机械类专业课程教学创新探索与实践

陈玉莲,李俊文,朱亚峰,高 波,王 娟

(广州理工学院,广东广州,510540)

一、引言

随着现代社会经济的快速发展,教育现代信息技术手段越来越多,并逐渐被运用于一线教育。教育现代信息技术改变了传统单一的教学模式,推动教育领域各环节开展变革,使教育环境、人才培养、教学方式朝着更加全面和多样化的方向发展。党的二十大报告明确提出,要加快建设高质量教育体系,着力造就拔尖创新人才,聚天下英才而用之。[1］社会和国家发展对创新人才的需求越来越大。大学是输出高素质社会人才的重要机构,大学教育教学创新势在必行。

广州理工学院(以下简称我校)地处经济快速发展、对高素质人才需求极大的珠三角产业中心区,应主动肩负起培养高素质人才的责任。在考察我校机械类专业课程时,笔者发现在课程教学方面存在几个亟待解决的问题。一是部分学生缺乏科技强国之志和勇于创新的精神。这在一定程度上反映出当前机械类专业课程思政的质量有待提升。因此,机械类专业课程教学在创新工作中需要重点关注专业教育和课程思政教育的有效融合,通过将专业教学和思政教育融为一体,培养学生的科技强国之志和勇于创新的精神。二是部分学生的学习兴趣不高,存在畏难心理。机械类专业要求学生具备扎实的数理基础知识,而数理知识通常较为抽象,在理解并消化知识时,学生常会感到生涩难懂,长期处于这种状态使部分学生对专业知识学习产生了较强烈的畏难心理。因此,机械类专业课程教学需要能够激发学生的内驱动力,特别是需要依托现代信息技术,积极创新教学方法,丰富课堂教学,激发学生学习兴趣。为此,本研究积极构建机械类专业“多维度、立体化”教学创新模式和“三学一中心”的创新教学支持服务体系,进而推动机械类专业课程的教学改革与实践。

二、“多维度、立体化”教学创新模式

我校机械类专业教学创新工作基于智慧教育这一教育新形态,以立德树人为根本任务,以适应社会和地方经济快速发展的高素质创新型人才为培养目标。首先,为完善教学条件等教学保障要素,机械类专业教学创新需要开发专业平台,围绕教学体系中教师、学生、教学内容和教学环境四大要素,分类并逐一细化知识案例库,如开发机械结构设计计算系统并将其充实进案例库;需要运用线上线下混合教学,在基本型和专业型的基础上增加提高型和补充型教学法;需要强化教学过程的实施,在课程教学的每个环节均融入思政元素;需要以科学合理的教学评价方式进行评价。[2-3］为此,本研究构建了机械类专业“多维度、立体化”教学创新模式,基本构建思路如下:依托现代信息技术手段,做好顶层设计,吸纳社会优质资源,全面落实创新教学,将课程内容模块、工程任务模块、教学方法模块和教学评价模块作为创新教学实施的主体框架,全面实现课程思政与专业知识融合。

(一)课程内容模块

课程内容模块包括专业知识和思政内容。专业知识具体体现在每门课程的教学内容中,课程的教学内容需在教学大纲中按照参考教材的主体内容制定,或以知识模块的形式呈现,总之要符合教育对象特点,体现社会功能,满足教学目标。[4-5］教学大纲是教学实施过程中的纲领,是培养学生专业知识能力的纲要,是设计教学计划的指导文件。在制定教学大纲前,要进行学情分析,对国家的政策导向、学生的学习和思想状况、课程的授课条件等作针对性分析,这是课程教学的前提,也是课程思政实施的前提。[6］有调查发现,部分工科学生的厌学和畏学情绪较高,缺乏学习自信心和吃苦耐劳等精神,同时学生的学习内生动力也不足。[7］课程目标要针对学生实际学情进一步细化,在知识目标和能力目标基础上增加思政目标,突出科技强国和专业素养的思政教育。教师要深入挖掘课程思政点,从国家层面、社会层面和个人品质层面等多层面出发,结合思政元素找到精准案例,最终形成完整的课程案例库,包括工程案例和思政案例,突出案例的典型性、时代性、前沿性等,对标“两性一度”的课程要求。[8］

