基于任务驱动的混合式教学探索与实践——以“变频器技术及应用”课程为例

卓书芳，郭世南，郭崇光，马孝荣

（福建信息职业技术学院 自动化工程学院，福建 福州 350003）

0 引言

构建以工作过程为导向的课程体系是职业院校开展专业建设的基本出发点，这种课程体系融企业项目体系和专业学习体系于一体，其中各组课程应按照项目引领、任务驱动模式开发课程教学模块。课程教学模块与企业实际项目融合起来；教学内容由每个具体学习任务组成，学习任务之间具有技术逻辑的关联性和工作领域内在的系统性。“变频器技术及应用”课程是高等职业院校电气自动化技术专业课程体系中的重要实践课程模块。在变频器实践教学过程中，学生实践技能的培养是教学重点，然而当前在变频器教学中，重理论讲解轻实践应用的现象仍然比较普遍[1]。这种教学方式不仅不利于学生实践技能的培养，还压抑了学生自主学习及创新能力的培养。因此，“变频器技术及应用”课程教学方法亟需创新。经过深入企业调研和教学改革探索，提出了基于任务驱动的“变频器技术及应用”课程线上线下混合式教学方法，从而重构能力本位的课程教学体系。该教学法充分发挥线上和线下两种教学的优势，以完成变频器应用上实际工程任务为目的，从教师进行“单向的知识传授”到师生开展“共同学习与交流”，给予学生线上线下自主学习权，同时要求教师设计开发并充分利用线上线下教学资源组织实施教学，最终实现理论教学与实践教学的和谐统一[2]。

1 教学目标分析

通过对企业一线走访调研并根据机电一体化专业的实际情况完成“变频器技术及应用”教学目标：能力目标，知识目标及素质目标[3]，重构课程教学体系。该门课教学的内容主要从企业项目“拆解转化”，培养学生变频器实践应用能力，使学生具有岗位责任意识，能独立查阅相关技术资料解决现场问题。这不仅培养了学生的实践技能，还提升了学生的职业素养，为学生后续的就业打下了良好的基础。具体的能力、知识与素质目标如下。

1.1 能力目标

在研发工程师的指导下，能根据具体工程项目任务需求选用合适的变频器品牌和型号；能按照实际工程任务进行改装、调试、维护变频器；并能应对多种故障情景，根据设备运行情况进行排故分析；掌握基本的变频器维修、维护方法。

1.2 知识目标

理解通用变频器各类功能及原理，根据不同工程任务需求进行设计、安装、调试变频器控制系统；能够将相关电机控制、PLC技术等知识综合应用；具有独自查阅变频器相关技术文件，解决现场问题的能力。

1.3 素质目标

让学生养成自主学习、独立思考的习惯；让学生学会综合运用知识解决问题，学会举一反三；端正学生客观务实、灵活严谨的工作态度；培养学生团结协作能力、提升集体荣誉感；让学生养成安全生产、清洁生产、经济生产的习惯；树立学生爱岗敬业、积极进取与有责任担当的理念。

2 教学设计

2.1 教学内容设计

本门课程摒弃了传统的“重理论轻实践”的授课模式，同时又避免了“不要理论只做实践”矫枉过正的做法，而是通过信息化手段和数字化资源把理论学习任务放在线上让学生自主完成，在线下课堂学生通过自主完成实践任务有效提升自身实践技能[4]，实现线上所学基础知识的巩固应用与内化提升。在教学内容设计上，要立足于企业调研和专业课程体系基础之上，把相关联的课程内容进行筛选并重构能力本位的课程体系，分组重构成具有工作情景的实践任务，见表1[5]。由表可知，重构后的教学内容涵盖了变频器技术安装调试、电路设计和PLC变频器综合应用等，使教学既符合实际工作情景，又满足由浅入深、循序渐进的理念。

表1 任务式教学内容

2.2 教学策略设计

教学策略设计主要包括：课前在线自主学习、线下课堂任务实施、课后知识拓展3个环节。

课前在线自主学习环节：课前教师在线上发布学习任务，并建立包含工作任务单、内容讲解视频、知识点微视频、虚拟或实物操作示范视频和互动测试题等丰富的数字化任务学习工程包，要求学生登录在线学习平台自主学习相关理论知识，通过信息化教学手段提供丰富多彩的学习体验和直观便捷的知识传授，并按照任务要求借鉴虚拟操作示范视频，学生自主使用宇龙虚拟仿真系统开展仿真训练[6]。此环节能通过线上数字化资源供给方式保障每个学生充分的学习时间，尽可能让每位学生都带着较好的课前知识储备开展线下课程任务实施，能有效提升教学中学生自主参与能力，提高学生学习兴趣，从而充分保障线下课堂教学质量。

