新工科背景下《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》融合式課程改革

張 良， 易建鋼， 方自強(qiáng)

（江漢大學(xué)智能制造學(xué)院， 湖北 武漢 430056）

引言

新興技術(shù)不斷推動(dòng)著科技進(jìn)步及產(chǎn)業(yè)升級(jí)，為了適應(yīng)變革，2017 年教育部召開(kāi)高等教育發(fā)展研討會(huì)，提出了發(fā)展新工科專業(yè)。新工科是指針對(duì)新興產(chǎn)業(yè)，突出各個(gè)學(xué)科交叉融合的寬口徑工科專業(yè)，是相對(duì)傳統(tǒng)意義上的工科專業(yè)，主要目的是培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合型的工程技術(shù)人員[1]。

《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的一門核心課程，在專業(yè)課程體系中具有重要地位。其內(nèi)容涉及金屬切削工藝、加工方法、刀具、加工設(shè)備、加工工藝規(guī)程、機(jī)床夾具等，知識(shí)覆蓋面廣，是一門理論與實(shí)踐相結(jié)合的綜合課程。其對(duì)于學(xué)生掌握機(jī)械制造的基本知識(shí)和技能，培養(yǎng)分析和處理產(chǎn)品或者零部件在機(jī)械加工過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題的能力，都具有重要的支撐作用。

隨著新工科的發(fā)展，《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》課程的教學(xué)模式已難以滿足機(jī)械專業(yè)發(fā)展、企業(yè)需求，以及學(xué)生能力發(fā)展的需要，急需對(duì)課程教學(xué)模式進(jìn)行改進(jìn)。國(guó)內(nèi)有不少學(xué)者從多個(gè)角度對(duì)課程改革進(jìn)行了研究。郝興安等人采用啟發(fā)式和理實(shí)一體化的教學(xué)方式，對(duì)課程改革進(jìn)行了研究，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果[2]。程瑞采用項(xiàng)目教學(xué)的方式，讓學(xué)生在實(shí)踐中與理論相互融合，通過(guò)項(xiàng)目的方式促進(jìn)學(xué)生掌握理論知識(shí)[3]。于劍鋒采用創(chuàng)造性教學(xué)方式，在理論課程學(xué)習(xí)中，融入實(shí)踐環(huán)節(jié)，針對(duì)性安排學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐操作，培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械制造操作能力[4]。張衛(wèi)芬等人采用項(xiàng)目化教學(xué)方式，將學(xué)生分成若干組，每組負(fù)責(zé)一個(gè)以課程內(nèi)容為載體的項(xiàng)目，并對(duì)項(xiàng)目的引入、過(guò)程檢查，以及最后評(píng)定都作了深入研究，并以一級(jí)減速器為例進(jìn)行了說(shuō)明[5]。陳義厚等人對(duì)強(qiáng)化課程實(shí)踐進(jìn)行了研究，圍繞實(shí)踐環(huán)節(jié)，重新構(gòu)建課程教學(xué)體系及考核體制，促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐能力的提升[6]。鐘相強(qiáng)等人對(duì)課程教學(xué)手段進(jìn)行了研究，利用三維建模和多媒體等現(xiàn)代化技術(shù)與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，使學(xué)生更容易接受知識(shí)點(diǎn)，并以線上的方式滿足學(xué)生學(xué)習(xí)多樣性的需求[7]。葛小樂(lè)等人以機(jī)械加工工藝為主線重新組織教學(xué)內(nèi)容，理順課程知識(shí)點(diǎn)，建設(shè)教學(xué)素材庫(kù)，并通過(guò)動(dòng)畫或者視頻以學(xué)生更容易接受的方式進(jìn)行教學(xué)[8]。江小輝等人基于工程案例的教學(xué)改革進(jìn)行了研究，將渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車、大飛機(jī)等領(lǐng)域所牽涉的工藝、刀具、誤差、尺寸鏈等優(yōu)化控制案例引入教學(xué)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)理論學(xué)習(xí)更加具體，使學(xué)生更容易接受知識(shí)點(diǎn)[9]。

