留學生機械制造工藝與裝備課程教學要素改革探索

梁睿君 陳蔚芳 余厚云 何磊

摘? 要：根據來華留學生專業背景并結合課程特點，對機械制造工藝與裝備（英文）課程的教學要素——教學目標、教材選用、教學內容及教學方式進行改革探索。包括：教學目標立足于多元化，注重促進學生專業興趣、專業知識和專業能力三方面發展;選用既與國際主流教材接軌，又與我國機械工程教學體系較匹配的教材，以利于教學目標的實現;課程內容整合為4個知識模塊，各知識模塊又進一步分為基礎、提高、拓展3個進階層次，建立模塊化的分層教學內容;設計主題型翻轉課堂教學、工程應用案例和現場教學等教學環節，有利于學生理解理論知識、鍛煉工程實踐能力和引導專業興趣。

關鍵詞：機械制造工藝與裝備;英文課程;留學生;教學改革;模塊化分層教學

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）35-0014-04

Abstract： Based on the professional background of international students in China and the characteristics of the course， the teaching elements for the curriculum "Mechanical Manufacturing Process and Equipment（English）" goal setting， selection of teaching textbook， teaching content and teaching methods are reformed and explored. The teaching goals are diversified， focusing on promoting the students' professional interest， professional knowledge and professional ability; The textbook is selected to be in line with international mainstream textbooks and compatible with Chinese mechanical engineering teaching system; The curriculum content is integrated into 4 knowledge modules， and each module is further divided into three levels of basic， improvement， and expansion to establish a modular and hierarchical teaching content; Design the teaching activities such as type flipped classroom， engineering application cases， and on-site teaching to help students understand the theories， exercise engineering practical ability， and guide professional interest.

Keywords： Mechanical Manufacturing Process and Equipment; English curriculum; international students; teaching reform; modularized hierarchical teaching

一、研究背景和思路

現代制造工藝技術是先進制造技術的重要組成部分，也是其最有活力的部分，國際上機械工程專業的大學院校均開設了機械加工工藝、機床與金屬切削方面的課程。目前我校已經面向機械工程專業的來華留學生開設了機械制造工藝與裝備課程（Mechanical Manufacturing Process and Equipment）。該課程在金屬工藝學、互換性與技術測量、工程材料、機械設計、概率論與數理統計等多門先修課程的基礎上應運而生，是分析、解決機械制造中包括刀具、機床、工序、夾具、加工精度、表面質量、裝配等工藝問題的歸結性課程。

課程的特點歸納：（1）理論和原理性強。知識點繁多而交錯，每章基本上都包括工藝原理、類型特點、模型推導等。（2）實踐性強。與生產實際的聯系十分密切，通過實踐知識才能對知識點理解得比較深入和透徹[1]。（3）工程性強。工序、夾具設計和機床、刀具、工藝參數選擇這些內容需要從工程應用角度去理解。課程的這些特點使得中國學生在學習時也普遍感到較難理解和掌握，何況授課對象是來華留學生，他們的特點又使得即使參照中文課程進行英文授課，也很難達到理想的教學效果。

為了發展與國際接軌程度、提高教學成效、發揮專業引導作用，基于課程模塊化和分層教學體系的構建，圍繞教學要素——目標設定、教材選用、內容設置、授課方式進行教學改革研究，并分階段實施于課程的教學實踐中。

研究思路：對授課對象——機械工程專業來華留學生進行專業和課程期望的問卷調查，確定教學目標，選擇與國際主流接軌的教材，設置模塊化、分層次教學內容體系，采用翻轉課堂、教具等實踐方法，實現教學目標多元化，注重促進學生專業興趣、專業知識和專業能力三方面的發展。

二、來華留學生的專業背景分析

授課對象中的來華留學生來自不同的國家和地區，他們大多來自亞非，只有少部分是來自中歐的交換生，他們在知識基礎、興趣愿望、思維習慣等方面不僅與中國學生不同，彼此之間也有差異性[2]。

