基于案例貫穿的機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)課程群建設(shè)探索

吳立軍，馬春紅，徐 進(jìn)

（浙江科技學(xué)院機(jī)械與能源工程學(xué)院 浙江 杭州 310013）

長(zhǎng)三角地區(qū)是我國(guó)重要的高端裝備研發(fā)、設(shè)計(jì)和制造基地，裝備制造業(yè)從業(yè)人員占比比全國(guó)高近8 個(gè)百分點(diǎn)，具有較好的高端裝備制造基礎(chǔ)[1]。面向這一區(qū)域的發(fā)展需求，結(jié)合工程教育認(rèn)證、卓越工程師計(jì)劃、產(chǎn)教融合等背景，長(zhǎng)三角地區(qū)對(duì)高校機(jī)械等基礎(chǔ)技術(shù)專業(yè)工程教育人才的培養(yǎng)提出了更高的要求，探索教學(xué)改革模式以提升學(xué)生解決重大工程技術(shù)問(wèn)題的能力成為人才培養(yǎng)過(guò)程中亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題[2]。

作為機(jī)械類課程體系的重要組成部分，機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)課程群對(duì)培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力所需的知識(shí)、素質(zhì)和能力結(jié)構(gòu)具有重要作用[3]，其學(xué)習(xí)效果直接影響學(xué)生對(duì)后續(xù)專業(yè)知識(shí)的理解和掌握水平及對(duì)相關(guān)工程問(wèn)題的解決能力?，F(xiàn)有的教學(xué)改革探索了通過(guò)產(chǎn)教融合、典型案例貫穿式融入課程群建設(shè)方案[4-5]，在提升學(xué)生應(yīng)用能力方面獲得較好的效果。因此，為提升學(xué)生工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)適應(yīng)區(qū)域產(chǎn)業(yè)需求的應(yīng)用型人才，本文探索了案例貫穿的機(jī)械類專業(yè)基礎(chǔ)課程群建設(shè)方法。

1 機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)課程群建設(shè)目標(biāo)及現(xiàn)狀分析

機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)課程群通常包括機(jī)械制圖和機(jī)械制圖實(shí)踐、理論力學(xué)和材料力學(xué)、機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)、金工實(shí)訓(xùn)、工程材料、機(jī)械精度設(shè)計(jì)與測(cè)量等課程，通過(guò)系統(tǒng)全面的基礎(chǔ)課程教學(xué)，使學(xué)生掌握機(jī)械工程領(lǐng)域工程問(wèn)題的分析和計(jì)算、建模和仿真、設(shè)計(jì)和制造等系統(tǒng)問(wèn)題的解決方法，培養(yǎng)厚基礎(chǔ)、寬口徑的機(jī)械領(lǐng)域高素質(zhì)應(yīng)用型人才，并為后續(xù)專業(yè)課程的開展奠定基礎(chǔ)。但在課程群建設(shè)過(guò)程中，往往存在以下問(wèn)題：

1.1 課程資源銜接度不夠，知識(shí)難以融合

實(shí)際教學(xué)中，教學(xué)資源多以課程為單位開發(fā)，導(dǎo)致課程之間相互隔閡，學(xué)生難以將各課程學(xué)到的知識(shí)融會(huì)貫通。不同的課程單元存在知識(shí)點(diǎn)重復(fù)、同一概念在不同課程上的表達(dá)不一致等問(wèn)題，導(dǎo)致教學(xué)課時(shí)的浪費(fèi)、學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)理解困難，甚至產(chǎn)生厭學(xué)情緒。