线下课堂任务实施环节：线下课堂实施任务主要采用“实践-小结-再实践”的课堂组织模式，通过线下具体任务实施过程为教学活动载体，实现学生线上学习知识要点的理解巩固与灵活应用，并完成内化提升，培养学生工程实践能力和解决问题分析能力。首先以组为单位把学生分成十个小组，各组根据任务要求分别进行组内讨论并确定工作方案，在工作方案的指导下按步骤进行实践操作。在实践过程中，每组遇到问题时可再次进行组内讨论，并结合线上虚拟仿真训练学习与线下真实对象装置实践学习进行比较研究与分析，或请求教师现场指导并作出阶段小结。经过反复线上线下任务系统运行学习比较研究和教师的现场指导后，各组按照要求完成任务内容，最后各组撰写总结报告，派出代表进行任务总结汇报。

课后知识拓展环节：鼓励学生尝试联想更多具体应用场景，利用学生在本任务中所学的知识技能做出解决方案，再次借助信息化手段进行应用场景的虚拟仿真运行验证，让学生获得更多成就感，进一步巩固任务教学效果。

2.3 教学过程设计

以福建信息职业技术学院电气1812班为教学实施对象，以精密机床主轴多速运行应用内容为例。课前在线自主学习、线下课堂任务实施、课后知识拓展三部分时间分配比例为1∶3∶1。其中课堂教学实施为4课时，共计180 min，包括课内任务讲解（30 min）、分组实践（45 min）、课堂小结（20 min）、分组再实践（55 min）以及小组汇报与教师点评（30 min）共计5个环节（图1）。

图1 教学过程设计流程

2.3.1 课前自主学习

首先教师下达“精密机床主轴多速运行应用”工作任务。学生登录在线学习平台自主学习精密机床主轴多速运行应用理论知识，借助各种数字化课程任务资源理解直接开关多段速度及开关组合多段速度基本原理，通过观看精密机床主轴多段速度运行操作视频，使用宇龙机电仿真软件开展精密机床主轴多速运行应用的仿真训练。在学习过程中可以通过在线学习平台向教师请教知识盲点；同时基于在线教学平台统计反馈功能，教师可进行学生知识点掌握情况分析，让线上线下教学的活动更有针对性，如图2所示。

图2 在线自主学习及仿真

2.3.2 课堂任务实施

对目标任务作进一步讲解说明，并解决学生提问的问题，着重强调安全操作规范、团队协作等。随后让学生进行分组，引导各组制定任务实施方案，所用设备包括西门子变频器MM420，西门子PLC控制器S7-200，三相异步电机等。学生在任务实施方案的指导下进行实践操作，包括：变频器的安装与调试，三相异步电机的安装与调试，直接选择频率多段速度运行电路的装调和开关状态组合多段速度运行电路的装调等。

在实践过程中若发现多段速度设定运行无法成功，组内学生可通过讨论或查阅线上的相关问题寻找解决办法，若不能解决，老师可加入小组一起分析解决。老师对各小组收集到的问题，进行分析点评并在课堂上小结。教师针对遇到的问题引导学生再次结合前期线上学习阶段关键知识点，认真梳理线下实训过程的每个环节查找问题根源，学生根据具体问题特点查找分析失误或未完全理解之处，进一步完善任务实施方案，解决现场实际问题，完成工作任务。

最后各组根据自己完成情况撰写任务总结报告，包括技术方案、遇到的问题和解决方法以及收获体会等，教师对各组任务完成质量进行评分，步骤见图3。

图3 分组实施任务

2.3.3 课后素质拓展

通过完成精密机床主轴多速运行应用任务，让学生掌握多段速度控制原理和电路安装与调试实践技能，同时进一步引导学生联想思考同类问题。这样达到举一反三的效果。如思考：还有哪些应用场景需要使用到变频器的多段速运行；鼓励学生运用变频器多段速操作实现其他工程案例，每个小组提交一份工程案例并在各小组分享。又如，水泥电杆厂的电杆成型离心机低速、中速和高速的设定等。

2.4 考核与评价

在教学任务实施的过程，线上线下环节都要及时进行学习效果测试和反馈等过程性评价。这些过程性考核与评价可以帮助老师根据实际需要掌握教学节奏。同时了解学生的知识技能水平，找出教学过程中存在的不足并改进。任务驱动教学法采用过程考核评价，学生的综合成绩由课前学习、课堂任务实施及总结汇报三部分组成，具体各项权重为：综合成绩=课前学习×30%+课堂任务实施×50%+总结报告×20%[5]。

其中课前学习部分包括观看变频器理论和技术演示视频，在宇龙仿真软件平台展开变频器虚拟仿真训练；课堂实施部分包括工作方案质量、任务完成度和团队合作水平；总结报告部分为实验报告质量。具体见表2。

表2 任务考核标准示范表

3 结束语

借助信息化教学平台系统，以实际工作任务为驱动，用情节真实的实例呈现问题，创造解决问题的环境，基于任务驱动的线上线下混合式教学调动了学生的学习兴趣和主动性，进一步提升了学生的工程实践能力和独立思考解决问题的能力，促进高职教育人才培养目标的实现，具有借鉴意义和实际应用价值。