面向應用的“先進制造技術”課程教學改革研究

郭江　孫晶　王永青

摘? ? 要：“先進制造技術”是近年來機械工程一級學科中較為熱門的一門課程，該課程內容廣泛，涉及各大尖端前沿技術領域。文章基于思政案例教學思想開展教學改革研究，建立面向應用的“先進制造技術”思政案例庫。同時，在講授法、訓練法和演示法的基礎上，發(fā)展以案例教學為主，實踐教學為輔，“講授式”與“啟發(fā)式”并舉的教學方法，將課程思政充分融入“先進制造技術”課程。

關鍵詞：先進制造技術;課程思政;案例教學;實踐教學

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2022）05-0018-05

一、引言

隨著科學技術的不斷進步，各類產品的迭代日趨加快，產品需求趨向高端化、多樣化和個性化。制造業(yè)為了滿足和適應生產要求及消費市場變化，需要應用成熟度較高的先進制造技術指導生產。先進制造技術也成為各國戰(zhàn)略優(yōu)先發(fā)展領域。毫無疑問，誰最先走在先進制造技術前沿，誰就掌握了世界高端制造的主動權。美國、日本、德國等發(fā)達國家在該領域已率先完成布局，我國雖然起步較晚，但近年來發(fā)展勢頭迅猛[1]。

制造業(yè)是國家的立國之本、興國之器、強國之基。目前，我國已成為全球制造業(yè)第一大國，擁有最全的工業(yè)門類，但要完成制造大國向制造強國的轉變仍有很長的路要走。進一步發(fā)展和應用先進制造技術是實現(xiàn)產業(yè)升級的必由之路。現(xiàn)代企業(yè)為了提高生產研發(fā)水平和產品競爭力，企業(yè)內部的工程技術人員就要掌握相關先進制造技術專業(yè)知識，具備先進制造設計、工藝和管理的能力。針對制造業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和企業(yè)用人需求，國內諸多院校機械類本科和研究生專業(yè)陸續(xù)開設了“先進制造技術”課程。

“先進制造技術”課程內容十分廣泛，涉及各大尖端前沿技術領域和“卡脖子”技術領域。課程的教學目的是通過課程學習使學生熟悉各類先進制造技術的理念和應用領域，掌握各種先進制造技術的常用方法，由它們的特點、構成、技術內涵了解先進制造技術的發(fā)展趨勢。該課程能夠有效拓展學生專業(yè)技術視野，使其掌握制造技術的最新發(fā)展，對學生職業(yè)生涯發(fā)展具有良好的推動作用。但由于課程涉及范圍廣，內容較為深奧，且課程學時較短（一般32學時左右），授課和學習均具有一定難度。另外，課程教材普遍存在滯后性。當前的教學多以理論講授為主，缺乏與工程實踐的有機融合。難以切實做到面向實際應用的教學目標。為了使學生在有限的時間內更加深入全面地掌握先進制造技術前沿知識，合理地改革教學模式和教學方法十分重要。

另外，“先進制造技術”這類專業(yè)課程通常只注重專業(yè)知識，而缺乏對課程授課中思政元素的挖掘和融合，使思想政治教育進入“孤島化”困境，產生思政教育與專業(yè)教學“兩張皮”的現(xiàn)象[2]。2016年，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調，要守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應。所以迫切需要發(fā)掘課程中的思政元素，并將思政元素與案例相結合，融入課程教學內容。

