以學生為中心的機械制造基礎課程教學創新改革與實踐*

來佑彬 張嘉陽 彭世通

汕頭大學工學院 廣東汕頭 515063

0 引言

當前我國高等教育的發展已經步入了新時代，社會各行各業對于創新型人才的需求與日俱增。作為教書育人主要途徑之一的課堂教學是培養人才的關鍵環節，直接關系高校教育質量的高低。傳統的課堂教學采用說教式的講授方法，以教師為中心，以教材為中心，重灌輸，輕理解，導致學生學習的主動性大打折扣，采用這種教育模式培養出來的學生創造性不足，不能滿足當前社會對于人才的需求。因此，改革傳統的教學方法，貫徹“以學生為中心”的教學理念，讓學生真正地參與教學活動，充分調動學生學習的積極性，加強能力、素質方面的培養，是高等教育教學改革的重要方向[1-2]。

本文在充分分析當前機械制造基礎課程教學痛點的基礎上，把“以學生為中心”的教學理念貫徹到課程教學改革探索中，強調學生為主體、教師為主導，結合課程特點，有效融入思政元素，培養學生的工匠精神、科學家精神等，激發學生們的學習熱情，制定有溫度的機械類專業課程教學方案。

1 課程簡介與學情分析

機械制造基礎是機械類專業必修的一門專業基礎課，該課程綜合性和實踐性較強，涵蓋機械制造基礎理論與知識等內容，是培養學生專業素質、實踐創新能力的有效課程，對完成專業培養目標、達到畢業要求起重要支撐作用[3-5]。本課程的任務是使學生了解金屬切削過程、機械加工表面質量、機械加工精度和機械裝配方法等基本知識，了解金屬切削機床和刀具，掌握解決工件的定位和夾緊、機械加工工藝規程設計等工程實際問題的理論和方法。培養學生的綜合素質，為完成后續相關的教學環節奠定基礎。該課程面向大學三年級機械設計制造及其自動化專業學生開設，通過調研發現他們具有如下典型特點：

1）對信息化手段適應能力較強，易接受新的教學模式；

2）多數同學有較好的自學能力，但先修課程基礎較弱，課堂參與度低；

3）理論與實踐脫節，工程創新能力有待加強；

4）缺乏對工匠精神、科學家精神等方面的有效認知。

2 教學痛點剖析

結合課程特點和學情分析，發現原有的課堂教學存在如下較為突出的五大痛點。

2.1 重教師輕學生

以教師為中心，教師在教學過程中占據主體地位，學生無法深度參與到課堂教學活動中，師生之間缺少必要的互動，忽視了學生的學習效果，不能有效發揮學生的主觀能動性。

2.2 重新知輕基礎

學生雖有一定的先修課程基礎，但知識體系較為孤立，學生機械基礎知識儲備與課程教學需求不匹配，導致學生對機械制造基礎知識較為生疏，學習積極性大打折扣，課堂參與度較低。

2.3 重理論輕實踐

以課堂理論講授為主，學生需掌握的機械加工制造知識僅從教材和課堂案例中獲得，停留在“紙上談兵”層面，與實際應用嚴重脫節。缺少對學生創新實踐能力的培養，與課程定位不符。

2.4 重知識輕思政

關注對課程知識點的講授，缺少針對機械類課程的思政教育，未能將思政元素貫穿課程教學全過程，缺乏對工匠精神、科學家精神、科技報國等方面的引導教育，對素質方面的培養缺少支撐。

2.5 重結果輕過程

課程考核方式過于單一，無法有效激發和促進學生的全過程學習，側重期末“一考定終身”的終結性評價，忽視過程性評價，導致學生們普遍存在考前突擊而平時學習積極性較差的問題，考核方式不夠合理。

3 教學創新舉措

針對上述課程教學中存在的問題，對本課程的教學工作進行了全面改革與創新。將思政元素貫穿課程教學全過程，構建“以學生為中心”的機械制造基礎課程教學設計新思路，使教學痛點不再痛。

