王 波 ，馬桂潮 ，陳奕輝

（廣東省機械技師學(xué)院，廣東 廣州 510450）

隨著我國工業(yè)化進程的不斷加快，社會對創(chuàng)新型、應(yīng)用型和技能型人才的需求與日俱增。近年來，國家在教育改革和發(fā)展規(guī)劃報告文件中明確提出要大力發(fā)展職業(yè)教育，建設(shè)知識型、技能型、創(chuàng)新型勞動者大軍，弘揚勞模精神和工匠精神[1]。技工教育在培養(yǎng)技能型人才，推動我國經(jīng)濟發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級方面發(fā)揮著重要作用[2]。因此，為了更好地培養(yǎng)滿足時代需求的高技能人才，技工教育教學(xué)改革工作迫在眉睫，需要不斷探索和實踐符合實際教學(xué)需求的一體化教學(xué)模式[3]。

1 系統(tǒng)教學(xué)法的概念

系統(tǒng)教學(xué)法源自德國西門子教育體系，教學(xué)過程是在系統(tǒng)化平臺上進行，從系統(tǒng)化的角度，應(yīng)用系統(tǒng)化的方法去實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的教學(xué)活動[4]。系統(tǒng)教學(xué)法注重學(xué)習(xí)過程中的系統(tǒng)性和完整性，以實際工程項目為載體，以解決實際工程問題為目標(biāo)，以研究為手段，主動分析問題、解決問題，使學(xué)生創(chuàng)造性地掌握知識，獲取經(jīng)驗。并且，系統(tǒng)教學(xué)法實施策略是在德國機電一體化領(lǐng)域課堂中使用最為廣泛、最能培養(yǎng)學(xué)習(xí)者系統(tǒng)化行動能力的方法。

系統(tǒng)教學(xué)法的開展需要改變傳統(tǒng)的教學(xué)思維，在教學(xué)過程中將復(fù)雜的系統(tǒng)進行細分，精心設(shè)置每個學(xué)習(xí)任務(wù)需要解決的實際工程問題，將知識點和技能點嵌入其中，引導(dǎo)學(xué)生進行探索，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能。在系統(tǒng)教學(xué)法的引導(dǎo)下，學(xué)生對課程知識的學(xué)習(xí)具備系統(tǒng)性和連續(xù)性，通過完成各細分模塊的知識點和技能點的學(xué)習(xí)，確保學(xué)生能夠更好地融匯復(fù)雜系統(tǒng)的所有知識，最終形成一個完整的閉環(huán)系統(tǒng)。系統(tǒng)教學(xué)法閉環(huán)過程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)教學(xué)法閉環(huán)過程示意圖

可見，一個復(fù)雜的“機電一體化系統(tǒng)”可分為多個不同的“模塊”，如模塊1、模塊2、模塊n等。系統(tǒng)教學(xué)法閉環(huán)過程分為左右兩個部分：1）左邊的“系統(tǒng)分析”，主要是理論知識的學(xué)習(xí)；2）右邊的“綜合技能”，主要是綜合技能的實踐。

學(xué)生通過對每個模塊的認知和學(xué)習(xí)，可初步對復(fù)雜系統(tǒng)有整體的了解，但往往還不夠深入。此時，抽取復(fù)雜系統(tǒng)中的某個模塊展開深入的學(xué)習(xí)，能夠達成以下幾點學(xué)習(xí)目標(biāo)：1）掌握該模塊在系統(tǒng)中的功能和作用；2）能夠正確列出該模塊的關(guān)鍵組成部件或器件；3）對任意關(guān)鍵部件或器件，能夠查閱相關(guān)資料，正確敘述其型號、規(guī)格、特征參數(shù)、極限值、故障來源等；4）能夠根據(jù)某一故障現(xiàn)象，獨立完成信號流的分析和跟蹤，找到故障原因，最終排除故障。

