機械類專業課程教學創新探索與實踐

陳玉蓮,李俊文,朱亞峰,高 波,王 娟

(廣州理工學院,廣東廣州,510540)

一、引言

隨著現代社會經濟的快速發展,教育現代信息技術手段越來越多,并逐漸被運用于一線教育。教育現代信息技術改變了傳統單一的教學模式,推動教育領域各環節開展變革,使教育環境、人才培養、教學方式朝著更加全面和多樣化的方向發展。黨的二十大報告明確提出,要加快建設高質量教育體系,著力造就拔尖創新人才,聚天下英才而用之。[1］社會和國家發展對創新人才的需求越來越大。大學是輸出高素質社會人才的重要機構,大學教育教學創新勢在必行。

廣州理工學院(以下簡稱我校)地處經濟快速發展、對高素質人才需求極大的珠三角產業中心區,應主動肩負起培養高素質人才的責任。在考察我校機械類專業課程時,筆者發現在課程教學方面存在幾個亟待解決的問題。一是部分學生缺乏科技強國之志和勇于創新的精神。這在一定程度上反映出當前機械類專業課程思政的質量有待提升。因此,機械類專業課程教學在創新工作中需要重點關注專業教育和課程思政教育的有效融合,通過將專業教學和思政教育融為一體,培養學生的科技強國之志和勇于創新的精神。二是部分學生的學習興趣不高,存在畏難心理。機械類專業要求學生具備扎實的數理基礎知識,而數理知識通常較為抽象,在理解并消化知識時,學生常會感到生澀難懂,長期處于這種狀態使部分學生對專業知識學習產生了較強烈的畏難心理。因此,機械類專業課程教學需要能夠激發學生的內驅動力,特別是需要依托現代信息技術,積極創新教學方法,豐富課堂教學,激發學生學習興趣。為此,本研究積極構建機械類專業“多維度、立體化”教學創新模式和“三學一中心”的創新教學支持服務體系,進而推動機械類專業課程的教學改革與實踐。

二、“多維度、立體化”教學創新模式

我校機械類專業教學創新工作基于智慧教育這一教育新形態,以立德樹人為根本任務,以適應社會和地方經濟快速發展的高素質創新型人才為培養目標。首先,為完善教學條件等教學保障要素,機械類專業教學創新需要開發專業平臺,圍繞教學體系中教師、學生、教學內容和教學環境四大要素,分類并逐一細化知識案例庫,如開發機械結構設計計算系統并將其充實進案例庫;需要運用線上線下混合教學,在基本型和專業型的基礎上增加提高型和補充型教學法;需要強化教學過程的實施,在課程教學的每個環節均融入思政元素;需要以科學合理的教學評價方式進行評價。[2-3］為此,本研究構建了機械類專業“多維度、立體化”教學創新模式,基本構建思路如下:依托現代信息技術手段,做好頂層設計,吸納社會優質資源,全面落實創新教學,將課程內容模塊、工程任務模塊、教學方法模塊和教學評價模塊作為創新教學實施的主體框架,全面實現課程思政與專業知識融合。

(一)課程內容模塊

課程內容模塊包括專業知識和思政內容。專業知識具體體現在每門課程的教學內容中,課程的教學內容需在教學大綱中按照參考教材的主體內容制定,或以知識模塊的形式呈現,總之要符合教育對象特點,體現社會功能,滿足教學目標。[4-5］教學大綱是教學實施過程中的綱領,是培養學生專業知識能力的綱要,是設計教學計劃的指導文件。在制定教學大綱前,要進行學情分析,對國家的政策導向、學生的學習和思想狀況、課程的授課條件等作針對性分析,這是課程教學的前提,也是課程思政實施的前提。[6］有調查發現,部分工科學生的厭學和畏學情緒較高,缺乏學習自信心和吃苦耐勞等精神,同時學生的學習內生動力也不足。[7］課程目標要針對學生實際學情進一步細化,在知識目標和能力目標基礎上增加思政目標,突出科技強國和專業素養的思政教育。教師要深入挖掘課程思政點,從國家層面、社會層面和個人品質層面等多層面出發,結合思政元素找到精準案例,最終形成完整的課程案例庫,包括工程案例和思政案例,突出案例的典型性、時代性、前沿性等,對標“兩性一度”的課程要求。[8］

