機械類專業(yè)課程教學(xué)創(chuàng)新探索與實踐

陳玉蓮,李俊文,朱亞峰,高 波,王 娟

(廣州理工學(xué)院,廣東廣州,510540)

一、引言

隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,教育現(xiàn)代信息技術(shù)手段越來越多,并逐漸被運用于一線教育。教育現(xiàn)代信息技術(shù)改變了傳統(tǒng)單一的教學(xué)模式,推動教育領(lǐng)域各環(huán)節(jié)開展變革,使教育環(huán)境、人才培養(yǎng)、教學(xué)方式朝著更加全面和多樣化的方向發(fā)展。黨的二十大報告明確提出,要加快建設(shè)高質(zhì)量教育體系,著力造就拔尖創(chuàng)新人才,聚天下英才而用之。[1］社會和國家發(fā)展對創(chuàng)新人才的需求越來越大。大學(xué)是輸出高素質(zhì)社會人才的重要機構(gòu),大學(xué)教育教學(xué)創(chuàng)新勢在必行。

廣州理工學(xué)院(以下簡稱我校)地處經(jīng)濟快速發(fā)展、對高素質(zhì)人才需求極大的珠三角產(chǎn)業(yè)中心區(qū),應(yīng)主動肩負起培養(yǎng)高素質(zhì)人才的責(zé)任。在考察我校機械類專業(yè)課程時,筆者發(fā)現(xiàn)在課程教學(xué)方面存在幾個亟待解決的問題。一是部分學(xué)生缺乏科技強國之志和勇于創(chuàng)新的精神。這在一定程度上反映出當(dāng)前機械類專業(yè)課程思政的質(zhì)量有待提升。因此,機械類專業(yè)課程教學(xué)在創(chuàng)新工作中需要重點關(guān)注專業(yè)教育和課程思政教育的有效融合,通過將專業(yè)教學(xué)和思政教育融為一體,培養(yǎng)學(xué)生的科技強國之志和勇于創(chuàng)新的精神。二是部分學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高,存在畏難心理。機械類專業(yè)要求學(xué)生具備扎實的數(shù)理基礎(chǔ)知識,而數(shù)理知識通常較為抽象,在理解并消化知識時,學(xué)生常會感到生澀難懂,長期處于這種狀態(tài)使部分學(xué)生對專業(yè)知識學(xué)習(xí)產(chǎn)生了較強烈的畏難心理。因此,機械類專業(yè)課程教學(xué)需要能夠激發(fā)學(xué)生的內(nèi)驅(qū)動力,特別是需要依托現(xiàn)代信息技術(shù),積極創(chuàng)新教學(xué)方法,豐富課堂教學(xué),激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。為此,本研究積極構(gòu)建機械類專業(yè)“多維度、立體化”教學(xué)創(chuàng)新模式和“三學(xué)一中心”的創(chuàng)新教學(xué)支持服務(wù)體系,進而推動機械類專業(yè)課程的教學(xué)改革與實踐。

二、“多維度、立體化”教學(xué)創(chuàng)新模式

我校機械類專業(yè)教學(xué)創(chuàng)新工作基于智慧教育這一教育新形態(tài),以立德樹人為根本任務(wù),以適應(yīng)社會和地方經(jīng)濟快速發(fā)展的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才為培養(yǎng)目標。首先,為完善教學(xué)條件等教學(xué)保障要素,機械類專業(yè)教學(xué)創(chuàng)新需要開發(fā)專業(yè)平臺,圍繞教學(xué)體系中教師、學(xué)生、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)環(huán)境四大要素,分類并逐一細化知識案例庫,如開發(fā)機械結(jié)構(gòu)設(shè)計計算系統(tǒng)并將其充實進案例庫;需要運用線上線下混合教學(xué),在基本型和專業(yè)型的基礎(chǔ)上增加提高型和補充型教學(xué)法;需要強化教學(xué)過程的實施,在課程教學(xué)的每個環(huán)節(jié)均融入思政元素;需要以科學(xué)合理的教學(xué)評價方式進行評價。[2-3］為此,本研究構(gòu)建了機械類專業(yè)“多維度、立體化”教學(xué)創(chuàng)新模式,基本構(gòu)建思路如下:依托現(xiàn)代信息技術(shù)手段,做好頂層設(shè)計,吸納社會優(yōu)質(zhì)資源,全面落實創(chuàng)新教學(xué),將課程內(nèi)容模塊、工程任務(wù)模塊、教學(xué)方法模塊和教學(xué)評價模塊作為創(chuàng)新教學(xué)實施的主體框架,全面實現(xiàn)課程思政與專業(yè)知識融合。

