應(yīng)用型高校機(jī)械制造基礎(chǔ)課程教學(xué)創(chuàng)新與實(shí)踐

林權(quán)，劉其南，陳麗軍

（武夷學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，福建 武夷山 354300）

新工科旨在培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、跨界整合能力、高素質(zhì)復(fù)合型高級(jí)工程科技人才，武夷學(xué)院以建設(shè)特色鮮明的高水平的應(yīng)用型本科院校為辦學(xué)定位，為了進(jìn)一步提升畢業(yè)生的工程實(shí)踐能力，制定了機(jī)械類專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)是具有較強(qiáng)的工程應(yīng)用實(shí)踐及創(chuàng)新能力。機(jī)械制造基礎(chǔ)作為機(jī)械類專業(yè)核心課程，在專業(yè)素質(zhì)和技能方面要求學(xué)生具備選擇機(jī)械零件材料及制定熱處理的能力，要求掌握零件的切削加工方法和制訂工藝規(guī)程的能力。但是該課程理論性實(shí)踐性強(qiáng)，學(xué)生缺乏相應(yīng)工程實(shí)踐經(jīng)歷，傳統(tǒng)教學(xué)方式使學(xué)生感覺學(xué)習(xí)艱難，知識(shí)難以轉(zhuǎn)化應(yīng)用。課程組通過深入分析傳統(tǒng)教學(xué)存在的弊端，積極探索在新工科背景下適合武夷學(xué)院應(yīng)用型人才培養(yǎng)定位的“兩性一度”課程建設(shè)與教學(xué)改革模式，并取得了階段性教學(xué)成果，以期對(duì)其他類似課程教學(xué)改革提供參考經(jīng)驗(yàn)。

1 傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題

機(jī)械制造基礎(chǔ)課程不僅具有概念多、內(nèi)容廣、理論性及實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，還涉及材料、工藝等多方面知識(shí)，目前教學(xué)中普遍存在如下問題[1-4]：學(xué)生缺乏相應(yīng)工程實(shí)踐經(jīng)歷，僅僅通過課堂講授和課后復(fù)習(xí)，很難將知識(shí)點(diǎn)理解透徹，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高；課程部分教學(xué)內(nèi)容比較枯燥，且部分教師教學(xué)方法陳舊，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣缺乏；課程考核評(píng)價(jià)方式比較單一，通常采用期末閉卷終結(jié)性考核方式，成績(jī)占比較大，且平時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)定也較缺乏實(shí)質(zhì)性依據(jù)，不能真正測(cè)試學(xué)生的綜合應(yīng)用能力；課程思政融合困難，思政教育與專業(yè)知識(shí)教育切入點(diǎn)把握不到位，缺乏方法與載體。

2 “以學(xué)生為中心”的混合式教學(xué)改革

隨著信息技術(shù)、移動(dòng)技術(shù)在教學(xué)中廣泛應(yīng)用，線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)模式也逐步得到推廣，混合式教學(xué)通過轉(zhuǎn)變課程教學(xué)理念及創(chuàng)新教學(xué)方法，已經(jīng)成為提高教學(xué)質(zhì)量的有效手段[5-7]。在新工科背景下，如何結(jié)合各高校人才培養(yǎng)定位，實(shí)施課程教學(xué)改革與實(shí)踐已迫在眉睫，課題組提出以學(xué)生為中心的具有自身創(chuàng)新特色的混合式教學(xué)改革，有效地克服了傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題。

