面向应用的“先进制造技术”课程教学改革研究

郭江　孙晶　王永青

摘    要：“先进制造技术”是近年来机械工程一级学科中较为热门的一门课程，该课程内容广泛，涉及各大尖端前沿技术领域。文章基于思政案例教学思想开展教学改革研究，建立面向应用的“先进制造技术”思政案例库。同时，在讲授法、训练法和演示法的基础上，发展以案例教学为主，实践教学为辅，“讲授式”与“启发式”并举的教学方法，将课程思政充分融入“先进制造技术”课程。

关键词：先进制造技术;课程思政;案例教学;实践教学

中图分类号：G642.0           文献标识码：A          文章编号：1002-4107（2022）05-0018-05

一、引言

随着科学技术的不断进步，各类产品的迭代日趋加快，产品需求趋向高端化、多样化和个性化。制造业为了满足和适应生产要求及消费市场变化，需要应用成熟度较高的先进制造技术指导生产。先进制造技术也成为各国战略优先发展领域。毫无疑问，谁最先走在先进制造技术前沿，谁就掌握了世界高端制造的主动权。美国、日本、德国等发达国家在该领域已率先完成布局，我国虽然起步较晚，但近年来发展势头迅猛[1]。

制造业是国家的立国之本、兴国之器、强国之基。目前，我国已成为全球制造业第一大国，拥有最全的工业门类，但要完成制造大国向制造强国的转变仍有很长的路要走。进一步发展和应用先进制造技术是实现产业升级的必由之路。现代企业为了提高生产研发水平和产品竞争力，企业内部的工程技术人员就要掌握相关先进制造技术专业知识，具备先进制造设计、工艺和管理的能力。针对制造业发展现状和企业用人需求，国内诸多院校机械类本科和研究生专业陆续开设了“先进制造技术”课程。

“先进制造技术”课程内容十分广泛，涉及各大尖端前沿技术领域和“卡脖子”技术领域。课程的教学目的是通过课程学习使学生熟悉各类先进制造技术的理念和应用领域，掌握各种先进制造技术的常用方法，由它们的特点、构成、技术内涵了解先进制造技术的发展趋势。该课程能够有效拓展学生专业技术视野，使其掌握制造技术的最新发展，对学生职业生涯发展具有良好的推动作用。但由于课程涉及范围广，内容较为深奥，且课程学时较短（一般32学时左右），授课和学习均具有一定难度。另外，课程教材普遍存在滞后性。当前的教学多以理论讲授为主，缺乏与工程实践的有机融合。难以切实做到面向实际应用的教学目标。为了使学生在有限的时间内更加深入全面地掌握先进制造技术前沿知识，合理地改革教学模式和教学方法十分重要。

另外，“先进制造技术”这类专业课程通常只注重专业知识，而缺乏对课程授课中思政元素的挖掘和融合，使思想政治教育进入“孤岛化”困境，产生思政教育与专业教学“两张皮”的现象[2]。2016年，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，要守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应。所以迫切需要发掘课程中的思政元素，并将思政元素与案例相结合，融入课程教学内容。

为了实现面向实际应用的课程教学目标，需要落实案例教学和工程实践教学。其中，案例教学起源于1870年，是一种以案例为知识载体和任务驱动的教学方法[3-4]。在案例教学过程中，授课教师根据教学内容的特点，科学选取与设计教学案例，引导学生深入剖析与讨论案例所反映的理论知识与实践方法。学生在其中能够建立起抽象理论知识与现实应用之间的联系。在当前背景下，思政结合的案例教学是高等工程教育的重要方法[5-7]。工程实践教学是一种有效巩固理论知识、加深理论应用水平和培养创新意识的高素质人才的重要教学方法。教师可基于院校或合作企业的工程实训条件，遵循特色性、实用性和混合性原则设计实践内容，让学生实际接触教材中的具体技术和应用，让工程实践教学成为学生兴趣学习工厂[8]。思政案例教学和工程实践教学与“先进制造技术”课程具有良好的契合度。通过该方法可以将冰冷枯燥的理论知识变得看得见、摸得着，使授课教师能够更好地引导学生学习相关理论知识与实际应用，建立抽象知识与现实应用的联系，锻炼学生的分析问题、表达与工程实践的能力，促进专业知识的有效迁移。

