新工科背景下“機(jī)械制造基礎(chǔ)”課程改革探索與實(shí)踐

陳暉，朱海，劉林

（東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，哈爾濱 150040）

0 引言

目前，新工科建設(shè)背景下，高等教育培養(yǎng)面向未來(lái)適應(yīng)新產(chǎn)業(yè)新技術(shù)的高層次機(jī)械工程人才，應(yīng)使學(xué)生具備工程創(chuàng)新思維、解決復(fù)雜工程實(shí)際問(wèn)題和國(guó)際視野的能力。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式已經(jīng)不能適應(yīng)人才培養(yǎng)需求，基于“新工科”建設(shè)和工程教育專業(yè)認(rèn)證理念，開(kāi)展教學(xué)模式和課程改革的研究與實(shí)踐持續(xù)進(jìn)行[1-2]。

“機(jī)械制造基礎(chǔ)”課程是機(jī)械類和近機(jī)械類專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課程，課程在金工實(shí)習(xí)實(shí)踐教學(xué)的基礎(chǔ)上，在知識(shí)層面上，能夠?qū)Φ湫土慵闹圃旃に囘^(guò)程進(jìn)行分析和解釋，得到合理有效的結(jié)論，能夠從多種制造方案中選擇最優(yōu)方案，體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，為解決復(fù)雜工程問(wèn)題打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的機(jī)械制造基礎(chǔ)課程教學(xué)方法和課程形態(tài)存在知識(shí)、能力、思政教育相對(duì)獨(dú)立，課程功能單一，形式陳舊的問(wèn)題。課程之間相互聯(lián)系松散、鏈接缺少精細(xì)設(shè)計(jì)，由此構(gòu)建的課程體系中，大學(xué)生能力要求深度不足[3-4]。本文針對(duì)當(dāng)前機(jī)械制造基礎(chǔ)課程教學(xué)出現(xiàn)的問(wèn)題，以學(xué)生綜合能力提升為目標(biāo)，從課程體系構(gòu)建、教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、教學(xué)過(guò)程和考核評(píng)價(jià)機(jī)制幾方面教學(xué)改革，對(duì)未來(lái)機(jī)械工程師進(jìn)行課程的知識(shí)、能力和素質(zhì)目標(biāo)的綜合培養(yǎng)。

1 課程簡(jiǎn)介

1.1 課程概述

“機(jī)械制造基礎(chǔ)”是高等院校機(jī)械類、近機(jī)械類專業(yè)的重要的學(xué)科基礎(chǔ)課，是機(jī)械類本科專業(yè)的主干課程之一。該課程是機(jī)械類和近機(jī)械類學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、先進(jìn)制造技術(shù)、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)、機(jī)械制造工藝學(xué)等專業(yè)課程的先修課。我校從東林機(jī)械類專業(yè)設(shè)立伊始就開(kāi)始了“機(jī)械制造基礎(chǔ)”課程，數(shù)十年來(lái)授課教師們不斷進(jìn)行教學(xué)改革和探索，積累了豐富的教學(xué)改革實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。教學(xué)團(tuán)隊(duì)2006年建設(shè)了校級(jí)精品課程，2016年起展開(kāi)機(jī)械制造基礎(chǔ)系列課程的在線課程的建設(shè)并持續(xù)改進(jìn)研究，實(shí)現(xiàn)從線下教學(xué)到線上線下混合式教學(xué)的轉(zhuǎn)變。

1.2 擬解決的痛點(diǎn)問(wèn)題

“機(jī)械制造基礎(chǔ)”課程作為機(jī)械類和近機(jī)械類專業(yè)的必修學(xué)科基礎(chǔ)課程，傳統(tǒng)課程體系、教學(xué)內(nèi)容及實(shí)踐教學(xué)等方面普遍存在以下問(wèn)題：1）教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)設(shè)計(jì)形式單一、課堂教學(xué)量大、不能激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生對(duì)各章節(jié)之間的聯(lián)系和課程間的聯(lián)系缺乏清晰的認(rèn)識(shí)，對(duì)新材料、新工藝的認(rèn)知較慢。2）傳統(tǒng)授課方式重理論、輕實(shí)踐，理論聯(lián)系實(shí)際不足，學(xué)生面向工程應(yīng)用場(chǎng)合的適應(yīng)能力不足。3）考核內(nèi)容、形式和評(píng)價(jià)體系不夠科學(xué)。期末試卷考核內(nèi)容主要以基本理論為主，缺少工程應(yīng)用的分析綜合類題目；平時(shí)成績(jī)考核方式主要以數(shù)次作業(yè)和出勤狀況評(píng)定，缺少過(guò)程性評(píng)價(jià)和即時(shí)的成績(jī)反饋，學(xué)生在考前幾日進(jìn)行死記硬背，知識(shí)的理解和運(yùn)用未能內(nèi)化和深化。

