面向一流本科專業(yè)建設(shè)需求的課程建設(shè)與實(shí)踐
——以重慶理工大學(xué)“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程為例

黃 霞，路世青，丁 軍

（重慶理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，重慶 400054）

2019年，教育部提出“雙萬(wàn)計(jì)劃”，建設(shè)一萬(wàn)個(gè)國(guó)家級(jí)一流專業(yè)點(diǎn)和一萬(wàn)個(gè)省級(jí)一流專業(yè)點(diǎn)。不同類型的普通本科高校都可建設(shè)一流本科專業(yè)，鼓勵(lì)分類發(fā)展、特色發(fā)展。一流本科專業(yè)建設(shè)是繼一流學(xué)科和一流高校建設(shè)戰(zhàn)略后又一重大高等教育發(fā)展計(jì)劃，是一流本科教育建設(shè)的邏輯推演和政策延伸.實(shí)施一流本科專業(yè)建設(shè)計(jì)劃是一個(gè)系統(tǒng)性工程，其中課程建設(shè)是專業(yè)建設(shè)的重要支撐，需要以新理念、新方法、新標(biāo)準(zhǔn)為引領(lǐng)，建設(shè)適應(yīng)創(chuàng)新型、復(fù)合型、應(yīng)用型人才培養(yǎng)需求的一流本科課程。

2020年重慶理工大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)被認(rèn)定為國(guó)家一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)是：培養(yǎng)能夠從事機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)管理和運(yùn)維等工作，具有一定創(chuàng)新精神和可持續(xù)發(fā)展理念的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。面向我校機(jī)械設(shè)計(jì)制造專業(yè)一流本科專業(yè)建設(shè)需求，“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程組遵循工程教育專業(yè)認(rèn)證理念，緊密?chē)@建設(shè)“金課”的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度內(nèi)涵要求，建設(shè)機(jī)械設(shè)計(jì)線上線下混合式金課，以期解決當(dāng)前本門(mén)課程中存在的課程教學(xué)內(nèi)容陳舊、課程資源匱乏、教學(xué)方式傳統(tǒng)、與先進(jìn)的實(shí)踐手段和方式脫節(jié)以及教學(xué)評(píng)價(jià)手段單一等問(wèn)題。

一、提升課程高階性

建設(shè)“金課”的第一個(gè)要求就是確保并提升課程的高階性，其本質(zhì)內(nèi)涵是課程所傳授的知識(shí)、培養(yǎng)的專業(yè)能力和養(yǎng)成的專業(yè)素質(zhì)三要素充分融合，以培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的綜合能力和高級(jí)思維。“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)核心課程之一，按照工程教育專業(yè)認(rèn)證委員會(huì)的界定，其所傳導(dǎo)的專業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)的學(xué)生能力和養(yǎng)成的專業(yè)素質(zhì)必須支撐專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成，根據(jù)專業(yè)畢業(yè)能力要求指標(biāo)點(diǎn)分解，確定“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)，如圖1所示。要求學(xué)生學(xué)習(xí)本課程后達(dá)到如下目標(biāo)。（1）知識(shí)目標(biāo)：掌握通用零部件的設(shè)計(jì)原理、方法和機(jī)械設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，構(gòu)建面向機(jī)械學(xué)科前沿和國(guó)家需求的整機(jī)設(shè)計(jì)視野與大局觀；（2）能力目標(biāo)：能夠綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行滿足特定使用要求的機(jī)械傳動(dòng)件、軸系零部件、常用連接以及其他常用零部件的設(shè)計(jì)和一般機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，具備機(jī)械系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)能力和一定的創(chuàng)新精神；（3）素質(zhì)目標(biāo)：能夠理解和評(píng)價(jià)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程實(shí)踐過(guò)程對(duì)環(huán)境、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的影響。具有科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，精益求精的工匠精神，遵守工程師職業(yè)道德規(guī)范，履行法律及社會(huì)責(zé)任。

