以“新工科”為導(dǎo)向、以“雙一流”建設(shè)為背景的機(jī)械基礎(chǔ)系列課程改革

謝紅梅 耿葵花 李競

摘 要：針對(duì)機(jī)械基礎(chǔ)課程教學(xué)中目前存在的主要問題，以新工科為導(dǎo)向，以“雙一流”建設(shè)為背景，以創(chuàng)新型卓越工程人才培養(yǎng)為核心，對(duì)機(jī)械基礎(chǔ)系列課程（含制圖類、力學(xué)類、機(jī)械設(shè)計(jì)類、測試控制類等課程）進(jìn)行系統(tǒng)改革與研究，主要內(nèi)容包括適應(yīng)新工科教學(xué)理念的師資隊(duì)伍建設(shè)、課程體系優(yōu)化、課程內(nèi)容整合、教學(xué)平臺(tái)建設(shè)、評(píng)價(jià)體系改革等。

關(guān)鍵詞：新工科;機(jī)械基礎(chǔ)系列課程;改革與實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642.0

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-7836（2020）03-0044-03

引言? 新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在全世界范圍內(nèi)如火如荼地進(jìn)行，各個(gè)國家綜合國力競爭有愈演愈烈的趨勢。產(chǎn)業(yè)競爭從本質(zhì)上來說就是工程人才的競爭，工程教育是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石，產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)工程教育。在將來很長一段時(shí)間，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革將與人類社會(huì)發(fā)展大趨勢相疊加，工程進(jìn)步和創(chuàng)新將成為推動(dòng)人類社會(huì)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?，工程教育的?chuàng)新改革迎來了前所未有的重大機(jī)遇。教育部圍繞新工科建設(shè)也發(fā)布了系列相關(guān)文件，全力探索工程教育的新模式、新經(jīng)驗(yàn)，為建設(shè)高等教育強(qiáng)國添磚加瓦。

一、廣西大學(xué)機(jī)械基礎(chǔ)系列課程改革的必要性

建設(shè)“新工科”是國際競爭趨勢使然，是國家發(fā)展戰(zhàn)略需求，也是廣西大學(xué)“雙一流”建設(shè)的需要。 “雙一流”建設(shè)是我國高等教育發(fā)展新的里程碑，是現(xiàn)階段大學(xué)發(fā)展的主引擎。廣西大學(xué)是廣西唯一一所進(jìn)入教育部“雙一流”建設(shè)的大學(xué)。在“雙一流”建設(shè)的新形勢下，廣西大學(xué)提出“五有領(lǐng)軍型人才”的培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)了國家對(duì)當(dāng)代大學(xué)生的綜合要求，也體現(xiàn)了廣西大學(xué)的特殊要求?！拔逵蓄I(lǐng)軍型人才”即有社會(huì)責(zé)任感、創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力、法治意識(shí)、國際視野的領(lǐng)軍型人才，其內(nèi)涵與新工科提出的新型工程人才高度契合。

廣西大學(xué)的“雙一流”建設(shè)對(duì)機(jī)械類專業(yè)人才培養(yǎng)提出了新的要求，機(jī)械類專業(yè)作為學(xué)校歷史最悠久的工程專業(yè)之一，在“雙一流”和“新工科”建設(shè)的雙重要求下，必須以新思維、新理念、新方式、新體系、新模式應(yīng)對(duì)新形勢，彎道超車，培養(yǎng)能夠適應(yīng)時(shí)代和未來變化的高素質(zhì)工程人才。

在此背景下，機(jī)械類專業(yè)學(xué)生比以往任何時(shí)候都需要更厚重的專業(yè)基礎(chǔ)，才有可能成為具有可持續(xù)競爭力的創(chuàng)新型人才。機(jī)械基礎(chǔ)系列課程，對(duì)培養(yǎng)機(jī)械類學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能能力以及工程意識(shí)有著非常重要的作用[1]。通過這些課程，學(xué)生從單學(xué)科、以掌握自然規(guī)律為主的學(xué)習(xí)逐漸轉(zhuǎn)過渡為多學(xué)科交叉、以解決工程實(shí)際問題為主的學(xué)習(xí)，初步具備工程綜合和工程應(yīng)用的能力[1]。機(jī)械基礎(chǔ)系列課程的教學(xué)質(zhì)量，直接影響機(jī)械類學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。以“新工科”為導(dǎo)向、以“雙一流”建設(shè)為背景的機(jī)械基礎(chǔ)系列課程改革勢在必行。

二、以新工科為導(dǎo)向、以“雙一流”建設(shè)為背景的機(jī)械基礎(chǔ)系列課程改革的主要內(nèi)容

（一）建設(shè)專兼結(jié)合的“雙師型”機(jī)械基礎(chǔ)課程教師團(tuán)隊(duì)