為了實現(xiàn)面向實際應用的課程教學目標，需要落實案例教學和工程實踐教學。其中，案例教學起源于1870年，是一種以案例為知識載體和任務驅動的教學方法[3-4]。在案例教學過程中，授課教師根據(jù)教學內容的特點，科學選取與設計教學案例，引導學生深入剖析與討論案例所反映的理論知識與實踐方法。學生在其中能夠建立起抽象理論知識與現(xiàn)實應用之間的聯(lián)系。在當前背景下，思政結合的案例教學是高等工程教育的重要方法[5-7]。工程實踐教學是一種有效鞏固理論知識、加深理論應用水平和培養(yǎng)創(chuàng)新意識的高素質人才的重要教學方法。教師可基于院?；蚝献髌髽I(yè)的工程實訓條件，遵循特色性、實用性和混合性原則設計實踐內容，讓學生實際接觸教材中的具體技術和應用，讓工程實踐教學成為學生興趣學習工廠[8]。思政案例教學和工程實踐教學與“先進制造技術”課程具有良好的契合度。通過該方法可以將冰冷枯燥的理論知識變得看得見、摸得著，使授課教師能夠更好地引導學生學習相關理論知識與實際應用，建立抽象知識與現(xiàn)實應用的聯(lián)系，鍛煉學生的分析問題、表達與工程實踐的能力，促進專業(yè)知識的有效遷移。

本文針對課程特點并結合筆者自身教學實踐開展面向實際應用的“先進制造技術”課程改革，貫徹“面向國家重大需求，培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才”的理念，將思政案例貫穿課程教學始終，建立起符合新時代特征的“互聯(lián)網+教學”、思政案例牽引、啟發(fā)與講授并舉的教學模式。通過真實具體的教學案例和工程技術實踐，讓學生深刻了解先進制造技術的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢以及我國制造業(yè)的優(yōu)勢與不足，培養(yǎng)學生的危機感、使命感、愛國情懷以及責任擔當，培養(yǎng)國家需要的全面發(fā)展的綜合型工程技術人才。

二、課程特點及教學現(xiàn)狀

“先進制造技術”是在傳統(tǒng)制造技術基礎上不斷采用先進設計方法、制造工藝、自動化技術、管理技術及制造模式，其內容主要包含現(xiàn)代設計技術、先進制造工藝技術、制造自動化技術等[1]。其課程特點、教學發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題如下所示。

（一）課程的主要特點及內容

1.廣泛實用性?！跋冗M制造技術”主要面向工業(yè)應用，是具有實用性和廣泛性的前沿新技術的統(tǒng)稱，其產生和發(fā)展具有明確的產業(yè)發(fā)展需求和導向，目的是解決先進工業(yè)生產中的實際瓶頸問題。先進制造技術不是純粹地追求高新技術，而是更注重于利用前沿科學技術在生產制造中獲得最佳的實踐效果和應用價值。

2.多學科交叉融合?！跋冗M制造技術”是一門集機械工程技術、電子技術、自動化技術、信息技術等多種技術為一體所產生的技術、設備和系統(tǒng)的總稱。其多學科交叉性很強，屬于多種不同專業(yè)和學科間滲透、交叉、融合的產物。目前已經發(fā)展為一門集機械、電子、信息、計算機、自動化、材料和管理技術為一體的新型交叉學科。

3.內容廣泛性。與傳統(tǒng)制造技術相比，先進制造技術的內容性質有所不同。整體內容包含設計、自動化、系統(tǒng)管理等技術，主要技術內容不僅是面向設計、加工、制造全過程，還覆蓋了產品設計、生產前準備、加工裝配、銷售應用、售后維修乃至回收利用的生產全流程。

4.課程內容的動態(tài)發(fā)展性。先進制造技術自誕生以來就一直處于與時俱進、不斷動態(tài)變化的過程，代表了制造技術的最新發(fā)展階段?！跋冗M制造技術”課程不同于“機械制圖”“機械原理”等基礎專業(yè)課程，其核心知識點一直處于動態(tài)發(fā)展的狀態(tài)。先進制造技術需要不斷吸收和改進各種高新技術，并且不斷融合、發(fā)展，確保其先進性和前沿性[7]。