圖1 “機(jī)械設(shè)計(jì)”課程高階性建設(shè)思路

高階性的核心要件是培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，這個(gè)能力正是工程教育專業(yè)認(rèn)證重點(diǎn)考察的核心能力之一，按照“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程以培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力為主線，將該能力分解為數(shù)學(xué)建模分析能力、正確的受力分析能力、運(yùn)用CAD建模和CAE分析軟件進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)分析的能力、運(yùn)用先進(jìn)制造手段如3D打印加工制造、實(shí)體裝配的能力。在進(jìn)行金課建設(shè)中，我們采用以“課程設(shè)計(jì)”為項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，以機(jī)械產(chǎn)品規(guī)劃—設(shè)計(jì)—制造的全生命周期為載體，以學(xué)習(xí)小組為單位在項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)下完成學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)任務(wù)，理論學(xué)習(xí)和工程實(shí)踐融合并行，在“學(xué)中做，做中學(xué)”中，將這些能力培養(yǎng)串聯(lián)起來(lái)。課堂內(nèi)外將愛(ài)國(guó)精神、專業(yè)精神、工匠精神和實(shí)踐精神有機(jī)融入促進(jìn)學(xué)生價(jià)值觀和工程職業(yè)素養(yǎng)的建立和提升。

二、彰顯課程創(chuàng)新性

建設(shè)“金課”的第二個(gè)要求是需要彰顯課程創(chuàng)新性，其本質(zhì)內(nèi)涵要求是課程內(nèi)容上要有前沿性和時(shí)代性。教學(xué)形式上要體現(xiàn)先進(jìn)性和互動(dòng)性。學(xué)習(xí)結(jié)果上要具有探究性和個(gè)性化。圍繞這三個(gè)方面，基于課程目標(biāo)課程組做了以下探索和實(shí)踐。

在課程內(nèi)容上，引入先進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)方法和理念，引入先進(jìn)機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)制造以及學(xué)科前沿技術(shù)，與行業(yè)先進(jìn)實(shí)時(shí)同頻，不閉門(mén)造車(chē)。積極組織課程組成員參加新技術(shù)培訓(xùn)、教學(xué)研討、企業(yè)調(diào)研，更新教學(xué)理念，提升教學(xué)水平。“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程是一門(mén)傳統(tǒng)的技術(shù)課程，如果不注意保持與行業(yè)先進(jìn)和前沿“同行”，很容易使培養(yǎng)出的學(xué)生“畢業(yè)即遭淘汰”。通過(guò)解析課程組成員科研課題，歷年全國(guó)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽題目和機(jī)器人大賽題目更新升級(jí)課程設(shè)計(jì)題目。將對(duì)機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)上升到對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，將對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上升到對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

在教學(xué)形式上，實(shí)施TBL（Team-Based Learning）+PBL（Problem-Based Learning）的創(chuàng)新教學(xué)模式，以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)激發(fā)學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性，實(shí)行學(xué)習(xí)小組團(tuán)隊(duì)協(xié)作，加強(qiáng)溝通、交流、幫扶、帶動(dòng)。將線上和線下教學(xué)有機(jī)結(jié)合，運(yùn)用翻轉(zhuǎn)課堂和研討式教學(xué)，加強(qiáng)師生對(duì)話，及時(shí)發(fā)現(xiàn)解決學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題。通過(guò)“雨課堂”，學(xué)習(xí)通等，讓學(xué)生充分利用手中的移動(dòng)智能終端積極參與到課程學(xué)習(xí)中來(lái)，讓課堂有Dialogue、Critical和Debate，讓課堂氣氛真正活躍起來(lái)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)課程中“眼中有光”。

