论知识一边进行虚拟、实践验证，注重学思结合，不断引导学生主动用实践检验理论知识，锻炼理论联系实践的思维方式。

3.6 依托信息化教学平台、融入多元化教学方法

在整个教学过程中，注重现代信息化教学手段的融入，依托粤港澳大湾区高校在线开放课程联盟平台和移动端的超星学习通APP，结合线上优质学习的资源，进行线下课程资源自建，积极尝试线上线下混合教学。在整合优化课程教学内容的基础上，针对不同内容，综合应用PPT、板书、flash动画、仿真软件、视频、微课等多种教学资源，与案例引入、问题引导、任务驱动、分组讨论、师生互动、重点讲授、实操演示、理虚实结合、类比总结、举一反三等教学方法结合，提升学生学习的参与度，加深学生对理论知识及其应用的理解。

如对各类电器元件的工作原理及图形符号讲解时，充分依托信息化教学平台，使用翻转课堂与任务驱动相结合的教学方法。教师在课前将接触器结构、工作原理的介绍视频发布至学习平台，并布置相应任务。课中讲解接触器结构、工作原理及图形符号时，将学生分组并布置任务，以flash动画演示其结构及工作原理，通过讨论，抽查学生描述其工作原理，分析其图形符号，并让学生根据其工作原理完成其图形符号的绘制。通过动画引入、任务驱动、分组讨论的方式，可有效激起学生参与学习的积极性，教学效果较好。

3.7 实行多元化多维度全过程的考核模式

以往考核模式偏重理论、实验比重较低，部分学生轻视平时的学习过程，将主要精力放在期末的理论考试，这与应用型人才培养的要求不符。团队尝试以课程教学目标体系中的知识、能力、素质目标为评价导向，采用多元化、多维度、全过程的考核模式，综合课前线上自主学习、出勤、分组讨论、实验考核、理论考试等多种方式对进行考核。

优化后的考核模式中，理论考核仍占主要部分，但将其权重降至55%；实验及操作占比10%，改善实验成绩的构成，不再单纯以实验报告、数据为依据，增加了实验过程、实验操作的得分；弱化了作业出勤的权重，将其降至10%；增加教学过程中的分组讨论、任务式教学、翻转课堂等学习过程及参与度的评价，以10%的权重纳入考核方案；增加线上资源的自主学习情况，包括线上视频资源的观看情况、线上课前课后习题、章节小测等，以15%纳入考核方案。优化前后考核模式的对比情况如表1所示。

表1 优化前后考核模式对比

优化后的考核模式加深了学生参与教学过程的程度，不仅全面考查学生自主学习能力、对基本概念的理解能力、知识的运用能力、实验动手能力，又可调动学生自主学习的积极性，使学生重视实践应用能力的培养。将考核方式以“结果导向”转换成“过程与结果并重”，实现了对学生学习过程中的知识、能力、素质目标达成全过程的有效监测。

4 总结

本文在分析机电传动控制课程教学情况的基础上，参照机械工程学科应用型人才培养的目标，从课程目标体系构建、课程资源的建设、课程思政与专业知识融合、教学内容整合、理虚实一体化教学模式的建立、多元化教学方法与信息化教学平台的融合、多元化多维度全过程考核模式的建立七个方面介绍了课程改革的情况，为应用型人才的培养奠定了坚实的基础。