2.1 模塊化項(xiàng)目化教學(xué)內(nèi)容

課程組以培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用技術(shù)能力為核心，對(duì)課程體系和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重組和優(yōu)化，將課程內(nèi)容重構(gòu)為“四部分—七模塊—七項(xiàng)目”。四部分：第一部分為機(jī)械工程材料基礎(chǔ)知識(shí)部分，第二部分為熱加工毛坯成型部分，第三部分為機(jī)加工工藝基礎(chǔ)部分，第四部分為實(shí)踐環(huán)節(jié)。七模塊為工程材料基礎(chǔ)知識(shí)、金屬材料的強(qiáng)化與處理、常用金屬材料、鑄造、鍛造、焊接、金屬切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)應(yīng)七個(gè)模塊設(shè)計(jì)七個(gè)PBL分組項(xiàng)目，分別為PBL-1機(jī)械零件硬度測(cè)量及應(yīng)用分析、PBL-2金屬材料加工硬化理論及應(yīng)用、PBL-3鐵碳相圖應(yīng)用分析、PBL-4機(jī)床主軸的選材及熱處理工藝、PBL-5推動(dòng)架鑄件工藝實(shí)施、PBL-5傳動(dòng)軸自由鍛工藝設(shè)計(jì)、PBL-6叉架類零件選材與焊接工藝、PBL-7軸套類零件加工工藝設(shè)計(jì)。通過項(xiàng)目化教學(xué)，使理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，強(qiáng)化對(duì)學(xué)生的工程實(shí)踐能力培養(yǎng)和訓(xùn)練，由淺入深地把知識(shí)和技能滲透到項(xiàng)目任務(wù)的實(shí)施過程中。

2.2 “引用+自建”課程資源庫

線上資源的教學(xué)視頻主要引用武漢理工大學(xué)陳云老師的國(guó)家級(jí)精品在線課程，依據(jù)武夷學(xué)院地方應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)要求以及課程模塊化項(xiàng)目化教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)，整理選取了其中72個(gè)教學(xué)微視頻，總時(shí)長(zhǎng)約為670 min，安排學(xué)生依據(jù)教學(xué)進(jìn)度規(guī)劃線上自主學(xué)習(xí)。通過微視頻學(xué)習(xí)，學(xué)生可以提前明確課程學(xué)習(xí)的重難點(diǎn)，將未能完全理解的知識(shí)點(diǎn)及問題帶進(jìn)線下課堂，使課前學(xué)習(xí)具有針對(duì)性和目的性。但由于在線課程的資源存在局限性，課程組利用超星爾雅平臺(tái)自建課程網(wǎng)絡(luò)資源庫，主要包括：電子版教材教輔、習(xí)題庫、試卷庫、作業(yè)庫、生產(chǎn)視頻與動(dòng)畫集、實(shí)驗(yàn)資料，以及所有章節(jié)的課件、單元測(cè)驗(yàn)、機(jī)械制造相關(guān)工具手冊(cè)、先進(jìn)制造技術(shù)文獻(xiàn)等。通過“引用+自建”課程資源結(jié)合智慧教學(xué)工具為混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.3 基于信息化技術(shù)的翻轉(zhuǎn)課堂

依據(jù)布魯姆教學(xué)分類法，課題組基于信息化技術(shù)開展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)。

課前：感性認(rèn)知，提出問題。首先，教師在教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，確定學(xué)生自主學(xué)習(xí)目標(biāo)，為翻轉(zhuǎn)課堂順利進(jìn)行做好前置工作。其次，教師提前構(gòu)建好完整的教學(xué)體系，在自建課程資源庫中為學(xué)生提供多種學(xué)習(xí)資源。再次，學(xué)生學(xué)習(xí)遇到問題或疑難點(diǎn)可及時(shí)通過群組與教師或同學(xué)討論解決。為了保障學(xué)習(xí)效果，課題組教師選用學(xué)習(xí)通的監(jiān)控功能，檢測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，并根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度以及對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，以便后期課堂中給出針對(duì)性教學(xué)，如圖1為同學(xué)們答題正確率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計(jì)分析可知，第4、5、10題同學(xué)們掌握程度不佳，在課堂教學(xué)中可以針對(duì)性的進(jìn)行講解、互動(dòng)學(xué)習(xí)。

圖1 某題答題正確率統(tǒng)計(jì)分析Fig.1 Statistical analysis of the correct rate of a question

課中：完成理解，引出思考；探索發(fā)現(xiàn)，層層遞進(jìn)。根據(jù)課前任務(wù)完成反饋結(jié)果，教師依據(jù)答題正確率選擇性答疑評(píng)講，采用討論、搶答等方式，進(jìn)行全班交流，教師分享理解，統(tǒng)一基本認(rèn)知，對(duì)重難點(diǎn)以及學(xué)生掌握不足的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行課堂鞏固授課，并利用課程資源庫中相關(guān)生產(chǎn)視頻、動(dòng)畫庫、實(shí)踐案例等教學(xué)手段進(jìn)行輔助學(xué)生理解，通過案例解析進(jìn)行師生探討交流，層層遞進(jìn)，完成知識(shí)內(nèi)化，避免學(xué)生因?yàn)槿狈ο鄳?yīng)工程實(shí)踐經(jīng)歷而造成理解偏差。