在對大三和大四重修該門課程的留學生授課到一半之時，采用問卷形式設計和進行了對課程和專業的調查，調查項目（均為多選）、有效樣本（39人）如表1所示。分析樣本得到如下調查結果：（1）絕大多數來華留學生基于工作前景選擇了機械工程專業;（2）對于機械工程專業的課內知識和創新發展，多數學生更想了解創新發展;（3）多數學生未來職業期望與制造有關，也有25%的學生與商業有關，職業期望呈現多樣化;（4）對于課程的學習途徑，大多數希望現場參觀或者實踐后學習;（5）大多數認為現有教材合適（但是到開卷考試中發現一半左右學生實際沒有使用過教材，因此對本問題中“教材”可理解為“教學內容”，即大多數認為教學內容合適）;（6）教學手段上，多數學生希望有更多例子、更多視頻資料;（7）對于課程學習感到最困難的方面，缺少工程實踐、計算問題、不理解英語專業術語、不理解理論、缺少基礎知識均有選擇。

三、課程教學要素改革措施

（一）教學目標多元化

機械制造工藝與裝備（英文）課程主要由金屬切削機床和機械制造工藝學兩部分組成，原教學目標：（1）了解切削加工的基本運動、機械加工基本方法（車、銑、鉆、磨、刨削、齒輪加工等）和機械加工設備;（2）了解影響機械加工質量的各項因素，學會分析引起加工質量問題的原因和采取措施保證加工質量;（3）掌握機械加工工藝的基本理論知識，包括工序編制原則、定位理論、尺寸鏈計算，具備編制機械加工工藝過程及設計專用夾具的基本能力。該教學目標的設定適用于機械制造工藝與裝備（中文）課程，但對于英文課程存在以下問題：

1. 來華留學生的入學門檻低于中國學生，如果照搬中文課程的授課內容和方式，很容易陷入老師講不清、學生聽不懂的困境，因此要根據留學生的特點因材施教[3]，教學要求為“寬、廣工藝知識”，從實踐再到理論，強調新工藝、新技術。

2. 原教學目標主要圍繞專業知識的掌握，但由于很多學生對于先修專業課程中一些相關概念還沒掌握，甚至本專業的一些英文詞匯還不理解[4]，因此從他們學科基礎較薄弱的實際情況出發，將提高專業英語能力和強化機械制造專業知識也列為教學目標。

3. 有些留學生對于專業課程的學習情緒不夠積極，刨除個人原因，主要與他們未來在中國或回到他們國家從事相關專業的認知模糊、對抽象深奧的理論性計算推導的理解有困難有關，因此，應將引導專業認知和激發課程學習興趣也列為教學目標。

因此，課程的教學目標從傳授理論和專業知識為主，轉變為以傳授“寬、廣”工藝知識、強調新工藝和新技術、提高專業英語能力、培養工程認知、引導專業興趣為課程的教學目標，在此基礎上設置模塊化、分層次教學內容，改進教學方法。通過在后半段課程教學和后續課程教學中實施改革，課程結束后，從收到的問卷調查和課程考核中可以看出，與實施改革前相比，在課內知識的興趣和習得、專業理解方面有更好的效果。

（二）教材選用及課程內容確定

教材是保證教學質量的關鍵。課程原來采用由曾志新等主編、Jim Platts主審的《Fundamental of machine manufacturing technology機械制造技術基礎》作為教材（以下稱為教材1），其內容基本上對應于中文課程機械制造工藝與裝備。

美國大學普遍采用培生教育出版的《Manufacturing Engineering and Technology》作為教材（作者：Kalpakjian， Serope/ Schmid， Steven），與本課程內容大致對應。該教材已由機械工業出版社引進，并選取部分篇章改編為《制造工程與技術——機加工（英文版·原書第6版）》，內容涵蓋切削基礎、刀具材料與切削液、回轉體與非回轉體加工方法、機床結構及機加工經濟性、磨削與光整加工、先進加工工藝、納米制造、加工表面質量、制造工藝過程自動化、計算機集成制造系統、制造的競爭性等知識內容。一些大學還使用麥格勞希爾出版的《Manufacturing Technology Volume 2 metal cutting and machine tools》作為教材（作者：P N Rao），該教材也被機械工業出版社引進，并改編為《制造技術第2卷金屬切削與機床（英文版·原書第2版）》（以下稱為教材2），內容包括金屬切削、機床及機械加工基本方法（車、刨、銑、鉆、磨等）、機床檢測、工藝設計、夾具設計、機械測量、特種加工工藝等知識內容。