為了提高課程思政教學設計的效率,厚植學生家國情懷和培養學生的創新精神,機械類專業課程教學創新要依托新工科專業建設背景,從思政內容出發,采取由多點課程單元匯聚成專業面的方法,構建智能制造工程專業動態網格式的課程思政模塊化系統。[9］該系統針對專業課程群特點,從理論到實踐、課內到課外等多角度分析課程內容,將專業課程、思政元素、融合方法、評價方法四個模塊進行有機交叉匹配,形成每個課程單元的課程思政教學模塊。整個系統呈動態網格式架構,看似靜態,實則動態,不同的課程形成不同的網格,即每門課程的課程思政教學模塊不同。圖1是以智能制造工程專業中兩門主干課程、學科競賽等部分主要內容構建的智能制造工程專業動態網格式的課程思政模塊化系統結構。課程思政的育人目標依靠每門課程的思政教學設計模塊達成。

圖1 智能制造工程專業動態網格式的課程思政模塊化系統結構

(二)工程任務模塊

工程任務模塊包括工程實踐和創新設計,以課程建設為抓手,以工作室為載體,創新實踐教學模式,圍繞課程的專業知識開展課內工程項目訓練。工程任務模塊的實施采用小組協作的方式,需要學生在專業課程實訓中設計并制作小型創新機器,這有助于全面提高學生的專業綜合實踐能力。此外,傳統的實踐教學模式通常只包含課內實驗和生產實習兩部分,機械類專業課程教學創新則在此基礎上,積極組織學生開展參加專業相關學科競賽、參與教師的教科研項目、撰寫學術論文、申報專利等第二、三課堂活動,這是通過擴大學生的活動參與面,提升學生的專業綜合能力。

(三)教學方法模塊

教學方法模塊包括傳統教學方法和智慧教學方法。有效的教學方法能保證課程教學高效開展,是達成教學目標的基本途徑,也是提高學生學習興趣的有效途徑。傳統教學方法主要是結合課件和板書進行講授,已不能完全滿足現代信息技術背景下課程教學要多樣化、人才培養要具有全面性的要求。機械類專業課程教學創新可采用多種教學方法以豐富課程教學,如采用案例教學法、實景教學法、項目驅動法等,同時結合線上掃碼學習法、設計計算軟件開發等。豐富的教學方法能減輕學生對工科課程的畏難情緒,使學生愛學樂學,從而提升學生學習效果。

一是借助案例教學法讓學生深入工程實踐。教師可以搜集大量與機械相關的前沿動態和工程實際案例素材,逐步建立工程案例庫,同時搜集各思政元素相關案例,形成兼顧專業知識和思政元素的完備案例庫。案例內容范圍廣,素材類型多樣化,如新聞報道、前沿講座、影視片段、學科前沿文獻等。教師在分享素材時也可做到方式多元化,可采用線上學習平臺發放、鏈接推送、云盤共享等多種方式,將工程案例和思政案例全面融入課堂教學,保持課堂的活力和高效性。學生在活躍的課堂氛圍中,更有可能打破自身被動吸收知識的狀態,進而轉向主動求知。

二是采用實景教學法呈現設計模型。課堂教學中若涉及機構原理與現象、機械模型、機器結構等知識的教學,教師可采用實景教學法:通過拍攝實景實物,將實驗室或企業實際工程實物等在課堂中展現給學生,幫助學生更好地理解課程的理論知識,同時了解相關的工程實踐現場。

三是在課中采用掃碼學習法營造趣學氛圍,創設在生活中學習、學習生活化的情境,讓學生的學習興趣愈加濃厚,激發學生的學習內驅力。教師運用掃碼學習法時,需要先整理好傳遞給學生的課程重要知識點、課程思政案例、工程案例、前沿動態等知識素材,再運用技術手段將這些知識素材轉成二維碼,進而讓學生可以通過手機掃碼進行移動式學習,不受時間和地點限制。這種較為新穎的教學方式能夠給學生帶來不同的學習體驗感,讓學生保持學習興趣和熱情。

四是應用專業軟件服務教學。教師可利用UG、Solidworks、ProE等專業軟件對機械結構進行三維設計,做到機械結構設計理論計算與三維數字化建模技術相結合,更直觀形象地向學生展現機械結構。教師還可以結合Matlab、Delphi等軟件,開發齒輪、軸承、軸等零件的設計計算和查詢系統,并生成可執行文件,運用在布置給學生的知識學習和創新設計任務中。學生使用軟件時能夠獲得更真實的學習體驗感,有助于提高設計效率,在一定程度上減輕了畏難心理。

