新工科建設(shè)背景下機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程建設(shè)探索

李聰波　林利紅　湯寶平　江桂云

摘要：基于新工科建設(shè)人才培養(yǎng)新模式，借鑒麻省理工學(xué)院（MIT）新工科人才理念，針對(duì)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程存在的教學(xué)內(nèi)容有待更新、教學(xué)方式以“教”為主、教學(xué)環(huán)節(jié)缺乏工程訓(xùn)練、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)缺乏系統(tǒng)性以及課程考核缺乏實(shí)踐考核等問題，提出機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程建設(shè)新思路，調(diào)整人才培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建以理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)為一體的課程體系，完善以學(xué)生為中心的教育教學(xué)方式和課程考核機(jī)制，積極探索新工科背景下課程建設(shè)的有效途徑，不斷提升教育教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才。

關(guān)鍵詞：新工科;機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ);OBE理念;課程建設(shè)

中圖分類號(hào)：G6420;TH11 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2909（2020）02-0023-06

為主動(dòng)適應(yīng)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，國(guó)家啟動(dòng)“中國(guó)制造2025”“一帶一路”“互聯(lián)網(wǎng)+”“人工智能”等一系列建設(shè)計(jì)劃，以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展[1]。自2017年2月以來，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，奏響新工科人才培養(yǎng)的主旋律，拓展工程教育改革的新思路和新路徑，助力高等教育的創(chuàng)新發(fā)展[2-3]。新工科內(nèi)涵主要有“五個(gè)新”，即工程教育的新理念、學(xué)科專業(yè)的新結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)的新模式、教育教學(xué)的新質(zhì)量、分類發(fā)展的新體系[4-5]。

美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）提出新工科人才的12種必備思維：學(xué)習(xí)如何學(xué)習(xí)、制造、發(fā)現(xiàn)、人際交往技能、個(gè)人技能與態(tài)度、創(chuàng)造性思維、系統(tǒng)性思維、批判與元認(rèn)知思維、分析性思維、計(jì)算性思維、實(shí)驗(yàn)性思維和人本主義思維。MIT新工科強(qiáng)調(diào)邏輯重構(gòu)、內(nèi)容重構(gòu)、方法重構(gòu)和能力重構(gòu)，變革的重點(diǎn)集中在學(xué)生的學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)內(nèi)容，目標(biāo)是培養(yǎng)能夠引領(lǐng)未來產(chǎn)業(yè)界和社會(huì)發(fā)展的領(lǐng)導(dǎo)型工程人才[6]。

在國(guó)家積極推進(jìn)新工科建設(shè)背景下，結(jié)合重慶大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)“雙一流”學(xué)科建設(shè)和工程教育專業(yè)認(rèn)證，借鑒MIT新工科人才培養(yǎng)理念，適應(yīng)時(shí)代發(fā)展和產(chǎn)業(yè)需求，重慶大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)對(duì)培養(yǎng)方案做了較大的調(diào)整，融合了大數(shù)據(jù)、智能制造、云計(jì)算等信息技術(shù)，對(duì)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)也進(jìn)行了修訂，即培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代科技發(fā)展和國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)需求，數(shù)理基礎(chǔ)扎實(shí)，專業(yè)知識(shí)構(gòu)架清晰，創(chuàng)新意識(shí)強(qiáng)，知識(shí)、能力、素質(zhì)全面發(fā)展，能夠在裝備、制造、交通、能源、航空航天等領(lǐng)域，從事機(jī)械工程的科學(xué)研究、產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)計(jì)制造、技術(shù)經(jīng)濟(jì)管理等工作的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才，為我國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)提供人才支持。