在學(xué)習(xí)結(jié)果上打破了期末“一張?jiān)嚲砜嫉降住钡膫鹘y(tǒng)考核方式。學(xué)習(xí)小組所取得的設(shè)計(jì)結(jié)果通過(guò)3D打印實(shí)體裝配呈現(xiàn)，讓學(xué)生獲得滿滿的學(xué)習(xí)成就感。學(xué)習(xí)小組拍攝設(shè)計(jì)作品Presentation視頻上傳網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)自評(píng)、互評(píng)和指導(dǎo)教師評(píng)價(jià)，同時(shí)促進(jìn)設(shè)計(jì)知識(shí)、技術(shù)、能力的交流、深化和提升。課程成績(jī)由學(xué)習(xí)過(guò)程的形成性評(píng)價(jià)和期末測(cè)試兩部分組成。教師在形成性評(píng)價(jià)中獲得教學(xué)過(guò)程中的連續(xù)反饋，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的教學(xué)數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化改進(jìn)教學(xué)。形成性評(píng)價(jià)同時(shí)激勵(lì)學(xué)生的過(guò)程性學(xué)習(xí)，促進(jìn)課程目標(biāo)的漸進(jìn)式達(dá)成。教師對(duì)最后的考核結(jié)果進(jìn)行課程目標(biāo)達(dá)成分析，提出課程持續(xù)改進(jìn)的措施。

三、加大課程挑戰(zhàn)度

“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程是一門(mén)具有較大技術(shù)難度的專業(yè)基礎(chǔ)課程，它需要學(xué)生綜合運(yùn)用“高等數(shù)學(xué)”“機(jī)械制圖”“理論力學(xué)”“材料力學(xué)”和“機(jī)械原理”等先修課程知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題，令許多學(xué)生“聞之則畏”。而建設(shè)“金課”的第三個(gè)要求是加大學(xué)生學(xué)習(xí)課程的難度和挑戰(zhàn)度，其本質(zhì)內(nèi)涵是要求教師花時(shí)間備課、花精力教學(xué)和花情感育人。要求學(xué)生的課程應(yīng)具有難度和挑戰(zhàn)度，課前、課中、課后都需“努力跳一跳，才能夠得著”?；凇皺C(jī)械設(shè)計(jì)”課程的特點(diǎn)，課程組從教學(xué)前花時(shí)間、教學(xué)過(guò)程中花精力、導(dǎo)師育人花感情三個(gè)方面提升課程的挑戰(zhàn)度。

1.教學(xué)前花時(shí)間，遵循OBE理念，反向設(shè)計(jì)教學(xué)，確定課程目標(biāo)，依據(jù)課程目標(biāo)甄選更新課程內(nèi)容，豐富課程線上資源建設(shè)，根據(jù)課程內(nèi)容設(shè)計(jì)具體的教學(xué)實(shí)施環(huán)節(jié)、教學(xué)方法和教學(xué)手段。良性的教學(xué)設(shè)計(jì)反過(guò)來(lái)支撐課程目標(biāo)的漸進(jìn)式達(dá)成。

2.在教學(xué)過(guò)程中花精力，教師定期參與教研討論、新技術(shù)學(xué)習(xí)和企業(yè)調(diào)研，自身學(xué)習(xí)提高常態(tài)化。課中采用“雨課堂”、學(xué)習(xí)通、智慧課堂等先進(jìn)的技術(shù)手段輔助教學(xué)。開(kāi)展研討式、翻轉(zhuǎn)式、站點(diǎn)式學(xué)習(xí)等多種形式的教與學(xué)活動(dòng)，分析網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)教學(xué)數(shù)據(jù)，加強(qiáng)師生互動(dòng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，調(diào)整教學(xué)節(jié)奏，優(yōu)化教學(xué)，促進(jìn)教學(xué)活動(dòng)的良性開(kāi)展。

3.導(dǎo)師育人花感情。作為大學(xué)教師，不僅要教書(shū)還要強(qiáng)調(diào)育人，要春風(fēng)化雨，潛移默化，言傳身教，課堂上傳授學(xué)生工程知識(shí)，課堂外依托學(xué)院創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐基地，鼓勵(lì)學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、全國(guó)機(jī)器人大賽、全國(guó)互聯(lián)網(wǎng)+大賽等，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、工程意識(shí)，提高學(xué)生的工程實(shí)踐動(dòng)手能力。重慶理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院在2014年開(kāi)始開(kāi)展“三全育人”的教育活動(dòng)，實(shí)施四年制導(dǎo)師制，全程、全方位指導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生。從學(xué)生進(jìn)校之初，導(dǎo)師幫助學(xué)生明確建立學(xué)習(xí)的階段性目標(biāo)，一直到本科畢業(yè)，引導(dǎo)學(xué)生在大學(xué)四年一步一步地實(shí)現(xiàn)，落實(shí)立德樹(shù)人的根本任務(wù)。

