《先進(jìn)制造技術(shù)》研究生課程研討式教學(xué)改革實(shí)踐初探

胡雪　魏敏　夏博　曾海峰　張立新

摘 ?要：先進(jìn)制造技術(shù)是機(jī)械工程學(xué)科的技術(shù)前沿。本輪《先進(jìn)制造技術(shù)》研究生課程研討式教學(xué)改革基于“新課程資源觀”理論，圍繞課程內(nèi)容、課程設(shè)計(jì)、課程模式三個(gè)方面開展了教學(xué)研究，構(gòu)建了完整的《先進(jìn)制造技術(shù)》課程體系，強(qiáng)化了研究生的情景認(rèn)知能力，增強(qiáng)了研究生的工程素養(yǎng)和工程實(shí)踐意識，形成了工科研究生“全線閉環(huán)”創(chuàng)新性思維培養(yǎng)新模式，為未來機(jī)械工程碩士研究生培養(yǎng)創(chuàng)新性思維和挖掘科學(xué)研究潛質(zhì)打下良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：先進(jìn)制造技術(shù);研討式教學(xué);創(chuàng)新性思維

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）07-0135-05

Abstract： Advanced manufacturing technology is the technical frontier of mechanical engineering. Based on the "New view of curriculum resource"， the deliberative pedagogy was used in the educational reform of Advanced Manufacturing Technology graduate course. The educational reform revolves around course content， curriculum design and curriculum model. Meanwhile， the complete content system of Advanced Manufacturing Technology graduate course was constructed and optimized. Furthermore， through these project case study， the situation cognition ability of graduate students was strengthened. And then， the engineering literacy and engineering practice consciousness of graduate students were enhanced. It is the most important that a new training mode of "whole line closed loop" innovative thinking method of graduate students has been formed. To sum up， the educational reform of deliberative pedagogy on Advanced Manufacturing Technology graduate course was essential. It lays firm foundation for graduate students of mechanical engineering to cultivate innovative thinking mode and promote scientific research.

Keywords： advanced manufacturing technology; deliberative pedagogy; innovative thinking

先進(jìn)制造技術(shù)是以提高綜合效益為目的，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為重要工具，在傳統(tǒng)制造技術(shù)的基礎(chǔ)上不斷吸收機(jī)械、電子、信息、材料、能源、現(xiàn)代管理等學(xué)科技術(shù)成果，將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、管理服務(wù)等全過程機(jī)械制造技術(shù)的總稱[1]。作為機(jī)械工程學(xué)科的研究生必須掌握機(jī)械工程學(xué)科的技術(shù)前沿。通過《先進(jìn)制造技術(shù)》課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠較全面地掌握先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)、先進(jìn)制造工藝技術(shù)、制造自動化技術(shù)、先進(jìn)管理技術(shù)和先進(jìn)制造模式等原理和方法，為進(jìn)一步的課程學(xué)習(xí)和科學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[2]。

一、課程體系建設(shè)

《先進(jìn)制造技術(shù)》研究生課程總學(xué)時(shí)32學(xué)時(shí)，其中課堂講授22學(xué)時(shí)，專題研討10學(xué)時(shí)。本課程體系結(jié)構(gòu)詳見圖1。本課程主要內(nèi)容包括先進(jìn)制造技術(shù)概述、先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)、先進(jìn)制造工藝技術(shù)、制造自動化技術(shù)、先進(jìn)管理技術(shù)、先進(jìn)制造模式等，主要引導(dǎo)學(xué)生思考先進(jìn)制造技術(shù)的內(nèi)涵，了解先進(jìn)制造技術(shù)的熱點(diǎn)研究方向，并結(jié)合我國機(jī)械制造企業(yè)的現(xiàn)狀思考制造業(yè)發(fā)展方向。為了保證本課程內(nèi)容的完整性和前瞻性，本課程組成員搜集了大量教學(xué)素材，并建設(shè)相關(guān)案例庫，典型案例39個(gè)，旨在增加課程的趣味性和科學(xué)性，吸引學(xué)生深度參與課堂，提高課堂的教學(xué)質(zhì)量。具體案例庫資源詳見表1。

