田永军 徐国胜
摘要：针对应用型院校工程实践教育课程教学存在的问题，构建了多元耦合教学模型。模型由主导思想、教学策略、培养模式、评价模式等四个要素组成，每个要素交互关联、耦合协同，促进“教”与“学”平衡。基于该教学模式，以“机械制造工程师”教学为例，形成线上与线下协同发展的教育空间，推进工程教育与社会需求融合的格局，完成课程知识共享和价值引领的无缝连接，取得了良好教学效果，实现以“学生综合能力为中心”的教学范式变革，全面提升学生的竞争能力、实践能力和创新能力。
关键词：应用型院校;工程实践教育;多元耦合;教学模式
中图分类号：G718 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2020）12-0061-06
2018年，教育部提出 “关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见”，旨在加快建设发展新工科，探索形成中国特色、世界水平的工程教育体系，促进我国从工程教育大国走向工程教育强国。应用型大学工程实践教育作为与社会经济与形势发展联系最密切的一种教育类型[1-2]，担负着培养具有竞争能力、实践能力和创新能力高级应用人才的重任。
“机械制造工程师”是工程实践教育体系的一门综合性专业课程，理论深度高，应用属性强，具有理论与实践“强耦合”特征，是培养学生 “动手动脑”、全面提高综合能力的关键课程。但是由于“教”与“学”失衡，学生系统性解决工程问题和创新制造能力有待提高[3]。导致这些问题的原因在于：强调理论导向，培养过程过于“学术化”，地方院校虽然意识到工程实践教育重要性，但大多还停留于理论探讨而实际举措仍然较少;培养层次、结构体系和人才类型与社会需求脱节，缺乏对系统知识解决工程问题能力的培养;课程体系陈旧，滞后于工程实践;课程交叉性不够，缺乏多元化教育;不重视创新与设计教学模式，习惯于从国内外一流高校直接引入教学模式，然而地方院校在教学资源、硬件条件师资等方面与一流高校存在层次类型、办学理念、服务面向等差异，这就要求地方院校要构建适用于本土化工程实践教育的教学模式[3-4]。针对我国当前工程实践教育课程教学存在问题，创新和改革教学模式是目前亟待研究和解决的问题。
一、多元耦合教学模型及机理分析
（一）多元耦合教学模型
为了建立适应于应用型本科院校本土化工程实践教育教学模式，以“互联网+”技术和工程课堂平台为依托，构建了一种全方位、多层次、立体式的多元耦合教学模型（见图1），模型分为四个基本要素。
1.以“一中心一辅助一关键”为主导思想
“一个中心”：以提升学生综合能力为中心，在教学过程中以学生为主体，以塑造价值目标为核心，以学生需求为重点。“一个辅助”：以辅助者、观察者的身份做学生的学习伙伴，注重引导学生、激发学习兴趣。“一个关键”：从提升理论能力全面转向培养理实一体化能力，注重培养工程实践应用能力，边学边用，学用一体。
2.以“应用属性需求”为主要培养模式
地方院校培养人才目标要紧密结合实际需求，要加强培养学生对理论知识具有深刻理解且具有实践动手能力。为此，以教学实验平台和互联网技术为依托，建立网络资源库（项目案例、习题、视频）和教学论坛平台，实施“理论—实践—再理论—再实践”混合式教学手段，通过线下方式对工程实际项目进展、学习效果进行评价，不断促进学生深度学习，提高解决工程实际问题的能力。同时，加强与本课程关联度高的实训课程交互作用，实现协同育人，促进理实结合，使学生具备车工、钳工等工种的高级技能水平。
3.以“六位一体”为主要教学策略
教学全程实施“六位一体”教学策略：观察、引导、讨论、反馈、调控、激励（见图2）。教师授课过程中要做观察者，要善于识别学生的困难，引导学生自我解决问题，激发学生学习兴趣，促进学生建立知识体系[5-6];经常进行焦点问题讨论，例如从学生兴趣点出发，引导学生的“头脑风暴”，训练创新思维，激发“金点子”产生;及时给学生提供反馈意见，避免项目（作业）实施中出现“硬伤”;另外，要激励学习动机，增加参与度和歸属感。
