新工科建設背景下機械制造技術基礎課程建設探索

李聰波　林利紅　湯寶平　江桂云

摘要：基于新工科建設人才培養新模式，借鑒麻省理工學院（MIT）新工科人才理念，針對機械制造技術基礎課程存在的教學內容有待更新、教學方式以“教”為主、教學環節缺乏工程訓練、實踐教學環節缺乏系統性以及課程考核缺乏實踐考核等問題，提出機械制造技術基礎課程建設新思路，調整人才培養目標，構建以理論教學、實驗教學、實踐教學為一體的課程體系，完善以學生為中心的教育教學方式和課程考核機制，積極探索新工科背景下課程建設的有效途徑，不斷提升教育教學質量，培養高素質創新人才。

關鍵詞：新工科;機械制造技術基礎;OBE理念;課程建設

中圖分類號：G6420;TH11 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2020）02-0023-06

為主動適應新一輪科技革命與產業變革，國家啟動“中國制造2025”“一帶一路”“互聯網+”“人工智能”等一系列建設計劃，以創新驅動發展[1]。自2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，奏響新工科人才培養的主旋律，拓展工程教育改革的新思路和新路徑，助力高等教育的創新發展[2-3]。新工科內涵主要有“五個新”，即工程教育的新理念、學科專業的新結構、人才培養的新模式、教育教學的新質量、分類發展的新體系[4-5]。

美國麻省理工學院（MIT）提出新工科人才的12種必備思維：學習如何學習、制造、發現、人際交往技能、個人技能與態度、創造性思維、系統性思維、批判與元認知思維、分析性思維、計算性思維、實驗性思維和人本主義思維。MIT新工科強調邏輯重構、內容重構、方法重構和能力重構，變革的重點集中在學生的學習方式和學習內容，目標是培養能夠引領未來產業界和社會發展的領導型工程人才[6]。

在國家積極推進新工科建設背景下，結合重慶大學機械制造及其自動化專業“雙一流”學科建設和工程教育專業認證，借鑒MIT新工科人才培養理念，適應時代發展和產業需求，重慶大學機械制造及其自動化專業對培養方案做了較大的調整，融合了大數據、智能制造、云計算等信息技術，對專業人才培養目標也進行了修訂，即培養適應現代科技發展和國家經濟建設需求，數理基礎扎實，專業知識構架清晰，創新意識強，知識、能力、素質全面發展，能夠在裝備、制造、交通、能源、航空航天等領域，從事機械工程的科學研究、產品開發、設計制造、技術經濟管理等工作的高素質創新型人才，為我國產業發展和國際競爭提供人才支持。

機械制造技術基礎課程是重慶大學機械設計制造及其自動化專業的一門專業必修課程。目前新工科建設對創新型高級工程技術人才培養提出了更高的要求。同時隨著時代的進步，特別是綠色制造、智能制造、機器人、增材制造（3D打印）等新技術的發展，該課程教學也應緊跟時代步伐，對課程教學內容、教學環節、教學模式、實踐環節以及課程考核方式等進行創新改革。

一、機械制造技術基礎課程現狀

重慶大學機械制造技術基礎課程由原機制專業的專業課程金屬工藝學、金屬切削原理、金屬切削刀具、金屬切削機床概論、金屬切削機床設計、機械制造工藝以及機床夾具設計七門課程整合改造而成，內容涉及金屬切削基本知識、零件表面加工方法及刀具、金屬切削機床、機床夾具設計、機械加工質量及其控制、機械加工工藝規程以及機械裝配工藝基礎等[7]。課程內容多，重難點多，知識涵蓋面廣，綜合性、實踐性較強。從新工科建設要求來看，目前該課程教學主要存在以下一些問題。

（一）教學內容有待更新

隨著智能制造、綠色制造、機器人技術以及增材制造（3D打?。┑认冗M制造技術的發展，機械制造技術基礎課程中的機械制造技術等傳統知識缺乏先進性與應用性，與生產實際脫節，學生學習興趣不高，認為課程學習無現實價值，難以激發學生的專業學習熱情。

（二）教學中以教師的“教”為主

傳統課堂教學通常以“教師為核心，課堂為中心”，教師“滿堂灌”，學生參與度較低，學生接受知識往往靠死記硬背，難以提高學生學習知識的積極性。因此，應充分利用“互聯網+”的現代教育技術，豐富課堂教學形式，探索多元化的授課方式，把以教師“教”為中心轉變為以學生“學”為中心，著力培養學生終身學習的能力。