(一)課程內(nèi)容模塊

課程內(nèi)容模塊包括專業(yè)知識和思政內(nèi)容。專業(yè)知識具體體現(xiàn)在每門課程的教學(xué)內(nèi)容中,課程的教學(xué)內(nèi)容需在教學(xué)大綱中按照參考教材的主體內(nèi)容制定,或以知識模塊的形式呈現(xiàn),總之要符合教育對象特點,體現(xiàn)社會功能,滿足教學(xué)目標。[4-5］教學(xué)大綱是教學(xué)實施過程中的綱領(lǐng),是培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)知識能力的綱要,是設(shè)計教學(xué)計劃的指導(dǎo)文件。在制定教學(xué)大綱前,要進行學(xué)情分析,對國家的政策導(dǎo)向、學(xué)生的學(xué)習(xí)和思想狀況、課程的授課條件等作針對性分析,這是課程教學(xué)的前提,也是課程思政實施的前提。[6］有調(diào)查發(fā)現(xiàn),部分工科學(xué)生的厭學(xué)和畏學(xué)情緒較高,缺乏學(xué)習(xí)自信心和吃苦耐勞等精神,同時學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)生動力也不足。[7］課程目標要針對學(xué)生實際學(xué)情進一步細化,在知識目標和能力目標基礎(chǔ)上增加思政目標,突出科技強國和專業(yè)素養(yǎng)的思政教育。教師要深入挖掘課程思政點,從國家層面、社會層面和個人品質(zhì)層面等多層面出發(fā),結(jié)合思政元素找到精準案例,最終形成完整的課程案例庫,包括工程案例和思政案例,突出案例的典型性、時代性、前沿性等,對標“兩性一度”的課程要求。[8］

為了提高課程思政教學(xué)設(shè)計的效率,厚植學(xué)生家國情懷和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神,機械類專業(yè)課程教學(xué)創(chuàng)新要依托新工科專業(yè)建設(shè)背景,從思政內(nèi)容出發(fā),采取由多點課程單元匯聚成專業(yè)面的方法,構(gòu)建智能制造工程專業(yè)動態(tài)網(wǎng)格式的課程思政模塊化系統(tǒng)。[9］該系統(tǒng)針對專業(yè)課程群特點,從理論到實踐、課內(nèi)到課外等多角度分析課程內(nèi)容,將專業(yè)課程、思政元素、融合方法、評價方法四個模塊進行有機交叉匹配,形成每個課程單元的課程思政教學(xué)模塊。整個系統(tǒng)呈動態(tài)網(wǎng)格式架構(gòu),看似靜態(tài),實則動態(tài),不同的課程形成不同的網(wǎng)格,即每門課程的課程思政教學(xué)模塊不同。圖1是以智能制造工程專業(yè)中兩門主干課程、學(xué)科競賽等部分主要內(nèi)容構(gòu)建的智能制造工程專業(yè)動態(tài)網(wǎng)格式的課程思政模塊化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。課程思政的育人目標依靠每門課程的思政教學(xué)設(shè)計模塊達成。

圖1 智能制造工程專業(yè)動態(tài)網(wǎng)格式的課程思政模塊化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

