工程教育视域下高职机电专业课程混合式教学探析

朱节宏，谭敬晃

（北海职业学院，广西 北海 536000）

0 引言

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO（Conceive，Design，Implement，Operate）以产品研发到产品运行的生命周期为载体,让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。我国非常注重CDIO工程教育模式的推广工作，CDIO在中国十多年的创新发展，工程教育的实践，卓有成效。在“双高计划”、高质量发展的大背景下，积极探索CDIO新内涵，推动教育教学改革，持续提高人才培养质量就是CDIO于职业教育应有之义。2019年国务院发布的《国家职业教育改革实施方案》明确指出，把发展高等职业教育作为培养大国工匠、能工巧匠的重要方式，重点是培养服务区域经济社会发展的高素质技术技能人才[1]，而高素质技术技能人才的培养则表现为专业基础知识学习能力、个人职业技能、人际交往技能和专业创新能力等方面的赋能，这跟CDIO的工程教育理念，有着异曲同工之妙。本文在工程教育的基本框架下，以学生认知能力、学习经验、学习能力与习惯等方面的学情分析为基础，探析工程教育视域下高职机电类专业课程混合式教学模式。

1 学情分析

学情分析是教师教学策略选择和教学活动设计的前提，研究学生的实际需求、认知能力和经验、学习能力和习惯等，在教师的角度，为学习者设计、优化有效的教学过程，更好地达到教学目标，提高教学效率[2]。

1.1 认知能力与经验分析

建构主义学习理论认为，学习的生成过程是学习者原有的认知结构、经验与从环境中接受的新知识相互作用，主动选择信息和注意信息，以及主动建构信息的意义。学习者现有的知识、实践经验或技能能不能实施对新知识的意义建构是激发学习兴趣和学习主动性的关键。以2019级机电一体化技术专业为例，3个班共103人，80%以上生源是中等职业学校，并且全部是男生，中学应需要掌握的文化科学基础知识和基本技能普遍较低，认知能力测试结果显示，数学、逻辑推理能力方面最低，这给教学设计的启示就是，课程设计计算方面的内容教学必须考虑可操作性。

认知能力分析，更多的是关注学生个人的基础素养、智力和应变方面的能力，而经验分析则比较倾向专业基础素养和实践技能的掌握情况，见表1。根据机电一体化技术专业2019级的人才培养方案，在学习“液压与气压传动技术”课程课前，经过整理分析前修课程的结果材料、调查问卷分析和面对面的交流访谈后发现，学习效果跟学习目标差距很大。

表1 经验分析

1.2 学习能力与习惯分析

学习是学习者主动建构内部心理表征的过程，自主学习能力和接受学习能力，对具有一定结构体系的学科学习非常重要。以“液压与气压传动技术”课程的“项目1液压与气压基础知识”内容的教学为例，自主学习检验结果显示，除了千斤顶的操作能引起大家兴趣之外，其余概念性、理论性问题的回答，绝大多数学生都是“不懂”“不知道”；而通过课堂讲授之后的内容测试，独立思考过后完成的不到一半，其余都是为了完成任务而随意的选择，总体而言，学习目标的达成率不到20%，这反映了学生学习的自觉、自主和理解接受能力是有限的，所以教师必须考虑在教学场景当中营造一种“接受”的氛围，激发学生学习的主动性，提高参与度，促进学习目标的达成。

科技主导的现代社会，信息技术飞速发展，对大学生的生活、学习习惯产生了许多负面影响。生活上，娱乐方式的转变，由原来沉浸在“网吧”，到如今可获得性更好的手机游戏；人际交往上，更多地倾向于网络社交，沉溺于虚拟空间；学习上，碎片化的资源漫天飞舞，充斥在各种APP、网站和资源平台，这些对学生自主探究性的学习、课堂听讲、参与度、团队协作和创新力的消极影响，不可忽视。学习习惯分析结果见表2，教学内容是“液压与气压基础知识”。

表2 学习习惯分析结果

2 构建以学生发展为中心的混合式教学体系

“互联网+”时代，混合式教学模式正成为主流模式，是一种以混合式学习需求为基础的教学模式。首先，学生知识与技能的获得方式，融合了线上学习和线下学习[3]，线上学习主要依托各种资源网络平台或系统；其次，混合式教学强调学习者为中心的教学，教师是学习的引导者和服务者、资源的提供者，学习者在学习活动中以线上自主探究、线下协作讨论的方式开展[4，5]。

