機(jī)械類材料課程的教學(xué)改革初探

李國華

[摘 要]在“工業(yè)4.0”和“中國制造2025”的強(qiáng)國目標(biāo)下，工業(yè)企業(yè)對機(jī)械類畢業(yè)生的創(chuàng)新能力、設(shè)計能力和實(shí)踐能力等綜合素質(zhì)提出了更高的要求，而校企合作作為一種有效模式，已成為世界高等教育發(fā)展的共同道路。高?？梢曰谄髽I(yè)的定位和作用，對校企合作教育下的機(jī)械類材料課程進(jìn)行改革，主要方法有側(cè)重案例元素的比例，采用模塊化教學(xué)等。

[關(guān)鍵詞]材料課程；校企合作教學(xué)；教學(xué)改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）04-0072-03

能源、材料和信息是現(xiàn)代社會和科學(xué)技術(shù)的三大支柱，尤其是“新工科”的說法提出后，學(xué)習(xí)并掌握材料的基礎(chǔ)知識對于應(yīng)用型本科學(xué)校機(jī)械類專業(yè)學(xué)生來說尤為重要。材料類課程主要闡述工程材料的結(jié)構(gòu)、組織性能及其影響因素等基本理論和規(guī)律，包含金屬材料、高分子材料、陶瓷材料、復(fù)合材料等常用工程材料及其應(yīng)用等方面。課程依專業(yè)不同涉及材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)、工程材料和材料科學(xué)基礎(chǔ)等。課程與工程實(shí)踐緊密聯(lián)系，是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。但是該類課程內(nèi)容較為龐雜，具有“三多一少”的特點(diǎn)，即內(nèi)容頭緒多、原理規(guī)律多，概念定義多，理論計算少；并且有些微觀結(jié)構(gòu)看不見、摸不到，內(nèi)容抽象。教師如何教好，學(xué)生如何學(xué)好一直是其教學(xué)改革的重點(diǎn)。

校企合作教育模式作為提升工程教育集成性、實(shí)踐性、創(chuàng)新性的重要工具，在課程改革中也發(fā)揮著重要作用。青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院旅游管理專業(yè)[1]在教學(xué)中改革創(chuàng)新，采取項目引領(lǐng)的教學(xué)方式，每學(xué)期安排一個教學(xué)項目，圍繞項目設(shè)置項目工具課程、核心課程與非核心課程，學(xué)生組成項目小組完成項目任務(wù)，將學(xué)生項目成果與景區(qū)實(shí)際需要高度一致，為景區(qū)提供有效建議、成果和優(yōu)秀管理人才，使學(xué)生、學(xué)校、景區(qū)取得共贏。湖南人文科技學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)系[2]將校企合作教育引入材料類專業(yè)，利用校企間不同的教育資源和教育環(huán)境，在材料類專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和課程體系方面與企業(yè)開展深度合作，培養(yǎng)出應(yīng)用型、技能型高素質(zhì)復(fù)合型人才。蘇州大學(xué)沙鋼鋼鐵學(xué)院[3]將實(shí)踐教學(xué)引入專業(yè)課程教學(xué)匯總，進(jìn)行校企協(xié)同育人機(jī)制下課程內(nèi)實(shí)踐教學(xué)的改革和時間，開創(chuàng)專業(yè)課程教學(xué)的“教學(xué)—實(shí)踐”互促新模式。南京林業(yè)大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院[4]通過江蘇省機(jī)械工程虛擬仿真共享平臺，將理論與實(shí)踐、虛擬與現(xiàn)實(shí)、學(xué)校與企業(yè)深度融合，使學(xué)生參與案例分析，了解企業(yè)需求，完成產(chǎn)品仿真設(shè)計，在實(shí)驗(yàn)室/企業(yè)進(jìn)行實(shí)體性能測試，修改完善設(shè)計，改變了長期以來存在的重理論知識，輕實(shí)踐能力傾向，大大提升了教學(xué)效果。