1優(yōu)化機(jī)械基礎(chǔ)課程教師團(tuán)隊(duì)結(jié)構(gòu)

優(yōu)化教學(xué)團(tuán)隊(duì)的學(xué)歷結(jié)構(gòu)、職稱結(jié)構(gòu)、專業(yè)結(jié)構(gòu)、學(xué)緣結(jié)構(gòu)、專兼結(jié)構(gòu)及數(shù)量，使之與廣西大學(xué)機(jī)械類專業(yè)的招生規(guī)模相適應(yīng)，重點(diǎn)培養(yǎng)中青年教師，使其逐步成為科研教學(xué)工作的主力軍。

2培養(yǎng)機(jī)械基礎(chǔ)課程教師團(tuán)隊(duì)帶頭人

由廣西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院制定團(tuán)隊(duì)帶頭人選拔方案，選拔并確定培養(yǎng)對(duì)象。團(tuán)隊(duì)帶頭人到國內(nèi)外著名企業(yè)參加培訓(xùn)，更新建設(shè)理念，提高業(yè)務(wù)水平。

3提高專業(yè)教師工程素質(zhì)

廣西大學(xué)鼓勵(lì)在職教師到校外實(shí)訓(xùn)基地或者企業(yè)掛職鍛煉，要求機(jī)械類教師每年抽出一個(gè)月左右的時(shí)間，深入企業(yè)，熟悉生產(chǎn)過程并參與企業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目，鼓勵(lì)教師和企業(yè)聯(lián)合申報(bào)課題，多管齊下，全面提升教師工程素質(zhì)。

4建設(shè)兼職師資庫

從合作企業(yè)的高級(jí)工程技術(shù)人員中選擇專業(yè)背景深厚、工作技能拔尖的專家擔(dān)任學(xué)校的兼職教師，并建設(shè)兼職師資庫。兼職教師走進(jìn)教學(xué)課堂，結(jié)合工程實(shí)際問題參與課程教學(xué)及設(shè)計(jì)指導(dǎo)。比如在零件圖、裝配圖的表達(dá)內(nèi)容上可以從企業(yè)人員的角度，結(jié)合機(jī)器和零件的制造、裝配和加工方法、檢驗(yàn)方法、裝配結(jié)構(gòu)、工藝結(jié)構(gòu)方面來講解工程圖形應(yīng)該怎么表達(dá)，并對(duì)學(xué)生的習(xí)作進(jìn)行指導(dǎo)，以提高學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新水平[2];企業(yè)人員可以把自己的科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)項(xiàng)目和教學(xué)案例，將企業(yè)最新技術(shù)及前沿發(fā)展帶到學(xué)校使課堂教學(xué)與企業(yè)生產(chǎn)對(duì)接，使學(xué)生及時(shí)了解和掌握行業(yè)企業(yè)最新的技術(shù)和熱點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力和工程素質(zhì)[3]。

（二）建立新工科課程體系

廣西大學(xué)現(xiàn)行機(jī)械基礎(chǔ)課程體系存在各門課程以學(xué)科自成體系，只注重向?qū)W生傳授基礎(chǔ)理論知識(shí)，而忽略了工程意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，很多學(xué)生學(xué)習(xí)系列課程后，依然不知道零件的設(shè)計(jì)過程、制造過程以及零件組裝成機(jī)器的過程[4]。

為克服以上弊端，以設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序（計(jì)劃→方案設(shè)計(jì)→技術(shù)設(shè)計(jì)→技術(shù)文件編制）為主線，重新優(yōu)化機(jī)械基礎(chǔ)系列課程。設(shè)計(jì)是人類創(chuàng)造未來的主動(dòng)思維和創(chuàng)造行為，選擇設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序作為機(jī)械基礎(chǔ)系列課程教學(xué)內(nèi)容的工程主線，可以打破各門課程相互封閉的學(xué)科界限，構(gòu)建科學(xué)合理的教學(xué)內(nèi)容框架[4]。

機(jī)械基礎(chǔ)理論課程體系含理論課程體系和實(shí)踐課程體系，主要改革思路如下：

1理論課程體系

以能力鏈為導(dǎo)向，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科交叉，強(qiáng)調(diào)課程之間的銜接融合，突出學(xué)生的能力培養(yǎng)，明確每門課程在培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)和創(chuàng)新能力方面所承擔(dān)的任務(wù)，建立以培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和創(chuàng)新能力為主線的新工科課程體系。機(jī)械制圖、計(jì)算機(jī)繪圖等課程主要培養(yǎng)學(xué)生的工程表達(dá)能力，機(jī)械原理機(jī)械設(shè)計(jì)等課程主要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，工程材料、機(jī)械制造技術(shù)等課程主要培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力等。

