真实工业环境下综合实践教学的挑战与策略

王栋+张新娜+邵铁锋+唐建祥+陆萍蓝

（中国计量大学工程训练中心，浙江 杭州 310018）

摘要：本文分析了让学生进入真实工业实践所面临的主要教学挑战，结合实践活动、实践资源、交互方式等核心因素，系统说明了案例化、项目化的综合性工程实践课程群教学设计策略和实施的方法。教学实践证明了基于真实工业环境的综合实践课程教学的可行性，以及多层面设计教学方案的必要性。

关键词：真实工业环境；综合实践；资源建设；模块课程

中图分类号：G646 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）21-0165-02

“大工程观”[1]倡导将科学、技术、非技术要素和工程实践融为一体，让学生进入真实工程实践，是践行这一教育理念的有效途径，其主要意义在于[2]：第一，给学生提供了一个有意义的情境和可供借鉴的工业案例，有利于提高学生的学习动机和应用所学知识的能力；第二，真实工程项目实践让学生有机会接触工程实际，有助于他们对知识结构的深度理解和团队合作意识的培养。在高等教育大众化的背景下，开展真实工程综合实践训练使教师的教学设计和实施面临很大的挑战，这就需要基于系统观点，厘清主要挑战，从关键教学要素出发，分层分类进行教学策略设计。

一、教学面临的挑战

开展真实实践教学首先会面临一些共性的挑战[3]。因为专业人员所运用的实践方法，对非专业人士来说肯定是相当复杂且不熟悉的。在多年的训练中，专业人员将一些实践要素内化，并且能迅速有效地运用这些要素。但对于缺少实际经验的学生来说，这些实践要素一直是内隐的，是难以理解的。真实实践教学设计中所面临的两个主要挑战包括：如何帮助学生处理真实实践的复杂性？如何帮助学生理解工业案例所包含的基本技术原理？

在高等教育大众化的背景下，生师比不断提高，实践实验资源日趋紧张。这使得真实工程实践教学面临更多现实约束，例如，教师从未开展过这样的实践教学，而在有限的时间和资源条件下要完成工科大类专业不同层次学生的实践教学任务。基于工业真实环境的综合实践教学实施面临的最大挑战是：如何在诸多现实约束下保障教学目标实现的可行性。

二、综合实践教学策略

真实工程实践教学关注工程师是怎样解决问题的，关注怎样引导学生进入以问题解决为核心的思维综合、技术综合、价值综合的实践状态，关注如何有效促进学生分析、解决实际问题的能力形成。教学设计涉及如下四个核心因素。

1.循序渐进的课程活动设计策略。课程活动的设计目的是为了把学生的先验知识、能力、经历与真实实践串联起来，使学生逐步形成参与真实实践所需的技能和知识。主要设计策略：基于真实工业大系统情景，按照情景认知-案例导学-项目驱动-实践总结的流程，循序渐进安排课程活动。在真实的情境中指导学生参观操作生产设备，选择实践学习主题。在案例分析中系统梳理知识。在项目实践中提高实践能力。在总结反思中形成把知识、能力、经历与真实实践连接起来的可迁移的经验。

2.重视软硬件综合优势的资源建设策略。情境认知学习理论认为，知识的意义是在一定的情境中建构的。真实情境往往更能激发学习者创造性解决问题的欲望。所以，资源条件建设首要工作是营造一个具有真实情景的实习场，建设思路：（1）以自主设计的工业化生产线为核心来营造真实情景的生产车间。（2）配备分立设备，与生产设备组成层次分明的工程综合实训装备系统。（3）重视教师的培训与分工合作。发挥教师专业特长，对设备的教学内容进行分工，实现分层分类的案例库和项目库开发。（4）开发拓展基于生产线原型的多角度教学资源和教学素材。

3.应对真实实践的复杂性的教学策略。为应对真实实践的复杂性，减少学生认知负荷，可以从多个角度进行教学设计。（1）基于先行组织者策略查漏补缺。分析学生开展真实实践的知识和技能缺口，预先安排知识讲解和基础实践；通过案例分析进行导学，再启动项目实践，每一步都在为下一步的活动提供脚手架。（2）不断循环、不断改进的学习过程。通过提供网络资源查询和分类分层的项目导航，使学生在“理论-实践”不断循环中不断改进学习过程，解决项目日趋多样化的情况下实践所需知识和技能也在不断扩充的问题。（3）从多个角度降低复杂度。小组成员分别承担不同的工作任务，分散认知负荷；通过教学录像、装置动画，使复杂工作原理等内隐的技术要素外显化，以便学生进行观察和讨论，逐步理解并掌握技术综合的方法等实践要素。