二、課程教學(xué)改革

《先進(jìn)制造技術(shù)》課程的授課對象是機(jī)械工程專業(yè)碩士研究生。研究生教學(xué)與本科生教學(xué)不同，本科生教學(xué)更多側(cè)重于專業(yè)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，旨在夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)，因此在此次教學(xué)改革過程中本課程組成員更注重于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神和創(chuàng)新性思維，旨在提高研究生的科學(xué)分析能力，為未來進(jìn)一步進(jìn)行科學(xué)研究打下良好基礎(chǔ)。閆守軒在其編撰的《課程與教學(xué)論：基礎(chǔ)、原理與變革》[3]一書中對課程資源作出了深入詳實(shí)的闡述。他提出的新課程資源觀，明確了“學(xué)生自身是重要的課程資源”這一新論。為本次教學(xué)改革提供了主要的理論借鑒和支撐。引導(dǎo)研究生根據(jù)授課過程中引入的工程案例資源展開創(chuàng)新性思考，利用課堂研討環(huán)節(jié)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過討論和辯論等方式促進(jìn)研究生的認(rèn)知發(fā)展和工程素養(yǎng)，最終提高其科學(xué)創(chuàng)新能力。具體的教學(xué)改革措施如圖2所示。

（一）課程內(nèi)容

《先進(jìn)制造技術(shù)》課程是機(jī)械工程碩士研究生的一門必修課。本課程涉及到本科階段所學(xué)的機(jī)械制造工藝學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理等相關(guān)內(nèi)容，例如尺寸鏈理論、無損檢測原理、電火花加工原理、精密切削加工等;與此同時(shí)，本課程內(nèi)容還必須能夠跟蹤現(xiàn)代機(jī)械工程學(xué)科發(fā)展前沿，例如并行工程、柔性制造、智能制造等，探索機(jī)械制造工藝的未來發(fā)展方向。在授課過程中，僅僅介紹技術(shù)的發(fā)展并不足以吸引學(xué)生的注意力和學(xué)習(xí)興趣，更重要的是融入人文關(guān)懷和思政元素，借助典型工程實(shí)踐案例，使學(xué)生了解機(jī)械工程學(xué)科對于國防、軍事、民生、醫(yī)療等領(lǐng)域的重要意義，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。

（二）課程設(shè)計(jì)

《先進(jìn)制造技術(shù)》涉及到的基礎(chǔ)知識較多，學(xué)科前沿范圍較廣。上述課程性質(zhì)決定了在課程設(shè)計(jì)過程中必須注重進(jìn)行系統(tǒng)性、探究性、創(chuàng)新性和發(fā)散性的教學(xué)設(shè)計(jì)理念。其中，系統(tǒng)性主要體現(xiàn)在對于基礎(chǔ)理論的總結(jié)歸納，學(xué)生在本科階段所學(xué)基礎(chǔ)知識可能已經(jīng)模糊不清，這需要教師在教學(xué)設(shè)計(jì)過程中必須總結(jié)歸納本科階段的相關(guān)知識點(diǎn)，方便學(xué)生理解記憶;探究性主要體現(xiàn)在對于先進(jìn)制造技術(shù)學(xué)科前沿和學(xué)科熱點(diǎn)的追蹤和質(zhì)疑，目前追蹤學(xué)科前沿的普遍做法是在數(shù)據(jù)庫資源中檢索學(xué)術(shù)論文，但正所謂“盡信書不如無書”，目前期刊論文中涉及的觀點(diǎn)并未完全證實(shí)正確可靠，必須引導(dǎo)學(xué)生用發(fā)展的眼光和探究的精神去挖掘其中的精華，加深對基礎(chǔ)知識的理解，以及對學(xué)科前沿的認(rèn)知;創(chuàng)新性主要體現(xiàn)在引入課程思政元素的手段和方法，切不可以“填鴨”的方式強(qiáng)勢灌輸思政元素，易引發(fā)學(xué)生的反感，而宜借助工程案例引導(dǎo)學(xué)生思考未來之努力方向，激發(fā)為國效力、為黨盡忠的昂揚(yáng)斗志;發(fā)散性主要體現(xiàn)在引入工程案例的范圍要廣要發(fā)散，盡可能體現(xiàn)先進(jìn)制造技術(shù)的重要性和普適性，從不同的角度加深學(xué)生的理解和認(rèn)知。