很多課程研究主要是針對(duì)教學(xué)形式，以及理論與實(shí)踐相結(jié)合方面，而在新工科建設(shè)的背景下，融合新興技術(shù)，對(duì)《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行研究的不多。本文在總結(jié)課程現(xiàn)階段存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，闡述了在新工科建設(shè)背景下，課程融合式改革的思路和方法，以促進(jìn)課程能適應(yīng)現(xiàn)代高校教育發(fā)展的需要，以及社會(huì)對(duì)機(jī)械類工程人才的需求。

1 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程建設(shè)存在的主要問(wèn)題

《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》課程是機(jī)械類專業(yè)的基礎(chǔ)課程，以往課程教學(xué)是以“老師講授理論知識(shí)，學(xué)生課堂聽(tīng)講，課后提交作業(yè)”為主要形式。這種課程教學(xué)模式現(xiàn)在已無(wú)法滿足新工科建設(shè)背景下機(jī)械類專業(yè)發(fā)展的需要，存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

1）由于教學(xué)內(nèi)容較抽象，以傳統(tǒng)教學(xué)方式授課，學(xué)生難以理解如刀具的基準(zhǔn)面和六個(gè)角度之間的定義，以及兩者之間的關(guān)系等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。按照傳動(dòng)填鴨式教學(xué)方式授課，有些學(xué)生難以建立刀具三維空間模型，很難理解此知識(shí)點(diǎn)。在課程中，諸如抽象的概念，按傳統(tǒng)教學(xué)方式，學(xué)生難以理解，達(dá)不到教學(xué)目的。

2）課程內(nèi)容相對(duì)落后于新興技術(shù)的發(fā)展，內(nèi)容陳舊，學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容產(chǎn)生不了濃厚的興趣，造成課程上學(xué)生不愿意聽(tīng)講，課堂氛圍不活躍，教與學(xué)沒(méi)有互動(dòng)。如刀具角度知識(shí)點(diǎn)，只針對(duì)傳統(tǒng)刀具而言，這要求教師擴(kuò)展，引入新興刀具進(jìn)行講解，將這個(gè)知識(shí)點(diǎn)遷移到新興刀具中，增強(qiáng)課程的新穎性，吸引學(xué)生注意力，同時(shí)以便學(xué)生能適應(yīng)以后的工作崗位要求。因此，迫切需要立足新工科建設(shè)的背景，將機(jī)械制造新技術(shù)、新知識(shí)與課程進(jìn)行融合，使課程更能適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展。

3）課程考核主要是以試卷的形式進(jìn)行，對(duì)于學(xué)生對(duì)課程掌握的情況進(jìn)行考核，這種方式具有一定的偶然性，會(huì)造成學(xué)生應(yīng)試復(fù)習(xí)，不重視平時(shí)的課堂學(xué)習(xí)，無(wú)法反映學(xué)生真實(shí)的應(yīng)用能力和教學(xué)效果。

為了解決目前遇到的教學(xué)問(wèn)題，急需對(duì)課程進(jìn)行改革，立足新工科建設(shè)大背景，改變教學(xué)方法，改革教學(xué)內(nèi)容，建立順暢的教學(xué)反饋途徑，從內(nèi)容、形式等方面進(jìn)行改革。

2 《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》課程改革的思路與方法

2.1 改革思路

基于新工科建設(shè)背景，將智能制造、人工智能和大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)融入《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》課程的教學(xué)內(nèi)容中，并采取問(wèn)題融入法對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)，將新興技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中遇到的問(wèn)題融入課程知識(shí)體系中，作為課堂問(wèn)題提供給學(xué)生，用問(wèn)題吸引學(xué)生，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生帶著疑問(wèn)進(jìn)入課堂教學(xué)環(huán)節(jié)。結(jié)合課程內(nèi)容，課堂教案融入新興技術(shù)，使教學(xué)內(nèi)容具有新穎性。這既讓學(xué)生掌握了課程知識(shí)，又了解了新興技術(shù)的發(fā)展，達(dá)到了課程教學(xué)目的。