1.2 缺乏系統(tǒng)化案例，難以滿足企業(yè)對(duì)復(fù)合型人才的需求

隨著科技的發(fā)展，機(jī)械類行業(yè)對(duì)崗位能力的需求向著多元化、復(fù)合型發(fā)展[6]，而傳統(tǒng)基礎(chǔ)課程體系主要面向單項(xiàng)能力培養(yǎng)。教學(xué)中所選的案例往往依賴于教師本人的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，具有明顯的差異化；且案例選取側(cè)重對(duì)某一知識(shí)點(diǎn)的講解和拓展，沒(méi)有系統(tǒng)性案例可循，這就導(dǎo)致學(xué)生所學(xué)的知識(shí)零散、缺乏落腳點(diǎn)，無(wú)法形成指導(dǎo)實(shí)踐的系統(tǒng)性知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。以檢驗(yàn)學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力的畢業(yè)設(shè)計(jì)為例，往往學(xué)生所提交的設(shè)計(jì)方案難以落地，特別是涉及工藝、精度、仿真分析和裝配等方面的問(wèn)題較多，且對(duì)于設(shè)計(jì)中的細(xì)節(jié)問(wèn)題學(xué)生往往知其然不知其所以然，更不必說(shuō)利用所學(xué)解決工程實(shí)際問(wèn)題。

1.3 單向講授和開環(huán)評(píng)價(jià)體系，制約了學(xué)生綜合能力的提升

機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)課程具有理論性強(qiáng)的特點(diǎn)，教師通常采用傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式進(jìn)行授課。傳統(tǒng)課堂教學(xué)是以教師為中心進(jìn)行特定教學(xué)內(nèi)容的傳授，以作業(yè)和考試等形式進(jìn)行考核評(píng)價(jià)的授課方式。這種由教師到學(xué)生的單向講授方式和開環(huán)評(píng)價(jià)體系，無(wú)法及時(shí)反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，使學(xué)生不能正確定位自身學(xué)習(xí)水平、了解學(xué)習(xí)方向，影響學(xué)習(xí)積極性；教師不能及時(shí)調(diào)整授課策略，無(wú)法兼顧不同學(xué)習(xí)程度的學(xué)生、也無(wú)法為不同層次的學(xué)生提供發(fā)展臺(tái)階，最終使學(xué)生只重視期末成績(jī)而忽視學(xué)習(xí)過(guò)程和能力培養(yǎng)，所學(xué)知識(shí)無(wú)法內(nèi)化。

針對(duì)上述問(wèn)題，課程組探索了課程融合的教學(xué)模式，通過(guò)解構(gòu)工程實(shí)際產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到出廠的生產(chǎn)全過(guò)程，形成系統(tǒng)化教學(xué)資源庫(kù)，并依托移動(dòng)課堂平臺(tái)融入各課程教學(xué)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)案例貫穿的課程群建設(shè)，完善了發(fā)展性評(píng)價(jià)體系，打破了課程間、學(xué)校與企業(yè)間的壁壘，以適應(yīng)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)需求。

2 機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)課程群建設(shè)方案

2.1 基于生產(chǎn)全過(guò)程的學(xué)習(xí)資源開發(fā)

2.1.1 貫穿式案例素材庫(kù)建設(shè)

產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到出廠一般需要經(jīng)歷產(chǎn)品設(shè)計(jì)、2D 和3D建模、仿真分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、加工工藝規(guī)劃、數(shù)控編程與加工、裝配與調(diào)試等環(huán)節(jié)。為了形成系統(tǒng)性教學(xué)資源，課程組與工業(yè)企業(yè)合作，以典型機(jī)械產(chǎn)品一級(jí)圓柱齒輪減速器為貫穿案例，拆解生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)，跟蹤生產(chǎn)過(guò)程中的全部數(shù)據(jù)，形成貫穿生產(chǎn)全過(guò)程的教學(xué)案例素材，如圖1 所示。

圖1 貫穿案例素材庫(kù)總體結(jié)構(gòu)

以減速器生產(chǎn)全過(guò)程貫穿整個(gè)機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)課程群教學(xué)，讓學(xué)生了解從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到制造、從生產(chǎn)過(guò)程到商務(wù)交流的整體過(guò)程，打破課堂教學(xué)和生產(chǎn)實(shí)際之間的壁壘，實(shí)現(xiàn)各個(gè)專業(yè)課程知識(shí)在實(shí)踐中的融合和應(yīng)用。

2.1.2 貫穿式案例資源建設(shè)

