系統教學法在技工院校的研究與應用*
——以“通風控制系統”課程為例

王 波 ，馬桂潮 ，陳奕輝

（廣東省機械技師學院，廣東 廣州 510450）

隨著我國工業化進程的不斷加快，社會對創新型、應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展規劃報告文件中明確提出要大力發展職業教育，建設知識型、技能型、創新型勞動者大軍，弘揚勞模精神和工匠精神[1]。技工教育在培養技能型人才，推動我國經濟發展和產業轉型升級方面發揮著重要作用[2]。因此，為了更好地培養滿足時代需求的高技能人才，技工教育教學改革工作迫在眉睫，需要不斷探索和實踐符合實際教學需求的一體化教學模式[3]。

1 系統教學法的概念

系統教學法源自德國西門子教育體系，教學過程是在系統化平臺上進行，從系統化的角度，應用系統化的方法去實現教學目標的教學活動[4]。系統教學法注重學習過程中的系統性和完整性，以實際工程項目為載體，以解決實際工程問題為目標，以研究為手段，主動分析問題、解決問題，使學生創造性地掌握知識，獲取經驗。并且，系統教學法實施策略是在德國機電一體化領域課堂中使用最為廣泛、最能培養學習者系統化行動能力的方法。

系統教學法的開展需要改變傳統的教學思維，在教學過程中將復雜的系統進行細分，精心設置每個學習任務需要解決的實際工程問題，將知識點和技能點嵌入其中，引導學生進行探索，激發學生的學習潛能。在系統教學法的引導下，學生對課程知識的學習具備系統性和連續性，通過完成各細分模塊的知識點和技能點的學習，確保學生能夠更好地融匯復雜系統的所有知識，最終形成一個完整的閉環系統。系統教學法閉環過程如圖1所示。

圖1 系統教學法閉環過程示意圖

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

學生通過對每個模塊的認知和學習，可初步對復雜系統有整體的了解，但往往還不夠深入。此時，抽取復雜系統中的某個模塊展開深入的學習，能夠達成以下幾點學習目標：1）掌握該模塊在系統中的功能和作用；2）能夠正確列出該模塊的關鍵組成部件或器件；3）對任意關鍵部件或器件，能夠查閱相關資料，正確敘述其型號、規格、特征參數、極限值、故障來源等；4）能夠根據某一故障現象，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 “通風控制系統”課程實例研究

“通風控制系統”課程是西門子教育特色課程，廣東省機械技師學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，共建實訓場地，共同開發教學資源，共同培養師資。文章以該課程為例，探索并實踐了系統教學法在技工院校一體化教學中的應用。學生在系統教學法的引導下展開學習，首先從宏觀層面認識復雜的通風控制系統。然后，開始對復雜的通風控制系統進行模塊的細分，找出各模塊中包含的關鍵部件，分析不同部件之間的關系。學生掌握系統中每個關鍵部件的物理屬性、特征參數等理論知識，再用所掌握的知識分析系統的能量流和信息流，進行實際測量，以查明故障位置和原因。通過完整的學習流程，學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，或者控制系統的硬件是否有異常。

2.1 課程內容設計

西門子教育中，“通風控制系統”屬于機電一體化專業課程，涉及電子技術、傳感器技術、氣動與液壓、PLC控制技術、機械裝配等內容[5]。學生在校學習時間有限，很難做到全面掌握該課程所涉及的全部內容，因此，對課程內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分析、機械技術與應用、氣動技術應用、檢測技術與應用、運動控制技術與應用和PLC技術與應用六個部分的內容。在此，文章重點選取了氣動技術、檢測技術、運動控制技術和PLC技術這四個部分，并且每個部分的內容以系統教學法為導向，解決實際工程應用中的具體問題。當學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。這樣不僅激發了學生的學習興趣、積極性和自主性，還培養了學生的實際工程意識，明確了所學知識可以應用于實際工程中的哪些方面。

