基于OBE理念的机电专业“四阶段、四层次”实训教学模式研究

摘要：基于OBE理念构建了机电专业“四阶段、四层次”实训教学模式，该模式以学生为中心，根据机电产业技术发展实际设计学习产出，按照企业设备情况实时更新虚拟仿真实训教学平台，实现学习产出对应岗位需求，实时更新实训教学模块内容，同时在实训教学过程中持续评估学习产出并进行反馈和补偿，从而不断提高实训教学质量。

关键词：OBE；机电专业；实训教学模式

中图分类号：G712    文献标识码：A    文章编号：1672-5727（2023）07-0050-06

一、研究背景

在第四次工业革命背景下，为满足我国服务建设现代化工业经济体系需要及更高质量、更充分就业的需要，亟须培养大批掌握融合先进技术的机电专业技术技能人才，为我国现代产业迈向全球产业中高端提供高素质技术技能人才的有力支撑。《国家教育发展“十四五”规划》提出：强化校企双元育人，健全激励企业参与人才培养的机制，根据专业特点及行业需求，培养兼具知识的专业性与通识性、能力的专业性与发展性、素质的通用性与鉴别性的应用型人才。实训教学作为职业院校教学体系的重要组成部分，是提高应用型人才实践技能的重要环节，已成为各职业院校教学工作的第一要务[1]，不断优化实训教学也成为职业院校专业课教师需要解决的重要课题[2]。 然而，目前国内培养机电专业技术技能人才的实训环境与企业实际生产环境还存在较大偏差，机电专业实训设备难以跟上企业设备的更新速度，这在很大程度上导致传统机电专业实训教学模式与机电类产业技术发展严重脱节。不仅如此，从国内职教领域应用OBE理念的现状来看，虽然工作过程导向的课程已经进入了成熟期，许多职业院校的绝大多数专业也都形成了课程开发的典型案例，但是成果导向的课程尚处在萌芽期，少数职业院校个别基础扎实的专业还在试点探索[3]。天津职业技术师范大学工程实训中心作为国家级示范中心，致力于培养高素质职业教育师资，基于OBE理念并紧密结合机电专业技术技能人才培养需求构建了“四阶段、四层次”实训教学模式，在实际运行中取得了良好的效果。本研究通过对机电专业“四阶段、四层次”实训教学模式构建的理念、过程与应用进行介绍与分析，以期对职业院校的机电专业技术技能人才培养提供一定的借鉴与启示。

二、OBE理念及其在构建机电专业实训教学模式中的应用

基于学习产出的教育（Outcomes-Based Education，OBE）最早出现于20世纪90年代初期的美国和澳大利亚，是一种以结果为导向的教育理念[4]。基于OBE理念的人才培养方案主要内容包括课程体系和评价体系等，是一种基于培养目标的“反向设计”[5]。在基于OBE理念的教育系统中，所有环节都是围绕明确的学习产出来组织的，以确保学生在离开教育系统时，能够拥有获得成功所需要的知识、能力和素质[6]。基于OBE理念的机电专业实训教学模式的构建，是一个围绕机电产业链、创新链重塑实训教学模式结构的过程，强调根据企业对机电专业技术技能人才的需求设计实训教学内容。传统机电实训教学模式运行的基本逻辑是课程内容决定实训教学内容，实训教学过程是以教师和教材为中心，学生修满课程所需的学时、学分，凭借学分取得相应职业资格等级证书。与传统实训教学模式不同，基于OBE理念的实训教学模式的构建是从机电类行业企业实际需求入手，对接机电产业最新技术发展趋势和市场需求，以实际产出为目标确定毕业标准，根据毕业标准确定学生需要具备的知识结构，再根据知识结构与培养方式进行实训教学内容的设计，最终形成机电专业的实训教学模式。

基于OBE理念的机电专业实训教学模式遵循“反向设计”原则。“反向设计”原则是相对传统实训教学中的“正向设计”原则而言的。机电专业的“正向设计”实训教学模式是基于已有课程体系制定毕业标准，再根据毕业标准制定机电专业技术技能人才培养目标，最终假设达到培养目标的机电专业技术技能人才能够满足机电类行业企业的实际需求。由此可见，传统机电专业实训教学模式是以学科知识体系为逻辑起点构建的，而并不是基于机电类行业企业的实际需求所构建起来的，其中暗含的逻辑是只要按照机电专业的学科知识体系对学生进行实训，使学生掌握机电专业的相关专业知识技能，学生自然而然就会在日后的生产实践过程中加以运用，且学生所掌握的机电专业的知识技能也正是行业企业实际所需要的。然而实际情况却并非如此。