本文针对课程特点并结合笔者自身教学实践开展面向实际应用的“先进制造技术”课程改革，贯彻“面向国家重大需求，培养科技创新人才”的理念，将思政案例贯穿课程教学始终，建立起符合新时代特征的“互联网+教学”、思政案例牵引、启发与讲授并举的教学模式。通过真实具体的教学案例和工程技术实践，让学生深刻了解先进制造技术的发展现状与发展趋势以及我国制造业的优势与不足，培养学生的危机感、使命感、爱国情怀以及责任担当，培养国家需要的全面发展的综合型工程技术人才。

二、课程特点及教学现状

“先进制造技术”是在传统制造技术基础上不断采用先进设计方法、制造工艺、自动化技术、管理技术及制造模式，其内容主要包含现代设计技术、先进制造工艺技术、制造自动化技术等[1]。其课程特点、教学发展现状和存在的问题如下所示。

（一）课程的主要特点及内容

1.广泛实用性。“先进制造技术”主要面向工业应用，是具有实用性和广泛性的前沿新技术的统称，其产生和发展具有明确的产业发展需求和导向，目的是解决先进工业生产中的实际瓶颈问题。先进制造技术不是纯粹地追求高新技术，而是更注重于利用前沿科学技术在生产制造中获得最佳的实践效果和应用价值。

2.多学科交叉融合。“先进制造技术”是一门集机械工程技术、电子技术、自动化技术、信息技术等多种技术为一体所产生的技术、设备和系统的總称。其多学科交叉性很强，属于多种不同专业和学科间渗透、交叉、融合的产物。目前已经发展为一门集机械、电子、信息、计算机、自动化、材料和管理技术为一体的新型交叉学科。

3.内容广泛性。与传统制造技术相比，先进制造技术的内容性质有所不同。整体内容包含设计、自动化、系统管理等技术，主要技术内容不仅是面向设计、加工、制造全过程，还覆盖了产品设计、生产前准备、加工装配、销售应用、售后维修乃至回收利用的生产全流程。

4.课程内容的动态发展性。先进制造技术自诞生以来就一直处于与时俱进、不断动态变化的过程，代表了制造技术的最新发展阶段。“先进制造技术”课程不同于“机械制图”“机械原理”等基础专业课程，其核心知识点一直处于动态发展的状态。先进制造技术需要不断吸收和改进各种高新技术，并且不断融合、发展，确保其先进性和前沿性[7]。

（二）“先进制造技术”课程发展现状和存在的问题

1.未立足国家重大需求，直击学科发展前沿。“先进制造技术”课程的内容繁多、覆盖面广，但授课内容通常受限于教材，导致缺乏与国家重大需求和科技时事的有效结合，缺少含有当前国家需求技术内容特色的教学方案。同时，课程内容具有动态发展性，随着技术进步，不断有新的制造技术应运而生并投入生产实践。然而教材存在滞后性，尽管近年来有新教科书出版，但内容和框架基本是延续之前的版本。如果教师只讲授教科书中的知识，势必难以紧跟国际技术发展前沿，课程也失去了“先进”的本义，不利于学生对前沿制造技术的了解和掌握。

2.教学方法陈旧，难以调动学生积极性。“先进制造技术”课程教学内容繁杂，各种先进制造工艺、原理、理念涉及多学科知识，教学思路多以教材顺序为主，缺乏对各个知识点的梳理整合。课程教学缺少与工程实践的有机结合，易导致“填鸭式”的纯理论教学，学生普遍感觉“枯燥”“玄乎”，不能正确理解和运用相关知识。受教育体制、教学模式和学习习惯等影响，学生往往习惯于被动接受知识，缺乏自主学习的积极性和能动性。同时学生的状态往往不能及时正确地反馈给教师，师生之间缺乏有效互动和沟通。

