王國(guó)平，劉吉軒，門(mén) 靜，任曉莉，趙 瑾，閆菲菲

(1.西安交通大學(xué)城市學(xué)院機(jī)械工程系，陜西 西安 710018)(2.機(jī)器人與智能制造陜西省高校工程研究中心，陜西 西安 710018)

時(shí)至今日，我國(guó)工程教育改革即新工科建設(shè)已歷經(jīng)5年時(shí)間，形成了普遍認(rèn)同的根據(jù)高校不同類(lèi)型和層次的錯(cuò)位、差異化發(fā)展與建設(shè)模式[1]。應(yīng)用型本科則定位在服務(wù)區(qū)域新經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)實(shí)急需，培養(yǎng)交叉復(fù)合的應(yīng)用型工程科技創(chuàng)新人才[2]。2018年11月24日，教育部高等教育司吳巖司長(zhǎng)強(qiáng)調(diào)課程是人才培養(yǎng)的核心要素，指出中國(guó)大學(xué)普遍存在著課程實(shí)施方面的短板、瓶頸和軟肋。新工科內(nèi)涵強(qiáng)調(diào)的是專(zhuān)業(yè)精神、工程思維能力、工程實(shí)踐能力及可持續(xù)發(fā)展能力。專(zhuān)業(yè)精神包含職業(yè)規(guī)范、家國(guó)情懷等，與“課程思政”相對(duì)應(yīng)，因此課程需要“道”“業(yè)”一體；工程思維能力和工程實(shí)踐能力強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生要具有對(duì)系統(tǒng)工程整體的認(rèn)知與把握，在對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析與處理時(shí)具有大工程觀(guān)，同時(shí)具有較強(qiáng)的解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力和實(shí)踐動(dòng)手能力，從而決定了課程知識(shí)的復(fù)合性、功能的模塊化及理實(shí)一體；可持續(xù)發(fā)展能力要求學(xué)生具有團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和終身學(xué)習(xí)能力，這又決定了課程實(shí)現(xiàn)形式的多元一體化。因此，一體化課程的建設(shè)和實(shí)踐對(duì)新工科背景下應(yīng)用型交叉復(fù)合人才的培養(yǎng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和研究?jī)r(jià)值。

近年來(lái)，隨著新工科建設(shè)的推進(jìn)，國(guó)內(nèi)高校對(duì)一體化課程的建設(shè)逐漸重視起來(lái)。國(guó)防科技大學(xué)的汪元[3]基于研究生課程“傳熱傳質(zhì)分析”提出REAT(research-examination-assessment-teaching)一體化模型，提倡從科學(xué)研究中凝練問(wèn)題，并以此對(duì)研究生進(jìn)行考核和評(píng)價(jià)，然后反饋教學(xué)，形成了以科研為導(dǎo)向的教學(xué)一體化課程建設(shè)方案。由于科研是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，其對(duì)科學(xué)問(wèn)題的總結(jié)和提煉也是不斷更新的，因此該方案兼具了持續(xù)改進(jìn)和與時(shí)俱進(jìn)的特點(diǎn)，不論對(duì)研究生還是本科生的教學(xué)，都具有很好的借鑒意義。福建工程學(xué)院的閆曉磊等[4]從車(chē)輛工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)著力點(diǎn)出發(fā)，以本科生“理論力學(xué)”課程為例，設(shè)計(jì)了融合交叉式課程教學(xué)改革實(shí)踐方案。該方案將教學(xué)內(nèi)容分為基礎(chǔ)知識(shí)與基本實(shí)例、新理論新方法、創(chuàng)新應(yīng)用3個(gè)層次，意在對(duì)知識(shí)、能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，更多地培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，其對(duì)于基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課的課程建設(shè)具有一定的借鑒作用。信陽(yáng)師范學(xué)院的熊瑞生[5]從工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的角度出發(fā)，在分析“鋼結(jié)構(gòu)”課程傳統(tǒng)教學(xué)方法與教學(xué)方案存在的缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了將課程設(shè)計(jì)和單元練習(xí)一體化的課程教學(xué)與實(shí)踐模式。將課程設(shè)計(jì)涉及到的內(nèi)容和有關(guān)計(jì)算拆分為各個(gè)章節(jié)的單元練習(xí)題，形成了教學(xué)內(nèi)容、單元練習(xí)及課程設(shè)計(jì)一體化的教學(xué)方案，為尤為強(qiáng)調(diào)應(yīng)用的專(zhuān)業(yè)課程建設(shè)提供了較好參考。總體來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)高校雖然在一體化課程建設(shè)方面已取得了一些成績(jī)，但一體化課程建設(shè)的進(jìn)程相對(duì)緩慢，現(xiàn)有文獻(xiàn)相對(duì)較少，大多集中在專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程內(nèi)容的一體化融合上，應(yīng)用性較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)課程一體化建設(shè)則很少，且一體化課程是多元、多維的一體化，僅僅從內(nèi)容上進(jìn)行融合是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

