新工科背景下独立学院机械类核心课程“四维一体”新范式——以河北农业大学现代科技学院为例

河北农业大学机电工程学院 张秀花 杨淑华 李敬 刘尚坤 徐鹏云 张艺

1 新工科背景下独立学院机械类核心课程体系改革的意义

“新工科”是我国工程教育对国家重大战略的积极响应，主要解决国家和产业的重大战略与科学技术发展的重大需求问题，培养和造就一大批复合型、创新型的工程技术人才[1]。目前各高校都在紧跟工程教育环境的变化，更新知识体系，同时必须在品德、能力、创新与实践环节予以加强，才能够培养出时代需求的高水平高素质的人才[2-3]。因此，构建机械类核心课程新范式，是实现德、能、智、素全面发展人才的有效途径。

课程体系的构建是大学教学改革的重要内容，关系到高校教育教学质量和人才培养方案的质量；其中核心课程体系是实现专业人才培养目标的关键，在人才培养和学生知识结构中处于重要地位。河北农业大学现代科技学院机械类专业包括机械设计制造及自动化、车辆工程、农业机械化及自动化、机械电子工程等，生源入校分数跨度大、基础知识差，但是具备自我中心意识高与活动参与意识高等优秀特征，探索在新工科背景下独立学院高素质复合型“新工科”人才，构建机械类核心课程新范式，具有十分重要的意义。

2 机械类核心课程“四维一体”新范式内涵与课程体系设计

机械类核心课程包括机械设计课程模块、机械制造课程模块、机械自动化课程模块，包括机械原理、机械设计、机械制造基础、机械工程材料、机械控制工程等课程，这些核心课程贯穿4年大学教育，在培养学生素质与能力方面举足轻重。在新工科背景下，以机械类专业核心课程群为“一个主体”，通过“四个维度”的抓手，构建核心课程新范式，培养服务于现代农业装备转型升级的德、能、智、素创新人才。通过课程思政元素和案例、多种教学方法与手段、多元的实践教育体系实现立德树人，培养专业技能、启发创新思维，训练实践能力，具体的课程体系设计如图1所示。

图1 机械类核心课程“四维一体”新范式的框架结构

第一维：思政育人立德

强化课堂价值观引领，教书与育人并举。根据专业和独立学院生源特点，深入挖掘思政育人案例，探索机械类专业教育与思政教育相结合的教学方法，在专业知识与思政主流意识之间架起互动桥梁，润物无声，同心同向，形成合力，协同育人，立德树人。

第二维：课程规范育能

针对独立学院的生源特点，研究学生学习的内在动力与学习规律，修订适于独立学院机械类专业的核心课程规范。具体到课程的教学目标、重点难点、教学手段到章节内容、案例设计等各个环节，细致规划，夯实学生的专业核心知识，培养机械类专业技能。

第三维:探索参与启智

以强化素质教育、工程设计能力与工程创新能力为核心，改革教学方法与手段，采用基于问题的学习、基于案例的学习、双创案例的学习等多种研究性学习方法，以学生为中心，推动参与式教学，启迪学生发散-创新-归纳思维，培养创新能力。

第四维:创新实训提素

构建专业实践与双创实践深度融合的多元实践教育体系。整合校内外实践教学平台，科学实施认识实习、专业实习、工程训练、课程设计、毕业设计、实习5个有梯度、分层次、阶段性实施的一体化实践项目教学体系。专业技能竞赛与科研训练双轮驱动，实现教育、训练、实践三级递进。

3 机械类核心课程“四维一体”新范式实施方案

3.1 设计课程思政案例，实现立德树人

在新时代背景下，在专业理论课程中融入思政教育元素，将立德树人贯穿于教育教学全过程，实现全程育人，全方位育人[4]。课题组以新工科背景下课程思政理念为指导，针对核心课程的特点，挖掘思政元素，设计思政案例，培养德、能、智、素创新人才。例如在《机械原理》课程中，设计了案例“蒋亦元院士：逆境不馁、守之弥坚”，讲述曲柄滑块机构的时候，举曲柄滑块机构应用的例子——谷物联合收割机的割刀机构，引入蒋亦元院士先脱后割的大胆创新做法和三十三年如一日的坚守初心、逆境不馁的事迹。通过蒋亦元院士研制割前脱粒水稻联合收获机的事迹，讲述他始终不忘致力于实现我国农业机械化的初心，三十三年如一日坚守和努力，终于研制出四代样机。教育学生学习他敢于质疑，勇于创新的意识，学习他逆境不馁、守之弥坚的顽强意志和求真务实、坚韧不拔的科学态度。

3.2 制定课程规范，培养专业知识技能

大学生掌握专业知识技能是基础，根据独立学院的学生特点，制定专业核心课程规范。具体到课程，对每一章节的知识点、培养的能力，以及学时和要求作了具体规划。具体到每一章，确定每一章的目的和要求、重点难点、及掌握的基本知识、基本理论和基本能力，具体的教学内容与学时分配，教学方法与教学手段，夯实学生的专业核心知识，培养机械类专业技能。

3.3 采用多种教学方法，激发创新思维

教学方法是教师和学生在教学过程中，为达到教学目的，完成教学任务所采取的方式和手段的总和，好的教学方法可以调动学生的积极性和充分发挥教师的主导作用，课堂上灵活运用多种教学法，以强化素质教育、工程设计能力与工程创新能力为核心，采用基于问题的学习、基于案例的学习、双创案例的学习等多种研究性学习方法，以学生为中心，推动参与式教学，启迪学生发散-创新-归纳思维，培养创新能力[5-6]。例如，讲述自由度的概念及其计算：首先引入三杆、四杆和五杆的实例，先请同学们自己分析，后通过动画详细讲述三个构件铰接在一起根本不能运动，四个构件铰接在一起具有确定的运动，五个构件铰接在一起能运动但是运动不确定。此时可以采用提问法询问同学原因是什么。大多数的回答是杆件的数量不一样。这时再放一个尖顶推杆盘形凸轮机构的动画，它也是三个构件却能够运动而且还是确定的运动。所以再请同学仔细观察并采用提问法提问学生，很自然地就提出来：机构具有确定运动的条件与构件数量有关，还与各个构件之间的连接方式有关。学生自始至终带着兴趣听课，效果很好。这个过程综合了设疑法、实例法、启发式、提问式、讨论等多种教学方法。

3.4 积极参与专业实践和双创比赛，提升创新实践能力

目前的双创比赛较多，学生的积极性也较高，积极参与可以提高学生的创新能力、实践能力、综合能力。例如，工程训练比赛，无碳小车项目，既要考虑方案，又要制作。方案中既要有势能转换成机械能的装置、行走装置，还得有转弯机构，行走与转弯相互配合。对学生的设计能力、制作能力、动手调试和综合创新能力都要训练。例如，智能农业装备比赛，也是需要实物运转的比赛，一般是既有机械设计、电子控制的设计、制造和加工装配、现场调试试验等多种综合能力。

4 结语

本文以河北农业大学现代科技学院为例，基于新工科大背景下的人才培养要求，通过分析独立学院的学生特点和机械类核心课程的特点，构建了河北农业大学现代科技学院机械类专业核心课程“四维一体”新范式，制定了实施方案，探索“品德－能力－知识－素质”协同育人新模式。论文研究内容将给机械类核心课程适应新工科发展教学改革提供借鉴与参考。