新工科背景下“机械制造技术基础”教学综合改革探讨与实践*

张元晶，杨 勇，沈惠萍，马振武

（苏州科技大学机械工程学院，江苏 苏州 215009）

随着第四次工业革命的到来，高等工程教育亟需进行改革以适应现代工程发展的趋势。教育部提出的新工科改革恰逢其时，是一步至关重要的先手棋[1-2]。“机械制造技术基础”课程是机械工程、机械电子等专业的必修基础课，是机械设计制造及其自动化专业的一门重要的专业必修课，是一门实践性较强的课程，具有重要的工程应用意义。通过学习该课程，学生能了解机械加工系统的基本知识和切削原理的基本理论，能正确地选择加工方法与机床、刀具、夹具及加工参数，具备制定工艺规程的能力，掌握机械加工精度和表面质量的基本知识，初步具备分析解决现场工艺问题的能力。开展该课程的教学工作，可以培养学生分析和解决工程实际问题的能力，使学生具备机械加工工艺设计、工艺装备的选用和夹具设计的能力；培养学生在综合分析机械制造过程中提高产品质量和生产率、降低生产成本等方面的能力，使学生对制造技术的新发展和制造系统的基本概念有一定的了解。

1 教学现状

1.1 工程实践能力不足

机械制造技术与工程实践联系紧密，但课程讲解仍采用传统课堂理论授课形式，学生在学习过程中缺乏对工程装备与制造技术直观形象的认识，导致学生难以理论联系实际，不能真正做到知行合一，最终导致工程实践能力的培养不足[3-4]。例如，在切削刀具的角度标注中，如果无法在刀具三维模型视图中讲解，很多学生很难理解抽象的前刀面、法平面等概念；刀具切削运动与进给运动复合形成切削轨迹的过程也必须采用动画的方法演示，否则部分学生会由于缺乏空间想象能力而影响自身学习效果。随着绿色化、智能化在制造技术领域的渗透，例如特种制造、增材制造、微纳制造等先进制造技术已经越来越普遍，但目前“机械制造技术基础”课程教材内容陈旧，原有的课程内容跟工程实践已经有了一定的脱节。此外，目前的实践教学在场地上和设备上都落后于工程实际，通过工程实践培养学生解决问题的能力的目标难以实现。

1.2 解决复杂工程问题的能力不足

在中国制造2025 国家战略与制造业工业4.0 升级的背景下，智能装备呈现出日趋复杂的态势，“机械制造技术基础”课程是机械工程专业的基础课程，对培养工科学生解决复杂工程问题的能力十分必要[5-6]。目前，该课程的教学存在重理论轻实践的倾向，导致学生在实践能力、创新能力和系统化解决复杂工程问题的能力等方面十分薄弱。在新工科建设的大背景下，必须对这门课程的内容体系、教学模式与教学方法进行深入系统的探索与改革，才能满足新工科背景下对工科人才的现代设计能力与素质的需求。目前，教师在授课中，没有结合具体的工程实践项目讲解知识，也没有把系统的复杂工程问题贯穿到各教学环节，教学与企业真实环境、自动化工程设备脱轨严重，导致学生的工程应用能力不强，造成学生解决复杂工程问题的能力不足。

1.3 缺乏思政引领

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人。《华盛顿协议》工程教育认证明确指出，高等工程教育基本定位是培养学生解决复杂工程问题的能力。因此，现阶段高等工程教育肩负着培养德才兼备的高素质人才的责任与使命[7-8]。在课程思政教学中，以教学内容重构、新教学方法为抓手，培养学生的核心价值观与文化自信，实现立德树人的育人目标。