（二）“先進制造技術”課程發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題

1.未立足國家重大需求，直擊學科發(fā)展前沿。“先進制造技術”課程的內容繁多、覆蓋面廣，但授課內容通常受限于教材，導致缺乏與國家重大需求和科技時事的有效結合，缺少含有當前國家需求技術內容特色的教學方案。同時，課程內容具有動態(tài)發(fā)展性，隨著技術進步，不斷有新的制造技術應運而生并投入生產實踐。然而教材存在滯后性，盡管近年來有新教科書出版，但內容和框架基本是延續(xù)之前的版本。如果教師只講授教科書中的知識，勢必難以緊跟國際技術發(fā)展前沿，課程也失去了“先進”的本義，不利于學生對前沿制造技術的了解和掌握。

2.教學方法陳舊，難以調動學生積極性?！跋冗M制造技術”課程教學內容繁雜，各種先進制造工藝、原理、理念涉及多學科知識，教學思路多以教材順序為主，缺乏對各個知識點的梳理整合。課程教學缺少與工程實踐的有機結合，易導致“填鴨式”的純理論教學，學生普遍感覺“枯燥”“玄乎”，不能正確理解和運用相關知識。受教育體制、教學模式和學習習慣等影響，學生往往習慣于被動接受知識，缺乏自主學習的積極性和能動性。同時學生的狀態(tài)往往不能及時正確地反饋給教師，師生之間缺乏有效互動和溝通。

3.課程考核方式單一，難以全面評價學生。目前，該課程考核方式單一，普遍是期末考試“一錘定音”，無法全面評價學生能力。學生往往通過“考前突擊”應付考試，學習效果較差。而且當前教學普遍重理論輕實踐、重灌輸輕思考、重講授輕指導、重分數(shù)輕能力、重成績輕實效等，難以實現(xiàn)應用型、創(chuàng)新型、復合型高素質人才培養(yǎng)的目的。

4.未充分挖掘課程中的思政元素?！跋冗M制造技術”作為機械類的前沿認知型專業(yè)課程，蘊含大量的思政元素。此前，在該類課程教學中，教師一般只注重于講授專業(yè)知識，缺乏對課程思政元素的充分挖掘，也沒有將思政與課程知識結合，沒有做到課程思政的“同頻共振”，難以潛移默化地升華學生的意識形態(tài)。

三、課程建設與改革探索

為了響應習近平總書記“四個面向”的號召，立足國家高性能制造等重大需求，實現(xiàn)培養(yǎng)具有愛國情懷、社會責任感、創(chuàng)新精神，具備全球競爭力的研究型、創(chuàng)新型、復合型高素質人才的教學目標，緊緊抓住課程建設“主戰(zhàn)場”、課堂教學“主渠道”，完善課程思政工作體系、教學體系和內容體系。筆者針對“先進制造技術”的課程特征，克服當前教學難題，開展“先進制造技術”課程建設與改革探索，改革內容如圖1所示。

（一）課程內容方面的改革

第一，基于思政案例教學方法，融合國家重大需求和先進制造技術的前沿發(fā)展現(xiàn)狀，突破現(xiàn)階段課程教材框架的桎梏，以案例為載體實現(xiàn)對相關先進制造技術知識的梳理、分析和整合，建立起一個面向實際應用的思政案例教學庫，如表1所示。同時，針對思政案例庫中的內容制作相應的課程引入視頻，在課堂開始之初就抓住學生的興趣點。通過建立的案例優(yōu)化補充當前教學內容，將冰冷枯燥的理論知識化虛為實。通過對前沿技術案例以及“卡脖子”技術案例的介紹，穿插講解各先進制造技術的概念、原理、分類、應用領域以及發(fā)展趨勢等，注重對案例進行整體層面和技術層面的宏微觀分析，總結現(xiàn)有技術的差異性和優(yōu)缺點。

