机制专业卓越计划控制类课程群教学改革创新

摘  要：教学改革按照布鲁姆教育理论对机制专业卓越方向控制类课程群打破教材章节界限，将两门课程知识点有机融合避免重复，梳理知识点及其知识维度和认知维度，授课前后逻辑性强，制定知识点的教学目标。研究开发绝大部分知识点的实验实训教学设备和典型实训教学案例;课程设计也以OBE教学理念进行相应的改革创新，明显提高教学质量，对本科“卓越工程师教育培养计划”和机械工程专业硕士研究生教学模式改革创新均具有指导意义。

关键词：布鲁姆教育理论;卓越工程师;课程群;知识点;OBE教学理念

中图分类号：G642 文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）07-0118-06

Abstract： According to Bloom's educational theory， the teaching reform breaks the chapter boundary of the teaching material， combines the knowledge points of the two courses organically to avoid repetition， combs the knowledge points and their knowledge dimensions and cognitive dimensions. Before and after the teaching， logic is strong， and it has formulated the knowledge point teaching goal. Experimental training teaching equipment and typical practical teaching cases with most knowledge points have been studied and developed. The curriculum design has also carried on the corresponding reform and innovation with the OBE teaching idea， has obviously improved the teaching quality， it is of guiding significance to the undergraduate "Excellent Engineer Education Training Program" and mechanical engineering graduate teaching model reform and innovation.

Keywords： Bloom Theory of Education; excellent engineer; course group; knowledge points; OBE teaching idea

在实施“机械设计制造及其自动化专业卓越工程师教育培养计划”（简称机制专业卓越计划）的过程中，作者的感受正如文献[1]所述很难达到预期的教学效果，分析其原因是学校按照以学科理论体系为核心的理论知识、概念积淀的教学模式实施教学，而企业则以工程设计应用和创新体系为核心的知识、能力和素质积淀的教学模式安排学生实践，按照布鲁姆教育理论，就是学生的知识维度比较高，而认知维度太低，学生接触企业实践项目就无所适从，再加上文献[1]所述校企业合作缺乏制度性和长期性，企业安排指导教师具有随意性，影响机制专业卓越计划企业实践教学质量，无法达到预期的教学效果。为了克服这些弊端，机械工程学院主持与32家企业行业建立了机械工程专业群校企合作协同创新联盟，并制定了章程和得力的校企合作实施办法;另一方面，校内教学也改革为以国际上倡导的OBE教学理念为指导，教学模式改革创新为与企业接轨的以工程设计应用和创新体系为核心的知识、能力和素质积淀的教学模式，增加了类似如图1所示的与企业接轨的较低认知维度的几个实训项目，之后学生到企业就有能力去实训较高认知维度的实训项目，校企合作就有了实质性内涵，教学效果明显提高。作者以数控技术、电气控制技术、电气控制技术课程设计和数控技术课程设计组成的课程群（以下简称控制类课程群）为例介绍机制专业卓越计划教学改革创新，对本科卓越工程师方向和机械工程专业硕士研究生教学改革创新有指导意义[2]。

一、教学模式由以学科理论体系为核心改革创新为以工程设计应用和创新体系为核心

（一）以学科理论体系为核心的理论知识、概念积淀的教学模式

我国高等教育的教学模式在较大程度上是以学科理论体系为核心，依据学科理论体系编写教材内容、组织课堂教学、实验教学和实践性教学环节。如，不少教科书讲授如图2（a）所示的光电隔离工作原理，没有说明图2（a）的光电隔离器实物是如图2（b）所示的TLP521-1，学生只见图2（a）而见不到图2（b）实物，更见不到工程设计应用，教师按图2（a）机械地向学生灌输理论知识，教师的讲授成为了学生获取知识的唯一途径，学生仅仅是“听过”了，对教师讲的每句话都“明白”了。形象地说，这好比把学生头脑看作一个存储理论知识和概念的仓库，在仓库里积淀下理论知识和概念，搭建起的是知识和概念堆栈结构[3]。这在很大程度上脱离并弱化了工程实践应用。大学生毕业后进入企业工程应用岗位经过见习期、老工程技术人员传、帮、带再被动形成有限的工程应用能力。这种教学模式缺乏对图2（a）所示工作原理的载体，即缺乏工程设计应用实物、实验和工程设计应用案例，学生总不能把图2（a）当成实物进入工程应用。所以以学科理论体系为核心的理论知识、概念积淀的教学模式导致学生会存储知识而不会应用知识;学生会在学校里学习而不会基于工作过程的学习，即工程教育脱离了工程自然。正如文献[4]所述的调查结果：不少大学生受这种教学模式的影响，在校学习期间很难培养起工程设计应用和创新能力，毕业后在企业见习期满后仍难以承担专业技术工作;也有一些大学生直到毕业仍找不到专业技术感觉，导致对专业技术工作缺乏兴趣，不得不放弃本科学习的专业，从事技术含量较低的工作，还有一些大学生因没有培养起专业技术能力而跳槽，在很大程度上荒废了专业，对国家、集体和个人都是损失。

（二）以工程设计应用和创新体系为核心的知识、能力和素质积淀的教学模式

在大学生职业生涯发展中，应用知识培养能力远比存储知识更重要，大学生在学校里学习的时间远比工作时间短。近年来国内外高等教育越来越重视应用型本科教育，国外一些研究型大学的本科教育历来十分重视应用型人才培养[5]。应用型本科教育要求加强高等工程教育理论与企业工程技术对接，强化大学生的工程设计、应用和解决工程实际问题的能力培养，面向企业工程应用一线培养应用创新型人才，其实质是用以工作成功目标为导向的教学理念（以下称OBE教学理念）指导教学，实施以工程设计应用和创新体系为核心的知识、能力和素质积淀的教学模式组织教学。这种教学模式以工程设计应用创新为参照体系，将工作过程系统化的体系[3]。要求在教学知识点的过程中，伴随着将知识点物化为实物实验、工程设计应用，是以工作过程为导向，物化性地传授理论知识、工程设计应用和创新能力，这种教学模式将学生头脑比喻为存储知识的仓库，在仓库里积淀下工程设计、应用的工作能力，搭建起的是将知识物化为工程应用创新能力的堆栈结构[3]。