機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程是重慶大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)必修課程。目前新工科建設(shè)對(duì)創(chuàng)新型高級(jí)工程技術(shù)人才培養(yǎng)提出了更高的要求。同時(shí)隨著時(shí)代的進(jìn)步，特別是綠色制造、智能制造、機(jī)器人、增材制造（3D打?。┑刃录夹g(shù)的發(fā)展，該課程教學(xué)也應(yīng)緊跟時(shí)代步伐，對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)、教學(xué)模式、實(shí)踐環(huán)節(jié)以及課程考核方式等進(jìn)行創(chuàng)新改革。

一、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程現(xiàn)狀

重慶大學(xué)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程由原機(jī)制專業(yè)的專業(yè)課程金屬工藝學(xué)、金屬切削原理、金屬切削刀具、金屬切削機(jī)床概論、金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)、機(jī)械制造工藝以及機(jī)床夾具設(shè)計(jì)七門課程整合改造而成，內(nèi)容涉及金屬切削基本知識(shí)、零件表面加工方法及刀具、金屬切削機(jī)床、機(jī)床夾具設(shè)計(jì)、機(jī)械加工質(zhì)量及其控制、機(jī)械加工工藝規(guī)程以及機(jī)械裝配工藝基礎(chǔ)等[7]。課程內(nèi)容多，重難點(diǎn)多，知識(shí)涵蓋面廣，綜合性、實(shí)踐性較強(qiáng)。從新工科建設(shè)要求來看，目前該課程教學(xué)主要存在以下一些問題。

（一）教學(xué)內(nèi)容有待更新

隨著智能制造、綠色制造、機(jī)器人技術(shù)以及增材制造（3D打?。┑认冗M(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程中的機(jī)械制造技術(shù)等傳統(tǒng)知識(shí)缺乏先進(jìn)性與應(yīng)用性，與生產(chǎn)實(shí)際脫節(jié)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，認(rèn)為課程學(xué)習(xí)無現(xiàn)實(shí)價(jià)值，難以激發(fā)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)熱情。

（二）教學(xué)中以教師的“教”為主

傳統(tǒng)課堂教學(xué)通常以“教師為核心，課堂為中心”，教師“滿堂灌”，學(xué)生參與度較低，學(xué)生接受知識(shí)往往靠死記硬背，難以提高學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的積極性。因此，應(yīng)充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”的現(xiàn)代教育技術(shù)，豐富課堂教學(xué)形式，探索多元化的授課方式，把以教師“教”為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生“學(xué)”為中心，著力培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)的能力。

（三）教學(xué)中缺乏工程訓(xùn)練環(huán)節(jié)

傳統(tǒng)教學(xué)中教師僅僅根據(jù)教材進(jìn)行理論講解，即認(rèn)知教育，教學(xué)環(huán)節(jié)缺乏工程訓(xùn)練，學(xué)生不知道如何應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，更缺乏采用批判性思維分析、研究、解決機(jī)械工程領(lǐng)域復(fù)雜問題的能力，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到新工科建設(shè)對(duì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求。教學(xué)中可通過小組分組討論，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)研究設(shè)計(jì)、專題研究論文、自學(xué)、文獻(xiàn)檢索與綜述論文等教學(xué)環(huán)節(jié)，著力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力、協(xié)作能力、表達(dá)能力，以及運(yùn)用機(jī)械制造方面的專業(yè)知識(shí)解決復(fù)雜工程問題的能力。

（四）實(shí)踐教學(xué)亟待完善

與機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程直接相關(guān)的實(shí)踐教學(xué)主要有金工實(shí)習(xí)、課程實(shí)驗(yàn)、工藝課程設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)實(shí)習(xí)。其中金工實(shí)習(xí)包括毛坯圖繪制、編制零件的加工工藝方案以及加工工藝文件等內(nèi)容;課程實(shí)驗(yàn)包括刀具認(rèn)知實(shí)驗(yàn)、車刀角度測(cè)量、切削力實(shí)驗(yàn)、切削溫度實(shí)驗(yàn)等。通過上述實(shí)踐教學(xué)，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)金屬切削刀具、金屬切削原理、金屬切削機(jī)床、機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)、機(jī)床夾具設(shè)計(jì)等課程內(nèi)容的理解。但是目前實(shí)踐教學(xué)還存在許多問題：一是有些實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容存在交叉，缺乏系統(tǒng)性;二是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)較多，不利于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力，進(jìn)而影響學(xué)生創(chuàng)造性思維的訓(xùn)練;三是有的實(shí)踐內(nèi)容脫離時(shí)代需求，與當(dāng)前的智能制造相去甚遠(yuǎn)，無法培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的創(chuàng)新型高級(jí)工程技術(shù)人才。