3.1 革新教學理念與目標

3.1.1 教學理念

以學生為中心，以學生產出為導向，持續改善教學質量。增加學生的課堂參與度，提升學生的綜合素質，落實立德樹人的根本任務，培養德智體美全面發展的社會主義建設者和接班人[6]。

3.1.2 教學目標

基于布魯姆教育目標分類法，結合機械學科特點和學情分析，對標教育部“金課”的“兩性一度”要求，重新梳理課程目標，將其分為知識目標、能力目標和素質目標。

1）知識目標：獲得金屬切削過程、機床和刀具、機械加工表面質量、機械加工精度和機械裝配方法等基本知識；具備解決工件的定位和夾緊、機械加工工藝規程設計等工程實際問題的能力。

2）能力目標：能夠應用基礎科學知識與工程基礎知識，實行工程推理并解決問題；能夠選擇工藝參數來構建實驗并進行實驗測量、分析和報告；能夠在企業和社會環境中，理解應用系統思維的方法，找到影響工程問題的因素，選擇并使用解決問題的辦法，完成機械加工工藝規程設計。

3）素質目標：了解中國輝煌燦爛的機械文明史，增強民族自豪感和文化自信；以精益求精的工匠精神完成機床夾具設計和加工工藝規程的制訂；懷揣科技報國之志，學習科學家精神，愛崗敬業。

3.2 重構課程內容

機械制造基礎課程包括金屬切削基本理論、加工裝備知識、工件定位與夾緊、加工質量與控制、零件制造的工藝過程、機械裝配工藝等內容。結合學科特點和專業培養方案，對教學內容進行重構和創新。刪減陳舊低階的內容，增加具有前沿高階性、創新性和挑戰度的內容，滲透機械專業思想，反映機械工程學科前沿。通過歸納整理，構建從低階到高階漸進式知識模塊，并繪制各模塊思維導圖，將各章節核心知識點關聯起來，形成體系。

3.3 創新教學方法

3.3.1 基于師生共建的“翻轉課堂+BOPPPS”教學模式讓學生深度參與課堂

機械制造基礎課程內容量大、難點多。為了解決學生機械基礎知識薄弱，無法深度參與課堂的問題，利用信息化手段輔助教學，提出基于師生共建的“翻轉課堂+BOPPPS”教學模式。翻轉課堂（Flipped Classroom）的教育實踐開始于美國，之后陸續在世界各知名高校推廣[5]。翻轉課堂教學模式體現了“以學生為中心”的教育理念，是在明確教學目標的前提下，安排學生課前根據自身情況觀看相關微課視頻或其他教學材料進行學習，要求學生將在學習過程中遇到的問題及時反饋給教師，教師在課堂教學環節中有針對性地進行講解和答疑，并開展一定的測試，實時跟進了解學生對相關知識點的掌握情況。這種教學模式可大幅度提升學生學習的積極性和主動性，有利于培養目標的達成[7-9]。BOPPPS教學模型是根據教育學的認知理論提出的一種教學設計，是一種以教育目標為導向，“以學生為中心”的教學新模式。它包括六個教學環節，即課程導入（Bridge）、學習目標（Objective）、預評估（Pre-assessment）、參與式學習（Participatory Learning）、后評估（Post-assessment）和總結（Summary）[10-13]。

綜合翻轉課堂和BOPPPS 教學理念提出一種基于師生共建的“翻轉課堂+BOPPPS”教學模式。通過翻轉課堂，學生們有效學習并掌握相關基礎知識。通過BOPPPS，教師可以引導學生深度參與課堂教學[14]，鼓勵學生們進行小組匯報展示，自主收集和構建相關素材和案例。學生的案例往往具有新穎性，教師可以把學生反饋的思路整合到教學內容中，實現對教學內容的迭代優化，師生共建，教學相長。課堂上師生角色互換，教師和其他學生共同審視、思考講解過程，然后進行教師點評和學生之間的互評。整個過程學生精力非常集中，各自獨立思考，表現欲望強烈，課堂如賽場，教學效果極佳。根據情況給予一定的加分獎勵并記入平時成績，這樣不僅活躍了課堂氛圍，還極大地提高了學生們的學習動力。