2.1.1 課程內容的序化結構

在進行一體化課程內容設計時，需合理選取實際工程應用中的典型問題，突破傳統課程以獨立知識點為主的結構模式[6-7]。在采用工作過程系統化教學模式展開教學時，需將授課內容按工作過程系統化模式進行重新構建和整合[8]。文章對“通風控制系統”課程知識點和技能點進行了結構化設計，對關聯度較高的知識點和技能點進行了劃分、集成和凝練，形成關鍵知識點和技能點，最后融合形成“通風控制系統”課程體系。一體化課程序化結構設計如下。

1）氣動技術應用，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）檢測技術與應用，主要知識點和技能點：常用傳感器及其分類、接近開關原理與特性、光柵與電子編碼器。

3）運動控制技術與應用，主要知識點和技能點：步進電機結構原理、伺服電機結構原理、驅動器硬件連接、驅動器參數設定。

4）PLC技術與應用，主要知識點和技能點：PLC結構與原理、PLC控制系統設計、PLC程序編寫與調試。

本課程內容采取序化結構設計，以實際工程問題為導向，強調學生對知識、經驗的主觀建構，采取遞進的序化結構設計不同的學習任務。教學過程符合學習者的認知學習規律，學習任務采取封閉式定向任務、半開放式程序任務、開放式問題任務三個層次的排列方式，遵循技能人才培養的邏輯規律，采取“跟著做、學著做、獨立做”三個階段的學習方式。

在系統教學法實施過程中，課程內容的序化結構設計同樣符合學習者的認知學習規律，遵循技能人才培養的邏輯規律。系統教學法實施策略有效地將知識點、技能點以系統化的工作過程串聯起來，各個部分不再是孤立的內容，而是系統生態中密切相關的一環。系統教學實施策略的運用，有助于學習者辯證地掌握每一個知識點、技能點以及它們之間的內在聯系，使之形成系統化的學習觀，這也將是學習者未來在職場中可遷移的“處事”思政觀。

2.1.2 課程內容的選擇標準

課程內容的選擇標準以過程性知識為主、陳述性知識為輔。本課程是由“通風控制系統”課程學習情境構成的、以過程邏輯為中心的行動體系，因此，課程內容以習得實際應用的經驗和策略為主、以適度的概念和原理的理解為輔。同時，課程內容的選擇需要遵循認知學習規律和技能人才培養的邏輯規律，關鍵做法是：1）依據科學的認知學習規律分層排列知識點和技能點；2）遵循職業能力發展規律設計任務內容。

2.1.3 實際工程問題拆解

在一體化課程序化結構設計的基礎上，根據課程內容選擇標準，選擇了以“電動氣動控制單元的構建”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。“實際工程問題”來自企業調研與專家論證，即典型性工作任務。本課程選取來自機電行業具備應用廣泛性、工藝典型性的學習情境載體，比如表1中的“電動氣動控制”，該部分對應系統教學法閉環過程的某個“模塊”，也將作為本課程的一個重要學習任務。

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格、安裝工藝和安全調試等內容。

正是通過對上述問題的拆解，使得復雜的學習任務做到了層層遞進，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，進一步凝練課程內容。一體化課程層次劃分結合了一體化課程標準，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，設計相關一體化教學內容，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聯，有機統一，結合實際的工程實踐內容加深學生對知識的理解，有利于培養學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和學習任務。

其中，問題層提升學生對系統模塊存在問題的挖掘能力，實踐層鍛煉學生的動手實踐能力和故障排除能力，知識層詳細列舉系統模塊涉及的關鍵知識點和技能點。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 教學過程實例設計

本課程教學實施過程依托典型的學習情境載體，將職業過程中的專業知識和技能進行系統化處理，獲取“通風控制系統”課程的學習經驗和工作策略，形成課程的學習任務。教學過程實例設計充分考慮通風控制系統機電設備的難度，做到難易層次遞進，注重實用性和可操作性。

2.2.1 學習載體的確定

本課程學習載體的確定，是由具體的工作任務轉化得到的。在此，教學過程實例以“氣缸控制模塊的調試”為學習載體進行設計。假設“氣缸控制模塊”相關器件安裝和接線已完成，但是在調試過程中發現問題：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的動作。根據問題現象，運用系統教學法的閉環過程引導學生從信號流著手，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，當該回路導致故障發生，同樣也有三種分析和解決問題的思路。通過這個環節，培養了學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，加深學生對系統模塊各個部件的理解，進而對整個系統的掌握也更加深入。通過多個不同“模塊”的反復性學習，提升學生“發現問題，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、調試和故障排除當中去，提升了學生知識和技能的遷移能力。

