新工科背景下“机械制造基础”课程改革探索与实践

陈晖，朱海，刘林

（东北林业大学机电工程学院，哈尔滨 150040）

0 引言

目前，新工科建设背景下，高等教育培养面向未来适应新产业新技术的高层次机械工程人才，应使学生具备工程创新思维、解决复杂工程实际问题和国际视野的能力。传统的课堂教学模式已经不能适应人才培养需求，基于“新工科”建设和工程教育专业认证理念，开展教学模式和课程改革的研究与实践持续进行[1-2]。

“机械制造基础”课程是机械类和近机械类专业的学科基础课程，课程在金工实习实践教学的基础上，在知识层面上，能够对典型零件的制造工艺过程进行分析和解释，得到合理有效的结论，能够从多种制造方案中选择最优方案，体现创新意识，为解决复杂工程问题打下坚实基础。传统的机械制造基础课程教学方法和课程形态存在知识、能力、思政教育相对独立，课程功能单一，形式陈旧的问题。课程之间相互联系松散、链接缺少精细设计，由此构建的课程体系中，大学生能力要求深度不足[3-4]。本文针对当前机械制造基础课程教学出现的问题，以学生综合能力提升为目标，从课程体系构建、教学项目设计、教学过程和考核评价机制几方面教学改革，对未来机械工程师进行课程的知识、能力和素质目标的综合培养。

1 课程简介

1.1 课程概述

“机械制造基础”是高等院校机械类、近机械类专业的重要的学科基础课，是机械类本科专业的主干课程之一。该课程是机械类和近机械类学生学习机械设计基础、先进制造技术、机械创新设计、机械制造工艺学等专业课程的先修课。我校从东林机械类专业设立伊始就开始了“机械制造基础”课程，数十年来授课教师们不断进行教学改革和探索，积累了丰富的教学改革实践经验。教学团队2006年建设了校级精品课程，2016年起展开机械制造基础系列课程的在线课程的建设并持续改进研究，实现从线下教学到线上线下混合式教学的转变。

1.2 拟解决的痛点问题

“机械制造基础”课程作为机械类和近机械类专业的必修学科基础课程，传统课程体系、教学内容及实践教学等方面普遍存在以下问题：1）教学内容及教学设计形式单一、课堂教学量大、不能激发学习兴趣，学生对各章节之间的联系和课程间的联系缺乏清晰的认识，对新材料、新工艺的认知较慢。2）传统授课方式重理论、轻实践，理论联系实际不足，学生面向工程应用场合的适应能力不足。3）考核内容、形式和评价体系不够科学。期末试卷考核内容主要以基本理论为主，缺少工程应用的分析综合类题目；平时成绩考核方式主要以数次作业和出勤状况评定，缺少过程性评价和即时的成绩反馈，学生在考前几日进行死记硬背，知识的理解和运用未能内化和深化。

2 课程改革思路

2.1 课程目标

本课程的建设基于国际工程教育专业认证和国家级一流本科专业建设，持续改进。课程目标为：1）知识目标。掌握机械零件成型方法和机械加工的工艺过程、结构要求及影响要素等机械制造方面的基础理论知识。2）能力目标。能够将所学机械制造理论知识与工程应用有机结合，根据工程实际从多种制造方案中选择最优方案，体现创新意识。了解机械工程领域的发展趋势和前沿技术，培养学生终生学习的能力。3）素质目标。强化学生工程伦理教育，培养学生精益求精的大国工匠精神，能够综合运用安全、质量、环保等知识，适应新工科复合型工程人才。

2.2 教学设计思路

针对上述痛点问题，构建新的机械制造基础课程内容体系，既体现课程自身的基础性，又体现课程的先进性；结合工程案例，提高学生知识内化和应用知识能力，培养工程应用型人才；开展多元化系统化考核方式，激发学生的学习兴趣，实现课程目标中知识目标、能力目标和素质目标的达成。

课程基于超星学习通教学平台，采用线上线下混合式教学，循序渐进将“基础理论强化→工程案例分析→典型零件工艺规程拟定→结合学科竞赛的创新实践项目”融入课程教学中，使课程保证自身基础性的同时具有高阶性、创新性和挑战度，全方面进行知识能力素质的培养，如图1所示。

图1 教学设计思路

3 课程改革实践

机械制造基础课程在新工科建设背景下，工程教育专业认证推动下，课题教学团队经过不断研讨和实践，基于超星学习通网络教学平台，进行课程内容及资源建设，并不断持续改进应用于线上线下混合式教学实践中。

3.1 课程内容及资源建设

构建培养适应未来“新工科”机械工程师人才的机械制造基础课程内容体系，既体现课程自身的基础性，又体现课程的先进性和实践性，融合专业知识和育人元素。

基于超星学习通平台，进行在线课程建设，根据课程目标，每章节课程内容由思维导图及教学要点、课程PPT、视频资源、扩展资源、工程案例、思政话题及思考题等组成，并随着新工艺、新技术、新业态的出现不断更新改进，如图2所示。

图2 课程内容与资源

课程建设资料库、作业库、试卷库、活动库、讨论库、PBL分组任务、扩展资源等课程资源库，便于学生预习和复习，并延伸课堂开拓视野。

3.2 课程改革实施

1）将课程思政寓于课程。以讲故事、线上主题讨论、线下讨论等多种方式实施课程思政建设，如在讲解钻孔时增加有关“倪志福群钻的故事”线上主题讨论；在讲解锻造时，引入“中国模锻之父”曾苏民院士的故事和我国自行研制的8万吨级大型模锻压机，做到育人教育，使学生能自然接受，一方面引导学生勤于思考勇于创新，一方面介绍了书本上没有的新技术。有效激发学生科技强国的爱国热情，提高学生学习兴趣，促进学生对课程知识的理解、掌握、拓展与深化。