2 課程改革思路

2.1 課程目標(biāo)

本課程的建設(shè)基于國(guó)際工程教育專業(yè)認(rèn)證和國(guó)家級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)，持續(xù)改進(jìn)。課程目標(biāo)為：1）知識(shí)目標(biāo)。掌握機(jī)械零件成型方法和機(jī)械加工的工藝過(guò)程、結(jié)構(gòu)要求及影響要素等機(jī)械制造方面的基礎(chǔ)理論知識(shí)。2）能力目標(biāo)。能夠?qū)⑺鶎W(xué)機(jī)械制造理論知識(shí)與工程應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，根據(jù)工程實(shí)際從多種制造方案中選擇最優(yōu)方案，體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)。了解機(jī)械工程領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)和前沿技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生終生學(xué)習(xí)的能力。3）素質(zhì)目標(biāo)。強(qiáng)化學(xué)生工程倫理教育，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的大國(guó)工匠精神，能夠綜合運(yùn)用安全、質(zhì)量、環(huán)保等知識(shí)，適應(yīng)新工科復(fù)合型工程人才。

2.2 教學(xué)設(shè)計(jì)思路

針對(duì)上述痛點(diǎn)問(wèn)題，構(gòu)建新的機(jī)械制造基礎(chǔ)課程內(nèi)容體系，既體現(xiàn)課程自身的基礎(chǔ)性，又體現(xiàn)課程的先進(jìn)性；結(jié)合工程案例，提高學(xué)生知識(shí)內(nèi)化和應(yīng)用知識(shí)能力，培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才；開(kāi)展多元化系統(tǒng)化考核方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)中知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)的達(dá)成。

課程基于超星學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺(tái)，采用線上線下混合式教學(xué)，循序漸進(jìn)將“基礎(chǔ)理論強(qiáng)化→工程案例分析→典型零件工藝規(guī)程擬定→結(jié)合學(xué)科競(jìng)賽的創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目”融入課程教學(xué)中，使課程保證自身基礎(chǔ)性的同時(shí)具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，全方面進(jìn)行知識(shí)能力素質(zhì)的培養(yǎng)，如圖1所示。

圖1 教學(xué)設(shè)計(jì)思路

3 課程改革實(shí)踐

機(jī)械制造基礎(chǔ)課程在新工科建設(shè)背景下，工程教育專業(yè)認(rèn)證推動(dòng)下，課題教學(xué)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)不斷研討和實(shí)踐，基于超星學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，進(jìn)行課程內(nèi)容及資源建設(shè)，并不斷持續(xù)改進(jìn)應(yīng)用于線上線下混合式教學(xué)實(shí)踐中。

3.1 課程內(nèi)容及資源建設(shè)

構(gòu)建培養(yǎng)適應(yīng)未來(lái)“新工科”機(jī)械工程師人才的機(jī)械制造基礎(chǔ)課程內(nèi)容體系，既體現(xiàn)課程自身的基礎(chǔ)性，又體現(xiàn)課程的先進(jìn)性和實(shí)踐性，融合專業(yè)知識(shí)和育人元素。

基于超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)，進(jìn)行在線課程建設(shè)，根據(jù)課程目標(biāo)，每章節(jié)課程內(nèi)容由思維導(dǎo)圖及教學(xué)要點(diǎn)、課程PPT、視頻資源、擴(kuò)展資源、工程案例、思政話題及思考題等組成，并隨著新工藝、新技術(shù)、新業(yè)態(tài)的出現(xiàn)不斷更新改進(jìn)，如圖2所示。

圖2 課程內(nèi)容與資源

課程建設(shè)資料庫(kù)、作業(yè)庫(kù)、試卷庫(kù)、活動(dòng)庫(kù)、討論庫(kù)、PBL分組任務(wù)、擴(kuò)展資源等課程資源庫(kù)，便于學(xué)生預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，并延伸課堂開(kāi)拓視野。

3.2 課程改革實(shí)施

1）將課程思政寓于課程。以講故事、線上主題討論、線下討論等多種方式實(shí)施課程思政建設(shè)，如在講解鉆孔時(shí)增加有關(guān)“倪志福群鉆的故事”線上主題討論；在講解鍛造時(shí)，引入“中國(guó)模鍛之父”曾蘇民院士的故事和我國(guó)自行研制的8萬(wàn)噸級(jí)大型模鍛壓機(jī)，做到育人教育，使學(xué)生能自然接受，一方面引導(dǎo)學(xué)生勤于思考勇于創(chuàng)新，一方面介紹了書(shū)本上沒(méi)有的新技術(shù)。有效激發(fā)學(xué)生科技強(qiáng)國(guó)的愛(ài)國(guó)熱情，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的理解、掌握、拓展與深化。