（五）課程考核缺乏實(shí)踐考核

目前機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程考核仍以理論考試為主，學(xué)生的實(shí)踐能力并不作為主要考核要素，且實(shí)踐能力的考核基本以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主，未做到理論與實(shí)踐并重。這一課程考核方式忽視學(xué)生綜合應(yīng)用能力的評(píng)價(jià)反饋，不利于提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的實(shí)踐能力，不符合產(chǎn)出導(dǎo)向教育（Outcome Based Education，簡(jiǎn)稱OBE）理念[8]。

二、新工科建設(shè)背景下機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程建設(shè)探索

未來新經(jīng)濟(jì)建設(shè)需要的是創(chuàng)新能力強(qiáng)、工程實(shí)踐能力強(qiáng)的高素質(zhì)綜合型人才，為此重慶大學(xué)結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)“雙一流”學(xué)科建設(shè)和工程教育專業(yè)認(rèn)證，積極推進(jìn)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程建設(shè)，緊緊圍繞新工科人才培養(yǎng)要求，加大課程建設(shè)力度，構(gòu)建以理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)為一體的課程體系，強(qiáng)化學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)，著力提升教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，為我國(guó)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)提供人才支持。

（一）課程建設(shè)理念

在高校人才培養(yǎng)中，工程教育新理念OBE強(qiáng)調(diào)課程教學(xué)應(yīng)從以教師為中心轉(zhuǎn)向以學(xué)生為中心，構(gòu)建以結(jié)果為導(dǎo)向的人才培養(yǎng)體系，從質(zhì)量監(jiān)控向持續(xù)改進(jìn)轉(zhuǎn)變[9]。OBE理念采用自頂向下的設(shè)計(jì)，即根據(jù)社會(huì)需求提出明確的培養(yǎng)目標(biāo)，以學(xué)生畢業(yè)要求支撐培養(yǎng)目標(biāo)，以課程體系支撐畢業(yè)要求，以教學(xué)環(huán)節(jié)體現(xiàn)課程體系，將師資隊(duì)伍投入教學(xué)環(huán)節(jié)，各項(xiàng)支持條件需滿足教學(xué)需求（圖1）。最終反向推導(dǎo)滿足專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)而需要課程教學(xué)應(yīng)達(dá)到知識(shí)、能力和素質(zhì)的培養(yǎng)要求，課程教學(xué)內(nèi)容必須以課程預(yù)期成果為導(dǎo)向進(jìn)行設(shè)計(jì)。

因此，OBE理念以最終結(jié)果為導(dǎo)向，對(duì)教育教學(xué)體系進(jìn)行反向設(shè)計(jì)，教學(xué)的出發(fā)點(diǎn)不是教師想教什么，而是達(dá)成最終結(jié)果需要教什么，即讓教師思考“教什么”以及“怎么教”，學(xué)生由關(guān)注“分?jǐn)?shù)”轉(zhuǎn)向重視“能力”培養(yǎng)。

（二）課程建設(shè)目標(biāo)

根據(jù)重慶大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)最新培養(yǎng)目標(biāo)擬定畢業(yè)要求，修訂機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程大綱，提出機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程目標(biāo)（表1）。

（三）以理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)為一體的課程體系建設(shè)