一、德國工業(yè)4.0，中國制造2025和新工科

2013年4月，德國“工業(yè)4.0工作組”在全球國際工業(yè)博覽會上公布了研究成果報告《保障德國制造業(yè)的未來：關(guān)于實(shí)施“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略的建議》（簡稱德國“工業(yè)4.0”）。2015年5月，中國政府發(fā)布了《中國制造2025》，有人稱這是中國版的“工業(yè)4.0”規(guī)劃。中國社會科學(xué)院數(shù)量經(jīng)濟(jì)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所的李金華教授[5]通過分析比較二者，提出“工業(yè)4.0”和“中國制造2025”在背景、框架、優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域、行動目標(biāo)和路徑等方面都存在差異。二者雖均指向先進(jìn)制造業(yè)，并具有相同的大背景，但“中國制造2025”強(qiáng)調(diào)行動的指導(dǎo)思想和基本原則，目標(biāo)是制造領(lǐng)域信息化和工業(yè)化的深度融合，促成中國制造由大變強(qiáng)，沒有提出第四次工業(yè)革命的概念。其確定了重點(diǎn)發(fā)展的10個領(lǐng)域，而不是生產(chǎn)模式、生產(chǎn)管理、生產(chǎn)安全等制造理念。而在路徑上，“中國制造2025”更多地集中于市場準(zhǔn)入制度、政策支持、技術(shù)轉(zhuǎn)化、科技成果轉(zhuǎn)化等需要政府支持的方面。中國可以借鑒德國“工業(yè)4.0”，構(gòu)筑新生產(chǎn)模式下企業(yè)職工的培訓(xùn)和持續(xù)教育機(jī)制；引導(dǎo)構(gòu)建制造企業(yè)聯(lián)盟，搭建企業(yè)信息平臺，推進(jìn)新產(chǎn)品和制造技術(shù)的集成和開發(fā)，對接全球制造市場；建設(shè)適應(yīng)先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展的配套基礎(chǔ)設(shè)施體系，促進(jìn)制造企業(yè)參與國際競爭。

“新工科”是教育部于2017年2月18日在復(fù)旦大學(xué)召開綜合性高校會議上發(fā)布的共識[6]。新工科建設(shè)是中國高校在世界各國相繼提出制造業(yè)發(fā)展規(guī)劃的工業(yè)大背景下，為滿足中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展提出的工程教育改革，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。目前工程教育發(fā)達(dá)國家大多通過校企合作的方式，是培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才的有效途徑。

二、校企合作教育

校企合作涉及多個方面，這里專指校企合作教育。合作教育又稱“產(chǎn)學(xué)合作教育”，是一種獨(dú)特的教育模式，價值在于“知識+技能”類人才的培養(yǎng)。即充分利用學(xué)校與企業(yè)的不同教育資源和環(huán)境，通過產(chǎn)學(xué)結(jié)合全面培養(yǎng)具有實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的學(xué)生。這里不應(yīng)該單單是指以適合不同企業(yè)需求為導(dǎo)向，大學(xué)的最根本的目的是培養(yǎng)人。目前對高校進(jìn)行了分類，而應(yīng)用型本科院校卓越工程師的培養(yǎng)不能忽視工程科學(xué)基礎(chǔ)的作用，如果過分強(qiáng)調(diào)專業(yè)技能和專用技術(shù)的教學(xué)，培養(yǎng)出來的人即使能夠在企業(yè)里上手快一些，短期來說節(jié)約了企業(yè)的培訓(xùn)成本，但不等于說這些人將來一定能成為卓越的工程師。應(yīng)用型本科院校不僅應(yīng)培養(yǎng)具有即時性技術(shù)的畢業(yè)生，而應(yīng)具有前瞻性的眼光，即培養(yǎng)高級技術(shù)型人才或初級、中級工程型人才。

校企合作可主要解決兩個關(guān)鍵問題——理論教學(xué)與工程實(shí)踐有機(jī)結(jié)合、提高學(xué)生工程意識和實(shí)踐能力，因此成為培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才的有效途徑。目前在校企合作教育方面，包括共建人才培養(yǎng)和培訓(xùn)基地模式、共建校企合作課程，企業(yè)家進(jìn)學(xué)校講座，專項基金形式。其中，企業(yè)能夠具體參與的方面包含：

1.參與制定教學(xué)計劃、編寫教材，授課和指導(dǎo)實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)。