(二)工程任務(wù)模塊

工程任務(wù)模塊包括工程實踐和創(chuàng)新設(shè)計,以課程建設(shè)為抓手,以工作室為載體,創(chuàng)新實踐教學(xué)模式,圍繞課程的專業(yè)知識開展課內(nèi)工程項目訓(xùn)練。工程任務(wù)模塊的實施采用小組協(xié)作的方式,需要學(xué)生在專業(yè)課程實訓(xùn)中設(shè)計并制作小型創(chuàng)新機器,這有助于全面提高學(xué)生的專業(yè)綜合實踐能力。此外,傳統(tǒng)的實踐教學(xué)模式通常只包含課內(nèi)實驗和生產(chǎn)實習(xí)兩部分,機械類專業(yè)課程教學(xué)創(chuàng)新則在此基礎(chǔ)上,積極組織學(xué)生開展參加專業(yè)相關(guān)學(xué)科競賽、參與教師的教科研項目、撰寫學(xué)術(shù)論文、申報專利等第二、三課堂活動,這是通過擴大學(xué)生的活動參與面,提升學(xué)生的專業(yè)綜合能力。

(三)教學(xué)方法模塊

教學(xué)方法模塊包括傳統(tǒng)教學(xué)方法和智慧教學(xué)方法。有效的教學(xué)方法能保證課程教學(xué)高效開展,是達成教學(xué)目標的基本途徑,也是提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的有效途徑。傳統(tǒng)教學(xué)方法主要是結(jié)合課件和板書進行講授,已不能完全滿足現(xiàn)代信息技術(shù)背景下課程教學(xué)要多樣化、人才培養(yǎng)要具有全面性的要求。機械類專業(yè)課程教學(xué)創(chuàng)新可采用多種教學(xué)方法以豐富課程教學(xué),如采用案例教學(xué)法、實景教學(xué)法、項目驅(qū)動法等,同時結(jié)合線上掃碼學(xué)習(xí)法、設(shè)計計算軟件開發(fā)等。豐富的教學(xué)方法能減輕學(xué)生對工科課程的畏難情緒,使學(xué)生愛學(xué)樂學(xué),從而提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果。

一是借助案例教學(xué)法讓學(xué)生深入工程實踐。教師可以搜集大量與機械相關(guān)的前沿動態(tài)和工程實際案例素材,逐步建立工程案例庫,同時搜集各思政元素相關(guān)案例,形成兼顧專業(yè)知識和思政元素的完備案例庫。案例內(nèi)容范圍廣,素材類型多樣化,如新聞報道、前沿講座、影視片段、學(xué)科前沿文獻等。教師在分享素材時也可做到方式多元化,可采用線上學(xué)習(xí)平臺發(fā)放、鏈接推送、云盤共享等多種方式,將工程案例和思政案例全面融入課堂教學(xué),保持課堂的活力和高效性。學(xué)生在活躍的課堂氛圍中,更有可能打破自身被動吸收知識的狀態(tài),進而轉(zhuǎn)向主動求知。

二是采用實景教學(xué)法呈現(xiàn)設(shè)計模型。課堂教學(xué)中若涉及機構(gòu)原理與現(xiàn)象、機械模型、機器結(jié)構(gòu)等知識的教學(xué),教師可采用實景教學(xué)法:通過拍攝實景實物,將實驗室或企業(yè)實際工程實物等在課堂中展現(xiàn)給學(xué)生,幫助學(xué)生更好地理解課程的理論知識,同時了解相關(guān)的工程實踐現(xiàn)場。

三是在課中采用掃碼學(xué)習(xí)法營造趣學(xué)氛圍,創(chuàng)設(shè)在生活中學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)生活化的情境,讓學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣愈加濃厚,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力。教師運用掃碼學(xué)習(xí)法時,需要先整理好傳遞給學(xué)生的課程重要知識點、課程思政案例、工程案例、前沿動態(tài)等知識素材,再運用技術(shù)手段將這些知識素材轉(zhuǎn)成二維碼,進而讓學(xué)生可以通過手機掃碼進行移動式學(xué)習(xí),不受時間和地點限制。這種較為新穎的教學(xué)方式能夠給學(xué)生帶來不同的學(xué)習(xí)體驗感,讓學(xué)生保持學(xué)習(xí)興趣和熱情。