深層次發(fā)掘課程中的思政元素，突出和分析在前沿技術領域與“卡脖子”技術領域我國與歐美、日本等發(fā)達國家之間的技術差距。通過技術對標和差距分析激發(fā)學生斗志，培養(yǎng)學生的危機感、使命感、愛國情懷和責任擔當。通過介紹國內打破國外封鎖、取得技術領先的事跡，突出新時代的“工匠精神”，傳承艱苦奮斗、堅持創(chuàng)新的精神，實現(xiàn)育德和育才相統(tǒng)一。在強調技術和職業(yè)化的基礎上加強對人文內涵的拓展，保證學生在學習專業(yè)知識的同時加強思想政治建設。

第二，基于思政案例庫的內容以及學校工程實訓中心和實驗室條件，積極開辟“先進制造技術”課程的第二課堂，開展先進制造技術工程實踐教學。科學設計和規(guī)劃實驗實踐教學項目，實踐內容如圖2所示，涵蓋增材制造技術、超精密加工技術、特種加工技術、微機電制造技術等內容。通過將工程實踐與先進制造技術進行串聯(lián)，實現(xiàn)實踐教學反哺理論知識教學的目標[8-9]。通過實踐教學的內容，指導學生認識和接觸實驗室內的先進制造和檢測設備，并對部分有條件的技術和設備進行實地加工演示。在學生大腦中將教科書中的內容與實際的技術設備建立起良好的映射關系，以此加深相關知識的學習印象，從根本上優(yōu)化學習效果。

1.代表性前沿技術案例。“先進制造技術”課程案例必須緊跟制造技術的發(fā)展前沿，以此保持課程內容的新鮮活力。同時，在課程學習中，教師要將課程內容和自身的科研課題進行有機結合，引入學科前沿案例結合先進制造技術進行講解。

前沿技術案例方面以近年來國內外發(fā)展迅猛的3D打印技術為例。3D打印技術是一種新型的快速成型技術，被譽為“第三次工業(yè)革命的明珠”。該技術隨著近些年的快速發(fā)展，在各大領域得到廣泛應用。在本課程中將3D打印的國內外最新研究成果引入到“快速成型技術”章節(jié)，并結合該技術在國內各領域的實際應用實例，形成3D打印前沿技術案例。同時在實踐教學環(huán)節(jié)，加入3D打印技術實踐環(huán)節(jié)，實地分析打印中的具體原理和實現(xiàn)方法，在實踐中加深理論知識的學習。而對于該章節(jié)前沿研究動態(tài)的科普，有助于激發(fā)學生的科研興趣，開發(fā)學生的研究潛質。

2.代表性“卡脖子”技術案例?！跋冗M制造技術”課程對于本科生具有重要意義，通用專業(yè)課程決定了學生從事本專業(yè)工作的基礎能力，而該課程則提高了學生從事本專業(yè)工作的研發(fā)能力。學生通過學習這門課程不僅可以了解制造技術的前沿發(fā)展，還可以學習面向國家重大需求的“卡脖子”技術。將“卡脖子”技術引入“先進制造技術”這門課程，建立起它們的映射關系，如圖3所示。通過典型“卡脖子”技術案例的學習能夠培養(yǎng)學生的愛國情懷、危機意識和責任擔當。

例如，在講授航空航天裝備領域的先進制造技術時，結合我國航空制造技術發(fā)展被“卡脖子”的歷史。航空發(fā)動機一直是我國航空航天飛行器發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)，受到了發(fā)達國家的技術制約。20世紀70年代中期，我國從英國引進航空發(fā)動機，直至2003年才實現(xiàn)航空發(fā)動機制造的完全自主化。直到21世紀初，西安航空發(fā)動機公司才能夠制造合格的“斯貝”發(fā)動機，我國用了30年才完全消化達到了發(fā)達國家60年代的技術，技術差距不言而喻。從這些“卡脖子”技術切入進行思政案例學習，不僅能讓學生深刻認識先進制造技術的重要性，還能夠加深知識學習程度，具有良好的課程思政導向。