課程群建設(shè)仍然是以課程為單位執(zhí)行，因此在教學(xué)時(shí)將工程案例進(jìn)行拆解，融入各門課程，實(shí)現(xiàn)課程聯(lián)通，并與工業(yè)現(xiàn)狀同步。以一級(jí)齒輪減速器中齒輪軸的設(shè)計(jì)生產(chǎn)全過(guò)程貫穿課程教學(xué)為例，如圖2 所示?；谒夭膸?kù)的課程設(shè)計(jì)，可有效減少因課程體系不同導(dǎo)致的知識(shí)點(diǎn)重復(fù)問(wèn)題，節(jié)約課堂時(shí)間，從而可以使課堂內(nèi)容更豐富；同時(shí)，也可提高教師的備課效率，改善因?qū)嵺`經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致的課堂應(yīng)用性差等問(wèn)題。

圖2 齒輪軸貫穿式案例資源建設(shè)

優(yōu)選的真實(shí)工業(yè)案例一方面可以使學(xué)生認(rèn)識(shí)工程實(shí)際，另一方面可以使學(xué)生了解所學(xué)課程的實(shí)際應(yīng)用，從而提升學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣。

2.1.3 課程群學(xué)習(xí)資源建設(shè)

除了貫穿案例素材庫(kù)，課程群學(xué)習(xí)資源還包括：①工程案例素材庫(kù)中素材所對(duì)應(yīng)的課程及相關(guān)的習(xí)題、試題、虛擬仿真軟件等；②課程群對(duì)應(yīng)各門課程已有的資源，包括PPT、工程文檔、案例、視頻、前沿技術(shù)及其應(yīng)用等；③各課程的習(xí)題庫(kù)、試題庫(kù)等學(xué)習(xí)資源，以便檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

2.2 基于移動(dòng)課堂的統(tǒng)一平臺(tái)建設(shè)

傳統(tǒng)的教學(xué)手段依靠教師對(duì)課堂信息的數(shù)據(jù)采集、分析，形成評(píng)價(jià)反饋給學(xué)生，一方面可能導(dǎo)致工作量大、數(shù)據(jù)采集不全，另一方面反饋延后，影響學(xué)生對(duì)自身學(xué)習(xí)層次的判斷。隨著技術(shù)的發(fā)展，各種教學(xué)分析軟件涌現(xiàn)，為提高教學(xué)效率提供可行的方案，本文選取“學(xué)唄課堂”作為教學(xué)平臺(tái)。平臺(tái)包括三個(gè)模塊：資源中心、課程教學(xué)和智慧評(píng)估，如圖3 所示。

圖3 基于移動(dòng)課堂的統(tǒng)一平臺(tái)建設(shè)

其中，資源中心模塊不僅可實(shí)現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)品全生產(chǎn)周期設(shè)計(jì)案例庫(kù)與機(jī)械制圖、力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、精度等相關(guān)基礎(chǔ)課程深度融合，也可通過(guò)不同課程知識(shí)的融會(huì)貫通，實(shí)現(xiàn)課程群統(tǒng)一規(guī)劃的課程建設(shè)；還通過(guò)平臺(tái)整合，方便學(xué)生隨時(shí)調(diào)閱資源中心的數(shù)據(jù)，通過(guò)課程資源庫(kù)、試題庫(kù)、虛擬仿真軟件庫(kù)，實(shí)現(xiàn)課程群的教學(xué)資源管理與分發(fā)，實(shí)現(xiàn)各門課程、各知識(shí)點(diǎn)無(wú)障礙地學(xué)習(xí)、回顧、評(píng)估及強(qiáng)化。

課程教學(xué)模塊涵蓋了教學(xué)全流程，可配合教師的教學(xué)理念、教學(xué)方法，優(yōu)化課堂教學(xué)，避免不同課程相同知識(shí)點(diǎn)的重復(fù)講解。如可通過(guò)導(dǎo)學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂，并基于導(dǎo)學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)情分析，適時(shí)地調(diào)整教學(xué)策略；教師可通過(guò)課堂上的互動(dòng)、答題、隨堂測(cè)試、小組討論等環(huán)節(jié)，提升課堂的趣味性和學(xué)生對(duì)知識(shí)的獲得感，并基于所形成的數(shù)據(jù)進(jìn)行教學(xué)反饋，實(shí)現(xiàn)分層教學(xué)、閉環(huán)評(píng)價(jià)；還可通過(guò)作業(yè)、練考寶典、階段性考試等環(huán)節(jié)，檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果與開展達(dá)成度評(píng)價(jià)。