2 “通風(fēng)控制系統(tǒng)”課程實例研究

“通風(fēng)控制系統(tǒng)”課程是西門子教育特色課程，廣東省機械技師學(xué)院通過與西門子公司展開深度的校企合作，全面引進該課程，共建實訓(xùn)場地，共同開發(fā)教學(xué)資源，共同培養(yǎng)師資。文章以該課程為例，探索并實踐了系統(tǒng)教學(xué)法在技工院校一體化教學(xué)中的應(yīng)用。學(xué)生在系統(tǒng)教學(xué)法的引導(dǎo)下展開學(xué)習(xí)，首先從宏觀層面認識復(fù)雜的通風(fēng)控制系統(tǒng)。然后，開始對復(fù)雜的通風(fēng)控制系統(tǒng)進行模塊的細分，找出各模塊中包含的關(guān)鍵部件，分析不同部件之間的關(guān)系。學(xué)生掌握系統(tǒng)中每個關(guān)鍵部件的物理屬性、特征參數(shù)等理論知識，再用所掌握的知識分析系統(tǒng)的能量流和信息流，進行實際測量，以查明故障位置和原因。通過完整的學(xué)習(xí)流程，學(xué)生能夠確定一個部件是否損壞，能量流或信息流是否有問題，或者控制系統(tǒng)的硬件是否有異常。

2.1 課程內(nèi)容設(shè)計

西門子教育中，“通風(fēng)控制系統(tǒng)”屬于機電一體化專業(yè)課程，涉及電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、氣動與液壓、PLC控制技術(shù)、機械裝配等內(nèi)容[5]。學(xué)生在校學(xué)習(xí)時間有限，很難做到全面掌握該課程所涉及的全部內(nèi)容，因此，對課程內(nèi)容進行合理的選取和整合就顯得尤為重要。整個課程包括機電一體化系統(tǒng)分析、機械技術(shù)與應(yīng)用、氣動技術(shù)應(yīng)用、檢測技術(shù)與應(yīng)用、運動控制技術(shù)與應(yīng)用和PLC技術(shù)與應(yīng)用六個部分的內(nèi)容。在此，文章重點選取了氣動技術(shù)、檢測技術(shù)、運動控制技術(shù)和PLC技術(shù)這四個部分，并且每個部分的內(nèi)容以系統(tǒng)教學(xué)法為導(dǎo)向，解決實際工程應(yīng)用中的具體問題。當(dāng)學(xué)生在實踐過程中遇到理解不到位的知識點和技能點時，教師將在課堂上予以重點補充。這樣不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、積極性和自主性，還培養(yǎng)了學(xué)生的實際工程意識，明確了所學(xué)知識可以應(yīng)用于實際工程中的哪些方面。

2.1.1 課程內(nèi)容的序化結(jié)構(gòu)

在進行一體化課程內(nèi)容設(shè)計時，需合理選取實際工程應(yīng)用中的典型問題，突破傳統(tǒng)課程以獨立知識點為主的結(jié)構(gòu)模式[6-7]。在采用工作過程系統(tǒng)化教學(xué)模式展開教學(xué)時，需將授課內(nèi)容按工作過程系統(tǒng)化模式進行重新構(gòu)建和整合[8]。文章對“通風(fēng)控制系統(tǒng)”課程知識點和技能點進行了結(jié)構(gòu)化設(shè)計，對關(guān)聯(lián)度較高的知識點和技能點進行了劃分、集成和凝練，形成關(guān)鍵知識點和技能點，最后融合形成“通風(fēng)控制系統(tǒng)”課程體系。一體化課程序化結(jié)構(gòu)設(shè)計如下。

1）氣動技術(shù)應(yīng)用，主要知識點和技能點：氣壓傳動常用元件、氣壓傳動典型回路、機械手氣動控制。

2）檢測技術(shù)與應(yīng)用，主要知識點和技能點：常用傳感器及其分類、接近開關(guān)原理與特性、光柵與電子編碼器。

3）運動控制技術(shù)與應(yīng)用，主要知識點和技能點：步進電機結(jié)構(gòu)原理、伺服電機結(jié)構(gòu)原理、驅(qū)動器硬件連接、驅(qū)動器參數(shù)設(shè)定。

4）PLC技術(shù)與應(yīng)用，主要知識點和技能點：PLC結(jié)構(gòu)與原理、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計、PLC程序編寫與調(diào)試。

本課程內(nèi)容采取序化結(jié)構(gòu)設(shè)計，以實際工程問題為導(dǎo)向，強調(diào)學(xué)生對知識、經(jīng)驗的主觀建構(gòu)，采取遞進的序化結(jié)構(gòu)設(shè)計不同的學(xué)習(xí)任務(wù)。教學(xué)過程符合學(xué)習(xí)者的認知學(xué)習(xí)規(guī)律，學(xué)習(xí)任務(wù)采取封閉式定向任務(wù)、半開放式程序任務(wù)、開放式問題任務(wù)三個層次的排列方式，遵循技能人才培養(yǎng)的邏輯規(guī)律，采取“跟著做、學(xué)著做、獨立做”三個階段的學(xué)習(xí)方式。