4.以“成果产出导向”为主要评价模式
根据地方院校育人特色，使用以“成果产出导向”为主要评价模式，设计以“大小项目为载体”，实施先输出再输入教学理念，培养学生自主学习能力、自我解决问题能力、团队协同能力。制定能够体现本课程“理实一体、动手动脑、创新、协作”能力的项目，使抽象枯燥的考核变为生动具体的项目任务，激发了主动性和学习兴趣，学生解决问题时自然产生“饥饿感”，这就促进学生及时发现知识“盲点”，填补知识漏洞，提高解决工程实际问题能力;同时也为教师识别学生学习中出现的困难和需求提供了策略。对学有余力的同学，要适当提高项目“设计难度”“高阶性”和“创新性”。
（二）教学模型要素耦合交互作用机理分析
首先，教学模式、培养模式、教学评价等要素（模块）以主导思想为中心，相互耦合、相互依存、协同作用关系。每个关联要素之间为正反馈关系，每个要素提升都能促进其他要素提升。
其次，指导要素与课程体系具有交互作用，指导要素为课程体系提供了理论指导，而课堂体系提升或改变促进了指导要素补充与完善。在交互作用下，跨越了“教”与“学”的失衡，激发学习热情，提升创新能力、实践能力和工程素养，达到促教、促学、促练、促思的教学效果。
最后，不同要素耦合关联、动态互通，具体促进了课程教学“线上与线下互通”“科目与科目互通”“理论与实践互通”“教学内容与思政育人互通”，从而改变过去课程教学封闭性，提高工程教育系统对社会需求的灵敏度，为提升“学生综合能力为中心”的教学目标奠定基础，培养更多的应用型人才。
二、多元耦合课程教学实际应用
天津职业技术师范大学“机械制造工程师”作为“天津市一流本科建设课程”，其教学目标除了让学生掌握理论知识，更高阶要求是让学生真正拥有解决实际工程问题的能力。针对课程特点和社会所需，基于多元耦合教学模式，具体从以下四个方面实施课程教学。
（一）适应新时代业态，重构课程体系
工程实践教育体系内容必须保持与社会需求同步，然而，许多应用型院校工程实践教育课程体系设置落后于社会新形势[7-8]，发展速度迟缓，因此，必须适应新业态，重构课程体系。
1.提高知识与技能关联度
传统课程常离散教学内容，碎片化知识有利于学生深刻理解课程内容，但总结时发现学生对于知识体系逻辑关系并不清晰[9]，甚至可能颠倒主次关系。针对上述问题，笔者强调教学过程要实现知识单元与技能技术的串联与整合，建立适用于项目制的知识链。如图3，在讲授金属切削过程及切削参数优化选择内容时，以金属切削过程为主线，介绍了切削力、切削热及刀具磨损等知识单元，对知识单元进行串联整合，促使课程内容（理论）与技能（实践）相映射，加深对知识体系和逻辑关系理解。本课程时代性强，注重引入制造业与时俱进新技术、研究热点、焦点问题，如高速加工与超高速加工技术在新型石墨烯复合材料、医学材料加工技术与研究进展，扩大专业讲授知识面，提高学生毕业后对工作环境适应性。
2.课前、课中与课后三阶段协同递进，实现“教”与“学”平衡
针对课程理论深度高、内容多、实践性强、学生需求不对称等问题，基于学生学习体检和教师教学体验的立场，从课前、课中、课后三个维度来构建教学模型，如图4所示的多元耦合机械制造工程师课程的“三个三”教学模型，即三个阶段（课前、课中、课后）、三个平台（互联网、课堂、实践平台）、三个层次（基础知识、深度学习、综合提升）。
（1）课前阶段。基于互联网平台、实践平台进行基础知识学习。根据教师课前发布的任务，学生进行基础知识学习，以知识预习、知识认知、资料查阅、视频学习为主，实现学生自主学习。
（2）课中阶段。基于课堂平台，实现深度学习。学生通过课前基础学习对知识体系有一定了解，教师课堂中不在讲解或者弱化讲解基础知识，突出对具有深度、拓展性及疑惑性等高阶问题进行讨论，提高课堂效率，实现深度学习，提升高阶能力。
（3）课后阶段。基于实践平台和互联网平台，巩固知识，提升综合能力。课后阶段是项目设计主要环节，其时间比例占课程份额的50%。在此环节学生会不断发现新问题，在教师引导、同学协作、互动交流方式下解决问题，学生在解决问题过程中会进一步巩固和总结知识内容，不断提升实践能力和创新能力;同时教师也会在此环节进行反思和设计，能够及时追踪学生薄弱环节，有针对性进行知识分享。三个环节环环相扣，螺旋递进，实现能力逐步提升。
