“雙碳”目標背景下“機械制造基礎”課程教學改革

李本杰，鄭華林，韓傳軍

（西南石油大學機電工程學院，四川成都 610500）

一、引言

為應對日益嚴峻的全球氣候問題，促進社會經濟高質量發展，習近平總書記在第七十五屆聯合國大會上提出，中國力爭2030 年前實現碳達峰，2060 年之前實現碳中和的“雙碳”目標。2022 年4 月，教育部印發《加強碳達峰碳中和高等教育人才培養體系建設工作方案》，明確指出，以高等教育高質量發展服務國家“雙碳”專業人才培養需求，“將綠色低碳理念納入教育教學體系”“加強綠色低碳教育”[1]。因此，促進傳統機械類專業轉型升級，將綠色低碳理念融入機械類課程體系建設，實施教學內容優化和教學模式改革是高等學校順應國家“雙碳”專業人才培養新要求的重要舉措[2]。

“機械制造基礎”是機械類專業的一門專業核心課程，對于培養從事制造業的高素質專業人才具有重要支撐作用。“機械制造基礎”課程的教學內容主要包括金屬切削加工原理、金屬切削加工方法與設備、機械零件精度設計、機械零件加工工藝設計、現代加工制造技術等。通過該課程的學習，要求學生掌握金屬切削加工基本理論，掌握金屬切削加工機床基本知識、零件尺寸公差、幾何公差和表面粗糙度國家標準，以及掌握各種加工設備、加工方法的標準與規范，能夠正確選擇加工方法、機床、刀具及加工參數，具備制定機械加工工藝規程及工藝裝備設計的基本能力，以及具備機械零部件精度設計的基本能力。為了適應新時代國家對“雙碳”人才的培養需求，目前，“機械制造基礎”課程的內容體系、教學模式、考核方式等迫切需要實施優化改革，以增強學生綠色低碳意識，提高學生綠色低碳素養，培養學生綠色低碳技能。

二、“機械制造基礎”課程教學中存在的問題

“機械制造基礎”是一門綜合性和實踐性都很強的機械類專業核心課程。圍繞課程體系建設、教學模式改革、課程思政建設、課程考核方式優化等方面，國內許多高校對該課程的教學進行了多方位的探索與研究[3-4]。但目前，“機械制造基礎”課程教學與人才培養目標，以及國家“雙碳”專業人才培養需求仍存在一定距離，課程教學過程中存在以下亟待解決的問題[5-6]。

（一）綠色低碳理念滲透不足

在課程教學過程中，教師更注重專業知識的講授和對學生專業技能的培養，而對節能減排、生態環保等綠色低碳主題涉及較少，缺乏對學生綠色低碳技能的培養。盡管在講授某些相關知識點（如切削液的選用等）時，對綠色理念有所提及，但未將綠色理念融入課程教學全過程，很少能夠引發學生多方位的深度思考，導致學生綠色低碳意識薄弱，重視程度低。因此，需要教師將綠色低碳理念納入到課程教學體系建設當中。

（二）綠色屬性體現不夠

在“機械制造基礎”課程教學過程中，教師大多是針對刀具選用、切削用量選擇、工藝與精度設計等專業知識進行講授和技能培養，鮮有體現知識內容本身的綠色屬性，無法有效培養學生綠色低碳思維，更不利于培養學生的綠色低碳技能。因此，在教學過程中，教師應更多地體現各知識點的綠色屬性，培養學生綠色低碳思維。

（三）綠色考核機制缺乏

目前，“機械制造基礎”課程教學過程和考核評價未能很好地體現與課程知識相關聯的綠色低碳理念，因而，教師無法掌握學生綠色低碳意識的養成效果，以及綠色低碳技能的培養情況。因此，高校教師應創新制定符合“雙碳”要求的課程考核機制，引導學生養成綠色低碳意識，提升綠色低碳育人成效。

三、“雙碳”目標背景下“機械制造基礎”課程教學改革思路

（一）綠色低碳理念融入課程知識體系

針對目前“機械制造基礎”課程教學過程中綠色低碳主題涉及較少、綠色低碳理念滲透不足等問題，文章緊密圍繞“雙碳”目標背景下新時代人才培養目標的新要求與綠色低碳教育新任務，通過在課程各個知識模塊中融入綠色低碳發展理念，增強學生的綠色低碳意識，積極引導學生利用所學專業知識技能助力機械制造業綠色低碳轉型發展。“機械制造基礎”課程的知識體系應緊密結合“雙碳”主題，注重與綠色制造、低碳制造等相關知識的聯系，在課程重要知識點融入綠色低碳理念并體現綠色屬性。綠色低碳理念和思政元素融入課程知識體系的具體途徑如表1 所示。

表1 “機械制造基礎”課程綠色低碳理念和思政元素融入途徑

（二）課程思政元素融入教學內容

“雙碳”目標背景下工程技術專業人才的知識學習應與思想政治教育同向同行，形成協同效應，全面提高應用型專業技術人才的培養質量[7-8]。以“機械制造基礎”課程知識點為依托，以工匠精神培育為核心，在課程教學內容中充分挖掘和融入思政元素[9]。在課程教學過程中，教師應根據章節教學主題對應的課程思政目標設計教學環節，將思政元素融入到學生的學習任務中。在實施翻轉課堂過程中，教師要求學生根據所選主題，深入討論涉及的思政元素，加深學生對思政元素的理解，進一步加強學生的民族自豪感、社會責任感和歷史使命感，培養學生的大國工匠精神。