2.2.2 教學實施過程

教學過程以“氣缸控制模塊的調試”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習資源，發布學習任務，引導學生在信息化平臺完成學前準備。同時，進行線上問題匯總，提前收集學生課前預習遇到的疑問。

2）課中。按照系統教學法完整的閉環過程，進行知識內化，實現對通風控制系統實訓設備中“氣缸控制模塊的調試”模塊的故障排除，最終完成學習活動。

3）課后。以學生為中心，通過信息化平臺進行任務拓展，實現能力遷移，達成課前、課中、課后的學習目標。

2.2.3 學習方法與教學方法

本課程圍繞系統教學法，以學生為中心，采取小組合作學習、自主探究學習和教師課堂教學為輔的方法，突出學生主體地位的同時也不能忽略教師的主導作用[9]。

1）小組合作學習。采用“組內異質、組間同質”的原則，根據學生興趣、學習基礎、個性特征等進行合理搭配。

2）自主探究學習。自主探究學習過程中，學生在沒有教師和其他同學直接幫助的情況下，獨立完成課前、課中和課后的學習任務，提升獨立發現問題和解決問題的能力。

3）教師課堂教學。學生在學習的初始階段，往往會缺乏開展課程實踐的專業理論基礎、學習經驗，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，引領學生快速進入職業角色，快速了解工作流程等。在學習任務實施過程中，教師的課堂講授，在一定程度上保證了學習的正確性和深度性。

3 考核與評價體系設計

考核與評價作為檢驗教學成果的關鍵手段，對教師教學和學生學習具有重要作用[10-11]。系統教學法的課程考核與評價，采用過程性考核和終結性考核相結合的模式，設計多元化教學考核與評價指標，綜合體現學生各個方面的能力。

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）理論聯系實際的能力；5）決策能力；6）團隊協作的能力；7）圍繞實際工程問題開展有效溝通、交流、表達以及撰寫相關總結文稿的能力；8）基于正確的理論依據、借助工具采用多種技術手段解決實際工程問題的實踐動手能力。

3.1 過程性考核

過程性考核從職業素養和專業能力兩方面進行評價，采用學生自評、小組互評和教師評價相結合的方式進行考核。讓學生學會自我評價的同時，教師在課堂環節要善于觀察學生的學習情況，及時進行記錄，結合學生的自我評價、小組評價進行總評并提出改進建議。具體的考核評價指標設計如下：

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）作業考核。包括任務完成、課后練習等情況。

3.2 終結性考核

終結性考核側重于學生綜合能力的評價，是“知識型、技能型、創新型”技能人才的重要體現，旨在改變傳統課堂“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→制定工作方案→獨立或團隊執行任務→解決問題，完成任務”的過程，培養學生的綜合職業能力。學生根據實際任務，在系統化的教學模式下，從復雜的通風控制系統中任意選取某個模塊，分析該模塊在整個系統中的功能，明確該模塊的關鍵器件組成。然后，學生根據工作過程中的故障現象，結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性考核，有助于學生掌握知識技能，促進學生職業素養的養成，促進學生通用能力的發展，對學生今后的就業和生涯發展起到了一定的作用。

4 結論

技工院校的學生容易對所學專業領域以及相關課程感到茫然，從而導致學習目標不明確、學習動力不足、學習興趣缺乏、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院機電一體化專業的“通風控制系統”課程教學中，探索實踐了系統教學法在一體化教學中的應用。通過實際教學驗證，發現該教學模式下，學生的學習熱情得到了一定的激發，學生在專業方向和學習目標方面的感知更為明確，自信心更足。系統教學法不僅能夠培養學生對課程知識和技能的綜合應用能力，也可以引導學生從實際的工程問題出發，提高學生分析和解決實際工程問題的能力，為學生今后的工作走向指明道路。