目前，由于课程内容缺失人文精神、工程伦理、核心价值观等思政要素的引领，专业课程教学只教书，不育人，学生普遍缺乏职业道德修养，没有形成核心价值观与文化自信，导致学生对专业课学习缺乏主动性与自觉性，在学习过程中存在缺乏内心认同感、缺乏理想与目标驱动等问题，“机械制造技术基础”课程思政教学难以满足现阶段教学要求[9]。因此，把思想政治教育融入教育教学的全过程，深刻挖掘本门课程的思政育人功能，通过巧妙和科学的内容设计，引导学生坚定正确的政治方向、树立远大的理想抱负、确立科学的价值观念、增强自身的综合素养是十分重要的。

1.4 考核方法单一

目前，“机械制造技术基础”课程考核方式基本是理论考试，学生的实践能力无法得到合理的考核。这一课程考核方式忽视了学生综合应用能力的评价反馈，不利于提高学生解决复杂工程问题的实践能力，不符合OBE教学的思想与目标[10]。

2 “机械制造技术基础”课程改革的思路与方法

2.1 线上线下混合翻转课堂的教学模式

引入线上线下混合翻转课堂的教学模式，结合传统教学模式和网络化教学模式的优势，将翻转课堂教学模式应用到课程教学中，教师是学习的引导者和促进者，学生成为学习的主角，线上线下混合翻转课堂教学流程如图1 所示。该教学模式包含教学过程与教学资源两个方面，需要建立按一定的教学目标和教学策略组织起来的教学内容和网络教学支撑环境，需要对微课、课程题库、考试题库等进行建设。通过充分利用国家精品课程、慕课、重点教材等教学资源，构建互动式网络教学平台，可以为完成翻转课堂教学打下扎实基础。

图1 线上线下混合翻转课堂教学流程

慕课对“机械制造技术基础”课程而言，会造成学生无法与教师交流、学习过程得不到监督的问题，而传统课堂又无法充分利用教学资源，导致教学质量难以提高。而本课程充分利用线上国家精品课程资源，在教学中采用“机械制造技术基础”国家精品课程，对于学生在学习中遇到的疑问，在讨论环节授课教师会予以解答，因此采用线上线下混合教学能得到很好的教学效果。

2.2 融入课程思政要素

在授课过程中，把思想政治教育融入教育教学的全过程，深刻挖掘本门课程的思政育人功能，通过巧妙和科学的内容设计，引导学生坚定正确的政治方向、树立远大的理想抱负、确立科学的价值观念、增强自身的综合素养，进行职业道德建设以及爱国奉献精神培养。在本课程的主要内容中，以课程知识模块为切入点进行系统的课程思政设计，充分挖掘思政要素，实现了教学内容思政要素全覆盖。例如，通过优化设计方法，深入挖掘教学内容，引出了如下的思政要素内容，如表1所示。

表1 课程主要内容中的思政要素

2.3 OBE导向教学考核改革

“机械制造技术基础”课程具有实践性强的特点，在新工科建设背景下，必须十分重视实践能力等方面的培养，也就是说，机械制造的理论知识与实践内容都要同等重视。因此，本课程的考核方面包括作业讨论、实验实践、期末书面考试，课程总评成绩构成如表2 所示。同时，对课程目标与教学内容和方法的对应关系进行了重新梳理，如表3所示。

表2 课程总评成绩构成

2.4 引入复杂工程案例

引入复杂工程案例的教学模式如图2 所示。本课程引入实际复杂制造系统案例，将理论、方法与工具紧密融合，从工程中提炼问题，完成教学与工程实际的有效对接，增强学生工程实践能力；通过创新设计与工程实习，增强学生工程创新能力；通过校外企业合作，以实际复杂制造系统案例为主线，形成校内与校外结合的“准现场”的教学模式，锻炼学生解决实际复杂工程问题的综合能力；带领学生参加各类机械相关赛事，检验引入复杂工程案例教学模式的成果。通过上述措施，可以增强学生创新意识，培养学生工程实践能力和解决复杂工程问题的能力；使学生具备扎实的专业知识、工程素养、国际视野和终身学习能力，满足新工科建设要求，满足工程教育专业认证对人才培养的要求。

表3 课程目标与教学内容和方法的对应关系

图2 引入复杂工程案例的教学模式