由于機(jī)械制造基礎(chǔ)課程的應(yīng)用性和實(shí)踐性強(qiáng)，所以在教學(xué)過程中，為達(dá)到課程的理論知識(shí)與工程實(shí)踐相融合，滿足應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)要求，課題組利用PBL分組任務(wù)，打破理論與實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的分離，依據(jù)不同的項(xiàng)目任務(wù)將學(xué)生進(jìn)行分組，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式進(jìn)行互助學(xué)習(xí)，要求學(xué)生除了學(xué)習(xí)機(jī)械制造的基本理論知識(shí)外，還要求以傳動(dòng)軸、推動(dòng)架、齒輪等工程典型代表零件為例，進(jìn)行工程訓(xùn)練設(shè)計(jì)，完成一系列包括材料選擇、毛坯選擇、熱處理方式確定、工藝設(shè)計(jì)和匯報(bào)展示全過程的團(tuán)隊(duì)任務(wù)，使學(xué)生在團(tuán)隊(duì)合作中進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，提升自己的知識(shí)水平與能力，在學(xué)習(xí)中體會(huì)并發(fā)現(xiàn)樂趣，最后依據(jù)各項(xiàng)目組完成任務(wù)水平不同，給予不同的學(xué)習(xí)積分與評(píng)價(jià)，作為平時(shí)成績(jī)重要構(gòu)成部分，使得平時(shí)成績(jī)更具體化也更有依據(jù)性，經(jīng)過多年的嘗試，效果較好。

課后：知識(shí)拓展、挑戰(zhàn)提高；考核評(píng)價(jià)、教學(xué)反思。知識(shí)挑戰(zhàn)主要采用教師發(fā)布拓展研究主題方式，通過推送資料、在線答疑、跟蹤監(jiān)控項(xiàng)目、指導(dǎo)項(xiàng)目、輔導(dǎo)項(xiàng)目完成，學(xué)生通過接受任務(wù)，查找資料，在線咨詢，提出資料需求，小組討論及資料學(xué)習(xí)，實(shí)施完成拓展任務(wù)。教學(xué)反思主要通過教師在對(duì)任務(wù)運(yùn)作、作業(yè)批閱等過程中了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，利用智慧教學(xué)工具的數(shù)據(jù)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生掌握薄弱的地方，了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的接受、掌握、運(yùn)用程度，從而對(duì)疑難點(diǎn)做出解析，進(jìn)行教學(xué)進(jìn)度的調(diào)整，以及教學(xué)行為方式修正等。圖2為混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)體系框圖。

圖2 混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)體系Fig.2 The teaching system of the hybrid rollover class

2.4 以“職業(yè)素養(yǎng)提升”為核心的課程思政

課程組堅(jiān)持立德樹人的教學(xué)理念，修訂教學(xué)大綱，制定知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)、育人目標(biāo)，將思政教育內(nèi)容潛移默化地融入到課程主要內(nèi)容中，突顯課堂教學(xué)不僅僅是傳授專業(yè)理論知識(shí)，也是引領(lǐng)學(xué)生樹立正確的人生觀和價(jià)值觀的過程[8]，課程組以“職業(yè)素養(yǎng)提升”為核心，兼顧愛國(guó)主義、工匠精神等施展課程思政教育。在此以模塊七金屬切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)思政教育為例進(jìn)行說明，如表1所示。

表1 課程思政融合組織方式Tab.1 Organizational mode of ideological and political integration in curriculum