2）將生態(tài)文明融入課程。生態(tài)文明素質(zhì)教育通過(guò)課堂、線上主題討論和作業(yè)的方式實(shí)施，促進(jìn)學(xué)生思考環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題。如在講解熱加工時(shí)，除了滲入工匠精神等思政元素之外，還融入“綠色鑄造”“綠色焊接”的理念，提出問(wèn)題引發(fā)思考。在學(xué)習(xí)通線上發(fā)布相關(guān)綠色環(huán)保的文獻(xiàn)提示同學(xué)進(jìn)行思考，線下課堂進(jìn)行小組討論，學(xué)生主動(dòng)思考，提出問(wèn)題并思考解決問(wèn)題的方案，達(dá)到生態(tài)文明素質(zhì)的提高。

3）基于工程案例的分組項(xiàng)目。課堂教學(xué)引入機(jī)械制造工藝的各種工程案例，提出問(wèn)題，并通過(guò)超星學(xué)習(xí)通搶答、發(fā)放問(wèn)卷和主題討論等課堂互動(dòng)的形式引發(fā)思考展開(kāi)討論，并計(jì)入過(guò)程學(xué)習(xí)的考核成績(jī)。比如在講解焊接應(yīng)力的時(shí)候，討論焊接應(yīng)力的危害、形成的原因及多種解決措施，培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力、創(chuàng)新意識(shí)及工程思維?；诘湫土慵庸すに囘^(guò)程的分組項(xiàng)目（PBL）的實(shí)施，設(shè)置任務(wù)情境，小組討論互動(dòng)，讓學(xué)生在查閱文獻(xiàn)過(guò)程中將材料的選擇、毛坯的成型、熱處理工藝及機(jī)械加工等機(jī)械零件加工工藝全過(guò)程等知識(shí)點(diǎn)梳理并應(yīng)用于工程實(shí)踐，同時(shí)提高語(yǔ)言表達(dá)能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。學(xué)生討論后將小組項(xiàng)目上傳學(xué)習(xí)通平臺(tái)并進(jìn)行教師評(píng)價(jià)及學(xué)生間互評(píng)，提高學(xué)習(xí)興趣，致力于培養(yǎng)高素質(zhì)機(jī)械工程師人才。

4）國(guó)際視野的拓展。新工科的理念將面向未來(lái)的學(xué)科前沿和行業(yè)需求，重視國(guó)際化視野，從而培養(yǎng)更符合未來(lái)社會(huì)需要的高層次創(chuàng)新人才。課程資源中既涵蓋傳統(tǒng)機(jī)械制造理論基礎(chǔ)的英文資料，又包含新材料、新工藝及先進(jìn)制造技術(shù)的前沿性英文資料。結(jié)合小組項(xiàng)目，通過(guò)“查閱文獻(xiàn)→整理文獻(xiàn)→撰寫(xiě)PPT→英文匯報(bào)→小組討論”的方式提高學(xué)生多項(xiàng)能力并開(kāi)拓視野，提高自我學(xué)習(xí)的能力。

5）結(jié)合教師科研，將教師的科研實(shí)例融入課堂。將課程基礎(chǔ)性和先進(jìn)性融合，既有利于學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的把握，又有利于學(xué)生了解科技前沿[5]。如在講解鑄造縮孔縮松缺陷時(shí)將教師科研實(shí)物TiAl鑄件（用于航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片）在教室中展示，既分析了基礎(chǔ)理論并觀察縮孔縮松缺陷，又了解了先進(jìn)材料及制造工藝，引發(fā)對(duì)學(xué)科前沿的濃厚興趣。課堂上教師請(qǐng)同學(xué)分享金工實(shí)習(xí)3D打印作品或激光切割作品，親身經(jīng)歷使學(xué)生易于接受新工藝，隨后教師分享科研中激光燒結(jié)3D打印實(shí)物，讓同學(xué)了解激光加工的同時(shí)也了解其它的3D打印方法。

3.3 考核評(píng)價(jià)改革

基于超星學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，機(jī)械制造基礎(chǔ)課程采用線上線下混合式教學(xué)模式，教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中不斷改進(jìn)與之相適應(yīng)的課程考核體系。由過(guò)程性考核、階段考核和期末考試結(jié)合，考查學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)、實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、思辨能力和創(chuàng)新素質(zhì)。過(guò)程性考核采用超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)統(tǒng)計(jì)線上過(guò)程學(xué)習(xí)，由章節(jié)學(xué)習(xí)、課堂互動(dòng)、討論、線上作業(yè)和線上測(cè)試、項(xiàng)目分組任務(wù)（PBL）等組成?？己嗽u(píng)價(jià)構(gòu)成如圖3所示。