2.專題討論形式，由高校教師和企業(yè)代表共同根據(jù)專業(yè)內(nèi)容提出具體問題，學(xué)生組成小組共同討論，并且采用口頭報告形式在教師和企業(yè)代表面前展示解決方案。

3.項目形式的課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計，由企業(yè)出題目，學(xué)生通過在實(shí)踐中解決實(shí)際問題來解決。

4.企業(yè)內(nèi)和跨企業(yè)培訓(xùn)。德國“雙元制”中，學(xué)員通過企業(yè)內(nèi)培訓(xùn)和跨企業(yè)培訓(xùn)一般每周在企業(yè)里接受3～4天實(shí)踐教育。

應(yīng)用型人才的創(chuàng)新素質(zhì)表現(xiàn)在能夠運(yùn)用科學(xué)理論和方法來綜合分析、解決現(xiàn)實(shí)問題，并能夠不斷學(xué)習(xí)，應(yīng)用新知識、新技術(shù)，創(chuàng)造性地分析新情況、發(fā)現(xiàn)新問題、解決新問題。因此應(yīng)平衡專業(yè)技能、專業(yè)技術(shù)和工程科學(xué)基礎(chǔ)的關(guān)系，應(yīng)用型本科院校卓越工程師的培養(yǎng)不能忽視工程科學(xué)基礎(chǔ)的作用。

三、課程改革設(shè)想

（一）課程中側(cè)重案例元素的比例

目前案例收集途徑有：教師個人工程實(shí)踐，社會調(diào)查收集；通過網(wǎng)絡(luò)、電視等媒體收集，通過報紙、雜志、書籍等資料收集。其中通過企業(yè)收集案例是最佳途徑，有效解決了案例本土化的問題。

教學(xué)案例應(yīng)簡化和有選擇性，一個案例說明一個問題，圍繞一個核心問題，一個難題。即首先考慮它說明了一個什么理論，因?yàn)椤懊恳粋€案例都需要理論”，另外案例應(yīng)具有爭議性，以便引發(fā)學(xué)生思考和開展辯論。最后需要強(qiáng)制學(xué)生做出自己的決定。哈佛大學(xué)肯尼迪學(xué)院設(shè)有專門的案例庫和案例制作中心，是實(shí)施案例教學(xué)的堅實(shí)基礎(chǔ)。

教師也可根據(jù)需要將企業(yè)提供的案例采用PBL（Problem？鄄Based Learning，問題式學(xué)習(xí)）教學(xué)中，彌補(bǔ)了教師缺乏實(shí)踐知識和缺乏真實(shí)驅(qū)動的劣勢，解決問題的過程由教師和企業(yè)工程聯(lián)合指導(dǎo)，甚至擴(kuò)展到多個教師和多個企業(yè)工程師。學(xué)生在這個過程中不但能主動學(xué)習(xí)相關(guān)知識，還能在應(yīng)用中不斷深化到解決問題階段。若給出方案能夠?qū)嵤└蓹z驗(yàn)學(xué)習(xí)成果，即使失敗通過討論不足之處也已完成學(xué)生深化理論知識，提升實(shí)踐能力的目標(biāo)。

案例式教學(xué)不同于簡單的舉例子，其對教師的要求非常高。初期在材料課程中如何利用案例可開發(fā)出介于舉例子和案例教學(xué)之間的教學(xué)模式，在降低對教師要求的條件下也可以極大調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性。學(xué)生需要首先是課前的認(rèn)真準(zhǔn)備，其次是課堂的積極表現(xiàn)，因此課堂參與應(yīng)盡量占案例教學(xué)成績50%左右的。第三是通過課后列出的一系列書單找到分析此案例的理論支持和必要知識。

（二）模塊化教學(xué)

模塊化教學(xué)模式由國際勞工組織于20世紀(jì)70年代初研發(fā)和提出的，它最早以崗位任務(wù)為依據(jù)確定模塊，采用以現(xiàn)場教學(xué)為主，以技能培訓(xùn)為核心的一種教學(xué)模式。之后廣泛應(yīng)用于工程教育及其他高等教育領(lǐng)域，現(xiàn)在已經(jīng)成為西方國家應(yīng)用型大學(xué)的主要教學(xué)模式[7]。