基于上述存在的問(wèn)題，本文以應(yīng)用性、綜合性較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)課程為研究對(duì)象，即以“機(jī)電液傳動(dòng)與控制”課程為例，提出了“四位一體”(多學(xué)科內(nèi)容交叉融合、教學(xué)模式的協(xié)同融合、教學(xué)過(guò)程管理的多點(diǎn)實(shí)時(shí)融合、教學(xué)團(tuán)隊(duì)的多元融合)的專(zhuān)業(yè)課程一體化建設(shè)路徑，為應(yīng)用型本科專(zhuān)業(yè)課程一體化建設(shè)提供借鑒。

1 專(zhuān)業(yè)課程一體化建設(shè)實(shí)施路徑

專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)包含兩個(gè)層面、多個(gè)要素和一個(gè)總目標(biāo)。“教”的層面包括教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式方法、教學(xué)管理方法、教學(xué)評(píng)價(jià)方法與教學(xué)團(tuán)隊(duì)等；“學(xué)”的層面主要關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，包含學(xué)生學(xué)習(xí)的能動(dòng)性、協(xié)作性、實(shí)踐性、創(chuàng)新性和個(gè)性等?？偰繕?biāo)即是“專(zhuān)”，包含專(zhuān)業(yè)精神、專(zhuān)業(yè)工程思維、專(zhuān)業(yè)實(shí)踐能力、專(zhuān)業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力的達(dá)成。因此專(zhuān)業(yè)課程的一體化建設(shè)應(yīng)當(dāng)是多層面、多要素、多內(nèi)涵的一體化。

1.1 課程教學(xué)內(nèi)容的一體化交叉融合

一體化課程由于其綜合性、實(shí)踐性較強(qiáng)，多在具備先修專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的高年級(jí)學(xué)生中開(kāi)設(shè)。因此，應(yīng)當(dāng)以專(zhuān)業(yè)大類(lèi)為范疇，根據(jù)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，以本專(zhuān)業(yè)知識(shí)為中心，交叉融合大類(lèi)內(nèi)緊密關(guān)聯(lián)的其他專(zhuān)業(yè)知識(shí)，使得既有基礎(chǔ)知識(shí)的規(guī)范描述，也有綜合知識(shí)的演練、創(chuàng)新知識(shí)的探索，還有前沿知識(shí)的引領(lǐng)，形成具有確定功能模塊或系統(tǒng)知識(shí)的有機(jī)集成，為提升學(xué)生工程素養(yǎng)，使學(xué)生具備工程系統(tǒng)思維能力和工程實(shí)踐能力奠定知識(shí)基礎(chǔ)保障。

本文以西安交通大學(xué)城市學(xué)院機(jī)制專(zhuān)業(yè)“機(jī)電液傳動(dòng)與控制”一體化課程建設(shè)為例，其教學(xué)內(nèi)容一體化實(shí)施路線(xiàn)如圖1所示。機(jī)制專(zhuān)業(yè)屬于學(xué)院機(jī)械大類(lèi)范疇(包括機(jī)械制造、機(jī)器人工程、能源與動(dòng)力工程、過(guò)程裝備與控制4個(gè)專(zhuān)業(yè))。該課程瞄準(zhǔn)專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)中“先進(jìn)制造系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)”這一項(xiàng)，構(gòu)建了以現(xiàn)代工業(yè)體系中先進(jìn)制造與服務(wù)裝備(如數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人)的液/氣壓驅(qū)動(dòng)功能模塊為中心，融大類(lèi)專(zhuān)業(yè)內(nèi)的機(jī)電控制、PLC與觸摸屏控制、液壓/氣壓傳動(dòng)與控制基本知識(shí)為一爐，形成以實(shí)現(xiàn)液/氣壓驅(qū)動(dòng)模塊按既定要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)知識(shí)體系，既闡明了液/氣壓機(jī)械的工作原理、基本結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)要求，又明晰了機(jī)械按設(shè)定目標(biāo)精確動(dòng)作的控制方式和方法、基本軟件程序的編寫(xiě)、基本硬件選擇與線(xiàn)路的接法等，具備了先進(jìn)制造系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)的基本理論知識(shí)與實(shí)踐操作技能。