(四)教學評價模塊

教學評價模塊包括基礎評價和多元評價。機械類專業課程教學要以學生為中心,以學生掌握工程核心技術能力為根本。根據我校的學分替換文件,學生可在近20類不同的實踐性環節中獲得替代學分。評價模塊對多種實踐活動給予認證,學生參與項目研究、設計機器、撰寫論文和申報專利等均可替代學分,具體替代學分分數由學業導師和學生的實踐情況綜合評定。同時,教學評價采用多種考核方式,保證考核的科學性和全面性,如線上和線下相結合,并對考核結果進行交叉分析,科學展示效果,根據分析結果及時反饋,合理調整教學進度等。這是教學評價機制的一大變革,能夠激勵學生積極參與不同類型的智能化工程能力訓練,從不同方面提高自身的專業技能,還能夠鼓勵學生利用實驗實訓室、創客空間、工作室等多個場所自主學習,讓教學評價具有全程化、多元化、多樣化的特點。

三、創新教學支持服務體系

完備的教學支持服務體系是保證創新教學質量的關鍵。因此,機械類專業課程教學要將課程教學資源與社會資源有效融合,將大數據、5G、人工智能等智能技術相互融合。為了提高教學效果,本研究基于OBE教學理念,將導學、促學和助學貫穿整個教學過程,采用“三學一中心”的創新教學支持服務體系,具體結構如圖2所示。該模式以學生為中心,落實全程導學、多元促學和全員助學。

圖2 創新教學支持服務體系

全程導學以“學—講—練—結”為主線,在課前給定預習目標,引導學生有效完成學習任務。在此基礎上,教師課上集中講授知識點并設計小組活動,使師生之間和生生之間得到充分互動,保證課堂的高效性,同時結合實際工程案例設計訓練任務,鞏固當堂知識,最后緊扣專業前沿知識進行總結和拓展,進一步深化知識,提高學生學習效果。

多元促學通過以“融”促學、以“創”促學、以“研”促學、以“賽”促學和以“考”促學,多管齊下。為了有效實施思政育人,教師要深挖課程思政點,在課堂中將其融入,培養學生的家國情懷,燃起學生科技強國之夢,結合創新教學方法提升學生的內驅力。教師要以工作室為載體,指導學生參與科研項目和學科競賽,開展學科方面的研究,促進學生工程核心實踐能力的提高。教師要科學分析學生的教學評價考查結果,向學生反饋學習效果,讓學生找到不足并不斷改進。

全員助學涉及教師、學校、合作企業等多教育主體。學校的日常教學管理不僅要針對學生的課堂學習作出部署,還有必要聯合產學研相關企業或產業與學院開展工程核心能力訓練活動,如到企業參觀、請工程師入校培訓、安排學生到企業實習等,促進學生工程實踐能力的培養。學生在校內學習過程中遇到任何問題均可隨時與教師交流,教師可在學習通或微信等平臺解答學生的疑惑。

導學、促學和助學之間的聯系非常緊密,兩兩之間相互交融,導中有促、導中有助,促中有導、促中有助,助中有導、助中有促,覆蓋整個教學過程。教師、學校、合作企業等多教育主體做到全程導學、多元促學、全員助學,保證課程教學的順利開展,促進高效培養。

四、改革成效

一是學生具備了較好的創新意識和創新素質。在近3年的專業課程教學中,學生全員參與創新機械作品的設計與制作,創造出雕刻與數控銑一體機、交替往復式沖壓機、小型搬運機器人、智能分棋機器人、韭菜收割機等作品,這些作品均能體現出創新元素的融入,說明學生具備較好的創新意識。二是學生的專業實踐能力和綜合素質在實踐中得到了充分展現。我校機械類專業近3年已組織近百個學生團隊參加省級以上的多種機械類學科賽事,且均取得了較好成績,共獲得近30項省級以上獎項,在2021年更是取得了全國大學生機器人大賽ROBOCON的一等獎。學生專利工作也收到較好反饋,受理的實用新型專利有100余項。三是課程建設和教研教改方面取得了一定成績,創新教學改革得到了有效推進。課程組近3年有2門專業課被認定為省級一流本科課程,獲4項省級教研教改項目立項。

五、結語

本研究全面解讀機械類專業“多維度、立體化”的創新教學模式,為專業課程教學提供一種范式參考。機械類專業在實施教學創新工作的過程中,以立德樹人為根本,強調課程思政的引領作用,為提高思政育人效果,搭建智能制造工程專業動態網格式的課程思政模塊化系統,將課程思政元素、融入方法和評價方式等進行交叉匹配后有機組合成每門課程的課程思政教學模塊;為保證教學的有效實施,提高教學質量,將教學模式的實施落到實處,采用“三學一中心”創新教學支持服務體系作有力保障。“多維度、立體化”創新教學模式和創新教學支持服務體系對機械類專業課程教學的有效實施發揮出全方位的作用,能幫助學生朝著高素質人才的方向發展。