機械類材料課程的教學改革初探

李國華

[摘 要]在“工業4.0”和“中國制造2025”的強國目標下，工業企業對機械類畢業生的創新能力、設計能力和實踐能力等綜合素質提出了更高的要求，而校企合作作為一種有效模式，已成為世界高等教育發展的共同道路。高校可以基于企業的定位和作用，對校企合作教育下的機械類材料課程進行改革，主要方法有側重案例元素的比例，采用模塊化教學等。

[關鍵詞]材料課程；校企合作教學；教學改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）04-0072-03

能源、材料和信息是現代社會和科學技術的三大支柱，尤其是“新工科”的說法提出后，學習并掌握材料的基礎知識對于應用型本科學校機械類專業學生來說尤為重要。材料類課程主要闡述工程材料的結構、組織性能及其影響因素等基本理論和規律，包含金屬材料、高分子材料、陶瓷材料、復合材料等常用工程材料及其應用等方面。課程依專業不同涉及材料科學與工程基礎、工程材料和材料科學基礎等。課程與工程實踐緊密聯系，是一門重要的專業基礎課程。但是該類課程內容較為龐雜，具有“三多一少”的特點，即內容頭緒多、原理規律多，概念定義多，理論計算少；并且有些微觀結構看不見、摸不到，內容抽象。教師如何教好，學生如何學好一直是其教學改革的重點。

校企合作教育模式作為提升工程教育集成性、實踐性、創新性的重要工具，在課程改革中也發揮著重要作用。青島職業技術學院旅游管理專業[1]在教學中改革創新，采取項目引領的教學方式，每學期安排一個教學項目，圍繞項目設置項目工具課程、核心課程與非核心課程，學生組成項目小組完成項目任務，將學生項目成果與景區實際需要高度一致，為景區提供有效建議、成果和優秀管理人才，使學生、學校、景區取得共贏。湖南人文科技學院化學與材料科學系[2]將校企合作教育引入材料類專業，利用校企間不同的教育資源和教育環境，在材料類專業人才培養目標和課程體系方面與企業開展深度合作，培養出應用型、技能型高素質復合型人才。蘇州大學沙鋼鋼鐵學院[3]將實踐教學引入專業課程教學匯總，進行校企協同育人機制下課程內實踐教學的改革和時間，開創專業課程教學的“教學—實踐”互促新模式。南京林業大學機械電子工程學院[4]通過江蘇省機械工程虛擬仿真共享平臺，將理論與實踐、虛擬與現實、學校與企業深度融合，使學生參與案例分析，了解企業需求，完成產品仿真設計，在實驗室/企業進行實體性能測試，修改完善設計，改變了長期以來存在的重理論知識，輕實踐能力傾向，大大提升了教學效果。

一、德國工業4.0，中國制造2025和新工科

2013年4月，德國“工業4.0工作組”在全球國際工業博覽會上公布了研究成果報告《保障德國制造業的未來：關于實施“工業4.0”戰略的建議》（簡稱德國“工業4.0”）。2015年5月，中國政府發布了《中國制造2025》，有人稱這是中國版的“工業4.0”規劃。中國社會科學院數量經濟與技術經濟研究所的李金華教授[5]通過分析比較二者，提出“工業4.0”和“中國制造2025”在背景、框架、優先發展領域、行動目標和路徑等方面都存在差異。二者雖均指向先進制造業，并具有相同的大背景，但“中國制造2025”強調行動的指導思想和基本原則，目標是制造領域信息化和工業化的深度融合，促成中國制造由大變強，沒有提出第四次工業革命的概念。其確定了重點發展的10個領域，而不是生產模式、生產管理、生產安全等制造理念。而在路徑上，“中國制造2025”更多地集中于市場準入制度、政策支持、技術轉化、科技成果轉化等需要政府支持的方面。中國可以借鑒德國“工業4.0”，構筑新生產模式下企業職工的培訓和持續教育機制；引導構建制造企業聯盟，搭建企業信息平臺，推進新產品和制造技術的集成和開發，對接全球制造市場；建設適應先進制造業發展的配套基礎設施體系，促進制造企業參與國際競爭。

“新工科”是教育部于2017年2月18日在復旦大學召開綜合性高校會議上發布的共識[6]。新工科建設是中國高校在世界各國相繼提出制造業發展規劃的工業大背景下，為滿足中國經濟發展提出的工程教育改革，旨在培養學生的創新能力和實踐能力。目前工程教育發達國家大多通過校企合作的方式，是培養應用型本科人才的有效途徑。