3.3.2 “實驗課程+企業實踐+學科競賽”的實踐培養路線讓理論聯系實際

為了有效破解實踐環節教學薄弱難題，開設“實驗課程+企業實踐+學科競賽”的實踐培養教學路線。針對課程重要知識點設置實驗項目，讓學生動手參與實驗，從中檢驗學生們對課堂知識的掌握情況；為了讓同學們了解行業發展現狀，熟悉企業運作和生產流程，提高對機械制造業的認識，熟悉相關設備及技術，深入企業一線，調研并參與典型零部件的機械加工和關鍵加工工藝規程的制定，將課堂教學與生產實際相結合，學以致用；結合課堂教學內容學習情況，組織學生參加全國大學生機械創新設計大賽、中國大學生機械工程創新創意大賽等相關學科競賽，極大地延伸和拓展了實踐教學的時間和空間，充分增強學生的實踐創新和解決問題的能力，達到“學以致用，以賽促學，以賽促教”的效果，實現“教、學、做”合一。

3.3.3 “三維度全過程”課程思政育人模式讓機械課程變得有溫度

為了實現素質目標，針對課程特點，深入挖掘與課程內容相關的思政案例，貫穿課程教學中，提出一種“師生維度+知識維度+時空維度”的“三維度全過程”課程思政育人模式。讓教學不僅有知識還有溫度，學生紛紛驚嘆機械類專業課程竟然還可以這樣學。

1）師生維度方面。“學高為師、身正為范”，教師的一言一行均能潛移默化地對學生產生影響，因此，教師應嚴格要求自己，做新時代“四有”教師。另外，教師還應該結合課程內容講述在行業內卓越成就的優秀校友的奮斗故事，激發學生們的學習熱情。

2）知識維度方面。讓學生了解機械制造業的發展現狀和我國制造業水平。當前仍有很多“卡脖子”技術尚待突破，比如數控機床上的數控系統基本上被發達國家壟斷，而精密導軌、絲杠等關鍵零部件國產化率較低。進而引出諸如華為芯片斷供、高端光刻機被國外壟斷等相關熱點話題，使學生認識到我國在高端機械裝備制造業方面的不足，勉勵學生學好專業知識，胸懷科技報國之志。

3）時空維度方面。在課程導論部分向同學們講述中國是一個有著輝煌文明的古老國度，在幾千年的歷史中，中華民族創造了璀璨的文明。輝煌的中國古代科技對世界文明的進步產生了巨大影響，中國是世界上機械發展最早的國家之一，中國古代有許多關于機械的設計和應用，如指南車、木牛流馬和被中香爐等都有非常獨到之處。由此激發學生們的民族自豪感。

3.4 改革教學評價

教學評價服務教學，可以用于檢查教學效果，反饋教學質量。只有教學評價體系與教學改革相配套，才能有效推進改革工作。傳統的課程考核評價通常“一考定終身”，評價形式過于單一，僅僅關注期末考試成績，而忽略學習過程，導致學生普遍存在較為嚴重的平時懶散、考前突擊的問題。基于此，本課程注重過程性考核，結合課程特點采用多樣化的考核方式。引導學生們“功夫用在平時”，以適度的學習壓力提升學生平時的學習積極性和參與度，實行“全過程考核評價”。

4 教學創新效果及成果

經過教學創新改革，學生學習積極性和主動性大大增強，學業成績及格率達100%，優秀率提高了43%。團隊精神、創新能力和溝通表達能力明顯增強，學科競賽成績優異，近年來獲得包括中國機器人大賽、全國大學生機械創新設計大賽在內的各級各類競賽獎30 余項。

5 結束語

為達到新工科教育的要求，在深入剖析機械制造基礎課程教學痛點的基礎上，結合課程特點和學情分析，開展課程教學創新改革，形成了可推廣的機械類專業課程的教學創新樣式，為其他課程的建設提供了經驗和參照。