教師通過將綠色低碳理念和思政元素融入到課程教學內容中，以期在教學過程中實現專業知識學習與綠色低碳發展理念和思想政治教育的緊密融合，使學生在思政元素正面積極的引導下激發學習的主體意識，增強綠色低碳發展理念，培養積極進取、嚴謹的工匠精神和精益求精的科學精神，進而實現課程專業知識教授和綜合素質培養的雙重目標。

（三）教學模式改革

針對目前課程知識內容增多與課時削減之間的矛盾，“機械制造基礎”課程采用基于問題驅動的線上線下相結合的教學模式。近年來，教學團隊逐步搭建并完善了豐富的線上課程資源，包括微課視頻庫、測試題庫、在線討論庫、工程案例庫等[3]。以實施基于問題驅動的線上線下融合教學為導向，課堂授課前，教師圍繞教學目標提前設計并線上發布問題和測試題，引導學生帶著問題進行微課視頻學習，并完成線上測試；課堂授課中，教師根據學生線上測試題的完成情況，著重對重難點和易錯點進行講授和梳理，引導學生發現問題和解決問題，實現知識內化；課堂授課后，教師通過課后作業（思維導圖和習題）、線上測試、線上討論和拓展，實現知識的鞏固提升與思維拓展，增強學生的綠色低碳意識，進一步實現知識內化。

在課堂教學過程中，教師通過設計與多個知識模塊相關聯的專題案例，激發學生的學習興趣，以及提高學生分析和解決問題的能力，使學生將所學知識融會貫通，實現高效學習。以“減速器傳動軸加工”的講授為例，教師應將零件表面成形運動、刀具幾何參數的選擇、切削用量的選擇、切削液的選擇、加工方法與設備選擇、工藝路線設計等知識模塊串聯起來，引導學生系統全面地分析和掌握金屬切削加工過程涉及的各方面知識，如圖1 所示。

圖1 專題案例設計

針對“機械制造基礎”課程中實踐性和綜合性較強的加工方法和設備知識模塊，教師應采用項目任務驅動的教學方法，培養學生的自主學習能力及團隊合作能力，并圍繞車削加工、銑削加工、鉆鏜加工、磨削加工、齒輪齒形加工、零件的結構工藝性等項目主題，結合課程目標和綠色低碳理念設計項目任務要求。為了完成項目主題中涉及的綠色低碳任務，學生在實施項目過程中，不僅需要學習教材中的理論知識，還要進行大量的文獻資料查閱，在“做項目”的過程中發現和學習知識。因此，采用項目任務驅動的教學方法可使學生的學習目標更加明確，進而激發學生的主體意識和學習積極性，全面提高學生分析問題和解決實際問題的能力。

（四）完善多元化考核評價體系

“機械制造基礎”課程采用全過程多元化的考核評價體系。課程總成績包括平時成績（45%）和期末考試成績（55%），其中，平時成績由線上視頻學習（15%）、線上章節測試（15%）、線上討論（5%）、課堂表現（30%）、課后作業（35%）組成。線上討論一方面是對課堂知識點的加深和拓展，另一方面也可加強學生的綠色制造理念和“雙碳”發展意識。課堂表現涵蓋了課程項目。課程項目主要考查學生對相關知識點的掌握情況，以及對綠色低碳理念的理解程度；與“雙碳”相關的綠色制造非標準答案試題占期末試卷成績的10%。此外，課程組設計了優秀課程思政案例“加分項”，在線上主題資源學習（包括“大國重器”“大慶精神”“載人航天精神”“工匠精神”等）的基礎上，鼓勵學生積極思考，完成原創性課程思政案例，在引導學生樹立正確價值觀的同時，培養其勇于擔當實現制造強國目標的使命。全過程多元化考核評價體系注重線上與線下考核相結合、標準化與非標準化考核相結合、個人與團隊考核相結合、期末與平時考核相結合，從而有效引導學生積極參與教學過程的各個環節，實現教學效果的全面綜合評價，并有助于學生在思考、分析、解決工程實際問題時融入綠色低碳理念。

四、實施效果分析

西南石油大學在2020 年秋季學期，對機械工程專業2018 級學生實施了線上線下混合式教學改革；在2023 年春季學期，對機械工程專業2021 級學生實施了“雙碳”目標背景下的教學改革，實施教學改革前后的期末考試成績如圖2 所示。從圖2 中可以看出，實施教學改革后，學生期末考試成績的優秀率由8.25%提升到了18.87%，不及格率由20.10%下降到了6.21%；此外，“雙碳”主題的非標準答案開放題的得分在良好以上的達到了75.86%。從統計數據來看，項目實施后取得了較好的效果，達到了預期目標。

圖2 教學改革前后，學生期末考試成績對比分析

五、結束語

文章圍繞“雙碳”目標背景下的綠色低碳發展理念，結合高等教育高質量發展服務國家“雙碳”專業人才培養需求，對“機械制造基礎”課程的知識體系、教學模式、課程思政元素，以及考核評價方式進行了探索，闡述了綠色低碳理念和思政元素融入課程教學內容的思路和途徑，構建了基于問題驅動的線上線下融合式教學模式、基于專題案例和項目任務驅動的教學方法，以及基于教學全過程多元化的課程考核評價體系，有助于促進學生將課程知識學習與綠色低碳技能培養相結合、理論與實踐相結合，提升了學生的自主學習能力和團隊合作能力，實現了課程專業知識學習和綜合素質培養的雙重目標。