智慧教學(xué)評(píng)估模塊基于平臺(tái)所收集的各個(gè)環(huán)節(jié)學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，對(duì)學(xué)情進(jìn)行分析和診斷，并及時(shí)反饋給教師和學(xué)生，教師針對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行教學(xué)策略調(diào)整，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)教學(xué)死角，及時(shí)鞏固并實(shí)施教學(xué)改進(jìn)，促進(jìn)課程建設(shè)的持續(xù)進(jìn)行。

3.3 實(shí)時(shí)反饋的發(fā)展性評(píng)價(jià)體系

通過(guò)教學(xué)評(píng)估系統(tǒng)產(chǎn)生的過(guò)程數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)反饋與評(píng)價(jià)，結(jié)合發(fā)展性評(píng)價(jià)方式完善課程群建設(shè)的發(fā)展性評(píng)價(jià)體系，如圖4 所示（p67）。發(fā)展性評(píng)價(jià)是指針對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中學(xué)生提交的材料進(jìn)行評(píng)價(jià)，按照所屬等級(jí)學(xué)生進(jìn)行定位，并通過(guò)不同等級(jí)之間的關(guān)系，為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)指明方向。教師基于發(fā)展性評(píng)價(jià)方法，結(jié)合學(xué)生當(dāng)前的學(xué)習(xí)情況，從理性的角度為學(xué)生定位，并為學(xué)生設(shè)置“夠一夠就能達(dá)到的目標(biāo)”，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性；通過(guò)教學(xué)目標(biāo)的合理設(shè)置，讓學(xué)生充分明確技術(shù)動(dòng)向和自身發(fā)展方向，實(shí)現(xiàn)分層次教學(xué)的同時(shí)，還為不同學(xué)生提供學(xué)習(xí)引導(dǎo)。

圖4 發(fā)展性評(píng)價(jià)體系

教學(xué)評(píng)價(jià)分為初階、中階和高階目標(biāo)，初階目標(biāo)設(shè)置重在對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，進(jìn)階目標(biāo)為能夠開展同類產(chǎn)品的模仿設(shè)計(jì)；中階目標(biāo)強(qiáng)調(diào)對(duì)知識(shí)的應(yīng)用，可根據(jù)所給的工程案例，開展模仿設(shè)計(jì)和部分改型的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，旨在加強(qiáng)學(xué)生對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理解和所學(xué)科目的知識(shí)強(qiáng)化，進(jìn)階目標(biāo)為綜合設(shè)計(jì)與分析能力的提升；高階目標(biāo)強(qiáng)調(diào)對(duì)知識(shí)的內(nèi)化和知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，使學(xué)生能夠應(yīng)對(duì)工程設(shè)計(jì)中可能存在的問(wèn)題、具備應(yīng)對(duì)突發(fā)問(wèn)題和統(tǒng)籌解決工程設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)節(jié)問(wèn)題的能力。

通過(guò)發(fā)展性評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建，使學(xué)生客觀掌握自身的學(xué)習(xí)水平，針對(duì)性開展下一步學(xué)習(xí)規(guī)劃。通過(guò)教學(xué)反饋和教師的引導(dǎo)性指導(dǎo)，使各個(gè)層次的學(xué)生都有所得。

3 結(jié)論

本文從教學(xué)資源、信息化教學(xué)平臺(tái)、教學(xué)評(píng)估等方面入手，對(duì)機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)課程群進(jìn)行教學(xué)改革。基于移動(dòng)課堂教學(xué)平臺(tái)，通過(guò)課程群的統(tǒng)一規(guī)劃，減少了交叉重疊課程教學(xué)時(shí)間；基于減速器案例構(gòu)建了設(shè)計(jì)制造全過(guò)程的機(jī)械課程群建設(shè)體系，提升了學(xué)生系統(tǒng)分析問(wèn)題和解決工程問(wèn)題的能力，對(duì)于新形勢(shì)下機(jī)械類專業(yè)基礎(chǔ)課程群的教學(xué)改革具有一定的參考意義。