新工科背景下獨立學(xué)院機械類核心課程“四維一體”新范式
——以河北農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院為例

河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院 張秀花 楊淑華 李敬 劉尚坤 徐鵬云 張藝

1 新工科背景下獨立學(xué)院機械類核心課程體系改革的意義

“新工科”是我國工程教育對國家重大戰(zhàn)略的積極響應(yīng)，主要解決國家和產(chǎn)業(yè)的重大戰(zhàn)略與科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重大需求問題，培養(yǎng)和造就一大批復(fù)合型、創(chuàng)新型的工程技術(shù)人才[1]。目前各高校都在緊跟工程教育環(huán)境的變化，更新知識體系，同時必須在品德、能力、創(chuàng)新與實踐環(huán)節(jié)予以加強，才能夠培養(yǎng)出時代需求的高水平高素質(zhì)的人才[2-3]。因此，構(gòu)建機械類核心課程新范式，是實現(xiàn)德、能、智、素全面發(fā)展人才的有效途徑。

課程體系的構(gòu)建是大學(xué)教學(xué)改革的重要內(nèi)容，關(guān)系到高校教育教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)方案的質(zhì)量；其中核心課程體系是實現(xiàn)專業(yè)人才培養(yǎng)目標的關(guān)鍵，在人才培養(yǎng)和學(xué)生知識結(jié)構(gòu)中處于重要地位。河北農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院機械類專業(yè)包括機械設(shè)計制造及自動化、車輛工程、農(nóng)業(yè)機械化及自動化、機械電子工程等，生源入校分數(shù)跨度大、基礎(chǔ)知識差，但是具備自我中心意識高與活動參與意識高等優(yōu)秀特征，探索在新工科背景下獨立學(xué)院高素質(zhì)復(fù)合型“新工科”人才，構(gòu)建機械類核心課程新范式，具有十分重要的意義。

2 機械類核心課程“四維一體”新范式內(nèi)涵與課程體系設(shè)計

機械類核心課程包括機械設(shè)計課程模塊、機械制造課程模塊、機械自動化課程模塊，包括機械原理、機械設(shè)計、機械制造基礎(chǔ)、機械工程材料、機械控制工程等課程，這些核心課程貫穿4年大學(xué)教育，在培養(yǎng)學(xué)生素質(zhì)與能力方面舉足輕重。在新工科背景下，以機械類專業(yè)核心課程群為“一個主體”，通過“四個維度”的抓手，構(gòu)建核心課程新范式，培養(yǎng)服務(wù)于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備轉(zhuǎn)型升級的德、能、智、素創(chuàng)新人才。通過課程思政元素和案例、多種教學(xué)方法與手段、多元的實踐教育體系實現(xiàn)立德樹人，培養(yǎng)專業(yè)技能、啟發(fā)創(chuàng)新思維，訓(xùn)練實踐能力，具體的課程體系設(shè)計如圖1所示。

圖1 機械類核心課程“四維一體”新范式的框架結(jié)構(gòu)

第一維：思政育人立德

強化課堂價值觀引領(lǐng)，教書與育人并舉。根據(jù)專業(yè)和獨立學(xué)院生源特點，深入挖掘思政育人案例，探索機械類專業(yè)教育與思政教育相結(jié)合的教學(xué)方法，在專業(yè)知識與思政主流意識之間架起互動橋梁，潤物無聲，同心同向，形成合力，協(xié)同育人，立德樹人。

第二維：課程規(guī)范育能

針對獨立學(xué)院的生源特點，研究學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在動力與學(xué)習(xí)規(guī)律，修訂適于獨立學(xué)院機械類專業(yè)的核心課程規(guī)范。具體到課程的教學(xué)目標、重點難點、教學(xué)手段到章節(jié)內(nèi)容、案例設(shè)計等各個環(huán)節(jié)，細致規(guī)劃，夯實學(xué)生的專業(yè)核心知識，培養(yǎng)機械類專業(yè)技能。

第三維:探索參與啟智

以強化素質(zhì)教育、工程設(shè)計能力與工程創(chuàng)新能力為核心，改革教學(xué)方法與手段，采用基于問題的學(xué)習(xí)、基于案例的學(xué)習(xí)、雙創(chuàng)案例的學(xué)習(xí)等多種研究性學(xué)習(xí)方法，以學(xué)生為中心，推動參與式教學(xué)，啟迪學(xué)生發(fā)散-創(chuàng)新-歸納思維，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

第四維:創(chuàng)新實訓(xùn)提素

構(gòu)建專業(yè)實踐與雙創(chuàng)實踐深度融合的多元實踐教育體系。整合校內(nèi)外實踐教學(xué)平臺，科學(xué)實施認識實習(xí)、專業(yè)實習(xí)、工程訓(xùn)練、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、實習(xí)5個有梯度、分層次、階段性實施的一體化實踐項目教學(xué)體系。專業(yè)技能競賽與科研訓(xùn)練雙輪驅(qū)動，實現(xiàn)教育、訓(xùn)練、實踐三級遞進。