基于OBE理念“反向设计”的一个显著特点是行业企业的实际需求既是构建机电专业实训教学模式的起点，也是实训教学所要到达的终点。在构建机电专业实训教学模式的过程中将机电产业的新技术、新工艺、新规范等先进元素纳入实训教学内容和教学标准，从而在最大程度上保证学生的学习成果与行业企业实际需求相一致。因此，工程实训中心在构建机电专业实训教学模式前期，认真进行在校生学情调研、毕业生跟踪调研，分析机电类产业发展趋势和机电类行业企业对技术技能人才的实际需求，并以河南漯河技师学院机电专业为实验对象开展实训教学实验，从而为构建“四阶段、四层次”机电专业实训教学模式提供了理论基础和实践条件。

三、“四阶段、四层次”机电专业实训教学模式构建

实训教学具有丰富的情境性与体验性，是培养学生职业能力、形成职业素养的重要途径，但与理论教学相比，实训教学活动的设计、组织、评价均更加困难[7]。基于OBE理念，以预期学习产出为中心来组织、实施和评价实训教学是一种新的思路，具体包括定义学习产出、实现学习产出、评估学习产出和使用学习产出[8]。本研究遵循上述思路提出了构建“四阶段、四层次”机电专业实训教学模式的措施。基于OBE理念的“反向设计”原则，从机电类行业企业实际需求出发，先制定机电专业实训教学期望获得的成果产出，并设定职业能力培养目标，再根据职业能力培养目标设计和细化实训教学模块，依托实训教学模块实现学习产出，并进行持续的反馈与优化，如图1所示。

（一）制定以职业能力为导向的培养目标

实训教学的根本目的在于培养学生的职业能力[9]。根据机电类行业企业用工单位反馈，在机电类企业实际工作中需要的能力主要包括10项：知识应用能力、逻辑推理能力、问题处理能力、工艺分析能力、任务执行能力、职业道德、安全文明操作规范、团队协作能力、研究创新能力、人际沟通能力，如图2所示。在明确机电专业具体的10项职业能力目标后，将这10项目标融入机电专业实训教学模块中。

（二）基于职业能力培养目标设计实训教学模块

根据机电专业技术技能人才职业能力培养目标制定机电专业实训教学标准，进而调整和优化原有机电专业实训教学模块的内容。针对多学科的交叉与融合，着眼未来发展趋势，设计了10项机电专业实训教学模块，并将每一实训教学模块细化为可具体操作实施的20项实验任务，以此作为实训教学子模块，完成实验任务的过程就是完成职业能力目标培养的过程，如图3所示。

在分别对机电专业职业能力培养目标和实训教学模块分解后，采用矩阵方式明确不同实训教学模块所重点培养的职业能力类别，如表1所示。

（三）“四阶段、四层次”机电专业实训教学模式的形成与解析

基于OBE理念与上述实训教学模式的设计思路，跟踪前沿机电产业技术发展的最新趋势，对机电类行业企业的岗位实际需求展开调研，组织社会、企业、学校三方主体共同研讨构成机电专业实训教学模式的关键要素。根据“机电专业设置与机电产业需求紧密对接、机电专业课程内容与职业标准紧密对接、机电专业实训教学过程与实际生产过程紧密对接”的要求，以机电专业新技能训练为重点，同时适应“互联网+职业教育”需求，以“信息技术+”升级传统机电专业实训教学模式，着力建设智慧课堂和虚拟工厂，运用现代化教学手段不断完善产学结合的机电专业实训教学模式，最终构建了“四阶段、四层次”机电专业实训教学模式，如图4所示。