圖3 考核評(píng)價(jià)構(gòu)成

通過(guò)學(xué)習(xí)通資源中章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)考查學(xué)生參與線上學(xué)習(xí)的情況，學(xué)生根據(jù)教師要求及興趣進(jìn)行課程內(nèi)容、視頻講解、拓展資源、思政話題等的學(xué)習(xí)并參與討論。選人、搶答、課堂測(cè)試、投票及問(wèn)卷等豐富的課堂互動(dòng)，可以廣泛引起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，不僅通過(guò)超星學(xué)習(xí)通系統(tǒng)記錄過(guò)程學(xué)習(xí)分值，亦可進(jìn)行學(xué)情分析，獲得實(shí)時(shí)反饋，并據(jù)此調(diào)整下一階段的教學(xué)，并有針對(duì)性地對(duì)落后同學(xué)進(jìn)行單獨(dú)輔導(dǎo)。

以作業(yè)形式發(fā)布思維導(dǎo)圖任務(wù)，學(xué)生通過(guò)認(rèn)真思考來(lái)梳理知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，建立章節(jié)及課程的邏輯關(guān)系[6]。提交的思維導(dǎo)圖作業(yè)通過(guò)教師評(píng)分及學(xué)生間互評(píng)的形式計(jì)入過(guò)程考核成績(jī)，教師擇優(yōu)選出部分匿名思維導(dǎo)圖作品并以問(wèn)卷的形式讓學(xué)生投票選出3個(gè)或5個(gè)優(yōu)秀思維導(dǎo)圖，教師對(duì)其額外加分。

基于超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)“統(tǒng)計(jì)”功能，對(duì)于線上及線下的各種測(cè)試及活動(dòng)，保證了過(guò)程成績(jī)核算的完整及公平性。

4 改革成效

通過(guò)課程強(qiáng)化學(xué)生扎實(shí)的機(jī)械制造基礎(chǔ)知識(shí)，又通過(guò)引入工程案例培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新思維，實(shí)現(xiàn)知識(shí)、能力和素質(zhì)的綜合培養(yǎng)。結(jié)合課程思政的主題討論提高了愛(ài)國(guó)情懷，全人教育取得進(jìn)步。通過(guò)與專業(yè)平行班成績(jī)對(duì)比，全面實(shí)施教學(xué)改革班級(jí)的優(yōu)良率好于普通班級(jí)的優(yōu)良率。持續(xù)實(shí)施教學(xué)改革的2020級(jí)優(yōu)秀良好比例高于2019級(jí)優(yōu)秀良好比例，持續(xù)教學(xué)改革取得良好效果，綜合成績(jī)對(duì)比如圖4所示。此外，所授班級(jí)同學(xué)積極參加學(xué)科競(jìng)賽并在2023年全國(guó)大學(xué)生金相技能大賽和中國(guó)大學(xué)生機(jī)械工程創(chuàng)新創(chuàng)意大賽等國(guó)家級(jí)比賽中取得優(yōu)異成績(jī)，課程綜合能力素質(zhì)、創(chuàng)新思維的培養(yǎng)取得了優(yōu)異的效果。

圖4 班級(jí)成績(jī)對(duì)比

5 結(jié)論

1）在新時(shí)代背景下，新工科建設(shè)成為我國(guó)高等教育改革的重要方向，機(jī)械制造基礎(chǔ)課程通過(guò)線上線下混合式教學(xué)，有意識(shí)地將課程內(nèi)容嵌入了基礎(chǔ)理論、教師科研、工程案例、學(xué)科競(jìng)賽、立德樹(shù)人基本要素，加強(qiáng)知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)，使知識(shí)形成一個(gè)有機(jī)整體，培養(yǎng)面向“新工科”背景的社會(huì)需要的機(jī)械工程師。

2）基于超星爾雅學(xué)習(xí)通平臺(tái)，課程建設(shè)了資源豐富的“機(jī)械制造基礎(chǔ)”線上課程，并不斷更新持續(xù)改進(jìn)。課程針對(duì)機(jī)械制造基礎(chǔ)課程內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化，構(gòu)建了面向“新工科”人才工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力所匹配對(duì)應(yīng)的知識(shí)體系，梳理機(jī)械制造基礎(chǔ)課程工程材料、傳統(tǒng)熱加工及機(jī)械加工工藝規(guī)程知識(shí)點(diǎn)，既體現(xiàn)課程自身的基礎(chǔ)性，又體現(xiàn)課程的先進(jìn)性。

3）針對(duì)機(jī)械制造基礎(chǔ)課程考試方法進(jìn)行了研究與實(shí)踐，采用多元化多主體評(píng)價(jià)的過(guò)程性考核，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，易于學(xué)情分析，保證了考核的公平和公正。