圖1 教學(xué)內(nèi)容一體化實(shí)施路線(xiàn)

1.2 教學(xué)模式的一體化融合

教學(xué)模式的一體化融合包含多個(gè)方面的內(nèi)容：一是理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的融合；二是線(xiàn)上教學(xué)與線(xiàn)下教學(xué)的融合；三是課內(nèi)教學(xué)與課外學(xué)習(xí)的一體化融合(賽教融合)；四是校內(nèi)實(shí)踐與校外實(shí)踐的一體化融合(產(chǎn)教融合)。

1.2.1理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的融合

為促進(jìn)學(xué)生知識(shí)的內(nèi)化吸收和工程實(shí)踐能力的提升，一體化課程常配有較為綜合的實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`教學(xué)環(huán)節(jié)，如綜合實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、課程實(shí)訓(xùn)等。傳統(tǒng)教學(xué)中，理論教學(xué)在先，實(shí)踐教學(xué)在后，有的甚至間隔一個(gè)學(xué)期，這不僅阻礙了理論知識(shí)的快速?gòu)?qiáng)化和應(yīng)用水平的提升，而且大大提高了投入產(chǎn)出的比率。因此理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的融合關(guān)鍵就在于二者的協(xié)同并進(jìn)，能夠及時(shí)實(shí)現(xiàn)學(xué)中做、做中學(xué)、學(xué)做一體。根據(jù)對(duì)實(shí)踐設(shè)備要求的高低，本文所述實(shí)踐環(huán)節(jié)可分為課程設(shè)計(jì)類(lèi)和綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)類(lèi)，前者與理論課程的融合可參照文獻(xiàn)[5]。本文的示例課程匹配實(shí)踐環(huán)節(jié)屬綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)類(lèi)，對(duì)于該類(lèi)型實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)與理論教學(xué)的融合宜采取課堂上理論教學(xué)與虛擬實(shí)踐同步印證的融合教學(xué)模式，結(jié)合課后的項(xiàng)目式作業(yè)緊密銜接課程實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，如圖2所示。這樣不僅及時(shí)強(qiáng)化了理論知識(shí)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，同時(shí)以虛擬實(shí)踐的形式和實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目作業(yè)緊密銜接了理論與實(shí)踐教學(xué)，而且不限次數(shù)的虛擬試錯(cuò)，也極大提升了現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)操效果，有效促進(jìn)了學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力的提升，實(shí)現(xiàn)了在理論課程結(jié)束時(shí)亦是綜合實(shí)踐課程收官之期的同步效果。

圖2 一體化課程理論與實(shí)踐同步教學(xué)實(shí)施方案

在“機(jī)電液傳動(dòng)與控制”理論課教學(xué)中，輔以虛擬的“電工技術(shù)實(shí)訓(xùn)”平臺(tái)進(jìn)行電機(jī)控制與繼電器控制虛擬教學(xué)，以“step 7/micro win”及PLCSim進(jìn)行PLC編程及虛擬實(shí)踐，以FluidSim軟件進(jìn)行液壓及氣壓傳動(dòng)虛擬教學(xué)以及綜合控制實(shí)訓(xùn)虛擬教學(xué)，圖、文、聲、動(dòng)畫(huà)兼?zhèn)洌又n后項(xiàng)目式實(shí)訓(xùn)作業(yè)的緊密銜接，有效實(shí)現(xiàn)了課堂知識(shí)的即學(xué)即用、融會(huì)貫通。