4.真实实践的过程评价方法探究。上述实践教学过程架构的设计、内容的选择以及科学的组织较好地适应了工程综合实训对象的多专业多层次特点，引导学生较好、较顺利地進入到工程综合项目情景氛围中。为了使师生明确工程实训目标，进一步加强实训教学效果，需要在实践教学项目的初期导航与指导内容当中建立分层分类的过程评价与验收标准，体现评价指标的多样化和真实性，以及过程评价的科学性。

三、课程群的教学内容设计策略

面对上述内涵丰富、角度多样、组织有序的实践教学活动策略，需要我们设置与之相契合的系列化科学有序的课程群作为其有效运行的桥梁。课程群教学设计的总原则是使实践内容和方式适合学生现有基础，而又不失专业实践的真实性。为此，我们将工程技术实践课程模块化，实践教学体系框架主要包括三个层次：（1）机电/测控/信息工程基础训练；（2）系统综合与技术应用；（3）实践系列系统设计与工程创新。每个模块有一定的实践层次和专业实践能力倾向性，在工程人才培养强调学科交叉的今天，也可以对不同专业开设，体现同课异构的多角度教学思想。

1.基础训练系列：针对工程经验匮乏的大二学生，设计《工业测控系统工程基础》和《生产线机电系统工程基础》认知课程，其任务与目标为：介绍工业生产大系统的概念和基本实践知识，培养学生针对工业生产现场功能单元认识、系统软硬件技术的基础应用能力，以及基本的安全与规范的工业工程意识。

2.技术系统实践系列：体现同课异构的多角度教学思想，依托丰富的工程教学资源，针对理工大类专业开设了《工程综合实践》系列课程，为多专业多层次学生提供技术的多角度交叉实践提供了保障。课程目标：从工控机、PLC、嵌入式系统，生产线机械系统、电气系统等多个技术角度，结合工业化包装物流生产系统实践平台，进行软硬件系统集成设计与技术综合应用实践训练，强化学生应用所學理论和先进工业技术分析解决实际工程问题的能力，以及自主思考、勇于实践的精神。

3.系统综合创新设计系列：创新是工程技术发展的不竭动力，作为课程体系的高地，设置了《测控系统综合创新设计》和《机电系统综合创新设计》等工程技术创新实践课程，课程目标：以提高系统关键性能指标，增强可靠性，降低成本，缩短生产周期及节能降耗为设计目标，以机电系统机械创新设计，电气集成设计，测控系统软硬件自主创新实践为主要内容，以期达到训练学生自主实践能力和创新精神的教学目标。

四、结束语

在高等教育大众化的背景下，开展真实工程综合实践训练使教师的教学设计和实施面临很大的挑战，这就需要基于系统观点，厘清主要挑战，从关键教学要素出发，分层分类进行教学策略设计，实现了真实情景的工业大系统现场环境的构建，案例导学、项目驱动的工程综合实训活动和课程教材设计，以及资源配置和教学交互设计[4]。在教学实施中，通过分层递进的系列化实验项目，将技术基础知识和源于案例的技术系统设计方法的应用，融入到一个个具体形象的实践主题中去，让学生的实验技能和知识的积累随着实践进程逐步强化，有效提高了学生分析问题、解决问题的能力。教学实践证明了基于工业大系统情境的工程综合实训教学的可行性，以及多层面设计教学方案的必要性。

参考文献：

[1]徐志农，周继烈，倪益华，等.大工程背景下工程训练课程项目设置及建设[J].北京：高等工程教育研究，2012，（9）.

[2][美]R.基思.索耶（编），徐晓东，等（译）.剑桥学习科学手册[M].北京：教育科学出版社，2010，（4）.

[3]张新娜，王栋，杨其华，等.以大工程为背景创建综合实训基地[J].实验室研究与探索，2009，（3）.

[4]王栋.工业技术实践课程群教材构建研究[J].教育教学论坛，2014，（7）.

收稿日期：2016-10-30

基金项目：本文系2015浙江省课堂教学改革项目“学生自主定制式工程综合实训教学方法探索”的阶段性成果，项目负责人：王栋，项目编号：kg2015164；2016浙江省课堂教学改革项目，编号kg20160599，名称：复杂工业系统虚拟导入——《测控技术应用实践》课程导学系统构建与应用

作者简介：王栋（1968-），男，浙江乐清人，机电综合创新实验室主任，高工，本科，从事机电一体化等方面的教学与研究工作。