四是應(yīng)用專業(yè)軟件服務(wù)教學(xué)。教師可利用UG、Solidworks、ProE等專業(yè)軟件對機械結(jié)構(gòu)進行三維設(shè)計,做到機械結(jié)構(gòu)設(shè)計理論計算與三維數(shù)字化建模技術(shù)相結(jié)合,更直觀形象地向?qū)W生展現(xiàn)機械結(jié)構(gòu)。教師還可以結(jié)合Matlab、Delphi等軟件,開發(fā)齒輪、軸承、軸等零件的設(shè)計計算和查詢系統(tǒng),并生成可執(zhí)行文件,運用在布置給學(xué)生的知識學(xué)習(xí)和創(chuàng)新設(shè)計任務(wù)中。學(xué)生使用軟件時能夠獲得更真實的學(xué)習(xí)體驗感,有助于提高設(shè)計效率,在一定程度上減輕了畏難心理。

(四)教學(xué)評價模塊

教學(xué)評價模塊包括基礎(chǔ)評價和多元評價。機械類專業(yè)課程教學(xué)要以學(xué)生為中心,以學(xué)生掌握工程核心技術(shù)能力為根本。根據(jù)我校的學(xué)分替換文件,學(xué)生可在近20類不同的實踐性環(huán)節(jié)中獲得替代學(xué)分。評價模塊對多種實踐活動給予認證,學(xué)生參與項目研究、設(shè)計機器、撰寫論文和申報專利等均可替代學(xué)分,具體替代學(xué)分分數(shù)由學(xué)業(yè)導(dǎo)師和學(xué)生的實踐情況綜合評定。同時,教學(xué)評價采用多種考核方式,保證考核的科學(xué)性和全面性,如線上和線下相結(jié)合,并對考核結(jié)果進行交叉分析,科學(xué)展示效果,根據(jù)分析結(jié)果及時反饋,合理調(diào)整教學(xué)進度等。這是教學(xué)評價機制的一大變革,能夠激勵學(xué)生積極參與不同類型的智能化工程能力訓(xùn)練,從不同方面提高自身的專業(yè)技能,還能夠鼓勵學(xué)生利用實驗實訓(xùn)室、創(chuàng)客空間、工作室等多個場所自主學(xué)習(xí),讓教學(xué)評價具有全程化、多元化、多樣化的特點。

三、創(chuàng)新教學(xué)支持服務(wù)體系

完備的教學(xué)支持服務(wù)體系是保證創(chuàng)新教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。因此,機械類專業(yè)課程教學(xué)要將課程教學(xué)資源與社會資源有效融合,將大數(shù)據(jù)、5G、人工智能等智能技術(shù)相互融合。為了提高教學(xué)效果,本研究基于OBE教學(xué)理念,將導(dǎo)學(xué)、促學(xué)和助學(xué)貫穿整個教學(xué)過程,采用“三學(xué)一中心”的創(chuàng)新教學(xué)支持服務(wù)體系,具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。該模式以學(xué)生為中心,落實全程導(dǎo)學(xué)、多元促學(xué)和全員助學(xué)。

圖2 創(chuàng)新教學(xué)支持服務(wù)體系

全程導(dǎo)學(xué)以“學(xué)—講—練—結(jié)”為主線,在課前給定預(yù)習(xí)目標,引導(dǎo)學(xué)生有效完成學(xué)習(xí)任務(wù)。在此基礎(chǔ)上,教師課上集中講授知識點并設(shè)計小組活動,使師生之間和生生之間得到充分互動,保證課堂的高效性,同時結(jié)合實際工程案例設(shè)計訓(xùn)練任務(wù),鞏固當(dāng)堂知識,最后緊扣專業(yè)前沿知識進行總結(jié)和拓展,進一步深化知識,提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果。

多元促學(xué)通過以“融”促學(xué)、以“創(chuàng)”促學(xué)、以“研”促學(xué)、以“賽”促學(xué)和以“考”促學(xué),多管齊下。為了有效實施思政育人,教師要深挖課程思政點,在課堂中將其融入,培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷,燃起學(xué)生科技強國之夢,結(jié)合創(chuàng)新教學(xué)方法提升學(xué)生的內(nèi)驅(qū)力。教師要以工作室為載體,指導(dǎo)學(xué)生參與科研項目和學(xué)科競賽,開展學(xué)科方面的研究,促進學(xué)生工程核心實踐能力的提高。教師要科學(xué)分析學(xué)生的教學(xué)評價考查結(jié)果,向?qū)W生反饋學(xué)習(xí)效果,讓學(xué)生找到不足并不斷改進。