3 機械類核心課程“四維一體”新范式實施方案

3.1 設(shè)計課程思政案例，實現(xiàn)立德樹人

在新時代背景下，在專業(yè)理論課程中融入思政教育元素，將立德樹人貫穿于教育教學(xué)全過程，實現(xiàn)全程育人，全方位育人[4]。課題組以新工科背景下課程思政理念為指導(dǎo)，針對核心課程的特點，挖掘思政元素，設(shè)計思政案例，培養(yǎng)德、能、智、素創(chuàng)新人才。例如在《機械原理》課程中，設(shè)計了案例“蔣亦元院士：逆境不餒、守之彌堅”，講述曲柄滑塊機構(gòu)的時候，舉曲柄滑塊機構(gòu)應(yīng)用的例子——谷物聯(lián)合收割機的割刀機構(gòu)，引入蔣亦元院士先脫后割的大膽創(chuàng)新做法和三十三年如一日的堅守初心、逆境不餒的事跡。通過蔣亦元院士研制割前脫粒水稻聯(lián)合收獲機的事跡，講述他始終不忘致力于實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)機械化的初心，三十三年如一日堅守和努力，終于研制出四代樣機。教育學(xué)生學(xué)習(xí)他敢于質(zhì)疑，勇于創(chuàng)新的意識，學(xué)習(xí)他逆境不餒、守之彌堅的頑強意志和求真務(wù)實、堅韌不拔的科學(xué)態(tài)度。

3.2 制定課程規(guī)范，培養(yǎng)專業(yè)知識技能

大學(xué)生掌握專業(yè)知識技能是基礎(chǔ)，根據(jù)獨立學(xué)院的學(xué)生特點，制定專業(yè)核心課程規(guī)范。具體到課程，對每一章節(jié)的知識點、培養(yǎng)的能力，以及學(xué)時和要求作了具體規(guī)劃。具體到每一章，確定每一章的目的和要求、重點難點、及掌握的基本知識、基本理論和基本能力，具體的教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時分配，教學(xué)方法與教學(xué)手段，夯實學(xué)生的專業(yè)核心知識，培養(yǎng)機械類專業(yè)技能。

3.3 采用多種教學(xué)方法，激發(fā)創(chuàng)新思維

教學(xué)方法是教師和學(xué)生在教學(xué)過程中，為達到教學(xué)目的，完成教學(xué)任務(wù)所采取的方式和手段的總和，好的教學(xué)方法可以調(diào)動學(xué)生的積極性和充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，課堂上靈活運用多種教學(xué)法，以強化素質(zhì)教育、工程設(shè)計能力與工程創(chuàng)新能力為核心，采用基于問題的學(xué)習(xí)、基于案例的學(xué)習(xí)、雙創(chuàng)案例的學(xué)習(xí)等多種研究性學(xué)習(xí)方法，以學(xué)生為中心，推動參與式教學(xué)，啟迪學(xué)生發(fā)散-創(chuàng)新-歸納思維，培養(yǎng)創(chuàng)新能力[5-6]。例如，講述自由度的概念及其計算：首先引入三桿、四桿和五桿的實例，先請同學(xué)們自己分析，后通過動畫詳細講述三個構(gòu)件鉸接在一起根本不能運動，四個構(gòu)件鉸接在一起具有確定的運動，五個構(gòu)件鉸接在一起能運動但是運動不確定。此時可以采用提問法詢問同學(xué)原因是什么。大多數(shù)的回答是桿件的數(shù)量不一樣。這時再放一個尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)的動畫，它也是三個構(gòu)件卻能夠運動而且還是確定的運動。所以再請同學(xué)仔細觀察并采用提問法提問學(xué)生，很自然地就提出來：機構(gòu)具有確定運動的條件與構(gòu)件數(shù)量有關(guān)，還與各個構(gòu)件之間的連接方式有關(guān)。學(xué)生自始至終帶著興趣聽課，效果很好。這個過程綜合了設(shè)疑法、實例法、啟發(fā)式、提問式、討論等多種教學(xué)方法。

3.4 積極參與專業(yè)實踐和雙創(chuàng)比賽，提升創(chuàng)新實踐能力

目前的雙創(chuàng)比賽較多，學(xué)生的積極性也較高，積極參與可以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、實踐能力、綜合能力。例如，工程訓(xùn)練比賽，無碳小車項目，既要考慮方案，又要制作。方案中既要有勢能轉(zhuǎn)換成機械能的裝置、行走裝置，還得有轉(zhuǎn)彎機構(gòu)，行走與轉(zhuǎn)彎相互配合。對學(xué)生的設(shè)計能力、制作能力、動手調(diào)試和綜合創(chuàng)新能力都要訓(xùn)練。例如，智能農(nóng)業(yè)裝備比賽，也是需要實物運轉(zhuǎn)的比賽，一般是既有機械設(shè)計、電子控制的設(shè)計、制造和加工裝配、現(xiàn)場調(diào)試試驗等多種綜合能力。

4 結(jié)語

本文以河北農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院為例，基于新工科大背景下的人才培養(yǎng)要求，通過分析獨立學(xué)院的學(xué)生特點和機械類核心課程的特點，構(gòu)建了河北農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院機械類專業(yè)核心課程“四維一體”新范式，制定了實施方案，探索“品德－能力－知識－素質(zhì)”協(xié)同育人新模式。論文研究內(nèi)容將給機械類核心課程適應(yīng)新工科發(fā)展教學(xué)改革提供借鑒與參考。