为了提高课程思政教学设计的效率,厚植学生家国情怀和培养学生的创新精神,机械类专业课程教学创新要依托新工科专业建设背景,从思政内容出发,采取由多点课程单元汇聚成专业面的方法,构建智能制造工程专业动态网格式的课程思政模块化系统。[9］该系统针对专业课程群特点,从理论到实践、课内到课外等多角度分析课程内容,将专业课程、思政元素、融合方法、评价方法四个模块进行有机交叉匹配,形成每个课程单元的课程思政教学模块。整个系统呈动态网格式架构,看似静态,实则动态,不同的课程形成不同的网格,即每门课程的课程思政教学模块不同。图1是以智能制造工程专业中两门主干课程、学科竞赛等部分主要内容构建的智能制造工程专业动态网格式的课程思政模块化系统结构。课程思政的育人目标依靠每门课程的思政教学设计模块达成。

图1 智能制造工程专业动态网格式的课程思政模块化系统结构

(二)工程任务模块

工程任务模块包括工程实践和创新设计,以课程建设为抓手,以工作室为载体,创新实践教学模式,围绕课程的专业知识开展课内工程项目训练。工程任务模块的实施采用小组协作的方式,需要学生在专业课程实训中设计并制作小型创新机器,这有助于全面提高学生的专业综合实践能力。此外,传统的实践教学模式通常只包含课内实验和生产实习两部分,机械类专业课程教学创新则在此基础上,积极组织学生开展参加专业相关学科竞赛、参与教师的教科研项目、撰写学术论文、申报专利等第二、三课堂活动,这是通过扩大学生的活动参与面,提升学生的专业综合能力。

(三)教学方法模块

教学方法模块包括传统教学方法和智慧教学方法。有效的教学方法能保证课程教学高效开展,是达成教学目标的基本途径,也是提高学生学习兴趣的有效途径。传统教学方法主要是结合课件和板书进行讲授,已不能完全满足现代信息技术背景下课程教学要多样化、人才培养要具有全面性的要求。机械类专业课程教学创新可采用多种教学方法以丰富课程教学,如采用案例教学法、实景教学法、项目驱动法等,同时结合线上扫码学习法、设计计算软件开发等。丰富的教学方法能减轻学生对工科课程的畏难情绪,使学生爱学乐学,从而提升学生学习效果。

一是借助案例教学法让学生深入工程实践。教师可以搜集大量与机械相关的前沿动态和工程实际案例素材,逐步建立工程案例库,同时搜集各思政元素相关案例,形成兼顾专业知识和思政元素的完备案例库。案例内容范围广,素材类型多样化,如新闻报道、前沿讲座、影视片段、学科前沿文献等。教师在分享素材时也可做到方式多元化,可采用线上学习平台发放、链接推送、云盘共享等多种方式,将工程案例和思政案例全面融入课堂教学,保持课堂的活力和高效性。学生在活跃的课堂氛围中,更有可能打破自身被动吸收知识的状态,进而转向主动求知。

二是采用实景教学法呈现设计模型。课堂教学中若涉及机构原理与现象、机械模型、机器结构等知识的教学,教师可采用实景教学法:通过拍摄实景实物,将实验室或企业实际工程实物等在课堂中展现给学生,帮助学生更好地理解课程的理论知识,同时了解相关的工程实践现场。

三是在课中采用扫码学习法营造趣学氛围,创设在生活中学习、学习生活化的情境,让学生的学习兴趣愈加浓厚,激发学生的学习内驱力。教师运用扫码学习法时,需要先整理好传递给学生的课程重要知识点、课程思政案例、工程案例、前沿动态等知识素材,再运用技术手段将这些知识素材转成二维码,进而让学生可以通过手机扫码进行移动式学习,不受时间和地点限制。这种较为新颖的教学方式能够给学生带来不同的学习体验感,让学生保持学习兴趣和热情。

四是应用专业软件服务教学。教师可利用UG、Solidworks、ProE等专业软件对机械结构进行三维设计,做到机械结构设计理论计算与三维数字化建模技术相结合,更直观形象地向学生展现机械结构。教师还可以结合Matlab、Delphi等软件,开发齿轮、轴承、轴等零件的设计计算和查询系统,并生成可执行文件,运用在布置给学生的知识学习和创新设计任务中。学生使用软件时能够获得更真实的学习体验感,有助于提高设计效率,在一定程度上减轻了畏难心理。