傳統(tǒng)課程教學(xué)主要以教材為依據(jù)向?qū)W生傳遞知識(shí)，而新工科人才培養(yǎng)理念不僅重視學(xué)生知識(shí)的獲取，更重視培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)的能力。未來產(chǎn)業(yè)界將會(huì)更加注重工程人才的學(xué)習(xí)能力和思維能力，在工程實(shí)踐中面臨各種未知與復(fù)雜問題時(shí)能夠創(chuàng)新思維，應(yīng)用恰當(dāng)?shù)霓k法解決問題[10]。因此，課程教學(xué)不能只是傳遞知識(shí)，還包括思維能力的訓(xùn)練、解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)、素質(zhì)培養(yǎng)、創(chuàng)新能力培養(yǎng)等內(nèi)容，應(yīng)該將課程的理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)融為一體，納入一體化建設(shè)。

（1）新工科建設(shè)旨在培養(yǎng)具有工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才。重慶大學(xué)根據(jù)新修訂的教學(xué)大綱，在原有機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上，增加了精密成型、增材制造、智能制造、虛擬制造、機(jī)床數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人等先進(jìn)制造技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)，讓學(xué)生掌握最新技術(shù)。

（2）在原有刀具認(rèn)知實(shí)驗(yàn)，車刀角度測(cè)量、切削力實(shí)驗(yàn)，切削溫度實(shí)驗(yàn)等課程實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，增加工序質(zhì)量控制實(shí)驗(yàn)、數(shù)控類實(shí)驗(yàn)（數(shù)控仿真和現(xiàn)場(chǎng)加工）、智能制造實(shí)驗(yàn)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（包括智能制造系統(tǒng)總控臺(tái)和MES系統(tǒng)），讓學(xué)生在虛擬仿真生產(chǎn)環(huán)境中進(jìn)行學(xué)習(xí)與實(shí)踐體驗(yàn)。

（3）增加工程訓(xùn)練環(huán)節(jié)，如通過團(tuán)隊(duì)合作、小組學(xué)習(xí)、典型案例分析、大型設(shè)計(jì)或作業(yè)、專題研究論文、自學(xué)、文獻(xiàn)檢索與綜述論文等基于問題導(dǎo)向的教學(xué)環(huán)節(jié)，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、協(xié)作能力、表達(dá)能力和解決復(fù)雜工程問題的能力。

（4）開展基于項(xiàng)目研究的開放式教學(xué)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。課程教學(xué)中教師提供研究大方向，學(xué)生小組（可5名學(xué)生為一小組）確定具體研究?jī)?nèi)容。例如要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)，從系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（包括動(dòng)力源、傳動(dòng)裝置、執(zhí)行件等）、制造、加工，直至該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能，完全由學(xué)生小組成員協(xié)作完成，讓學(xué)生在解決工程問題的過程中獲得知識(shí)，體驗(yàn)學(xué)習(xí)的甘苦，感受自身的價(jià)值，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)熱情和興趣。同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和解決復(fù)雜工程問題的能力，以及科研能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。

（5）充分利用社會(huì)資源，建設(shè)學(xué)生實(shí)踐基地。根據(jù)機(jī)械行業(yè)需求，按照校企協(xié)同發(fā)展原則，聘請(qǐng)相關(guān)企業(yè)技術(shù)骨干，作為指導(dǎo)教師進(jìn)入教學(xué)團(tuán)隊(duì)，共同聯(lián)合培養(yǎng)學(xué)生，讓學(xué)生及時(shí)了解制造企業(yè)的文化和生產(chǎn)實(shí)際。

綜上所述，構(gòu)建基于新工科人才培養(yǎng)的以理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)為一體的課程教學(xué)體系，既體現(xiàn)了原有課程的基礎(chǔ)性，也體現(xiàn)了新時(shí)代的先進(jìn)性。