另外，以芯片制造中不可或缺的光刻機為例開展教學。光刻機是制造機電、光電、芯片大規(guī)模集成電路的關鍵設備，被譽為“工業(yè)皇冠上的明珠”。光刻技術是通過光化學反應原理和化學、物理刻蝕等方法將掩模板上的圖案加工到晶圓上的工藝技術。而光刻機便是實現(xiàn)光刻技術的關鍵裝備。思政案例緊跟熱點，以“華為事件”作為切入點，對光刻技術、光刻機的工作原理、發(fā)展歷程和最新成果進行介紹，讓學生更加深刻地體會到我國在光刻技術方面所面臨的技術困境，啟發(fā)他們對于國際形勢、國家發(fā)展的思考。在課程教學中，教師可以將課程知識與當下時事進行有機結合，力爭培養(yǎng)一批緊跟技術前沿、視野開闊、能力卓越，同時具有家國情懷和時代使命感的國家棟梁之才。

（二）教學方法的改革

習近平總書記對廣大教師提出“積極探索新時代

教育教學方法，不斷提升教書育人本領”的希望。因此，課程改革不僅要面向教學內容，更要表現(xiàn)在教學方法的推陳出新。教學不只是傳授知識點，而是在教學中調動學生的主動性，培養(yǎng)學生的自主學習能力，提升學生的綜合素質和應用能力。針對課程教學需求，充分調動學生的積極性，幫助學生達到更高的學習效果，筆者在講授這門課程時借鑒了多種優(yōu)秀的教學方法[10-12]，具體內容如下。

1.采用“講授式”與“啟發(fā)式”聯(lián)合模式。注重轉變學生習慣被動學習的現(xiàn)狀，采用“講授式”與“啟發(fā)式”聯(lián)合模式，講授為主，啟發(fā)為輔，雙線并進。除了課上與學生積極互動外，還可以讓學生分組，以問題為導向去查閱資料文獻來討論問題、解決問題，以主題報告的形式進行演示。有針對性地培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作意識、主動學習能力和思維創(chuàng)新能力。

2.深化思政案例教學方法。教師在授課時，要進一步深化思政案例教學思想。案例設計應涵蓋增材制造技術、航空航天裝備制造、光刻機與光刻技術、海洋工程裝備技術等前沿技術和“卡脖子”技術領域，并充分融入思政元素。例如，通過講解“華為事件”引出微機電技術的內容，使學生明白我國的芯片制造技術受到國外先進設備與技術的限制，引發(fā)學生反思，激勵和鼓舞其不畏艱難，艱苦奮斗。通過結合時事熱點的技術案例進行講解討論，提高師生課堂互動水平，引發(fā)學生課程學習興趣，將教師與學生之間的單向交流轉換為席卷整個課堂的大討論。

3.拓展第二課堂，發(fā)展先進制造技術工程實踐教學。由于先進制造技術多為工業(yè)技術，生活中較為少

見，很多學生對先進制造技術比較陌生。因此，必須拓展第二課堂，發(fā)展先進制造技術工程實踐教學[12]。根據(jù)科學設計的實踐教學內容，組織學生到工程實訓中心和開放的實驗室參觀先進的設備和制造工藝，提高學生對先進制造技術的直觀認知，介紹過程中結合先進設備和制造工藝的應用場所與應用領域進行現(xiàn)場演示，部分安全操作條件允許的可以安排學生操作，培養(yǎng)學生建立起理論與實踐的映射關系，提高學生的學習興趣。

4.有效利用網絡信息優(yōu)勢。鑒于“先進制造技術”的課程特點，常規(guī)的板書和多媒體教學并不能完全滿足教學需要，在教學過程中要充分利用網絡資源，如一些先進制造技術、軍工圈的微信公眾號和網站資源，培養(yǎng)學生主動性，讓學生在課外也能多渠道了解先進制造技術的發(fā)展和應用，開闊學生的視野，使學生能夠在專業(yè)學習和工作發(fā)展中持續(xù)受益。