2實(shí)踐課程體系

優(yōu)化后的機(jī)械基礎(chǔ)系列課程實(shí)踐體系是基于工程能力培養(yǎng)的分層次、模塊化的實(shí)踐教學(xué)體系，如下圖所示?；A(chǔ)層著眼于學(xué)生基本技能的訓(xùn)練，以鍛煉其工程設(shè)計(jì)及制造能力;提高層要求學(xué)生在工程實(shí)踐能力的提升過程中進(jìn)一步掌握工程設(shè)計(jì)、專業(yè)技術(shù)及工程倫理等方面的精髓;創(chuàng)新層則自始至終扎根于整個(gè)實(shí)踐教學(xué)過程，以學(xué)生為主體，以研究性學(xué)習(xí)和個(gè)性化培養(yǎng)為方法，致力于推動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、綜合設(shè)計(jì)能力與工程實(shí)踐能力的全面提升[5]。

（三）及時(shí)更新課程內(nèi)容

由于教學(xué)大綱和教材具有一定的滯后性，機(jī)械基礎(chǔ)系列課程的教學(xué)內(nèi)容普遍過于陳舊，與當(dāng)代機(jī)械工程技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀出現(xiàn)較明顯的脫離。隨著學(xué)生需求越來越個(gè)性化，教學(xué)內(nèi)容不斷增多，難度加大。教師自身知識(shí)結(jié)構(gòu)需要隨著時(shí)代的發(fā)展和課程變革而不斷更新，使自己成為學(xué)生學(xué)習(xí)的領(lǐng)航者、學(xué)生未來發(fā)展的預(yù)測者、信息資源的整合者。機(jī)械基礎(chǔ)系列課程教師應(yīng)該將機(jī)械學(xué)科近些年新出現(xiàn)的科學(xué)理論、研究方法、發(fā)明創(chuàng)造、科技創(chuàng)新成果，及時(shí)貫徹到教學(xué)內(nèi)容中去[6]。

（四）線上線下、虛實(shí)結(jié)合豐富教學(xué)手段和教學(xué)方法

1實(shí)施“翻轉(zhuǎn)課堂”，實(shí)現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的轉(zhuǎn)變

依托廣西大學(xué)校園數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)，探索并實(shí)施“翻轉(zhuǎn)課堂”，將學(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生。教師將教學(xué)小視頻以及其他學(xué)習(xí)資源發(fā)布在學(xué)習(xí)平臺(tái)上，進(jìn)行課前知識(shí)傳遞，學(xué)生可以通過網(wǎng)上教學(xué)資源庫提前預(yù)習(xí)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，還能在網(wǎng)絡(luò)上向教師請(qǐng)教或者同學(xué)間互相討論。在課堂教學(xué)中，教師則采用講授法和協(xié)作法來滿足學(xué)生的個(gè)性化需求，課后，學(xué)生根據(jù)數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)上的思考題、作業(yè)題自定學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)節(jié)奏，拓展和鞏固知識(shí)。

2開展“MOOC課堂”，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)

MOOC課堂是運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)探求課程課堂教學(xué)模式變革的又一新舉措。慕課能夠利用“網(wǎng)絡(luò)教研”異地同步、實(shí)時(shí)互動(dòng)的特點(diǎn)，讓不同學(xué)校同時(shí)接受優(yōu)秀教師的課程教學(xué)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源共享。積極開發(fā)制作具有區(qū)域特色、學(xué)科特色的慕課，同時(shí)利用網(wǎng)上優(yōu)質(zhì)慕課資源，使學(xué)生從被動(dòng)的、公共化的學(xué)習(xí)模式向主動(dòng)的、個(gè)人化的模式轉(zhuǎn)變。

3構(gòu)建并拓展機(jī)械基礎(chǔ)課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，虛實(shí)結(jié)合提高學(xué)生的動(dòng)手能力

依托廣西大學(xué)國家級(jí)機(jī)械工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，構(gòu)建并拓展機(jī)械基礎(chǔ)課程虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開設(shè)由《機(jī)械制圖》《計(jì)算機(jī)繪圖》《理論力學(xué)》《材料力學(xué)》《機(jī)械原理》《機(jī)械設(shè)計(jì)》等基礎(chǔ)課程整合的“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”[7]。