2.2 改革方法

通過(guò)對(duì)教學(xué)模式的改革，改變傳統(tǒng)課堂教師按教材內(nèi)容直鋪式的教學(xué)方法，采用引導(dǎo)-講解-解答的教學(xué)方法。將新興技術(shù)知識(shí)融入課程內(nèi)容中，并以多種教學(xué)反饋的形式了解課程改革實(shí)施效果。整個(gè)過(guò)程以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心，通過(guò)不斷完善，促進(jìn)學(xué)習(xí)達(dá)到課程目標(biāo)要求。課程改革路線，如圖1 所示。

圖1 課程改革路線

教學(xué)方法上，采用問(wèn)題融合式，即“問(wèn)題引入-課程講解-問(wèn)題討論”的方式進(jìn)行課堂教學(xué)。利用現(xiàn)在如涉及智能制造、人工智能及大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)應(yīng)用中遇到的問(wèn)題，結(jié)合課程內(nèi)容，將問(wèn)題引入課堂，使學(xué)生學(xué)會(huì)思考，然后將問(wèn)題與課程的知識(shí)并聯(lián)在一起分析和講解，使課堂有起伏、有呼應(yīng)，吸引學(xué)生的注意力，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。

為了培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的能力，結(jié)合新興技術(shù)，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的融合，重新構(gòu)建課程知識(shí)板塊?！稒C(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》課程教學(xué)內(nèi)容分為緒論、機(jī)械金屬切削、機(jī)械加工方法裝備、機(jī)械加工質(zhì)量控制、機(jī)械加工工藝規(guī)程及機(jī)械夾具設(shè)計(jì)六個(gè)板塊。根據(jù)六個(gè)板塊的內(nèi)容，結(jié)合新興技術(shù)的發(fā)展成果，將智能制造、人工智能及大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域，涉及機(jī)械制造技術(shù)的最新研究成果與課程內(nèi)容相融合，形成緊跟新興技術(shù)發(fā)展，又不脫離課程基本內(nèi)容的融合教學(xué)內(nèi)容。課程教學(xué)內(nèi)容融合板塊，如圖2 所示。

圖2 課程教學(xué)內(nèi)容融合板塊

及時(shí)跟蹤教學(xué)改革效果，課后作業(yè)是了解和跟蹤課程教學(xué)改革效果的有效途徑。在平時(shí)課后作業(yè)中，除了少量部分為課程所規(guī)定的內(nèi)容以外，其余作業(yè)為開(kāi)放式的大作業(yè)。開(kāi)放式作業(yè)沒(méi)有唯一答案，要求學(xué)生查閱相關(guān)文獻(xiàn)，并仔細(xì)閱讀后形成自己的理解。每次作業(yè)設(shè)置一個(gè)主題，涉及一個(gè)或者多個(gè)課程知識(shí)點(diǎn)，并將課程內(nèi)容與新興技術(shù)內(nèi)容融合在一起，讓學(xué)生闡述對(duì)課程內(nèi)容的理解，以及新興技術(shù)在機(jī)械制造技術(shù)上應(yīng)用的看法，并提出新興技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和方向。通過(guò)對(duì)作業(yè)的檢查，可以判斷學(xué)生是否掌握課程內(nèi)容，以及對(duì)新興技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)械制造技術(shù)融合發(fā)展的理解等，是教學(xué)改革效果反饋的有效途徑。課程考試是對(duì)課程改革效果的進(jìn)一步檢驗(yàn)，從理論上判斷學(xué)生對(duì)課程的掌握情況，也為課程改革提供了優(yōu)化方向。

3 結(jié)語(yǔ)

科技不斷發(fā)展，社會(huì)對(duì)機(jī)械類人才技能的需求也不斷提高。在新工科背景下，機(jī)械專業(yè)人才培養(yǎng)模式必須改革，以適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展。針對(duì)《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》課程改革，本文提出了一種基于新工科建設(shè)背景下的課程改革路線，并在教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)反饋等方面進(jìn)行了詳細(xì)闡述，為傳統(tǒng)機(jī)械課程改革提供了思路。