四、線上課程學(xué)生學(xué)習(xí)應(yīng)用效果研究

線上課程學(xué)生學(xué)習(xí)應(yīng)用效果應(yīng)用研究是衡量在線課程建設(shè)質(zhì)量和水平的一個(gè)重要因素，建設(shè)后的在線課程由于訪問(wèn)量小或者使用者少而往往飽受詬病，因此，對(duì)于“機(jī)械設(shè)計(jì)”在線課程，課程組除了要考慮建設(shè)成高水平的在線資源課程外，還要對(duì)其應(yīng)用使用情況進(jìn)行研究。由于“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程的專業(yè)特殊性，我們首先將用戶目標(biāo)群體鎖定在我校的機(jī)械大類本科生。從“以學(xué)生為中心”的原則出發(fā)，從三個(gè)方面開(kāi)展應(yīng)用研究，如圖2所示，研究手段主要以問(wèn)卷、座談以及網(wǎng)絡(luò)交流為主。

圖2 線上課程學(xué)習(xí)效果應(yīng)用研究

一是在線開(kāi)放課程對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的影響，“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，學(xué)生學(xué)好這門(mén)課程至關(guān)重要，不能讓在線課程的學(xué)習(xí)流于形式，要讓學(xué)生通過(guò)在線開(kāi)放課程的學(xué)習(xí)達(dá)到提高自己的自學(xué)能力，并能夠拓展機(jī)械學(xué)科專業(yè)知識(shí)和鍛煉、提高機(jī)械設(shè)計(jì)能力。二是對(duì)學(xué)習(xí)效率的影響，將學(xué)習(xí)者分為三個(gè)層面，學(xué)習(xí)潛水者、適度參與者和活躍參與者，監(jiān)控其學(xué)習(xí)效率。這三個(gè)層面的學(xué)習(xí)者充分體現(xiàn)了學(xué)生線上學(xué)習(xí)的活躍程度，可以作為學(xué)生學(xué)習(xí)效率的考核指標(biāo)，并能夠從“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程階段學(xué)習(xí)成績(jī)得到適當(dāng)?shù)姆答仭Ｈ窃诰€平臺(tái)學(xué)習(xí)積極性的調(diào)動(dòng)建議。通過(guò)線上課程思維導(dǎo)圖、任務(wù)闖關(guān)、學(xué)科前沿?zé)嶙h、站點(diǎn)式學(xué)習(xí)等，保證學(xué)生從選課、時(shí)間段和學(xué)習(xí)內(nèi)容的選取上能夠很好地開(kāi)展并完成課程的在線學(xué)習(xí)。最終形成“導(dǎo)學(xué)服務(wù)—督學(xué)服務(wù)—助學(xué)服務(wù)—學(xué)生評(píng)價(jià)—持續(xù)改進(jìn)”的在線開(kāi)放課程建設(shè)質(zhì)量監(jiān)控和保障的封閉體系。

結(jié)語(yǔ)

本文面向重慶理工大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化國(guó)家一流專業(yè)建設(shè)點(diǎn)要求，遵循工程教育專業(yè)認(rèn)證理念，圍繞建設(shè)“金課”高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度內(nèi)涵要求，建設(shè)機(jī)械設(shè)計(jì)線上線下混合式課程，目前已取得階段性成果，我校機(jī)械設(shè)計(jì)課程已獲批重慶市線下一流課程。實(shí)踐表明，機(jī)械設(shè)計(jì)混合式課程建設(shè)提升了課程課堂活力，促進(jìn)了師生教學(xué)相長(zhǎng)，有效地培養(yǎng)了學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的實(shí)踐動(dòng)手能力。