2.1 基于资源、探究、合作的情境式教学设计原则

以学生为中心，涉及学生、教师、教学设计、教学方法、教学组织、学习环境和学习效果评估等方面的内容，要让学生真正成为自觉、主动的学习者，要让教师成为学生学习的引导者、服务者，要让教学设计、教学组织和教学方法的选择能在充分接纳学生意见建议基础上进行，尊重学生个性的差异和学习习惯，教师有责任有目的地引入或创设各种具体的学习场景，营造良好的学习氛围，学生的学习效果评价还要能及时直达学生，便于其个人调整。具体情境式的教学设计，以能为学生带来轻松愉悦、自主性较强的学习体验为标准，最大限度地给予良好的心理暗示和思维启迪，培养学生的创造性和适应性。

基于课程资源的情境式教学设计。任何可以应用到教育教学当中的材料和条件，都属于课程资源的范畴，这包括教学PPT、专业教学动画、二维三维模型、虚拟仿真资源、实训录像、影视片段、图文资源、校内外实训实习基地等形式的内容或环境。“液压与气压传动技术”情境式教学设计中涉及的课程资源，除了从教学服务平台资源库添加之外，其他则由课程团队自行设计制作，见表3。情境式的教学设计，不管是基于实物、实验，还是基于问题、现象等，都是在可制作的课程资源基础之上开展的。教学情境与课程资源是有机地关联、搭配在整个教学过程当中。有效的教学情境设计是需要多种课程资源支撑的，不仅是基于教材的概念、理论或经验描述的提炼总结，还是基于梳理过的知识点、技能点，并经过设计深化、具体化或形象化后的各种课程资源。

表3 “液压与气压传动技术”课程资源（以项目1为例）

基于探究学习的情境式教学设计。通过一个或多个问题情境的设计，让学生接连地质疑发现问题、分析讨论、实验实践、表达与交流，来理解、获得相关问题的有关知识或方法，进而形成解决问题的技能和自主学习的能力。指导学生基于自身经验的、学科课程相关的一些问题进行探究，让学生们独立去收集数据、调查研究，或者引导他们去设计那种难度适中的研究方案。以“机械基础”课程里的“机械传动”简章教学为例，机械传动类型有皮带传动、链条传动、齿轮传动和蜗轮蜗杆传动等，每种传动类型都各有特点和应用，对这个章节内容进行探究学习教学设计的时候，借助实物、三维和虚拟仿真等情境，引导学生尝试着去完成某一种传动方案的设计或者多种传动方案的对比分析，整个过程会让学生针对具体的问题，独立地查阅机械设计手册、技术标准及技术文献，收集信息数据、制定方案和绘制图纸。教师的指导和适当组织也很有意义，不断地让学生集中于他们的学习，激发和鼓励他们的学习，并且每个重要的学习节点都会在教学平台上直观地显示出来，使学生人人都能充分参与，加深对机械传动过程的理解。

基于合作学习的情境式教学设计。以“液压与气压传动技术”“项目2液压与气压动力装置”为例，该项目教学包括齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、气源装置等内容，每个内容都对应有实验实训设备，可以开展元件拆装实训、参数测定和定量计算等，就拿拆装实训来说，它包括拆装技术要求和注意事项的正确通读、工量具的规范使用、拆装实操、拆装记录、测量分析和现场6S等多项工作内容，一个人在有限的学习时间内是无法完成的，合作学习是必需的。这种合作学习的情境设计，教师与学生、学生与学生之间，共同针对某些知识点、技能点进行学习合作，并在学习合作的过程中相互碰撞和质疑，达成共识和创新。

2.2 基于CDIO工程教育理念的教学内容重构

CDIO工程教育模式能力大纲的四个方面，分别是技术知识和推理能力、个人职业技能和职业道德、人际交往技能、企业和社会构思、设计、实现和运行系统[6]。以下以“液压与气压传动技术”课程为例说明该课程CDIO工程能力要素教学内容的设计如表4所示。