2.5 多元多對(duì)象評(píng)價(jià)改革

信息技術(shù)與高等教育的融合已然成為了一種必然的趨勢(shì)，課程評(píng)價(jià)作為課程建設(shè)重要組成環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)單一的考核模式已不適應(yīng)時(shí)代潮流[9-10]。因此，構(gòu)建符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)，注重過程性考核，尋求契合信息時(shí)代發(fā)展需求的課程考核評(píng)價(jià)機(jī)制是提升課程質(zhì)量的有力保障。課程組提出線上線下多元多對(duì)象評(píng)價(jià)改革機(jī)制，課程考核由以下兩部分構(gòu)成：期末終結(jié)性考核，滿分為100分，占比為50%；過程性考核，滿分為100分，占比為50%。其中過程性考核包括六個(gè)方面：線上課程訪問學(xué)習(xí)任務(wù)（課程視頻、文檔資料等任務(wù)點(diǎn)）占比為10%、課程互動(dòng)活動(dòng)占比為20%、單元測(cè)試及作業(yè)占比為30%、課程實(shí)驗(yàn)占比為10%、PBL分組任務(wù)占比為30%。課程組通過理論、實(shí)踐、課前、課后、線上、線下、知識(shí)、應(yīng)用等多元評(píng)價(jià)，結(jié)合個(gè)人、小組、教師多對(duì)象評(píng)價(jià)，實(shí)施過程性考核，具體構(gòu)成如下：

（1）線上課程訪問學(xué)習(xí)任務(wù)，包括課程視頻、文檔資料等任務(wù)點(diǎn)，根據(jù)訪問次數(shù)等于任務(wù)點(diǎn)數(shù)量按滿分計(jì)算，不足按網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)系統(tǒng)計(jì)算實(shí)際得分，滿分100分。

（2）線下課程活動(dòng)主要包括提問、討論、問卷、選人、搶答等，滿分100分。其中，討論：發(fā)布一個(gè)與當(dāng)前章節(jié)內(nèi)容相關(guān)的討論，得2分，參與討論的并切題前三名得分為3分、2分、2分，其余參與回復(fù)為1分，獲得一個(gè)贊得1分；搶答：依據(jù)回答正確次序，第一名3分，第二名2分，第三名1分。主題討論：參與討論且回答較正確，統(tǒng)一給2分，不正確不給分。問卷：參與問卷都給1分。提問：回答接近題意答案，則給分，統(tǒng)一為2分，不正確不給分。評(píng)分活動(dòng)：參與評(píng)分都給1分，若給分合理且能附上說明理由，則給2分。其他，依據(jù)課堂活動(dòng)開展實(shí)際需要。

（3）線上單元測(cè)試及平時(shí)作業(yè)，以教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為主，生生互評(píng)為輔，滿分100分。其中，單元作業(yè)設(shè)置30%以上比例的互評(píng)項(xiàng)目，增加了學(xué)生評(píng)價(jià)主體，使學(xué)生更加深入地參與到教學(xué)過程中，通過對(duì)自身的客觀評(píng)價(jià)和評(píng)價(jià)其他同學(xué)過程中的反思，使學(xué)生及時(shí)了解自身學(xué)習(xí)存在的優(yōu)勢(shì)與不足。使學(xué)生更加注重平時(shí)的學(xué)習(xí)和積累，提高了學(xué)生參與課堂教學(xué)的積極性和主動(dòng)性。

（4）課程實(shí)驗(yàn)成績(jī)，依據(jù)機(jī)械制造基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核評(píng)定辦法，單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)成績(jī)?yōu)椋壕€上預(yù)習(xí)30%+線下操作40%+線下報(bào)告30%”方式計(jì)算，實(shí)驗(yàn)總成績(jī)?nèi)「鱾€(gè)實(shí)驗(yàn)平均值，滿分100分。

（5）PBL分組任務(wù)，依據(jù)學(xué)生在七個(gè)分組任務(wù)活動(dòng)中獲得的分?jǐn)?shù)取均值，滿分100分。PBL項(xiàng)目任務(wù)流程為：課前發(fā)布、小組討論、小組實(shí)施提交，課中展示項(xiàng)目、匯報(bào)、提問答辯、評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)。PBL項(xiàng)目實(shí)施過程中，依據(jù)小組擔(dān)任角色不同，分為匯報(bào)組和答辯組，評(píng)分參考表2。

表2 PBL分組任務(wù)匯報(bào)評(píng)價(jià)Tab.2 PBL group task reporting evaluation

3 課程改革成效及評(píng)價(jià)