3.课程考核方式单一，难以全面评价学生。目前，该课程考核方式单一，普遍是期末考试“一锤定音”，无法全面评价学生能力。学生往往通过“考前突击”应付考试，学习效果较差。而且当前教学普遍重理论轻实践、重灌输轻思考、重讲授轻指导、重分数轻能力、重成绩轻实效等，难以实现应用型、创新型、复合型高素质人才培养的目的。

4.未充分挖掘课程中的思政元素。“先进制造技术”作为机械类的前沿认知型专业课程，蕴含大量的思政元素。此前，在该类课程教学中，教师一般只注重于讲授专业知识，缺乏对课程思政元素的充分挖掘，也没有将思政与课程知识结合，没有做到课程思政的“同频共振”，难以潜移默化地升华学生的意识形态。

三、课程建设与改革探索

为了响应习近平总书记“四个面向”的号召，立足国家高性能制造等重大需求，实现培养具有爱国情怀、社会责任感、创新精神，具备全球竞争力的研究型、创新型、复合型高素质人才的教学目标，紧紧抓住课程建设“主战场”、课堂教学“主渠道”，完善课程思政工作体系、教学体系和内容体系。笔者针对“先进制造技术”的课程特征，克服当前教学难题，开展“先进制造技术”课程建设与改革探索，改革内容如图1所示。

（一）课程内容方面的改革

第一，基于思政案例教学方法，融合国家重大需求和先进制造技术的前沿发展现状，突破现阶段课程教材框架的桎梏，以案例为载体实现对相关先进制造技术知识的梳理、分析和整合，建立起一个面向实际应用的思政案例教学库，如表1所示。同时，针对思政案例库中的内容制作相应的课程引入视频，在课堂开始之初就抓住学生的兴趣点。通过建立的案例优化补充当前教学内容，将冰冷枯燥的理论知识化虚为实。通过对前沿技术案例以及“卡脖子”技术案例的介绍，穿插讲解各先进制造技术的概念、原理、分类、应用领域以及发展趋势等，注重对案例进行整体层面和技术层面的宏微观分析，总结现有技术的差异性和优缺点。

深层次发掘课程中的思政元素，突出和分析在前沿技术领域与“卡脖子”技术领域我国与欧美、日本等发达国家之间的技术差距。通过技术对标和差距分析激发学生斗志，培养学生的危机感、使命感、爱国情怀和责任担当。通过介绍国内打破国外封锁、取得技术领先的事迹，突出新时代的“工匠精神”，传承艰苦奋斗、坚持创新的精神，实现育德和育才相统一。在强调技术和职业化的基础上加强对人文内涵的拓展，保证学生在学习专业知识的同时加强思想政治建设。

第二，基于思政案例库的内容以及学校工程实训中心和实验室条件，积极开辟“先进制造技术”课程的第二课堂，开展先进制造技术工程实践教学。科学设计和规划实验实践教学项目，实践内容如图2所示，涵盖增材制造技术、超精密加工技术、特种加工技术、微机电制造技术等内容。通过将工程实践与先进制造技术进行串联，实现实践教学反哺理论知识教學的目标[8-9]。通过实践教学的内容，指导学生认识和接触实验室内的先进制造和检测设备，并对部分有条件的技术和设备进行实地加工演示。在学生大脑中将教科书中的内容与实际的技术设备建立起良好的映射关系，以此加深相关知识的学习印象，从根本上优化学习效果。

1.代表性前沿技术案例。“先进制造技术”课程案例必须紧跟制造技术的发展前沿，以此保持课程内容的新鲜活力。同时，在课程学习中，教师要将课程内容和自身的科研课题进行有机结合，引入学科前沿案例结合先进制造技术进行讲解。

前沿技术案例方面以近年来国内外发展迅猛的3D打印技术为例。3D打印技术是一种新型的快速成型技术，被誉为“第三次工业革命的明珠”。该技术随着近些年的快速发展，在各大领域得到广泛应用。在本课程中将3D打印的国内外最新研究成果引入到“快速成型技术”章节，并结合该技术在国内各领域的实际应用实例，形成3D打印前沿技术案例。同时在实践教学环节，加入3D打印技术实践环节，实地分析打印中的具体原理和实现方法，在实践中加深理论知识的学习。而对于该章节前沿研究动态的科普，有助于激发学生的科研兴趣，开发学生的研究潜质。