表4 “液压与气压传动技术”CDIO教学内容设计

2.3 依托在线教学平台，开展线上线下混合式教学评价

教学评价是一个价值或质量判断的过程[7]。线上线下混合式教学评价，即线上线下混合式教师教的评价和学生学的评价。线上评价以学生学的评价为主，依托在线教学平台开展，评价指标有课件学习（进度、评价、问答、纠错）、课堂考勤、课堂笔记、课堂参与、线上测验、线上作业和线上考试，根据预设评价指标的权重，最后会得出一个线上的量化评价。线下评价包括教师教的评价和学生学的评价，教师教的评价形式有督导听课、同行评课、学生评课、教师自评四种形式，评价的目的自然是从不同角度对教师的教学准备、教学设计、教学组织、教学方法、教学态度和教学成效做全方位的评估，促进教师的成长和教学质量的不断提升；线下学生学的评价，是以学生、以课堂为中心的评价，评价指标有课堂表现（实训实验结果、书面汇报、调查报告、知识竞赛、技能比赛）、课程设计、课外创新（制作模型和小发明）等[8]，具体见表5。

当前，各个资源共享平台和在线教学服务平台，其资源和教学服务的共享，在职业教育教学改革的大浪潮中，确实有助于提高了教与学的效率和效益。

3 教学实施策略

3.1 以项目为导向，调动学生主动探究、实践与创新的积极性

通过项目（任务）的形式开展专业课程的教学，学生独立搜集资料、设计方案、组织实施及项目（任务）评价，让学生积极主动起来，主动探究，主动实践和主动创新[9]，在项目（任务）推进的过程中自主学习、合作学习，教师仍然是一个指导者的角色。项目（任务）导向的高职机电类专业课程的教学形式，营造以学生为中心、开放的学习氛围，契合新时代职业教育改革发展的趋势，顺应传统制造业适应产业变革、创新突围的呼声。

作为导向的项目（任务），需要课程团队从学情分析、岗位需求出发，认真审视教材，结合相应的教学情境，精心设计。以“机械基础”中的“凸轮机构”项目（任务）式教学为例，这个内容设计有“常见凸轮机构分析”和“凸轮机构设计”两个开放性的项目（任务），学生自由组合，以小组的形式，按顺序完成项目，提供的资源条件有内燃机（配气凸轮机构）、凸轮机构模型、教材、机械设计手册、课件、动画、微课、计算机、拆装工量具、绘图工具及纸张等。“常见凸轮机构分析”主要指导学生完成内燃机配气凸轮机构的实物拆装、测量记录、建模、机构分析和学习报告，在此基础上，学生自选完成一种凸轮机构的设计。

3.2 以问题为导向，注重学生兴趣与思维能力的培养

以问题为导向贯穿整个教学过程，教师负责创设问题情境，或以提问带入问题情境，适当引导学生提出要解决的主要问题，通过个人或小组合作开展自主探究，对提出的问题认真分析、猜想假设、解决方案设计和验证解决[10]。这是一个新知识、新技能发现探索和掌握的过程，在这个过程中，学生自然是主角，其注重学生学习兴趣、思维能力和自主学习能力的培养，这是对CDIO能力大纲中工程推理和解决问题能力培养的一种响应，在问题解决、发展的过程中，整体思维、创造性思维和批判性思维得到了极大的锻炼。

以“可编程控制技术”“十字路口交通灯控制设计”的教学为例，教师通过十字路口交通灯的视频或动画的展示创设问题情境，通过观看，学生会思考，产生很多问题。比如直观上，东西南北的红、黄、绿灯是如何交替的？持续多少秒？间隔多少秒？接着是跟学习内容相关的问题，像如何编写梯形图来完成对交通灯的控制？用经验设计法还是顺序控制设计法？是单系列、选择系列还是并行系列结构呢？学生发现提出这些问题，逐一自行探讨、设计方案或路径并验证，直至解决问题。

3.3 信息技术与教育教学深度融合，全面提升高职技能人才培养质量

高等职业教育已具备了线上线下、较为完善的教学系统和学习系统，教育教学与信息技术的深度融合，推动了教师角色、教育理念、教学观念、教学内容、教学方法以及教学评价等方面的变革，以适应经济发展新常态和技术技能人才培养需要的新教育形式，基于CDIO工程教育理念的混合式教学模式势必对高职技能人才培养质量的提升产生深远的影响。

4 结语

在工程教育的基本框架下，以学生认知能力、学习经验、学习能力与习惯等方面的学情分析为基础，对高职机电类专业课程混合式教学模式的构建原则、基于工程能力各要素的教学内容设计，以及线上线下混合式教学评价方式分别进行了深入的探析。接着以项目导向、问题导向两种教学方法的应用实践为切入点，具体探讨了机电类专业课程混合式教学模式的实施策略。教学实践表明，工程教育理念下的混合式教学的实施，锤炼了学生的实践技能，增强了学生的创新意识，对高职机电类专业技术技能人才培养质量的提升，具有催化促进的作用。