（三）課程模式

《先進(jìn)制造技術(shù)》課程主要采用課堂講授和專題研討相結(jié)合的教學(xué)方法。在課堂講授環(huán)節(jié)，教師并不講解單獨(dú)的知識點(diǎn)，主要借助工程案例穿插講解相應(yīng)知識點(diǎn)，側(cè)重理論知識的工程應(yīng)用;而在專題研討環(huán)節(jié)，則根據(jù)課堂中引入的工程案例引導(dǎo)學(xué)生思考工程實(shí)踐意義，通過工程實(shí)踐案例創(chuàng)設(shè)生產(chǎn)實(shí)踐的情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。上述兩種方法的融合可有效強(qiáng)化知識的內(nèi)化過程，加深學(xué)生對于先進(jìn)制造技術(shù)相關(guān)理論的領(lǐng)悟和理解。

教學(xué)實(shí)施案例——第二章第二節(jié) 并行設(shè)計(jì)技術(shù)

1. 課程內(nèi)容

并行設(shè)計(jì)技術(shù)主要包括了基本概念、運(yùn)行模式、典型特征、關(guān)鍵技術(shù)、支持工具等相關(guān)內(nèi)容。其中，基本概念、運(yùn)行模式、典型特征等相關(guān)內(nèi)容體現(xiàn)了基本理論，而關(guān)鍵技術(shù)和支持工具較多體現(xiàn)了機(jī)械工程學(xué)科前沿，能夠體現(xiàn)知識體系的完整性。

2. 課程設(shè)計(jì)

課程導(dǎo)入：以國產(chǎn)商用飛機(jī)研發(fā)過程為例，引入飛機(jī)設(shè)計(jì)過程中的難題，譬如復(fù)合材料技術(shù)、飛行控制技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)、動力控制技術(shù)、內(nèi)部空間設(shè)計(jì)等問題，引導(dǎo)學(xué)生思考商用飛機(jī)的設(shè)計(jì)過程，并由此提出并行設(shè)計(jì)的理念。

課程思政：國產(chǎn)大飛機(jī)研發(fā)過程中，西方國家對我國實(shí)行了最為嚴(yán)格的技術(shù)封鎖，而我國工程技術(shù)專家打破技術(shù)壁壘，獲取“現(xiàn)代工業(yè)王冠上的明珠”。國產(chǎn)大飛機(jī)C919于2017年5月完成首飛任務(wù)，我國真正躋身“大飛機(jī)俱樂部”。作為一名機(jī)械工程專業(yè)碩士研究生的使命又是什么呢？以此激發(fā)學(xué)生的愛國主義熱情和為祖國建設(shè)貢獻(xiàn)力量的決心。

漸進(jìn)+演繹：商用大飛機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)究竟經(jīng)歷了哪些階段？在此過程中并行設(shè)計(jì)工程有何作用呢？依次介紹并行設(shè)計(jì)工程的基本概念、運(yùn)行模式、典型特征、關(guān)鍵技術(shù)和支持工具。

案例分析：結(jié)合西安飛機(jī)工業(yè)公司與西北工業(yè)大學(xué)合作對新舟60飛機(jī)內(nèi)裝飾部分進(jìn)行改造設(shè)計(jì)與制造案例，展示并行設(shè)計(jì)在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域的重要作用。

3. 課程模式

課堂講授主要側(cè)重于新舟60飛機(jī)內(nèi)裝飾部分改造設(shè)計(jì)與制造工程案例的探究與分析，旨在將并行設(shè)計(jì)工程的基礎(chǔ)理論和基本方法與工程實(shí)踐案例緊密結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生加深對并行設(shè)計(jì)工程的理解和認(rèn)識，激發(fā)學(xué)生的求知欲;與此同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生思考在該案例中產(chǎn)品數(shù)字化建模的具體實(shí)施方法和具體技術(shù)方式的使用技巧，強(qiáng)化學(xué)生知識內(nèi)化的過程，引發(fā)創(chuàng)造性思維的產(chǎn)生。

三、課程改革成效

（一）整合課程思政教育理念，創(chuàng)建研究生工程教育新模式

通過本輪課程改革，本課程組成員最大程度地融入“課程思政”的教育理念，深入貫徹新時(shí)期育人的思想導(dǎo)向。在教學(xué)過程中，向廣大研究生同學(xué)們引入我國完全自主知識產(chǎn)權(quán)的新型大飛機(jī)C919和新舟60等現(xiàn)代機(jī)械制造領(lǐng)域典型產(chǎn)品及工藝。以此激發(fā)他們的愛國情懷和報(bào)國志向，并增強(qiáng)他們的民族自豪感。與此同時(shí)，逐步形成了研究生工程教育的新發(fā)展模式。