2）将生态文明融入课程。生态文明素质教育通过课堂、线上主题讨论和作业的方式实施，促进学生思考环保和可持续发展问题。如在讲解热加工时，除了渗入工匠精神等思政元素之外，还融入“绿色铸造”“绿色焊接”的理念，提出问题引发思考。在学习通线上发布相关绿色环保的文献提示同学进行思考，线下课堂进行小组讨论，学生主动思考，提出问题并思考解决问题的方案，达到生态文明素质的提高。

3）基于工程案例的分组项目。课堂教学引入机械制造工艺的各种工程案例，提出问题，并通过超星学习通抢答、发放问卷和主题讨论等课堂互动的形式引发思考展开讨论，并计入过程学习的考核成绩。比如在讲解焊接应力的时候，讨论焊接应力的危害、形成的原因及多种解决措施，培养学生解决问题的能力、创新意识及工程思维。基于典型零件加工工艺过程的分组项目（PBL）的实施，设置任务情境，小组讨论互动，让学生在查阅文献过程中将材料的选择、毛坯的成型、热处理工艺及机械加工等机械零件加工工艺全过程等知识点梳理并应用于工程实践，同时提高语言表达能力和团队合作能力。学生讨论后将小组项目上传学习通平台并进行教师评价及学生间互评，提高学习兴趣，致力于培养高素质机械工程师人才。

4）国际视野的拓展。新工科的理念将面向未来的学科前沿和行业需求，重视国际化视野，从而培养更符合未来社会需要的高层次创新人才。课程资源中既涵盖传统机械制造理论基础的英文资料，又包含新材料、新工艺及先进制造技术的前沿性英文资料。结合小组项目，通过“查阅文献→整理文献→撰写PPT→英文汇报→小组讨论”的方式提高学生多项能力并开拓视野，提高自我学习的能力。

5）结合教师科研，将教师的科研实例融入课堂。将课程基础性和先进性融合，既有利于学生对基础知识的把握，又有利于学生了解科技前沿[5]。如在讲解铸造缩孔缩松缺陷时将教师科研实物TiAl铸件（用于航空航天发动机的叶片）在教室中展示，既分析了基础理论并观察缩孔缩松缺陷，又了解了先进材料及制造工艺，引发对学科前沿的浓厚兴趣。课堂上教师请同学分享金工实习3D打印作品或激光切割作品，亲身经历使学生易于接受新工艺，随后教师分享科研中激光烧结3D打印实物，让同学了解激光加工的同时也了解其它的3D打印方法。

3.3 考核评价改革

基于超星学习通网络教学平台，机械制造基础课程采用线上线下混合式教学模式，教学实践过程中不断改进与之相适应的课程考核体系。由过程性考核、阶段考核和期末考试结合，考查学生的基础知识、实践能力、团队协作能力、思辨能力和创新素质。过程性考核采用超星学习通平台统计线上过程学习，由章节学习、课堂互动、讨论、线上作业和线上测试、项目分组任务（PBL）等组成。考核评价构成如图3所示。

图3 考核评价构成

通过学习通资源中章节学习次数考查学生参与线上学习的情况，学生根据教师要求及兴趣进行课程内容、视频讲解、拓展资源、思政话题等的学习并参与讨论。选人、抢答、课堂测试、投票及问卷等丰富的课堂互动，可以广泛引起学生学习兴趣，不仅通过超星学习通系统记录过程学习分值，亦可进行学情分析，获得实时反馈，并据此调整下一阶段的教学，并有针对性地对落后同学进行单独辅导。

以作业形式发布思维导图任务，学生通过认真思考来梳理知识点之间的联系，建立章节及课程的逻辑关系[6]。提交的思维导图作业通过教师评分及学生间互评的形式计入过程考核成绩，教师择优选出部分匿名思维导图作品并以问卷的形式让学生投票选出3个或5个优秀思维导图，教师对其额外加分。

基于超星学习通平台“统计”功能，对于线上及线下的各种测试及活动，保证了过程成绩核算的完整及公平性。

4 改革成效

通过课程强化学生扎实的机械制造基础知识，又通过引入工程案例培养学生的工程创新思维，实现知识、能力和素质的综合培养。结合课程思政的主题讨论提高了爱国情怀，全人教育取得进步。通过与专业平行班成绩对比，全面实施教学改革班级的优良率好于普通班级的优良率。持续实施教学改革的2020级优秀良好比例高于2019级优秀良好比例，持续教学改革取得良好效果，综合成绩对比如图4所示。此外，所授班级同学积极参加学科竞赛并在2023年全国大学生金相技能大赛和中国大学生机械工程创新创意大赛等国家级比赛中取得优异成绩，课程综合能力素质、创新思维的培养取得了优异的效果。

图4 班级成绩对比

5 结论

1）在新时代背景下，新工科建设成为我国高等教育改革的重要方向，机械制造基础课程通过线上线下混合式教学，有意识地将课程内容嵌入了基础理论、教师科研、工程案例、学科竞赛、立德树人基本要素，加强知识点之间的关联，使知识形成一个有机整体，培养面向“新工科”背景的社会需要的机械工程师。

2）基于超星尔雅学习通平台，课程建设了资源丰富的“机械制造基础”线上课程，并不断更新持续改进。课程针对机械制造基础课程内容进行了优化，构建了面向“新工科”人才工程实践能力、创新能力所匹配对应的知识体系，梳理机械制造基础课程工程材料、传统热加工及机械加工工艺规程知识点，既体现课程自身的基础性，又体现课程的先进性。

3）针对机械制造基础课程考试方法进行了研究与实践，采用多元化多主体评价的过程性考核，提高了学生学习兴趣，易于学情分析，保证了考核的公平和公正。