1.2.2線(xiàn)上、線(xiàn)下與課內(nèi)、課外教學(xué)的融合

為促使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)的形成和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的培養(yǎng)，課前(課外)提供線(xiàn)上課程學(xué)習(xí)綱要和線(xiàn)上作業(yè)，由學(xué)生自主學(xué)習(xí)；課中線(xiàn)下由教師主導(dǎo)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行每組3～5人的分組，由各小組做簡(jiǎn)要匯報(bào)，并結(jié)合課前學(xué)習(xí)內(nèi)容對(duì)本節(jié)要點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行討論和思考；另課內(nèi)教學(xué)多以歷年機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽作品、工程訓(xùn)練大賽作品的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)、控制及實(shí)現(xiàn)形式為例進(jìn)行分析，課外則以相應(yīng)學(xué)科競(jìng)賽為抓手，以賽促學(xué)，在實(shí)際競(jìng)技中理論聯(lián)系實(shí)際，不斷學(xué)習(xí)和提升自我，學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力進(jìn)一步提高，更重要的是促進(jìn)了其專(zhuān)業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力的形成。

1.2.3校內(nèi)實(shí)踐與校外實(shí)踐的一體化融合(產(chǎn)教融合)

為進(jìn)一步對(duì)接生產(chǎn)實(shí)際，適應(yīng)社會(huì)對(duì)人才的需求，在課程教學(xué)中，形成了以校內(nèi)實(shí)踐(虛擬實(shí)踐、課程實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)訓(xùn)和創(chuàng)新實(shí)踐)奠基，以校企聯(lián)合共建實(shí)驗(yàn)過(guò)渡和銜接，以企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)戰(zhàn)進(jìn)行對(duì)接的多層次遞進(jìn)式校內(nèi)外實(shí)踐融合的一體化實(shí)踐教學(xué)模式，如圖3所示。

圖3 校內(nèi)外實(shí)踐一體化融合模式

1.3 課程教學(xué)過(guò)程管理一體化

課程的教-管-考-評(píng)是課程目標(biāo)達(dá)成管理過(guò)程中的4個(gè)關(guān)鍵要素，它們是彼此相互關(guān)聯(lián)、相互作用的，因此也應(yīng)該是動(dòng)態(tài)調(diào)整的。在傳統(tǒng)教學(xué)中它們之間往往是孤立的或信息共享不暢的，嚴(yán)重影響了課程教學(xué)質(zhì)量的持續(xù)改進(jìn)。本文根據(jù)工程控制論的思想，將“教”看作是輸入環(huán)節(jié)(學(xué)生是控制對(duì)象)、“考”是輸出環(huán)節(jié)、“評(píng)”是反饋環(huán)節(jié)、“管”是比較環(huán)節(jié)，意在對(duì)輸入輸出進(jìn)行比較，對(duì)結(jié)果進(jìn)行糾偏。這樣課程教學(xué)過(guò)程管理便形成了以教-管-考-評(píng)為要素的閉環(huán)控制系統(tǒng)(如圖4所示)，實(shí)現(xiàn)了各環(huán)節(jié)信息流及時(shí)共享與反饋的課程教學(xué)過(guò)程管理一體化。

圖4 教-管-考-評(píng)一體化結(jié)構(gòu)框圖

示例課程的實(shí)現(xiàn)形式如圖5所示。

圖5 “機(jī)電液傳動(dòng)與控制”教-管-考-評(píng)一體化實(shí)現(xiàn)形式

1.4 教學(xué)團(tuán)隊(duì)的多元融合

教師是課程教學(xué)、課程建設(shè)以及課程教學(xué)管理的主導(dǎo)要素，不論從一體化課程教學(xué)內(nèi)容有機(jī)融合的角度，還是從課程教學(xué)過(guò)程模塊化、項(xiàng)目化以及理論與實(shí)際相結(jié)合的角度，甚至教學(xué)全過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控、改進(jìn)等，無(wú)不需要課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員多專(zhuān)長(zhǎng)、多崗位的協(xié)同多元融合。

在“機(jī)電液傳動(dòng)與控制”課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)中，由課程負(fù)責(zé)人總領(lǐng)課程的建設(shè)與規(guī)劃，團(tuán)隊(duì)成員由具有機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專(zhuān)業(yè)、機(jī)器人專(zhuān)業(yè)、能源與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)及電氣工程專(zhuān)業(yè)多學(xué)科背景教師組成，兼具教師崗和實(shí)驗(yàn)崗教師，同時(shí)配備授課班級(jí)班主任和輔導(dǎo)員為輔助，形成了為課程建設(shè)和管理精準(zhǔn)服務(wù)的多學(xué)科、多特長(zhǎng)的理、實(shí)一體的課程團(tuán)隊(duì)，有力保障了一體化課程建設(shè)與實(shí)踐的順利實(shí)施。