互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的“虛實(shí)結(jié)合”實(shí)驗(yàn)，綜合運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫以及網(wǎng)絡(luò)通訊等先進(jìn)技術(shù)，逼真地模擬符合工程實(shí)際的操作實(shí)景，幫助沒有工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生有如身臨生產(chǎn)一線地了解零件加工和制造、部件裝配、工藝結(jié)構(gòu)和作用等知識(shí)，以提高學(xué)生的動(dòng)手能力和空間想象能力，激發(fā)其創(chuàng)新意識(shí)?！疤搶?shí)結(jié)合”實(shí)驗(yàn)可以達(dá)到普通實(shí)驗(yàn)不具備或難以實(shí)現(xiàn)的教學(xué)效果，使學(xué)生在開放、自主、交互的虛擬環(huán)境中開展安全、高效且綠色經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)。

在虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生可以學(xué)習(xí)典型零部件（齒輪泵和減速器）的測繪、繪制、設(shè)計(jì)，可以在虛擬環(huán)境中觀察典型零部件的裝配和運(yùn)動(dòng)情況。虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)還配備虛擬模型庫，供學(xué)生虛擬裝配。所謂的虛擬裝配是根據(jù)產(chǎn)品的形狀特征、 精度特性， 真實(shí)地模擬產(chǎn)品的三維裝配過程， 并允許用戶根據(jù)需要控制產(chǎn)品的三維裝配， 還可以通過運(yùn)動(dòng)仿真模擬機(jī)器的運(yùn)動(dòng)過程，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性。這樣可以避免加工后產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)，無法達(dá)到使用要求的情況，節(jié)約工程成本。

4校企協(xié)同共建協(xié)同育人平臺(tái)

依托廣西國有企業(yè)和龍頭企業(yè)，校企協(xié)同共建“協(xié)同育人平臺(tái)”，建立“校中廠”和“廠中校”，深入開展校政企行多元互動(dòng)融合的新工科教學(xué)模式的探索與實(shí)踐，與政府、相關(guān)行業(yè)、企業(yè)、國內(nèi)名校、國際名校在資源共享、人才培養(yǎng)模式改革、產(chǎn)學(xué)研基地建設(shè)、課程建設(shè)、教材建設(shè)、師資隊(duì)伍建設(shè)、實(shí)習(xí)實(shí)踐模式改革、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)模式改革等方面開展多種形式的深度合作與互動(dòng)，營造新工科模式的學(xué)習(xí)環(huán)境。

5建立新工科導(dǎo)向的進(jìn)程式課程評(píng)價(jià)方式

課程的評(píng)價(jià)有三個(gè)方面：一是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的評(píng)價(jià)，二是對(duì)教師教學(xué)態(tài)度和授課質(zhì)量的評(píng)價(jià)，三是課程目標(biāo)達(dá)成度的評(píng)價(jià)。這些評(píng)價(jià)結(jié)果，要及時(shí)反饋給教師和學(xué)生，以幫助教師和學(xué)生更好地了解自己在教學(xué)和學(xué)習(xí)過程中的長處與不足，有針對(duì)性地采取改進(jìn)措施，發(fā)揮其在新工科教學(xué)新模式中的重要導(dǎo)向作用。

新工科的課堂教學(xué)模式以學(xué)生為中心，注重學(xué)生的自學(xué)能力和應(yīng)用知識(shí)解決問題的能力。因此，課程的考核不能像傳統(tǒng)的方式那樣忽略學(xué)習(xí)的過程，只以考試論英雄，而是要改進(jìn)課程考核方式，探索課程的多種類考核方法，使考試成為繼續(xù)學(xué)習(xí)的中間環(huán)節(jié)，使教師和學(xué)生能夠根據(jù)進(jìn)程了解學(xué)習(xí)情況，實(shí)現(xiàn)進(jìn)程式評(píng)估。

結(jié)束語

機(jī)械基礎(chǔ)課程的改革一直以來從未被忽視過，它們始終是改革的熱點(diǎn)，但以機(jī)械基礎(chǔ)系列課程進(jìn)行綜合性整體性改革的案例并不多見，以往的改革多以其中一兩門課程居多。新工科理念至2017年2月首次提出以來，至今才歷時(shí)2年多，是高等工程教育的新事物、新理念，將這個(gè)新理念運(yùn)用于地方性“雙一流”高校的機(jī)械基礎(chǔ)系列課程的改革乃屬于全新的探索。廣西大學(xué)機(jī)械基礎(chǔ)系列課程的改革采用虛實(shí)結(jié)合、線上線下的方式融通兩個(gè)平臺(tái)，開發(fā)多種課堂形式，改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，通過設(shè)置不同情境的教學(xué)課堂，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和工程能力的培養(yǎng)，其教學(xué)模式和教學(xué)手段是一個(gè)綜合創(chuàng)新的嘗試。

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