（四）探索以學(xué)生為中心的教學(xué)方式

積極探索符合OBE理念的主動(dòng)教學(xué)方法，即在教學(xué)過程中采用以問題為導(dǎo)向而不是以知識(shí)為導(dǎo)向的教學(xué)方式。關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)內(nèi)容，所有的教學(xué)環(huán)節(jié)都圍繞學(xué)生來進(jìn)行，以學(xué)生為本，引導(dǎo)學(xué)生積極參與教學(xué)活動(dòng)，重視教與學(xué)的良性互動(dòng)，使學(xué)生成為教學(xué)的參與者和知識(shí)的創(chuàng)新者，激發(fā)學(xué)生對(duì)知識(shí)的探求欲，著力培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。為此，充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)在線課程建設(shè)MOOC、翻轉(zhuǎn)課堂、微課堂等現(xiàn)代教育技術(shù)與手段，豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，發(fā)揮學(xué)生的主體作用，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)的能力。

（五）完善課程考核評(píng)價(jià)體系

機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程綜合性、實(shí)踐性較強(qiáng)，不能忽略學(xué)生綜合應(yīng)用能力的評(píng)價(jià)反饋。課程考核應(yīng)結(jié)合期末考試和平時(shí)考核綜合評(píng)定學(xué)生成績(jī)，降低期末考試成績(jī)所占比例，增加平時(shí)考核的比重。平時(shí)考核應(yīng)重視過程考核，包括大型設(shè)計(jì)或作業(yè)、專題研究論文、實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)、文獻(xiàn)檢索與綜述論文等。對(duì)在小組合作中起主導(dǎo)作用的學(xué)生，以及獲得有創(chuàng)新價(jià)值的設(shè)計(jì)和研究成果的學(xué)生，過程考核成績(jī)給予適當(dāng)傾斜?？傊?，課程考核應(yīng)由單一考核知識(shí)的獲得轉(zhuǎn)變?yōu)橹卦诳己藢?duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用，并以此進(jìn)一步完善課程考核評(píng)價(jià)體系，使課程考核評(píng)價(jià)更有利于學(xué)生創(chuàng)新思維能力的養(yǎng)成，有助于提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，這既是新工科建設(shè)對(duì)綜合型人才的培養(yǎng)要求，也是時(shí)代發(fā)展對(duì)人才培養(yǎng)的需求。

三、結(jié)語

圍繞新工科建設(shè)對(duì)人才培養(yǎng)的要求，借鑒MIT新工科人才培養(yǎng)理念，重慶大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)在“雙一流”學(xué)科建設(shè)和工程教育專業(yè)認(rèn)證的支撐下，針對(duì)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)存在的問題，全面修訂專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，調(diào)整課程大綱，提出課程建設(shè)新理念和新思路，構(gòu)建以理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)為一體的課程體系，探索以學(xué)生為中心的教學(xué)方式，進(jìn)一步完善課程考核評(píng)價(jià)體系，著力將機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程打造為重慶市精品課程，切實(shí)培養(yǎng)引領(lǐng)未來產(chǎn)業(yè)界和社會(huì)發(fā)展的創(chuàng)新型應(yīng)用人才。

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Abstract： Based on the new talent training mode of emerging engineering education， learning from MIT talent thinking， the existing teaching content of technology foundation of mechanical manufacturing needs to be updated. Teaching methods are mainly subject to teaching. Engineering training in the teaching process， systematic practice teaching and practice assessment of course evaluation are lacked. So new ideas and cultivation objectives of technology foundation of mechanical manufacturing are put forward， a curriculum system integrating the theoretical teaching， experimental teaching and practice teaching is built， and the student-centered teaching method and curriculum assessment are constructed. Effective ways of curriculum construction are explored actively under the background of emerging engineering education， the teaching quality is improved continuously， and high-quality innovative talents are cultivated.

Key words： emerging engineering education; technology foundation of mechanical manufacturing; OBE; curriculum construction

（責(zé)任編輯 王 宣）