二、校企合作教育

校企合作涉及多個方面，這里專指校企合作教育。合作教育又稱“產學合作教育”，是一種獨特的教育模式，價值在于“知識+技能”類人才的培養。即充分利用學校與企業的不同教育資源和環境，通過產學結合全面培養具有實踐能力和創新能力的學生。這里不應該單單是指以適合不同企業需求為導向，大學的最根本的目的是培養人。目前對高校進行了分類，而應用型本科院校卓越工程師的培養不能忽視工程科學基礎的作用，如果過分強調專業技能和專用技術的教學，培養出來的人即使能夠在企業里上手快一些，短期來說節約了企業的培訓成本，但不等于說這些人將來一定能成為卓越的工程師。應用型本科院校不僅應培養具有即時性技術的畢業生，而應具有前瞻性的眼光，即培養高級技術型人才或初級、中級工程型人才。

校企合作可主要解決兩個關鍵問題——理論教學與工程實踐有機結合、提高學生工程意識和實踐能力，因此成為培養應用型本科人才的有效途徑。目前在校企合作教育方面，包括共建人才培養和培訓基地模式、共建校企合作課程，企業家進學校講座，專項基金形式。其中，企業能夠具體參與的方面包含：

1.參與制定教學計劃、編寫教材，授課和指導實踐環節教學。

2.專題討論形式，由高校教師和企業代表共同根據專業內容提出具體問題，學生組成小組共同討論，并且采用口頭報告形式在教師和企業代表面前展示解決方案。

3.項目形式的課程設計和畢業設計，由企業出題目，學生通過在實踐中解決實際問題來解決。

4.企業內和跨企業培訓。德國“雙元制”中，學員通過企業內培訓和跨企業培訓一般每周在企業里接受3～4天實踐教育。

應用型人才的創新素質表現在能夠運用科學理論和方法來綜合分析、解決現實問題，并能夠不斷學習，應用新知識、新技術，創造性地分析新情況、發現新問題、解決新問題。因此應平衡專業技能、專業技術和工程科學基礎的關系，應用型本科院校卓越工程師的培養不能忽視工程科學基礎的作用。

三、課程改革設想

（一）課程中側重案例元素的比例

目前案例收集途徑有：教師個人工程實踐，社會調查收集；通過網絡、電視等媒體收集，通過報紙、雜志、書籍等資料收集。其中通過企業收集案例是最佳途徑，有效解決了案例本土化的問題。

教學案例應簡化和有選擇性，一個案例說明一個問題，圍繞一個核心問題，一個難題。即首先考慮它說明了一個什么理論，因為“每一個案例都需要理論”，另外案例應具有爭議性，以便引發學生思考和開展辯論。最后需要強制學生做出自己的決定。哈佛大學肯尼迪學院設有專門的案例庫和案例制作中心，是實施案例教學的堅實基礎。

教師也可根據需要將企業提供的案例采用PBL（Problem？鄄Based Learning，問題式學習）教學中，彌補了教師缺乏實踐知識和缺乏真實驅動的劣勢，解決問題的過程由教師和企業工程聯合指導，甚至擴展到多個教師和多個企業工程師。學生在這個過程中不但能主動學習相關知識，還能在應用中不斷深化到解決問題階段。若給出方案能夠實施更可檢驗學習成果，即使失敗通過討論不足之處也已完成學生深化理論知識，提升實踐能力的目標。

案例式教學不同于簡單的舉例子，其對教師的要求非常高。初期在材料課程中如何利用案例可開發出介于舉例子和案例教學之間的教學模式，在降低對教師要求的條件下也可以極大調動學生學習的積極性和創造性。學生需要首先是課前的認真準備，其次是課堂的積極表現，因此課堂參與應盡量占案例教學成績50%左右的。第三是通過課后列出的一系列書單找到分析此案例的理論支持和必要知識。

（二）模塊化教學

模塊化教學模式由國際勞工組織于20世紀70年代初研發和提出的，它最早以崗位任務為依據確定模塊，采用以現場教學為主，以技能培訓為核心的一種教學模式。之后廣泛應用于工程教育及其他高等教育領域，現在已經成為西方國家應用型大學的主要教學模式[7]。

由于模塊化教學以能力為導向，把若干相關知識模塊進行組裝，形成相對獨立但模塊之間又相互聯系的教學單元，因此首先可根據學生能力和興趣等，做到因材施教，且優化了課程體系，組合靈活，使教學更有針對性。再次，可實現同一模塊內的基礎理論和實際應用的一體化，做到“學以致用”。模塊化教學是開放的，可變的，在教學內容靈活，真正的教學內容應該根據社會和企業實際工作崗位的需要而定。專業課不應該固定教材，可有參考書；在教學方式上也是多樣的，可講授、可討論、可實訓、可調研等；在實施地點上也不受限制，可在學校、企業或社會生活中。有效的校企合作是實施模塊化教學的有力保障。

（三）利用“互聯網+”模式

“互聯網+”是2013年騰訊CEO馬化騰在一次發言中最早提出的。“互聯網+”是指以互聯網為主的一整套信息技術，包括移動互聯網、物聯網、云計算、大數據等。“互聯網+”使工程教育的教學內容、方法、模式和教學管理體制機制發生深刻變化。MOOC、智慧教育、翻轉課堂等模式都是互聯網教育的一部分。