5.建立綜合評價標準。為避免期末考試“一刀切”、單一考核方式對學習狀況評價不全面的問題，增加了平時成績的比重，加強了對綜合能力的考察，做到既要考察知識，又要考察能力。根據(jù)改革內容建立了具體的綜合評價標準，如圖4所示。除了常用的平時作業(yè)和期末考試考核外，專門加入一定的思政表現(xiàn)評價部分，以加強思政學習力度。思政評價部分主要面向課堂表現(xiàn)和實踐考核，課堂表現(xiàn)是指學生在課堂中的問題回答情況和見解分享情況，實踐考核主要是讓學生以小組為單位選題、收集資料形成一定內容，以主題報告的形式展示，教師和學生共同評價并給出該部分成績。通過綜合評價標準實現(xiàn)對學生課程學習和思政的科學量化，更好地發(fā)揮課程的價值引領作用。

（三）改革結果與反饋

“先進制造技術”課程思政教學改革后取得了良好的教學效果。根據(jù)統(tǒng)計結果顯示（如圖5），改革后，學生的整體成績有所提高，與未實施改革的班級相比，學生的學習態(tài)度更加端正，學習熱情極大提高，整體學習氛圍濃厚，學生的課堂參與度明顯提高。

除此之外，在課程結課后，征集了學生對本次課程改革的意見建議，得到了眾多積極的反饋。但本次課程仍存在改進之處：課程中學生希望了解一些有關國內相對國外的技術優(yōu)勢的實例，在培養(yǎng)學生的愛國情懷、危機意識和責任擔當?shù)耐瑫r也增強了其技術自信。同時希望對于“綠色制造”這部分內容能夠得到更加具體的體現(xiàn)等。教師可以通過學生反饋思考課程的下一步改進方向，以學生的視角發(fā)現(xiàn)并解決教學改革中仍然存在的“痛點”。

四、結語

“先進制造技術”課程是一門涉及多學科交叉融合的綜合性專業(yè)課程，其涵蓋的專業(yè)技術內容較多，知識面涉獵較廣，具有廣泛的實用性和先進性。本文根據(jù)“先進制造技術”課程特點和當前教學現(xiàn)狀，引入了“解決實際問題，培養(yǎng)創(chuàng)新人才”的理念，基于案例教學的思想，對該課程進行了課程改革研究。通過對課程體系的調整和教學內容的優(yōu)化，建立了從理論向實踐延伸的思政案例教學內容庫，優(yōu)化了課程教學方法和課程評價體系，主要創(chuàng)新點如下。

第一，在教學內容方面，建立了案例教學內容庫，結合實際案例講解最新的前沿制造技術和“卡脖子”技術，具有明確思政導向;以工程實訓中心和實驗室條件為基礎，拓展第二課堂，開展實踐教學，幫助學生建立理論與實踐的映射關系。第二，摒棄教師完全主導課堂的傳統(tǒng)教學模式，采用“講授式”與“啟發(fā)式”聯(lián)合模式，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。第三，在課程評價中破除唯分數(shù)論，建立多元化的綜合評價標準，有效調動學生的學習積極性、主動性和創(chuàng)新性。第四，充分挖掘了課程思政元素，做到思政課程和課程思政同向同行，提高學生對中國制造的認同感，培養(yǎng)學生的愛國精神和“工匠”精神。

通過“先進制造技術”課程的教學改革，激發(fā)了學生對該課程的興趣，提高了課程的整體學習效果，獲得學生的一致好評。同時，還激勵了學生投入相關科技前沿領域工作的決心和抱負。圍繞著“新工科”建設理念，通過課程教學培養(yǎng)了學生的危機感、使命感、愛國情懷以及責任擔當，實現(xiàn)個人與國家的共同發(fā)展。目標是培養(yǎng)出具有愛國情懷、社會責任感、創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)意識，具備全球競爭力的研究型、創(chuàng)新型、復合型高素質人才。

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