(四)教学评价模块

教学评价模块包括基础评价和多元评价。机械类专业课程教学要以学生为中心,以学生掌握工程核心技术能力为根本。根据我校的学分替换文件,学生可在近20类不同的实践性环节中获得替代学分。评价模块对多种实践活动给予认证,学生参与项目研究、设计机器、撰写论文和申报专利等均可替代学分,具体替代学分分数由学业导师和学生的实践情况综合评定。同时,教学评价采用多种考核方式,保证考核的科学性和全面性,如线上和线下相结合,并对考核结果进行交叉分析,科学展示效果,根据分析结果及时反馈,合理调整教学进度等。这是教学评价机制的一大变革,能够激励学生积极参与不同类型的智能化工程能力训练,从不同方面提高自身的专业技能,还能够鼓励学生利用实验实训室、创客空间、工作室等多个场所自主学习,让教学评价具有全程化、多元化、多样化的特点。

三、创新教学支持服务体系

完备的教学支持服务体系是保证创新教学质量的关键。因此,机械类专业课程教学要将课程教学资源与社会资源有效融合,将大数据、5G、人工智能等智能技术相互融合。为了提高教学效果,本研究基于OBE教学理念,将导学、促学和助学贯穿整个教学过程,采用“三学一中心”的创新教学支持服务体系,具体结构如图2所示。该模式以学生为中心,落实全程导学、多元促学和全员助学。

图2 创新教学支持服务体系

全程导学以“学—讲—练—结”为主线,在课前给定预习目标,引导学生有效完成学习任务。在此基础上,教师课上集中讲授知识点并设计小组活动,使师生之间和生生之间得到充分互动,保证课堂的高效性,同时结合实际工程案例设计训练任务,巩固当堂知识,最后紧扣专业前沿知识进行总结和拓展,进一步深化知识,提高学生学习效果。

多元促学通过以“融”促学、以“创”促学、以“研”促学、以“赛”促学和以“考”促学,多管齐下。为了有效实施思政育人,教师要深挖课程思政点,在课堂中将其融入,培养学生的家国情怀,燃起学生科技强国之梦,结合创新教学方法提升学生的内驱力。教师要以工作室为载体,指导学生参与科研项目和学科竞赛,开展学科方面的研究,促进学生工程核心实践能力的提高。教师要科学分析学生的教学评价考查结果,向学生反馈学习效果,让学生找到不足并不断改进。

全员助学涉及教师、学校、合作企业等多教育主体。学校的日常教学管理不仅要针对学生的课堂学习作出部署,还有必要联合产学研相关企业或产业与学院开展工程核心能力训练活动,如到企业参观、请工程师入校培训、安排学生到企业实习等,促进学生工程实践能力的培养。学生在校内学习过程中遇到任何问题均可随时与教师交流,教师可在学习通或微信等平台解答学生的疑惑。

导学、促学和助学之间的联系非常紧密,两两之间相互交融,导中有促、导中有助,促中有导、促中有助,助中有导、助中有促,覆盖整个教学过程。教师、学校、合作企业等多教育主体做到全程导学、多元促学、全员助学,保证课程教学的顺利开展,促进高效培养。

四、改革成效

一是学生具备了较好的创新意识和创新素质。在近3年的专业课程教学中,学生全员参与创新机械作品的设计与制作,创造出雕刻与数控铣一体机、交替往复式冲压机、小型搬运机器人、智能分棋机器人、韭菜收割机等作品,这些作品均能体现出创新元素的融入,说明学生具备较好的创新意识。二是学生的专业实践能力和综合素质在实践中得到了充分展现。我校机械类专业近3年已组织近百个学生团队参加省级以上的多种机械类学科赛事,且均取得了较好成绩,共获得近30项省级以上奖项,在2021年更是取得了全国大学生机器人大赛ROBOCON的一等奖。学生专利工作也收到较好反馈,受理的实用新型专利有100余项。三是课程建设和教研教改方面取得了一定成绩,创新教学改革得到了有效推进。课程组近3年有2门专业课被认定为省级一流本科课程,获4项省级教研教改项目立项。

五、结语

本研究全面解读机械类专业“多维度、立体化”的创新教学模式,为专业课程教学提供一种范式参考。机械类专业在实施教学创新工作的过程中,以立德树人为根本,强调课程思政的引领作用,为提高思政育人效果,搭建智能制造工程专业动态网格式的课程思政模块化系统,将课程思政元素、融入方法和评价方式等进行交叉匹配后有机组合成每门课程的课程思政教学模块;为保证教学的有效实施,提高教学质量,将教学模式的实施落到实处,采用“三学一中心”创新教学支持服务体系作有力保障。“多维度、立体化”创新教学模式和创新教学支持服务体系对机械类专业课程教学的有效实施发挥出全方位的作用,能帮助学生朝着高素质人才的方向发展。