由于模塊化教學(xué)以能力為導(dǎo)向，把若干相關(guān)知識模塊進(jìn)行組裝，形成相對獨(dú)立但模塊之間又相互聯(lián)系的教學(xué)單元，因此首先可根據(jù)學(xué)生能力和興趣等，做到因材施教，且優(yōu)化了課程體系，組合靈活，使教學(xué)更有針對性。再次，可實(shí)現(xiàn)同一模塊內(nèi)的基礎(chǔ)理論和實(shí)際應(yīng)用的一體化，做到“學(xué)以致用”。模塊化教學(xué)是開放的，可變的，在教學(xué)內(nèi)容靈活，真正的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該根據(jù)社會和企業(yè)實(shí)際工作崗位的需要而定。專業(yè)課不應(yīng)該固定教材，可有參考書；在教學(xué)方式上也是多樣的，可講授、可討論、可實(shí)訓(xùn)、可調(diào)研等；在實(shí)施地點(diǎn)上也不受限制，可在學(xué)校、企業(yè)或社會生活中。有效的校企合作是實(shí)施模塊化教學(xué)的有力保障。

（三）利用“互聯(lián)網(wǎng)+”模式

“互聯(lián)網(wǎng)+”是2013年騰訊CEO馬化騰在一次發(fā)言中最早提出的。“互聯(lián)網(wǎng)+”是指以互聯(lián)網(wǎng)為主的一整套信息技術(shù)，包括移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”使工程教育的教學(xué)內(nèi)容、方法、模式和教學(xué)管理體制機(jī)制發(fā)生深刻變化。MOOC、智慧教育、翻轉(zhuǎn)課堂等模式都是互聯(lián)網(wǎng)教育的一部分。

高校要充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”對共享優(yōu)質(zhì)工程教育資源的服務(wù)，來提高工程教育教學(xué)質(zhì)量?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”校企深度融合可以滲透至聯(lián)合招生、共建專業(yè)、共培師資、協(xié)同教學(xué)和合作就業(yè)等人才培養(yǎng)的方方面面。通過校企共建遠(yuǎn)程互動課堂，實(shí)現(xiàn)打破時空限制的遠(yuǎn)程傳輸課堂，學(xué)生除可以進(jìn)行聽課、接受指導(dǎo)等活動之外，還可以實(shí)時觀察到企業(yè)老師的真實(shí)工作場景，實(shí)時參與到企業(yè)先進(jìn)生產(chǎn)過程中。這使得遠(yuǎn)程教育不再是以教師為中心，而是所有參與者之間的多向交互活動。英特爾曾經(jīng)發(fā)布過一個“未來課堂”的視頻，其中當(dāng)學(xué)生反復(fù)嘗試也無法做出符合承重要求的橋梁模型時，授課教師通過視頻會議的方式和一個工程師現(xiàn)場連線，工程師直接參與到課堂中，對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)并最終獲得成功。

“互聯(lián)網(wǎng)+”使得傳統(tǒng)意義上的學(xué)習(xí)從高校圍墻之內(nèi)拓展到圍墻之外，形成Anytime（任何時間）、Anywhere（任何地點(diǎn)）、Anybody（任何人）、Anything（任何事情）的4A學(xué)習(xí)模式，學(xué)生可分考慮自己的興趣愛好、職業(yè)訴求和價值取向選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，真正實(shí)現(xiàn)差異化個性需求教育。

（四）校企合作開發(fā)MOOC、微課等

以微課為例，微課是“微型視頻網(wǎng)絡(luò)課程”的簡稱，以視頻為主要載體，通常用5～10分鐘講授某一個知識點(diǎn)（如重點(diǎn)、難點(diǎn)、疑點(diǎn)、考點(diǎn)等）或?qū)ｎ}內(nèi)容，應(yīng)用型本科院校開發(fā)微課應(yīng)注重實(shí)踐驅(qū)動、項目驅(qū)動，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