该模式将10个实训教学模块分为“认知阶段、初级阶段、中级阶段、高级阶段”四个阶段。认知阶段包括模块虚拟实训和企业认知两个模块，将企业的实际操作场景还原在虚拟仿真软件中。初级阶段包括职业素养、金工实习和智能制造三个模块，具体进行机械类、电工电子类等岗位基础知识的学习，主要以岗位通用技能为基础培养学生知识应用、职业规范和安全文明规范能力。中级阶段包括电子电路、机电控制和机床调试三个模块，通过机械和电工电子综合专业训练，培养学生问题处理、工艺分析和任务执行能力。高级阶段包括跟岗实习、素质拓展两个模块，旨在促进学生所掌握的知识技能的应用与升华，是对学生所学知识技能的拓展阶段。

要实现基于OBE理念设计的学习产出，该模式还要分四个层次进行实训教学。第一层次，虚拟仿真。实训教师进行课前准备，将实训教学第三阶段的实际操作内容中的机械结构和控制编程部分，在仿真软件中构建出来，使学生在学习初期就可以在虚拟平台操作实训装置并与之进行互动。学生在基础理论学习前进行虚拟实际操作，能够有效提高学生的实践操作能力。第二层次，基础知识。该层次是机电专业理论内容的学习过程，由于一些电路图和机械结构是很难想象出来的，配合使用虚拟仿真能够达到“以虚补实”的效果，使基础知识更加直观，有助于学生认识各实训模块中的机械零部件和电器元件等，使学生对所学专业产生浓厚的兴趣。第三层次，实际操作。学生的构想和设计结果付诸实践，让学生尽快看到自己制造出来的成果。第四层次，综合应用。学生通过参与学科竞赛和撰写论文、发表专利等方式，对所学知识技能进行综合性的实践应用，同时引导和鼓励学生对企业真实生产线模型进行优化和创新。

“四阶段、四层次”机电专业实训教学模式的一个突出特点是依托虚拟仿真实训平台，尝试虚拟现实技术的运用。依托虚拟现实技术搭建的仿真实训平台能够“以虚补实”，丰富和创新机电专业实训教学资源。具体来讲，虚拟仿真实训教学平台在机电专业实训教学中的应用具有如下三点益处。一是使机电专业实训教学过程由抽象到生动。在机电专业实训教学过程中充分依托虚拟仿真实训教学平台，使学生在虚拟现实环境中感受到直观的立体形象，沉浸在机电操作的虚拟仿真环境中，而非让学生机械地理解教材中由抽象的文字和图形所展现的实践性知识。二是使学生在机电专业实训过程中由被动到互动。使用虚拟仿真实训教学平台，使学生在整个实训过程中不再是被动的观察学习者，而是与虚拟仿真的实验对象展开充分互动，使学生在实训的各个环节都能够发挥自身的主观能动性，全身心地参与到实训全过程。三是有利于学生在实训过程中体验由构想到验证的过程。以虚拟仿真实训教学平台为载体，学生能够及时把构想、设计的实验结果进行推演，融理论学习、实验操作和学习交流为一体，同时培养学生实践操作的安全意识，真正实现“理、仿、实”一体的实训教学理念。

在机电专业实训教学过程中，实训教师以实训模块为单元有序实施教学，学生在实训过程中自主探究学习，在解决问题中不断提高能力，从而有序实现实训教学目标。同时，在实训教学模式中引入企业真实的机电类项目和案例，开发或引入多种形式的数字化教学资源，依托虚拟仿真实训教学平台，打造“闯关式”实训教学模式。

第一关“直观不抽象”。实训教师在虚拟仿真平台预先准备好与机电类企业实际情况相符的数学模型、学生参观企业看到的机器设备及生产线，随后从仿真软件上完成机械结构的拆装及电路系统的设计、控制程序的应用，使学生可以操作基本的机床，熟悉生产线运作模式，并逐渐对机电专业产生兴趣。

第二关“互动不被动”。在金工实习和智能制造实训模块实训过程中，不仅要完成电路和机械零件的制作，还要把数学模型在虚拟仿真平台上用软件绘制出来，促进学生积极、主动地参与实训教学全过程。

第三关“总结与升华”。实训教师在这一阶段不仅要使学生能够将自己制作的电路和机械零件进行实际应用，还应引导和鼓励学生通过更改模型参数进行优化和创新，着力培养学生的创新能力和终身学习能力。