（二）形成工科研究生“全線閉環(huán)”創(chuàng)新性思維培養(yǎng)模式

正如前文所述，創(chuàng)造性思維是思維活動的高級過程，是在個(gè)人已有基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)新事物、創(chuàng)造新方法、解決新問題的思維過程。根據(jù)芬克提出的創(chuàng)造性思維生成探索模型[4-5]，創(chuàng)造性思維就是包含生成階段與探索階段的對心理表征進(jìn)行提煉和重建的過程。因此，在本輪教學(xué)改革實(shí)踐中，以教學(xué)設(shè)計(jì)為約束條件，對教學(xué)實(shí)踐中的生成階段與探索階段分別進(jìn)行約束，從而形成了工科研究生“全線閉環(huán)”創(chuàng)新性思維培養(yǎng)新模式。

（三）構(gòu)建創(chuàng)新性思維學(xué)習(xí)新模式，全力挖掘?qū)W生的科學(xué)研究潛質(zhì)

本輪教學(xué)改革不僅是對教學(xué)內(nèi)容的重組，對教學(xué)策略的優(yōu)化，而且更是對教學(xué)理念的更新與實(shí)踐。通過不斷構(gòu)建創(chuàng)新性思維學(xué)習(xí)新模式，充分調(diào)用研究生的課堂學(xué)習(xí)參與度，讓他們真正成為學(xué)習(xí)的主體。這對于提高他們的學(xué)習(xí)興趣、鍛煉他們的學(xué)習(xí)能力、挖掘他們的科研潛質(zhì)都是大有裨益的。在教學(xué)改革實(shí)踐中，訓(xùn)練學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、歸納問題、理解問題、解決問題的能力，對于今后引領(lǐng)學(xué)生步入更高層次的科學(xué)研究是十分必要的。

四、結(jié)束語

《先進(jìn)制造技術(shù)》研究生課程研討式教學(xué)改革實(shí)踐主要基于“新課程資源觀”培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新性思維，綜合提高研究生的科學(xué)研究能力。整個(gè)教學(xué)改革圍繞課程內(nèi)容、課程設(shè)計(jì)、課程模式三個(gè)方面開展了教學(xué)改革，構(gòu)建了完整的《先進(jìn)制造技術(shù)》課程體系，強(qiáng)化了研究生的情景認(rèn)知能力，增強(qiáng)了研究生的工程素養(yǎng)和工程實(shí)踐意識;以教學(xué)設(shè)計(jì)為約束條件，對教學(xué)實(shí)踐中的生成階段與探索階段分別進(jìn)行約束，從而形成了工科研究生“全線閉環(huán)”創(chuàng)新性思維培養(yǎng)新模式，可為未來機(jī)械工程碩士研究生的創(chuàng)新思維培養(yǎng)打下良好基礎(chǔ)，全力挖掘研究生的科學(xué)研究潛質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊叔子，吳波.先進(jìn)制造技術(shù)及其發(fā)展趨勢[R].中國科協(xié)學(xué)術(shù)年會大會報(bào)告，2003.

[2]婁德元，王君蘭.淺談將學(xué)科前沿引進(jìn)“先進(jìn)制造技術(shù)”課堂教學(xué)[J].教師，2016（15）：82-82.

[3]閆守軒.課程與教學(xué)論：基礎(chǔ)、原理與變革[M].北京師范大學(xué)出版社，2015.

[4]李文光，楊開城，何克抗.基于創(chuàng)造性思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐探索[C].全球華人計(jì)算機(jī)教育應(yīng)用大會暨全國教育信息化論壇，2002.

[5]李嘉曾，陳怡.大學(xué)生創(chuàng)造性思維測評與創(chuàng)造力開發(fā)探索[J].高等工程教育研究，2000（1）：80-83.

基金項(xiàng)目：教育部辦公廳“新工科”研究與實(shí)踐項(xiàng)目“‘互聯(lián)網(wǎng)+教育背景下機(jī)械制造類課程信息化教學(xué)探索與實(shí)踐”（教高廳函[2018]17號）;石河子大學(xué)研究生教學(xué)改革項(xiàng)目“機(jī)械工程專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)方案的構(gòu)建以及培養(yǎng)模式研究與實(shí)踐”（編號：2018Y-JGSJ01）

作者簡介：胡雪（1988-），女，漢族，新疆石河子人，工學(xué)博士，副教授，研究方向：機(jī)械制造、機(jī)電一體化。

通訊作者：魏敏（1968-），女，漢族，江蘇南京人，工學(xué)碩士，教授，研究方向：材料設(shè)計(jì)與研發(fā)。