在系統(tǒng)教學(xué)法實施過程中，課程內(nèi)容的序化結(jié)構(gòu)設(shè)計同樣符合學(xué)習(xí)者的認知學(xué)習(xí)規(guī)律，遵循技能人才培養(yǎng)的邏輯規(guī)律。系統(tǒng)教學(xué)法實施策略有效地將知識點、技能點以系統(tǒng)化的工作過程串聯(lián)起來，各個部分不再是孤立的內(nèi)容，而是系統(tǒng)生態(tài)中密切相關(guān)的一環(huán)。系統(tǒng)教學(xué)實施策略的運用，有助于學(xué)習(xí)者辯證地掌握每一個知識點、技能點以及它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，使之形成系統(tǒng)化的學(xué)習(xí)觀，這也將是學(xué)習(xí)者未來在職場中可遷移的“處事”思政觀。

2.1.2 課程內(nèi)容的選擇標(biāo)準

課程內(nèi)容的選擇標(biāo)準以過程性知識為主、陳述性知識為輔。本課程是由“通風(fēng)控制系統(tǒng)”課程學(xué)習(xí)情境構(gòu)成的、以過程邏輯為中心的行動體系，因此，課程內(nèi)容以習(xí)得實際應(yīng)用的經(jīng)驗和策略為主、以適度的概念和原理的理解為輔。同時，課程內(nèi)容的選擇需要遵循認知學(xué)習(xí)規(guī)律和技能人才培養(yǎng)的邏輯規(guī)律，關(guān)鍵做法是：1）依據(jù)科學(xué)的認知學(xué)習(xí)規(guī)律分層排列知識點和技能點；2）遵循職業(yè)能力發(fā)展規(guī)律設(shè)計任務(wù)內(nèi)容。

2.1.3 實際工程問題拆解

在一體化課程序化結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，根據(jù)課程內(nèi)容選擇標(biāo)準，選擇了以“電動氣動控制單元的構(gòu)建”實際工程問題為主線，將工程問題拆解成兩個主要問題，再將主要問題拆解成若干個簡單問題。問題拆解后的具體情況如表1所示。

表1 實際工程問題的拆解

1）實際工程問題?！皩嶋H工程問題”來自企業(yè)調(diào)研與專家論證，即典型性工作任務(wù)。本課程選取來自機電行業(yè)具備應(yīng)用廣泛性、工藝典型性的學(xué)習(xí)情境載體，比如表1中的“電動氣動控制”，該部分對應(yīng)系統(tǒng)教學(xué)法閉環(huán)過程的某個“模塊”，也將作為本課程的一個重要學(xué)習(xí)任務(wù)。

2）主要問題?！爸饕獑栴}”是將“電動氣動控制”核心部件進行拆解細分，有助于學(xué)生從整體到局部去了解某個“模塊”組成以及各個組成部件在系統(tǒng)中的功能。

3）簡單問題?！昂唵螁栴}”則是對“主要問題”的再一次細分，更深層次地去分析各個組成部件的型號規(guī)格、安裝工藝和安全調(diào)試等內(nèi)容。

正是通過對上述問題的拆解，使得復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù)做到了層層遞進，由易到難。

2.1.4 一體化課程層次劃分

在完成實際工程問題拆解的基礎(chǔ)上，還需進行一體化課程層次劃分和歸類，進一步凝練課程內(nèi)容。一體化課程層次劃分結(jié)合了一體化課程標(biāo)準，并將解決實際工程問題所需掌握的理論知識點和實踐技能點進行凝練，設(shè)計相關(guān)一體化教學(xué)內(nèi)容，形成問題層、實踐層和知識層三個層面。三個層面之間緊密關(guān)聯(lián)，有機統(tǒng)一，結(jié)合實際的工程實踐內(nèi)容加深學(xué)生對知識的理解，有利于培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實際工程問題的能力，做到有針對性地開展教學(xué)和學(xué)習(xí)任務(wù)。

其中，問題層提升學(xué)生對系統(tǒng)模塊存在問題的挖掘能力，實踐層鍛煉學(xué)生的動手實踐能力和故障排除能力，知識層詳細列舉系統(tǒng)模塊涉及的關(guān)鍵知識點和技能點。一體化課程層次劃分如圖2所示。