在學(xué)生學(xué)習(xí)方面，2020—2021學(xué)年第一學(xué)期，學(xué)生數(shù)為58人，在線章節(jié)學(xué)習(xí)為11 317人次，師生共發(fā)布話題數(shù)為46次，討論回復(fù)話題數(shù)為1 816人次，課堂互動(dòng)得分率為62%，PBL項(xiàng)目參與度為55.33%，課程綜合成績(jī)平均分為69.4分，學(xué)生課程評(píng)教結(jié)果為95.65分，參評(píng)率為97%。2021—2022學(xué)年第一學(xué)期，學(xué)生數(shù)為57人，在線章節(jié)學(xué)習(xí)為14 658人次，師生共發(fā)布話題數(shù)為74次，討論回復(fù)話題數(shù)為3 510人次，課堂互動(dòng)得分率為78%，PBL項(xiàng)目參與度為75.13%，課程綜合成績(jī)平均分為76.2分，學(xué)生課程評(píng)教結(jié)果為97.54分，參評(píng)率為100%。通過比較兩學(xué)期學(xué)習(xí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，獲知學(xué)生越發(fā)樂于參與課堂活動(dòng)，課程學(xué)習(xí)積極性顯著提高，也透過學(xué)生評(píng)價(jià)，不難發(fā)現(xiàn)該課程教學(xué)模式深受學(xué)生喜愛。在課程建設(shè)方面，該課程獲立福建省線上線下混合式一流本科課程，獲武夷學(xué)院第二屆創(chuàng)新教學(xué)大賽一等獎(jiǎng)，課程建設(shè)及改革成果作為申報(bào)為教學(xué)成果獎(jiǎng)重要部分，并獲校級(jí)一等獎(jiǎng)。在教學(xué)實(shí)踐方面，以該課程內(nèi)容為主的全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練競(jìng)賽，取得了不菲的成績(jī)，武夷學(xué)院學(xué)生連續(xù)三年賽事成績(jī)位居全省本科高校第一；機(jī)械制造作品入選2020年國(guó)家大創(chuàng)年會(huì)，福建省四所高校入選國(guó)家大創(chuàng)經(jīng)驗(yàn)交流項(xiàng)目，武夷學(xué)院占據(jù)其一。

4 課程資源更新與維護(hù)計(jì)劃

第一，課程建設(shè)調(diào)研常態(tài)化。課程組每學(xué)期開展一次專項(xiàng)調(diào)研，并以此為依據(jù)調(diào)整課程教學(xué)內(nèi)容，每年依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)建設(shè)調(diào)研結(jié)果，以及學(xué)校人才培養(yǎng)方案的修整，按需調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。

第二，教學(xué)資源收錄整理常態(tài)化。課程組廣泛采集遴選全國(guó)高校同行開發(fā)的優(yōu)質(zhì)或特色資源素材，不斷充實(shí)與更新教學(xué)資源庫，輔助學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

第三，完善拓展項(xiàng)目結(jié)合地方制造業(yè)應(yīng)用需求機(jī)制。通過課程組教師與機(jī)械行業(yè)工程技術(shù)人員在技術(shù)項(xiàng)目、專業(yè)實(shí)踐合作，及時(shí)吸納與就業(yè)崗位相關(guān)的技術(shù)工作內(nèi)容，保證課程內(nèi)容的及時(shí)性與應(yīng)用性。

第四，強(qiáng)化學(xué)期初“導(dǎo)入課”的作用。導(dǎo)入課即學(xué)生接觸新課程課的第一環(huán)節(jié)，這個(gè)環(huán)節(jié)順利通過，則可以指導(dǎo)學(xué)生輕松敲開學(xué)習(xí)新課程的大門，把握課程的主要研究?jī)?nèi)容和性質(zhì)。

5 結(jié)語

經(jīng)過三年的課程建設(shè)與改革，機(jī)械制造基礎(chǔ)課程逐漸形成以信息化技術(shù)為基礎(chǔ)，采用案例法、研討法、PBL分組任務(wù)法等多種教學(xué)方法組合的多元多對(duì)象評(píng)價(jià)考核的線上線下混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，解決了傳統(tǒng)課堂授課過程中存在的弊端，突顯教學(xué)生“學(xué)”的特性，強(qiáng)化人才培養(yǎng)的中心地位，促進(jìn)學(xué)習(xí)成果產(chǎn)出，教學(xué)質(zhì)量不斷提高，并獲得豐富的教學(xué)成果，形成有深度和推廣價(jià)值的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以期能對(duì)其他專業(yè)課程建設(shè)和教學(xué)改革提供參考。