（三）教學中缺乏工程訓練環節

傳統教學中教師僅僅根據教材進行理論講解，即認知教育，教學環節缺乏工程訓練，學生不知道如何應用所學知識，更缺乏采用批判性思維分析、研究、解決機械工程領域復雜問題的能力，遠遠達不到新工科建設對創新型人才培養的要求。教學中可通過小組分組討論，以項目驅動研究設計、專題研究論文、自學、文獻檢索與綜述論文等教學環節，著力培養學生的創造性思維能力、協作能力、表達能力，以及運用機械制造方面的專業知識解決復雜工程問題的能力。

（四）實踐教學亟待完善

與機械制造技術基礎課程直接相關的實踐教學主要有金工實習、課程實驗、工藝課程設計以及生產實習。其中金工實習包括毛坯圖繪制、編制零件的加工工藝方案以及加工工藝文件等內容;課程實驗包括刀具認知實驗、車刀角度測量、切削力實驗、切削溫度實驗等。通過上述實踐教學，強化學生對金屬切削刀具、金屬切削原理、金屬切削機床、機械加工工藝規程設計、機床夾具設計等課程內容的理解。但是目前實踐教學還存在許多問題：一是有些實踐教學內容存在交叉，缺乏系統性;二是驗證性實驗較多，不利于培養學生發現、分析和解決問題的能力，進而影響學生創造性思維的訓練;三是有的實踐內容脫離時代需求，與當前的智能制造相去甚遠，無法培養適應社會需求的創新型高級工程技術人才。

（五）課程考核缺乏實踐考核

目前機械制造技術基礎課程考核仍以理論考試為主，學生的實踐能力并不作為主要考核要素，且實踐能力的考核基本以實驗報告為主，未做到理論與實踐并重。這一課程考核方式忽視學生綜合應用能力的評價反饋，不利于提高學生解決復雜工程問題的實踐能力，不符合產出導向教育（Outcome Based Education，簡稱OBE）理念[8]。

二、新工科建設背景下機械制造技術基礎課程建設探索

未來新經濟建設需要的是創新能力強、工程實踐能力強的高素質綜合型人才，為此重慶大學結合機械設計制造及其自動化專業“雙一流”學科建設和工程教育專業認證，積極推進機械制造技術基礎課程建設，緊緊圍繞新工科人才培養要求，加大課程建設力度，構建以理論教學、實驗教學、實踐教學為一體的課程體系，強化學生創新思維能力的培養，著力提升教學質量和教學效果，為我國的產業發展和國際競爭提供人才支持。

（一）課程建設理念

在高校人才培養中，工程教育新理念OBE強調課程教學應從以教師為中心轉向以學生為中心，構建以結果為導向的人才培養體系，從質量監控向持續改進轉變[9]。OBE理念采用自頂向下的設計，即根據社會需求提出明確的培養目標，以學生畢業要求支撐培養目標，以課程體系支撐畢業要求，以教學環節體現課程體系，將師資隊伍投入教學環節，各項支持條件需滿足教學需求（圖1）。最終反向推導滿足專業培養目標而需要課程教學應達到知識、能力和素質的培養要求，課程教學內容必須以課程預期成果為導向進行設計。

因此，OBE理念以最終結果為導向，對教育教學體系進行反向設計，教學的出發點不是教師想教什么，而是達成最終結果需要教什么，即讓教師思考“教什么”以及“怎么教”，學生由關注“分數”轉向重視“能力”培養。

（二）課程建設目標

根據重慶大學機械制造及其自動化專業最新培養目標擬定畢業要求，修訂機械制造技術基礎課程大綱，提出機械制造技術基礎課程目標（表1）。

（三）以理論教學、實驗教學、實踐教學為一體的課程體系建設

傳統課程教學主要以教材為依據向學生傳遞知識，而新工科人才培養理念不僅重視學生知識的獲取，更重視培養學生應用知識的能力。未來產業界將會更加注重工程人才的學習能力和思維能力，在工程實踐中面臨各種未知與復雜問題時能夠創新思維，應用恰當的辦法解決問題[10]。因此，課程教學不能只是傳遞知識，還包括思維能力的訓練、解決復雜工程問題能力的培養、素質培養、創新能力培養等內容，應該將課程的理論教學、實驗教學、實踐教學融為一體，納入一體化建設。

（1）新工科建設旨在培養具有工程實踐能力和創新能力的高素質創新型人才。重慶大學根據新修訂的教學大綱，在原有機械制造技術基礎課程教材內容的基礎上，增加了精密成型、增材制造、智能制造、虛擬制造、機床數控技術、工業機器人等先進制造技術相關領域的知識，讓學生掌握最新技術。

（2）在原有刀具認知實驗，車刀角度測量、切削力實驗，切削溫度實驗等課程實驗的基礎上，增加工序質量控制實驗、數控類實驗（數控仿真和現場加工）、智能制造實驗與虛擬仿真實驗平臺（包括智能制造系統總控臺和MES系統），讓學生在虛擬仿真生產環境中進行學習與實踐體驗。