圖2 一體化課程層次劃分

2.2 教學(xué)過程實例設(shè)計

本課程教學(xué)實施過程依托典型的學(xué)習(xí)情境載體，將職業(yè)過程中的專業(yè)知識和技能進行系統(tǒng)化處理，獲取“通風(fēng)控制系統(tǒng)”課程的學(xué)習(xí)經(jīng)驗和工作策略，形成課程的學(xué)習(xí)任務(wù)。教學(xué)過程實例設(shè)計充分考慮通風(fēng)控制系統(tǒng)機電設(shè)備的難度，做到難易層次遞進，注重實用性和可操作性。

2.2.1 學(xué)習(xí)載體的確定

本課程學(xué)習(xí)載體的確定，是由具體的工作任務(wù)轉(zhuǎn)化得到的。在此，教學(xué)過程實例以“氣缸控制模塊的調(diào)試”為學(xué)習(xí)載體進行設(shè)計。假設(shè)“氣缸控制模塊”相關(guān)器件安裝和接線已完成，但是在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)問題：PLC編程控制氣缸動作，氣缸本該伸出，但是氣缸并沒有做出相應(yīng)的動作。根據(jù)問題現(xiàn)象，運用系統(tǒng)教學(xué)法的閉環(huán)過程引導(dǎo)學(xué)生從信號流著手，進行信號的追蹤和分析。其中，“氣缸控制模塊”涉及三種信號流，包括氣源回路、PLC輸入輸出回路、電源回路。具體的信號流如圖3所示。

圖3 氣缸控制回路信號流圖

以“PLC輸入輸出回路”為例，講解信號流追蹤分析過程。PLC輸入輸出回路由圖3中的④⑤⑥組成，當(dāng)該回路導(dǎo)致故障發(fā)生，同樣也有三種分析和解決問題的思路。通過這個環(huán)節(jié)，培養(yǎng)了學(xué)生閱讀電路圖的能力、電氣故障的分析和解決能力。PLC輸入輸出回路信號流如圖4所示。

圖4 PLC輸入輸出回路信號流圖

通過上述三種信號流跟蹤、分析和排查，加深學(xué)生對系統(tǒng)模塊各個部件的理解，進而對整個系統(tǒng)的掌握也更加深入。通過多個不同“模塊”的反復(fù)性學(xué)習(xí)，提升學(xué)生“發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，解決問題”的能力。同時，該方法還可以遷移到其他模塊的安裝、接線、調(diào)試和故障排除當(dāng)中去，提升了學(xué)生知識和技能的遷移能力。

2.2.2 教學(xué)實施過程

教學(xué)過程以“氣缸控制模塊的調(diào)試”為例，分為“課前、課中、課后”三個階段。

1）課前。教師通過信息化平臺上傳學(xué)習(xí)資源，發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生在信息化平臺完成學(xué)前準備。同時，進行線上問題匯總，提前收集學(xué)生課前預(yù)習(xí)遇到的疑問。

2）課中。按照系統(tǒng)教學(xué)法完整的閉環(huán)過程，進行知識內(nèi)化，實現(xiàn)對通風(fēng)控制系統(tǒng)實訓(xùn)設(shè)備中“氣缸控制模塊的調(diào)試”模塊的故障排除，最終完成學(xué)習(xí)活動。

3）課后。以學(xué)生為中心，通過信息化平臺進行任務(wù)拓展，實現(xiàn)能力遷移，達成課前、課中、課后的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

2.2.3 學(xué)習(xí)方法與教學(xué)方法

本課程圍繞系統(tǒng)教學(xué)法，以學(xué)生為中心，采取小組合作學(xué)習(xí)、自主探究學(xué)習(xí)和教師課堂教學(xué)為輔的方法，突出學(xué)生主體地位的同時也不能忽略教師的主導(dǎo)作用[9]。

1）小組合作學(xué)習(xí)。采用“組內(nèi)異質(zhì)、組間同質(zhì)”的原則，根據(jù)學(xué)生興趣、學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、個性特征等進行合理搭配。

2）自主探究學(xué)習(xí)。自主探究學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生在沒有教師和其他同學(xué)直接幫助的情況下，獨立完成課前、課中和課后的學(xué)習(xí)任務(wù)，提升獨立發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。