（二）实现多课程交叉互通，创新教学模式
学生反映的本课程内容枯燥、抽象难学，课时量少的问题[10]，限制了专业知识实践应用和创新实践能力提升。鉴于此，提出多课程交叉互通的教学模式，要求承担与本课程高关联性（实践课）的教师，为了协助学生达到顶峰产出和提高动手动脑、创新能力的共同目标进行协同合作。交叉互通主要指对相关课程教学内容进行融合、渗透、整合和优化，即先对这些课程进行交叉，而后相互渗透，最后实质性地融合成新体系。如图5所示，与本课程关联度大的同步课程为车工加工技术实训、钳工加工技术实训课程，课程知识点交叉互补、理实互通的协同作用有效提升了工程实践教育教学效果，又解决了课时量少的问题。例如在刀具角度与结构分析章节授课时，学生缺乏实践观察，通过理论学习或观察视频难以理解刀具角度对加工结果影响，若采用多课程交互教学模式，学生可在实践课中操作CA6140车床，调换不同刀具角度加工金属工件，辨别刀具角度变化对切屑形态、表面质量的影响，将抽象理论变得具体化、可视化。又如，学生发现车刀前刀面磨损严重，具有“凹洼”形貌，不知其产生机理，通过本课程理论学习发现扩散磨损是产生前刀面磨损的主要机理。通过“课程与课程互通”“理论与实践互通”交互作用，突破从“软到硬”“硬到软”的技术跨度，大大提高学生参与的积极性与创造性。
（三）基于成果产出导向，推进课程评价改革
成果产出导向评价是一种以解决实际问题能力和激发学生全面思考能力为主的开放性评价模式，能够提高团队协作能力，全面提升综合能力。本课程设置了小、大两种项目作为产出驱动载体，其评价成绩作为总成绩60%，其余成绩为理论成绩。
小项目是学生在课程体系内根据实践课程中发现的问题作为项目。题目自由度高且具有一定深度，考察了学生发现问题及解决问题的能力。例如，学生实践过程发现车床加工过程中若切削参数或刀具选择不合理，容易产生出现带状切屑等问题，切屑会缠绕工件和刀具，不仅影响加工稳定性，还会影响加工质量，且对操作者可能造成危险。学生在实践过程中如遇到此类问题，教师就要引导学生根据理论、实践知识解决问题，如学生通过查阅资料及小组讨论，进行原因分析、提出解决方法，最终解决问题。
大项目为要求学生挑战具有专业性、高阶性、综合性的项目。例如，要求学生根据给定的实际零件设计专用夹具，该项目综合性强，涵盖了零件加工工艺和结构设计、工艺性等知识，考察了学生的分析能力、设计能力、创新能力、专业技术能力，能够培养学生工程实践能力、绿色制造和与他人沟通合作能力等综合能力。此外，还要求学生以科技论文形式撰写设计报告，并做汇报答辩，提高分析能力、组织能力、策划能力等高阶能力。
项目成果产出评价，不仅实现理论知识体系和实践能力体系交融，能用所学的知识和技术解决实际机械加工生产技术问题，且在问题分析过程中进行思维碰撞，提出新解决方法，明显提高综合应用能力。笔者建议随着后期教学改革推进，不单独理论考试考核，重点审查项目完成情况、項目答辩情况和综合能力情况。
（四）融合创新思政教育，促进综合素质提升
在信息化新时代，更注重提升铸魂育人水平，全面培养复合型人才。在价值塑造、综合能力培养、知识共享中，价值塑造位于第一位[10]。为了培养社会责任心强、爱国主义情怀深、工程能力水平高的适用社会发展需求的职业教育师资，笔者授课过程中注重加强专业知识和育人元素的融合[11]，实现“课程承载思政”与“思政寓于课程”的有机统一，并注重以下三方面教学设计。
1.通过教师协作，塑造正确价值取向
学生正确价值取向塑造，是一个需要由教师长期的、协同的、持续的培养过程，要与其他任课教师相互协作，共同育人，抓住课程蕴含的重点内容，优化课堂教学效果。例如，教师可以“大小项目”为抓手，在项目参与阶段进行价值引导，提升专业素质、拓展工作能力，引导学生对国家制造政策的认同、国家道路发展的认同、核心价值观的认同，逐渐“内化和塑造”学生价值体系。