2 一體化課程實(shí)踐效果

1)教師教學(xué)及教研能力大幅提升。

通過(guò)本課程的一體化建設(shè)研究與實(shí)踐，課程組教師兩年來(lái)先后立項(xiàng)省級(jí)各類(lèi)教研課題3項(xiàng)、校級(jí)教改課題2項(xiàng)、校級(jí)教材建設(shè)項(xiàng)目1項(xiàng)，發(fā)表教學(xué)研究論文3篇，其中核心2篇。教學(xué)改革以來(lái)，學(xué)生評(píng)教持續(xù)保持在92分以上，表現(xiàn)了較高的滿(mǎn)意度。

2)學(xué)生學(xué)習(xí)效果較好。

學(xué)生在參加第八屆全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽和第六屆全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽中因參賽模型控制性能優(yōu)良，共獲評(píng)省級(jí)二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、三等獎(jiǎng)3項(xiàng)。大部分學(xué)生課程考核成績(jī)明顯改善，中等成績(jī)范圍的學(xué)生占比大幅增加23.34%。

3)輻射示范作用好。

該實(shí)踐成果在“機(jī)械制圖及AutoCAD”和“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”2門(mén)課程中推廣，二者先后獲批為校級(jí)一流課程，并發(fā)表教改論文2篇。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)深入分析新工科理念對(duì)課程教學(xué)與建設(shè)的內(nèi)涵需求，及課程建設(shè)與教學(xué)中多維度、多層次要素之間的內(nèi)在聯(lián)系，提出了“四位一體”(多學(xué)科內(nèi)容交叉融合、教學(xué)模式的協(xié)同融合、教學(xué)過(guò)程管理的多點(diǎn)實(shí)時(shí)融合、教學(xué)團(tuán)隊(duì)的多元融合)的專(zhuān)業(yè)課程一體化建設(shè)路徑。通過(guò)有效整合專(zhuān)業(yè)大類(lèi)內(nèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，形成了基礎(chǔ)知識(shí)、綜合知識(shí)、創(chuàng)新知識(shí)與前沿知識(shí)相結(jié)合、相遞進(jìn)的工程系統(tǒng)知識(shí)內(nèi)容的有機(jī)融合，為學(xué)生專(zhuān)業(yè)精神的樹(shù)立，系統(tǒng)工程思維能力和實(shí)踐能力培養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)；通過(guò)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)、線(xiàn)上教學(xué)與線(xiàn)下教學(xué)、課內(nèi)教學(xué)與課外學(xué)習(xí)、校內(nèi)與校外實(shí)踐學(xué)習(xí)的多角度、多方位同步并進(jìn)或逐層遞進(jìn)，虛實(shí)結(jié)合，學(xué)做一體，使得理論與實(shí)踐緊密銜接，專(zhuān)業(yè)知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際緊密對(duì)接，促進(jìn)了知識(shí)的增值和解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的提升，同時(shí)學(xué)生的能動(dòng)性與協(xié)作性得以增強(qiáng)，為終身學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；通過(guò)以機(jī)械控制理論思想對(duì)教學(xué)過(guò)程中教-管-考-評(píng)四要素實(shí)施閉環(huán)控制，建立了四者的動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)關(guān)系，保障課程目標(biāo)的有效達(dá)成和教學(xué)質(zhì)量的持續(xù)改進(jìn)，另外教學(xué)過(guò)程的精細(xì)化管理也有利于專(zhuān)業(yè)精神的養(yǎng)成；通過(guò)實(shí)施課程責(zé)任人負(fù)責(zé)制，以多學(xué)科背景、多工程實(shí)踐的教師為骨干，以教輔人員為輔助，形成梯隊(duì)分明、專(zhuān)業(yè)交融、信息互聯(lián)、學(xué)情互通的課程教學(xué)管理一體化團(tuán)隊(duì)，保障了一體化課程教學(xué)與管理的優(yōu)質(zhì)和高效。因此本文提出的一體化課程建設(shè)方案是緊緊圍繞新工科核心內(nèi)涵(專(zhuān)業(yè)精神、工程思維能力、工程實(shí)踐能力及可持續(xù)發(fā)展能力)的，而且實(shí)踐效果較好，對(duì)新工科背景下一體化課程的建設(shè)具有重要參考價(jià)值。