3）教師課堂教學(xué)。學(xué)生在學(xué)習(xí)的初始階段，往往會缺乏開展課程實踐的專業(yè)理論基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)經(jīng)驗，缺乏課程實施的工作流程等。因此，需要在教師的示范操作下，引領(lǐng)學(xué)生快速進入職業(yè)角色，快速了解工作流程等。在學(xué)習(xí)任務(wù)實施過程中，教師的課堂講授，在一定程度上保證了學(xué)習(xí)的正確性和深度性。

3 考核與評價體系設(shè)計

考核與評價作為檢驗教學(xué)成果的關(guān)鍵手段，對教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)具有重要作用[10-11]。系統(tǒng)教學(xué)法的課程考核與評價，采用過程性考核和終結(jié)性考核相結(jié)合的模式，設(shè)計多元化教學(xué)考核與評價指標(biāo)，綜合體現(xiàn)學(xué)生各個方面的能力。

主要包括8個方面能力的考核：1）提出問題的能力；2）查閱資料的能力；3）分析問題的能力；4）理論聯(lián)系實際的能力；5）決策能力；6）團隊協(xié)作的能力；7）圍繞實際工程問題開展有效溝通、交流、表達以及撰寫相關(guān)總結(jié)文稿的能力；8）基于正確的理論依據(jù)、借助工具采用多種技術(shù)手段解決實際工程問題的實踐動手能力。

3.1 過程性考核

過程性考核從職業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)能力兩方面進行評價，采用學(xué)生自評、小組互評和教師評價相結(jié)合的方式進行考核。讓學(xué)生學(xué)會自我評價的同時，教師在課堂環(huán)節(jié)要善于觀察學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時進行記錄，結(jié)合學(xué)生的自我評價、小組評價進行總評并提出改進建議。具體的考核評價指標(biāo)設(shè)計如下：

1）課堂考核。包括出勤、課堂紀律、提問和回答、小組合作與展示等。

2）作業(yè)考核。包括任務(wù)完成、課后練習(xí)等情況。

3.2 終結(jié)性考核

終結(jié)性考核側(cè)重于學(xué)生綜合能力的評價，是“知識型、技能型、創(chuàng)新型”技能人才的重要體現(xiàn)，旨在改變傳統(tǒng)課堂“灌輸書本知識—記憶書本知識—考核書本知識”的考核評價模式，通過“明確工作任務(wù)→制定工作方案→獨立或團隊執(zhí)行任務(wù)→解決問題，完成任務(wù)”的過程，培養(yǎng)學(xué)生的綜合職業(yè)能力。學(xué)生根據(jù)實際任務(wù)，在系統(tǒng)化的教學(xué)模式下，從復(fù)雜的通風(fēng)控制系統(tǒng)中任意選取某個模塊，分析該模塊在整個系統(tǒng)中的功能，明確該模塊的關(guān)鍵器件組成。然后，學(xué)生根據(jù)工作過程中的故障現(xiàn)象，結(jié)合自己所掌握的知識，分析可能的原因，制定故障排除策略，并根據(jù)不同信號流，完成故障的排除，最終檢查驗收。

通過上述的過程性考核和終結(jié)性考核，有助于學(xué)生掌握知識技能，促進學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)的養(yǎng)成，促進學(xué)生通用能力的發(fā)展，對學(xué)生今后的就業(yè)和生涯發(fā)展起到了一定的作用。

4 結(jié)論

技工院校的學(xué)生容易對所學(xué)專業(yè)領(lǐng)域以及相關(guān)課程感到茫然，從而導(dǎo)致學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確、學(xué)習(xí)動力不足、學(xué)習(xí)興趣缺乏、自主性不夠、對知識和技能掌握不到位等問題。針對這些問題，本文在廣東省機械技師學(xué)院機電一體化專業(yè)的“通風(fēng)控制系統(tǒng)”課程教學(xué)中，探索實踐了系統(tǒng)教學(xué)法在一體化教學(xué)中的應(yīng)用。通過實際教學(xué)驗證，發(fā)現(xiàn)該教學(xué)模式下，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情得到了一定的激發(fā)，學(xué)生在專業(yè)方向和學(xué)習(xí)目標(biāo)方面的感知更為明確，自信心更足。系統(tǒng)教學(xué)法不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生對課程知識和技能的綜合應(yīng)用能力，也可以引導(dǎo)學(xué)生從實際的工程問題出發(fā)，提高學(xué)生分析和解決實際工程問題的能力，為學(xué)生今后的工作走向指明道路。