高校要充分利用“互聯網+”對共享優質工程教育資源的服務，來提高工程教育教學質量。“互聯網+”校企深度融合可以滲透至聯合招生、共建專業、共培師資、協同教學和合作就業等人才培養的方方面面。通過校企共建遠程互動課堂，實現打破時空限制的遠程傳輸課堂，學生除可以進行聽課、接受指導等活動之外，還可以實時觀察到企業老師的真實工作場景，實時參與到企業先進生產過程中。這使得遠程教育不再是以教師為中心，而是所有參與者之間的多向交互活動。英特爾曾經發布過一個“未來課堂”的視頻，其中當學生反復嘗試也無法做出符合承重要求的橋梁模型時，授課教師通過視頻會議的方式和一個工程師現場連線，工程師直接參與到課堂中，對學生進行指導并最終獲得成功。

“互聯網+”使得傳統意義上的學習從高校圍墻之內拓展到圍墻之外，形成Anytime（任何時間）、Anywhere（任何地點）、Anybody（任何人）、Anything（任何事情）的4A學習模式，學生可分考慮自己的興趣愛好、職業訴求和價值取向選擇學習內容，真正實現差異化個性需求教育。

（四）校企合作開發MOOC、微課等

以微課為例，微課是“微型視頻網絡課程”的簡稱，以視頻為主要載體，通常用5～10分鐘講授某一個知識點（如重點、難點、疑點、考點等）或專題內容，應用型本科院校開發微課應注重實踐驅動、項目驅動，培養學生的實踐能力和創新能力。

校企合作開發備課，有利于運用情景化的教學模式，使學生身臨其境，更有利于主動完成任務。另外微課使用移動終端等完成課程，幫助授課者突破空間實踐限制完成知識傳授的工作。在校企合作時，時空沖突是導致校企合作無法深入的一個原因，一方面學生不能隨時進入企業，另一方面企業專家有自己本職的企業工作，不可能為學生隨時提供指導，精力和時間都受到了限制。5～10分鐘的微課很好地解決了這一矛盾。另外微課視頻可用于企業自身員工培訓，降低企業經營成本。在開發微課時要注意結合企業的實踐需求，設置課程結構和內容，設計微課程中的教學知識，避免表面課程內容陳舊滯后和與實踐脫節的缺點。

（五）主動實踐

基于實驗室提供的基礎平臺條件，學生可以自己選擇選擇對象和方法，進行設計制作，比傳統的在教師設定的框架里流水線式地完成實驗更能提高動手能力。在塑造大工程觀方面，則可以自己選產品、自己擬定工藝路線，自己買原材料，自己安排生產崗位與任務，自己管理生產質量，自己銷售產品。

中國工程院院士李培根[8]提到一種方式，由學生去探究企業生產一線的問題，先了解企業究竟需要什么，再去發揮學生自身的想象力去做課題，這樣能助力企業，獲得企業想要的甚至意想不到的東西，或對企業真正有用的東西。

四、結論

材料類課程是一門鏈接科學和技術、理論和實踐的橋梁課程，該類課程通常知識點眾多且分散，涉及材料性能、材料科學理論基礎、具體材料知識和選材，需要對材料科學與工程、機械工程等學科很了解才能完全融會貫通。而實際上機械類專業的材料類課程開設得并不多，學生對相關知識了解甚少，覺得這些知識太抽象，不容易理解。

本文所講的案例教學、模塊化教學等教學模式均能有效解決激起學生的好奇心和興趣，改變理論教學的枯燥，對培養創新型和實踐型人才有積極作用。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 倪虹.項目引領、校企共贏——旅游管理專業景區方向項目教學創新改革實踐[J].旅游縱覽（下半月），2016（10）：227-228.

[2] 胡繼林，劉鑫，顏智珠，等.應用型本科院校材料類專業校企合作教育的探索與實踐[J].山東化工，2014，43（12）：167-168+171.

[3] 許繼芳，屈天鵬，呂凡，等.專業課程“教學-實踐”互促新模式下教學評價體系的構建[DB/OL].http：//www.cnki.net/kcms/detail/13.9000.G.20170209.1517.020.html

[4] 劉英，趙茂程.“中國制造2025”引領下的案例教學研究，機械設計與制造工程，2016，45（12）：100-103.

[5] 李金華，德國“工業4.0”與“中國制造2025”的比較及啟示，中國地質大學學報（社會科學版），2015，15（5）：71-79.

[6] 陸國棟，“新工科”建設的五個突破與初步探索，中國大學教學，2017（5）：38-41.

[7] 李德才.關于模塊化教學的幾個問題——兼論工程師型人才培養[J].合肥學院學報（綜合版），2013，23（4）：64-68.

[8] 李拓宇，李飛，張婉瀅，等.我國工科人才培養質量提升的機制探析——中國工程院院士李培根訪談錄，高等工程教育研究，2016（4）：5-8+13.

[責任編輯：劉鳳華]