2.代表性“卡脖子”技术案例。“先进制造技术”课程对于本科生具有重要意义，通用专业课程决定了学生从事本专业工作的基础能力，而该课程则提高了学生从事本专业工作的研发能力。学生通过学习这门课程不仅可以了解制造技术的前沿发展，还可以学习面向国家重大需求的“卡脖子”技术。将“卡脖子”技术引入“先进制造技术”这门课程，建立起它们的映射关系，如图3所示。通过典型“卡脖子”技术案例的学习能够培养学生的爱国情怀、危机意识和责任担当。

例如，在讲授航空航天装备领域的先进制造技术时，结合我国航空制造技术发展被“卡脖子”的历史。航空发动机一直是我国航空航天飞行器发展的薄弱环节，受到了发达国家的技术制约。20世纪70年代中期，我国从英国引进航空发动机，直至2003年才实现航空发动机制造的完全自主化。直到21世纪初，西安航空发动机公司才能够制造合格的“斯贝”发动机，我国用了30年才完全消化达到了发达国家60年代的技術，技术差距不言而喻。从这些“卡脖子”技术切入进行思政案例学习，不仅能让学生深刻认识先进制造技术的重要性，还能够加深知识学习程度，具有良好的课程思政导向。

另外，以芯片制造中不可或缺的光刻机为例开展教学。光刻机是制造机电、光电、芯片大规模集成电路的关键设备，被誉为“工业皇冠上的明珠”。光刻技术是通过光化学反应原理和化学、物理刻蚀等方法将掩模板上的图案加工到晶圆上的工艺技术。而光刻机便是实现光刻技术的关键装备。思政案例紧跟热点，以“华为事件”作为切入点，对光刻技术、光刻机的工作原理、发展历程和最新成果进行介绍，让学生更加深刻地体会到我国在光刻技术方面所面临的技术困境，启发他们对于国际形势、国家发展的思考。在课程教学中，教师可以将课程知识与当下时事进行有机结合，力争培养一批紧跟技术前沿、视野开阔、能力卓越，同时具有家国情怀和时代使命感的国家栋梁之才。

（二）教学方法的改革

习近平总书记对广大教师提出“积极探索新时代

教育教学方法，不断提升教书育人本领”的希望。因此，课程改革不仅要面向教学内容，更要表现在教学方法的推陈出新。教学不只是传授知识点，而是在教学中调动学生的主动性，培养学生的自主学习能力，提升学生的综合素质和应用能力。针对课程教学需求，充分调动学生的积极性，帮助学生达到更高的学习效果，笔者在讲授这门课程时借鉴了多种优秀的教学方法[10-12]，具体内容如下。

1.采用“讲授式”与“启发式”联合模式。注重转变学生习惯被动学习的现状，采用“讲授式”与“启发式”联合模式，讲授为主，启发为辅，双线并进。除了课上与学生积极互动外，还可以让学生分组，以问题为导向去查阅资料文献来讨论问题、解决问题，以主题报告的形式进行演示。有针对性地培养学生的团队协作意识、主动学习能力和思维创新能力。

2.深化思政案例教学方法。教师在授课时，要进一步深化思政案例教学思想。案例设计应涵盖增材制造技术、航空航天装备制造、光刻机与光刻技术、海洋工程装备技术等前沿技术和“卡脖子”技术领域，并充分融入思政元素。例如，通过讲解“华为事件”引出微机电技术的内容，使学生明白我国的芯片制造技术受到国外先进设备与技术的限制，引发学生反思，激励和鼓舞其不畏艰难，艰苦奋斗。通过结合时事热点的技术案例进行讲解讨论，提高师生课堂互动水平，引发学生课程学习兴趣，将教师与学生之间的单向交流转换为席卷整个课堂的大讨论。