2.通过教学内容，浸润价值塑造
教学内容与价值塑造融合，重点从制造业在国民经济中扮演的独特角度进行价值塑造，引入大国工程、大国工匠优秀案例，如我国古代有大师级工匠鲁班，也有新时代工匠大师“胡双钱”等用“金属雕花”技能加工C919大飞机异形零件的传奇故事。同时，在制造业加工领域还存在的“卡脖子”技术，学生明确现阶段国家制造业面临的机遇与挑战，提升社会责任和创新意识。此外，要鼓励学生批判性看待问题，培养学生的质疑意识、质疑精神，不断挖掘学生的创新潜力。
3.通过评价总结，强化价值渗透
经过价值取向和价值塑造阶段，学生形成一定的价值感悟，但这时感悟往往零散而不系统，教师应在课程关键节点，及时进行评价，并对价值点进行深化总结，用以强化价值渗透。
三、课程教学效果分析与反思
（一）传统教学与多元耦合教学效果对比分析
为定量考察改革的成效，对2016、2017届学生的教学满意度、评价方式、学习效果进行调查与分析。
首先，提升教学满意度为评价教学改革成效的核心。学生满意度达到90%以上，非常满意学生达到83%以上，学生认为基于多元耦合教学模式比传统教学模式更能提高自身工程素养和实际动手能力。
其次，基于项目产出导向评价方式提高了学生自主解决问题能力，培养了符合新时代需求工程人才。调查显示，融入实际项目的评价方式真实反映了学生综合能力，90%以上学生认为在工程专业领域已经基本具备解决实际问题的能力，提高了团队协同作业能力。此外，学生认为提高了竞赛水平、创新能力。如2019年，学生在“第六届全国大学生工程训练综合能力竞赛S环形”赛道挑战赛中获得了国家级二等奖和国家级三等奖成绩。
最后，对学习效果的调查表明，87%以上学生表示与传统课程相比，在该学习模式下能够扩大专业视野，学习目标清晰，能够及时发现自身知识“盲点”，提高了解决实际问题的能力，提升了职业素养，学生均获得某一工种（车/钳工）的中级职业资格证书并具有相应工种的高级技能水平。
（二）教学反思
1.加强理论知识与实践技能耦合
教师要系统地、深入地分析课程理论知识点及实际问题（案例）对应的关系，并培养学生能够利用理论知识去解决实际问题能力，激发学生学习兴趣和自信心。
2.教师的角色需要转型
以学生为中心，从传统课堂“填鸭式”教学转为启发式教学，以项目为载体，基于成果产出为导向，实现理论知识体系和实践能力体系相辅相成，能够激发学生进行主动思考，利用综合能力解决实际实践或生产技术问题，且在问题分析过程引导学生进行思维碰撞，提出新的解决方法。
3.重视项目设计
教学过程中，如何使学生合理安排课后时间，进行项目设计是一个重要问题。课后如何更好利用“互联网”平台与学生进行在线交流互动，如何监管学生的在线讨论学习情况，以及如何选择更优质的线上教学资源等，都要在教学工作中进一步探索和深入研究。
4.重视教师能力建设
教师能力建设是多元耦合教学发展的核心要素。随着数字技术与教学模式的深入融合，教师的信息化素养已成为影响教育发展重要因素。教师紧跟信息化时代发展要求，实现教学内容不断更新，要与社会的发展及科技的进步相匹配，必须及时更新教学观念、关注新技术、新方法以适应教学过程和新时代科技发展的需要。
5.思政教育要贯穿教学全过程
了解新时代大学生的特点，探索如何在教学全过程实现思政教育沉浸式设计是教师要考虑的永恒课题。教学活动时，教师要引导学生积极参加实际项目，将学生专业能力提升与国家发展相匹配，引导学生树立以创新制造引领中国创造和实现制造强国的理想。
综上所述，通过重构课程体系，引入多课程互动教学模式，并基于项目成果导向评价方式，提高了教学效果和教学质量，适用于应用型高校学生学习。教学改革过程中应该及时与学生进行沟通，吸收学生的反馈信息，在学院、教师、学生共同参与下解决教学难题。此外，多元耦合教学模式对教师提出了更高要求，教师要有明确教学目标，要有清晰教学设计思路，要准备与时俱进的教学内容，要充分熟悉多科目教学的特点。
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（责任编辑：刘东菊）