校企合作開發(fā)備課，有利于運(yùn)用情景化的教學(xué)模式，使學(xué)生身臨其境，更有利于主動完成任務(wù)。另外微課使用移動終端等完成課程，幫助授課者突破空間實(shí)踐限制完成知識傳授的工作。在校企合作時，時空沖突是導(dǎo)致校企合作無法深入的一個原因，一方面學(xué)生不能隨時進(jìn)入企業(yè)，另一方面企業(yè)專家有自己本職的企業(yè)工作，不可能為學(xué)生隨時提供指導(dǎo)，精力和時間都受到了限制。5～10分鐘的微課很好地解決了這一矛盾。另外微課視頻可用于企業(yè)自身員工培訓(xùn)，降低企業(yè)經(jīng)營成本。在開發(fā)微課時要注意結(jié)合企業(yè)的實(shí)踐需求，設(shè)置課程結(jié)構(gòu)和內(nèi)容，設(shè)計微課程中的教學(xué)知識，避免表面課程內(nèi)容陳舊滯后和與實(shí)踐脫節(jié)的缺點(diǎn)。

（五）主動實(shí)踐

基于實(shí)驗(yàn)室提供的基礎(chǔ)平臺條件，學(xué)生可以自己選擇選擇對象和方法，進(jìn)行設(shè)計制作，比傳統(tǒng)的在教師設(shè)定的框架里流水線式地完成實(shí)驗(yàn)更能提高動手能力。在塑造大工程觀方面，則可以自己選產(chǎn)品、自己擬定工藝路線，自己買原材料，自己安排生產(chǎn)崗位與任務(wù)，自己管理生產(chǎn)質(zhì)量，自己銷售產(chǎn)品。

中國工程院院士李培根[8]提到一種方式，由學(xué)生去探究企業(yè)生產(chǎn)一線的問題，先了解企業(yè)究竟需要什么，再去發(fā)揮學(xué)生自身的想象力去做課題，這樣能助力企業(yè)，獲得企業(yè)想要的甚至意想不到的東西，或?qū)ζ髽I(yè)真正有用的東西。

四、結(jié)論

材料類課程是一門鏈接科學(xué)和技術(shù)、理論和實(shí)踐的橋梁課程，該類課程通常知識點(diǎn)眾多且分散，涉及材料性能、材料科學(xué)理論基礎(chǔ)、具體材料知識和選材，需要對材料科學(xué)與工程、機(jī)械工程等學(xué)科很了解才能完全融會貫通。而實(shí)際上機(jī)械類專業(yè)的材料類課程開設(shè)得并不多，學(xué)生對相關(guān)知識了解甚少，覺得這些知識太抽象，不容易理解。

本文所講的案例教學(xué)、模塊化教學(xué)等教學(xué)模式均能有效解決激起學(xué)生的好奇心和興趣，改變理論教學(xué)的枯燥，對培養(yǎng)創(chuàng)新型和實(shí)踐型人才有積極作用。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 倪虹.項目引領(lǐng)、校企共贏——旅游管理專業(yè)景區(qū)方向項目教學(xué)創(chuàng)新改革實(shí)踐[J].旅游縱覽（下半月），2016（10）：227-228.

[2] 胡繼林，劉鑫，顏智珠，等.應(yīng)用型本科院校材料類專業(yè)校企合作教育的探索與實(shí)踐[J].山東化工，2014，43（12）：167-168+171.

[3] 許繼芳，屈天鵬，呂凡，等.專業(yè)課程“教學(xué)-實(shí)踐”互促新模式下教學(xué)評價體系的構(gòu)建[DB/OL].http：//www.cnki.net/kcms/detail/13.9000.G.20170209.1517.020.html

[4] 劉英，趙茂程.“中國制造2025”引領(lǐng)下的案例教學(xué)研究，機(jī)械設(shè)計與制造工程，2016，45（12）：100-103.

[5] 李金華，德國“工業(yè)4.0”與“中國制造2025”的比較及啟示，中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2015，15（5）：71-79.

[6] 陸國棟，“新工科”建設(shè)的五個突破與初步探索，中國大學(xué)教學(xué)，2017（5）：38-41.

[7] 李德才.關(guān)于模塊化教學(xué)的幾個問題——兼論工程師型人才培養(yǎng)[J].合肥學(xué)院學(xué)報（綜合版），2013，23（4）：64-68.

[8] 李拓宇，李飛，張婉瀅，等.我國工科人才培養(yǎng)質(zhì)量提升的機(jī)制探析——中國工程院院士李培根訪談錄，高等工程教育研究，2016（4）：5-8+13.

[責(zé)任編輯：劉鳳華]