3.拓展第二课堂，发展先进制造技术工程实践教学。由于先进制造技术多为工业技术，生活中较为少

见，很多学生对先进制造技术比较陌生。因此，必须拓展第二课堂，发展先进制造技术工程实践教学[12]。根据科学设计的实践教学内容，组织学生到工程实训中心和开放的实验室参观先进的设备和制造工艺，提高学生对先进制造技术的直观认知，介绍过程中结合先进设备和制造工艺的应用场所与应用领域进行现场演示，部分安全操作条件允许的可以安排学生操作，培养学生建立起理论与实践的映射关系，提高学生的学习兴趣。

4.有效利用网络信息优势。鉴于“先进制造技术”的课程特点，常规的板书和多媒体教学并不能完全满足教学需要，在教学过程中要充分利用网络资源，如一些先进制造技术、军工圈的微信公众号和网站资源，培养学生主动性，让学生在课外也能多渠道了解先进制造技术的发展和应用，开阔学生的视野，使学生能够在专业学习和工作发展中持续受益。

5.建立综合评价标准。为避免期末考试“一刀切”、单一考核方式对学习状况评价不全面的问题，增加了平时成绩的比重，加强了对综合能力的考察，做到既要考察知识，又要考察能力。根据改革内容建立了具体的综合评价标准，如图4所示。除了常用的平时作业和期末考试考核外，专门加入一定的思政表现评价部分，以加强思政学习力度。思政评价部分主要面向课堂表现和实践考核，课堂表现是指学生在课堂中的问题回答情况和见解分享情况，实践考核主要是让学生以小组为单位选题、收集资料形成一定内容，以主题报告的形式展示，教师和学生共同评价并给出该部分成绩。通过综合评价标准实现对学生课程学习和思政的科学量化，更好地发挥课程的价值引领作用。

（三）改革结果与反馈

“先进制造技术”课程思政教学改革后取得了良好的教学效果。根据统计结果显示（如图5），改革后，学生的整体成绩有所提高，与未实施改革的班级相比，学生的学习态度更加端正，学习热情极大提高，整体学习氛围浓厚，学生的课堂参与度明显提高。

除此之外，在课程结课后，征集了学生对本次课程改革的意见建议，得到了众多积极的反馈。但本次课程仍存在改进之处：课程中学生希望了解一些有关国内相对国外的技术优势的实例，在培养学生的爱国情怀、危机意识和责任担当的同时也增强了其技术自信。同时希望对于“绿色制造”这部分内容能够得到更加具体的体现等。教师可以通过学生反馈思考课程的下一步改进方向，以学生的视角发现并解决教学改革中仍然存在的“痛点”。

四、结语

“先进制造技术”课程是一门涉及多学科交叉融合的综合性专业课程，其涵盖的专业技术内容较多，知识面涉猎较广，具有广泛的实用性和先进性。本文根据“先进制造技术”课程特点和当前教学现状，引入了“解决实际问题，培养创新人才”的理念，基于案例教学的思想，对该课程进行了课程改革研究。通过对课程体系的调整和教学内容的优化，建立了从理论向实践延伸的思政案例教学内容库，优化了课程教学方法和课程评价体系，主要创新点如下。

第一，在教学内容方面，建立了案例教学内容库，结合实际案例讲解最新的前沿制造技术和“卡脖子”技术，具有明确思政导向;以工程实训中心和实验室条件为基础，拓展第二课堂，开展实践教学，帮助学生建立理论与实践的映射关系。第二，摒弃教师完全主导课堂的传统教学模式，采用“讲授式”与“启发式”联合模式，培养学生的创新能力。第三，在课程评价中破除唯分数论，建立多元化的综合评价标准，有效调动学生的学习积极性、主动性和创新性。第四，充分挖掘了课程思政元素，做到思政课程和课程思政同向同行，提高学生对中国制造的认同感，培养学生的爱国精神和“工匠”精神。

通过“先进制造技术”课程的教学改革，激发了学生对该课程的兴趣，提高了课程的整体学习效果，获得学生的一致好评。同时，还激励了学生投入相关科技前沿领域工作的决心和抱负。围绕着“新工科”建设理念，通过课程教学培养了学生的危机感、使命感、爱国情怀以及责任担当，实现个人与国家的共同发展。目标是培养出具有爱国情怀、社会责任感、创新精神、创业意识，具备全球竞争力的研究型、创新型、复合型高素质人才。

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