新工科背景下矿业类机械设计基础课程改革与探索

孙小路，李国平，周春侠，李婷，王振友，薛振宙

（1.内蒙古工业大学 矿业学院，内蒙古呼和浩特 010051；2.内蒙古工业大学 科研处，内蒙古呼和浩特 010051；3.内蒙古工业大学 理学院，内蒙古呼和浩特 010051）

在人工智能、深度学习、虚拟现实等新技术的驱动下，社会对高素质工程技术人才的要求也日益提高，我国培养工程专业人才的标准与需求逐渐与世界接轨，融合互通成为了新工科建设理念[1-3]，旨在培养满足经济社会发展需要、具有创新创业精神和能力的高素质工程技术人才。

机械设计基础是机械类、近机械类、非机械类专业的一门专业基础课[4-7]，其密切结合工程实际的特点决定了该课程在培养学生实践能力和创新能力方面具有重要作用。在矿业类高校课程设置中，该课程主要面向采矿工程、矿物加工工程、安全工程等近机类专业开设[8-11]。

目前，机械设计基础课程存在内容结构固化，偏重自身完整性，与矿业背景高校近机械类专业教学无法有效对接等问题[12-17]，教学行业背景淡化，学生对行业了解较少，导致社会需求和人才培养之间存在结构性矛盾。因此，在新工科背景下，建设具有高阶性、创新性并符合矿业类高校教学实际情况的机械设计基础课程，对于培养学生的能力、提升矿业类高校整体教学质量具有十分重要的作用。

1 课程改革方法

教学团队结合专业特色，从课程教学体系、实践环节两个维度，优化教学内容与教学方式，着力提升学生解决实际问题能力、自主学习能力和开拓创新能力，进而培养新工科背景下高素质、专业化、创新型高级工程技术人才，具体建设路线如图1 所示。

图1 矿业类机械设计基础课程改革建设思路

1.1 优化课程教学体系

（1）基于专业知识的教学内容重构。

普适性的机械设计基础课程教学内容庞杂、结构固化，各章节内容自成体系、关联度低，矿业类高校亟须在传统机械设计基础课程的基础上，结合专业与行业实际，优化教学内容。即依据知识技能迁移的基本原理和学习层次理论，围绕矿业专业核心应用能力的培养，设计不同层次的专业知识项目，凸显矿业工程领域科学技术“前沿性”“探索性”元素。如图2 所示，教学团队将矿山机械—直线振动筛融入机械设计基础带传动、齿轮传动、轴与轴承章节的知识点中，形成以专业实际项目案例驱动的课程知识体系。经过多年反复实践总结与成果凝练，已出版教材《矿山设备模型制作与创新思维培养》1 部。

图2 筛分设备—直线振动筛内容知识点对照示意图

（2）基于MOOC 平台的微课视频资源构建。

机械设计基础课程集合了机械原理和机械设计两门机械类专业主干课程，对于非机械类专业，课程学时进行了大幅压缩。因此，对于矿业相关专业的机械设计基础课程，非常有必要将一些难点、拓展知识录制成微课视频，供学生在课余时间观看学习，同时供学习效率较低的学生反复观看[18-19]。课程团队依托优慕课教育平台，结合微课特点，制作了适合网络传播、学生易接受的线上资源体系，学生通过线上讨论区，及时与教师沟通，直到对知识点完全掌握，突破了传统线下教学时空的限制。

（3）以学生为主体的教学模式改进。

传统教学中教师通常按照教科书的内容开展教学活动，在整个教学过程中学生处于被动状态,已远远不能适应新形势对育人的要求。教学团队以矿业工程实际生产的项目案例为驱动，融合线上多元化教学资源，以学生为中心，以能力培养为导向，推进信息技术与教育教学的深度融合，有机贯穿课前（信息传递）、课中（内化扩展）、课后（成果固化）三个阶段，综合采用探究式、讨论式、翻转式、混合式等以教师为主导、以学生为主体的教学方法，深入开展基于“互联网+”的线上线下相结合的理论与实践教学改革，培养学生自主学习能力和分析、解决问题的能力。

1.2 提升实践环节

（1）打造专兼结合的教师团队。

机械设计基础课程涉及的理论较多，且应用范围广泛，对学生的逻辑性和发散性思维有较高要求，课程教学环节选取具有矿业学科背景与机械专业背景的教师联合授课。同时，学校与矿山企业、行业设备企业合作，邀请长期工作在研发、生产、维护一线的技术工人和工程师为学生进行线上答疑；聘请行业专家、教授，开展机械设备专题讲座，让学生接触实际生产中使用的新技术、新设备，使学生增加对矿业专业的了解。

（2）融合专业实践，使学生加强对矿业机械的认知。

与传统机械设计基础课程不同，矿业专业类的机械设计基础课程需要学生对矿山、选冶机械设备有更深入的理解、认知与创新。因此，在本课程的课外实践环节，任课教师与专业认识实习教师组队，通过矿山一线生产现场，在设备检修期间让学生参观相应设备的具体结构、操作规程等，让学生接触更多的实际矿山设备，培养学生分析并解决实际问题的能力。

（3）学科竞赛驱动，提升学生的机械创新设计能力。

教学团队组织学生参加了全国高等学校采矿工程专业学生实践作品大赛、全国高等学校矿物加工工程专业学生实践作品大赛、中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛等机械创新设计类相关比赛。学生通过参加竞赛对理论知识进行反哺，将理论知识转化为对真实机械的设计、制作能力，全面引领学生在机械设计、三维建模、3D 打印及加工制造等方面的综合能力培养，达到“以赛促学，以赛促教”的目的。

2 课程改革效果

新工科建设为采矿工程、矿物加工工程等传统矿业类专业改造升级提供了发展机遇，教学团队针对普适性的机械设计基础课程在非机械类学科教学中存在的问题，进行了课程教学环节与实践环节的改革。目前，学院承办校级矿业类学科专业学生实践作品大赛2 个，学生参与人数达1 200 人次，选送的优秀作品参加国家级、省部级比赛获奖97 项，教师指导学生获实用新型专利、外观专利21 项，软件著作权16 项。面对我国矿业行业发展的新趋势、人才需求的新情况，内蒙古工业大学采矿工程、矿物加工工程专业学生的就业率稳中有升，每年为国家能源集团、中铁十九局、山东能源集团等国企、央企以及东北大学、中南大学、中国矿业大学、北京科技大学等矿业特色高校输送了大量高质量人才。

综上可见，该课程改革教学成果理论性和实践性强，可有效提高矿业专业创新型人才培养质量，具有重要的推广意义和广阔的前景。