（3）增加工程訓練環節，如通過團隊合作、小組學習、典型案例分析、大型設計或作業、專題研究論文、自學、文獻檢索與綜述論文等基于問題導向的教學環節，重點培養學生的思維能力、實踐能力、創新能力、協作能力、表達能力和解決復雜工程問題的能力。

（4）開展基于項目研究的開放式教學，充分調動學生的學習主動性。課程教學中教師提供研究大方向，學生小組（可5名學生為一小組）確定具體研究內容。例如要求學生設計一個系統，從系統的設計（包括動力源、傳動裝置、執行件等）、制造、加工，直至該系統實現預期的功能，完全由學生小組成員協作完成，讓學生在解決工程問題的過程中獲得知識，體驗學習的甘苦，感受自身的價值，激發學生的專業學習熱情和興趣。同時也培養學生的工程意識和解決復雜工程問題的能力，以及科研能力和團隊合作精神。

（5）充分利用社會資源，建設學生實踐基地。根據機械行業需求，按照校企協同發展原則，聘請相關企業技術骨干，作為指導教師進入教學團隊，共同聯合培養學生，讓學生及時了解制造企業的文化和生產實際。

綜上所述，構建基于新工科人才培養的以理論教學、實驗教學、實踐教學為一體的課程教學體系，既體現了原有課程的基礎性，也體現了新時代的先進性。

（四）探索以學生為中心的教學方式

積極探索符合OBE理念的主動教學方法，即在教學過程中采用以問題為導向而不是以知識為導向的教學方式。關注學生的學習方式和學習內容，所有的教學環節都圍繞學生來進行，以學生為本，引導學生積極參與教學活動，重視教與學的良性互動，使學生成為教學的參與者和知識的創新者，激發學生對知識的探求欲，著力培養學生的自學能力。為此，充分利用“互聯網+”、機械制造技術基礎在線課程建設MOOC、翻轉課堂、微課堂等現代教育技術與手段，豐富課堂教學內容，發揮學生的主體作用，調動學生學習的積極性和主動性，培養學生終身學習的能力。

（五）完善課程考核評價體系

機械制造技術基礎課程綜合性、實踐性較強，不能忽略學生綜合應用能力的評價反饋。課程考核應結合期末考試和平時考核綜合評定學生成績，降低期末考試成績所占比例，增加平時考核的比重。平時考核應重視過程考核，包括大型設計或作業、專題研究論文、實驗、項目驅動學習、文獻檢索與綜述論文等。對在小組合作中起主導作用的學生，以及獲得有創新價值的設計和研究成果的學生，過程考核成績給予適當傾斜。總之，課程考核應由單一考核知識的獲得轉變為重在考核對知識的綜合應用，并以此進一步完善課程考核評價體系，使課程考核評價更有利于學生創新思維能力的養成，有助于提高學生解決復雜工程問題的能力，這既是新工科建設對綜合型人才的培養要求，也是時代發展對人才培養的需求。

三、結語

圍繞新工科建設對人才培養的要求，借鑒MIT新工科人才培養理念，重慶大學機械制造及其自動化專業在“雙一流”學科建設和工程教育專業認證的支撐下，針對機械制造技術基礎課程教學存在的問題，全面修訂專業培養目標，調整課程大綱，提出課程建設新理念和新思路，構建以理論教學、實驗教學、實踐教學為一體的課程體系，探索以學生為中心的教學方式，進一步完善課程考核評價體系，著力將機械制造技術基礎課程打造為重慶市精品課程，切實培養引領未來產業界和社會發展的創新型應用人才。

參考文獻：

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[10] MIT School of Engineering. Learning to learn-NEET as an Education in Ways of Thinking[EB/OL]. [2019-04-25]. http：//neet.mit.edu/neet-ways-of-thinking/learning-tolearn/.

Abstract： Based on the new talent training mode of emerging engineering education， learning from MIT talent thinking， the existing teaching content of technology foundation of mechanical manufacturing needs to be updated. Teaching methods are mainly subject to teaching. Engineering training in the teaching process， systematic practice teaching and practice assessment of course evaluation are lacked. So new ideas and cultivation objectives of technology foundation of mechanical manufacturing are put forward， a curriculum system integrating the theoretical teaching， experimental teaching and practice teaching is built， and the student-centered teaching method and curriculum assessment are constructed. Effective ways of curriculum construction are explored actively under the background of emerging engineering education， the teaching quality is improved continuously， and high-quality innovative talents are cultivated.

Key words： emerging engineering education; technology foundation of mechanical manufacturing; OBE; curriculum construction

（責任編輯 王 宣）