全員助學(xué)涉及教師、學(xué)校、合作企業(yè)等多教育主體。學(xué)校的日常教學(xué)管理不僅要針對學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)作出部署,還有必要聯(lián)合產(chǎn)學(xué)研相關(guān)企業(yè)或產(chǎn)業(yè)與學(xué)院開展工程核心能力訓(xùn)練活動,如到企業(yè)參觀、請工程師入校培訓(xùn)、安排學(xué)生到企業(yè)實習(xí)等,促進學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)。學(xué)生在校內(nèi)學(xué)習(xí)過程中遇到任何問題均可隨時與教師交流,教師可在學(xué)習(xí)通或微信等平臺解答學(xué)生的疑惑。

導(dǎo)學(xué)、促學(xué)和助學(xué)之間的聯(lián)系非常緊密,兩兩之間相互交融,導(dǎo)中有促、導(dǎo)中有助,促中有導(dǎo)、促中有助,助中有導(dǎo)、助中有促,覆蓋整個教學(xué)過程。教師、學(xué)校、合作企業(yè)等多教育主體做到全程導(dǎo)學(xué)、多元促學(xué)、全員助學(xué),保證課程教學(xué)的順利開展,促進高效培養(yǎng)。

四、改革成效

一是學(xué)生具備了較好的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新素質(zhì)。在近3年的專業(yè)課程教學(xué)中,學(xué)生全員參與創(chuàng)新機械作品的設(shè)計與制作,創(chuàng)造出雕刻與數(shù)控銑一體機、交替往復(fù)式?jīng)_壓機、小型搬運機器人、智能分棋機器人、韭菜收割機等作品,這些作品均能體現(xiàn)出創(chuàng)新元素的融入,說明學(xué)生具備較好的創(chuàng)新意識。二是學(xué)生的專業(yè)實踐能力和綜合素質(zhì)在實踐中得到了充分展現(xiàn)。我校機械類專業(yè)近3年已組織近百個學(xué)生團隊參加省級以上的多種機械類學(xué)科賽事,且均取得了較好成績,共獲得近30項省級以上獎項,在2021年更是取得了全國大學(xué)生機器人大賽ROBOCON的一等獎。學(xué)生專利工作也收到較好反饋,受理的實用新型專利有100余項。三是課程建設(shè)和教研教改方面取得了一定成績,創(chuàng)新教學(xué)改革得到了有效推進。課程組近3年有2門專業(yè)課被認定為省級一流本科課程,獲4項省級教研教改項目立項。

五、結(jié)語

本研究全面解讀機械類專業(yè)“多維度、立體化”的創(chuàng)新教學(xué)模式,為專業(yè)課程教學(xué)提供一種范式參考。機械類專業(yè)在實施教學(xué)創(chuàng)新工作的過程中,以立德樹人為根本,強調(diào)課程思政的引領(lǐng)作用,為提高思政育人效果,搭建智能制造工程專業(yè)動態(tài)網(wǎng)格式的課程思政模塊化系統(tǒng),將課程思政元素、融入方法和評價方式等進行交叉匹配后有機組合成每門課程的課程思政教學(xué)模塊;為保證教學(xué)的有效實施,提高教學(xué)質(zhì)量,將教學(xué)模式的實施落到實處,采用“三學(xué)一中心”創(chuàng)新教學(xué)支持服務(wù)體系作有力保障?！岸嗑S度、立體化”創(chuàng)新教學(xué)模式和創(chuàng)新教學(xué)支持服務(wù)體系對機械類專業(yè)課程教學(xué)的有效實施發(fā)揮出全方位的作用,能幫助學(xué)生朝著高素質(zhì)人才的方向發(fā)展。