图2为作者用基于OBE教学理念的以工程设计应用和创新体系为核心的知识、能力和素质积淀的教学模式授课案例，讲授用计算机光电隔离控制灯图示，将工作过程融入教学，让学生认知实物和工作过程、甚至动手实验实训、置于工程实践情境下耳、眼、手、思维和情感均投入的教学过程。教师边讲课边展示实物，并在课堂就做出计算机控制灯亮灭的实验，以此实验让学生用头脑风暴法讨论如何控制三相交流电机、电磁铁、液压电磁换向阀、气动电磁换向阀等强电，并在课堂上进行实验实训，由教师进行点评、总结，学生可直观地感受到教学效果，教师向学生灌输的是理论及其工程实践应用，培养了学生的工程设计应用和创新能力，这才是“卓越工程师教育培养计划”的初衷。

（三）实施“机制专业卓越计划”必须按照OBE教学理念，对教学内容、教学媒体和教学模式进行全方位教学改革创新

课程群教学团队经过多年教学实践和教学改革创新试验结果正如文献[1]所述，“机制专业卓越计划”的实施绝不仅仅是把学生送到企业实习这么简单，要想让工程教育所培养的人才变得“卓越”，应该从校内的“课程体系”建设到校外的“卓越计划”实训，都应该进行系统的改革创新。必须以OBE教学理念为指导，以工程设计应用和创新体系为核心的知识、能力和素质积淀的教学模式组织教学，并注重建设具有工程师素质的师资队伍，才能促进工程教育改革和创新，才能有效实现机制专业卓越计划的培养目标。

二、按照布鲁姆教育理论，对课程群知识点按维度进行统一整合、梳理，为实施“机制专业卓越计划”课程群教学改革创新做好顶层设计

（一）课程群建设的定义、目的

大学生的工程设计应用和创新能力培养，很大程度上需要多门课程（包括实验和实践性教学环节）知识点有机融合体现，这些课程组成课程群。课程群建设着重解决两方面问题：一方面是根据课程教学目标设置相关知识点，并确定知识点的教学目标;另一方面是统一确定不同课程的知识点并协调达到课程教学目标、避免知识点重复。相比于单门课程， 课程群建设不但要考虑自身课程内容，还要协调好课程群内不同课程的内容，梳理清楚前因后果关系。此外， 课程群建设也要考虑整个专业的行业背景和教学要求， 把多门课程建设成界定明晰、内容互补、能力渗透、相互促进的课程群。根据教学要求及专业特点， 将课程群知识点整合成一个科学、高效、逻辑性强的教学体系[6]，收到1+1>2的教学效果。本教学改革对机制专业卓越计划控制类课程群进行教学改革创新，以下简要介绍。

（二）根据布鲁姆教育理论和课程教学目标，构建知识点的知识维度和认知维度表

按照布鲁姆教育理论的指导思想，对控制类课程群知识点打破了现行教材章节界限，把两门课程知识点进行整合，并确定各门课程知识点在两门课程中不能重复出现，且前后关系具有逻辑性，并制定两门课知识点的教学目标，最后对各门课程的知识点分别编排序号。制定知识点的知识维度和认知维度并把序号填写在表格相应的空格中[7-8]见表1。本课程群教学改革经过向机械工程专业群校企合作协同创新联盟、企业工程技术人员和技能型人才调研，将数控技术课程7章的内容知识点进行了增删，打破章节限制进行了知识点分类，把逻辑相关的知识点进行梳理排序，最后形成7个模块25个项目116个知识点，其中有13个知识点占6学时由学生在信息化网络教学平台上自学或研讨，教师给予指导、归纳总结。如表1中序号8的知识点为数控机床的分类及其应用，知识维度为概念性知识、认知维度为理解;序号为21、22的知识点分别为计算机持续信号控制三相交流异步电机的原理及应用、计算机脉冲信号控制三相交流异步电机的原理及应用，需要讲解控制原理图、计算机接口、编程控制、调试和故障维修等内容。两个知识点均有严格的逻辑顺序，知识维度和认知维度均为程序性知识和应用。

同样，对电气控制技术课程也建立类似于表1所示的知识点维度表，组成一个科学、高效、逻辑性强的课程群知识点体系。

（三）根据课程知识点制定教学目标，制定不同维度的教学方法、教学手段和教学策略，研制教学媒体等，对课程群进行实质性教学改革创新

传统的授课过程是以学科理论体系为核心，针对理论教学内容进行授课，忽视了根据知识点的教学目标和两个维度采取得力的教学方法、手段和策略，更少考虑采用得当的教学媒体等，导致难以获得较好的教学效果。根据布鲁姆教育理论采用以工程设计应用和创新体系为核心的知识、能力和素质积淀的教学模式，要针对两个维度不同知识点的教学目标融入科学的教学方法、手段和策略，切实培养大学生的工程设计应用和创新能力，教学过程充实，师生情感比较丰富，教学效率高，收到了比较好的教学效果。以下仅对教学方法、教学手段和教学策略进行论述。

1. 根据知识点的教学目标和两个维度，教学过程中融入科学的教学方法