在這兩部英文原版主流教材中，后者與我國機械工程專業的工藝課程教學內容有一定重合度。因此，最終綜合教材1和教材2作為授課內容，并增加了機械制造工藝與裝備在世界范圍內的發展、現狀與前景的討論。

（三）模塊化、分層次教學體系的建立

留學生彼此間先修課基礎和學習能力的差距較大、需求和興趣也不同。分層教學[5-6]是根據學生現有的知識、能力水平和潛力傾向把學生分成幾組各自水平相近的群體并區別對待，這些群體將在恰當的分層策略中得到最好的發展和提高。

以“夠用為度”的原則，突出重點，將課程內容整合為4個知識模塊：切削加工方法和機床、機械加工工藝規程、機床夾具設計、機械加工質量。各知識模塊包含多個知識單元，進一步分為基礎、提高、拓展3個進階層次。各模塊既相互獨立又相互聯系[7]。

建立的本課程模塊化、多層次體系，如表2所示。表中學時對應于教學日歷學時，其中課堂為48學時。在課堂上和課外皆有用于引導學生專業興趣的內容。在該體系中，學生可以根據評測基礎并從自身目標或興趣出發，按照不同層次的知識模塊或知識單元配置學習內容，有利于學生學有所獲。

但是，課程采用分層教學在實踐中有兩個困難：（1）缺乏對學生先修課程掌握程度和學習能力的評價標準，因此分層依據的科學性不夠;（2）由于學生人數不多，并不適合按層次分班的教學。解決的途徑分別為：通過建立“分層測試卡”（即分層目標練習冊）提供分層依據;對于人數較少不適合分班分層的可采用分層教育中的“能力目標分層”監測模式和“個別化”學習模式。

（四）實踐性、研究性教學環節設計

學習本門課程需要習題、課程設計、實驗、實習等環節的相互配合，各環節不可缺少并有機聯系才能達到理想的教學效果，重點設計了實踐性和研究性教學環節。

1. 翻轉課堂教學

對齒輪加工工藝這個用于引導興趣的拓展內容，采用翻轉課堂教學方法。大致過程：（1）課前教師給定主題范圍齒輪加工工藝知識;（2）教師引導學生擬定分組題目，例如，a. 齒輪零件設計及分析、b.齒坯加工工藝、c. 展成法齒形加工工藝、d.齒形精加工工藝、e. 齒輪加工實例分析等;（3）各組分配組員任務，查找資料課前學習，形成主題報告;（4）各組在課堂中展示主題報告;（5）經課堂討論形成一個結果或結論。現場照片如圖1所示。

2. 工程應用案例教學

通過應用案例（如，典型零件工藝設計、專用夾具設計、零件加工誤差分析等案例），調動學生自主學習積極性，使學生學有所思。

采用直觀的教學道具（如，夾具拆裝過程動畫、知識點動畫、零件成形和切削加工錄像、定位元件實物、刀具實物等），幫助學生加深理解抽象的理論和原理性知識，使學生學有所樂。例如，對曲柄連桿件的鉆孔工序設計組合夾具的3D模型，用視頻方式演示其組裝和拆開過程，如圖2所示。

利用現場教學（如，結合夾具圖紙和實物，理解不同夾具的設計要點）及工程場景（如，設計零件的機械加工工藝過程），引導學生將所學理論知識轉化為分析和解決工程實際問題的能力，使學生學有所用。

四、結束語

（1）基于來華留學生專業背景和本課程特點分析，教學目標設置立足于多元化，從傳授理論和專業知識為主，轉變為以傳授“寬、廣”工藝知識、強調新工藝和新技術、提高專業英語能力、培養工程認知、引導專業興趣為課程的教學目標。

（2）選擇既與國際主流教材接軌，又與我國機械工程教學體系較匹配的教材，以利于教學目標的實現。

（3）以“夠用為度”的原則，突出重點，將課程內容整合為4個知識模塊，各知識模塊包含多個知識單元，知識單元又進一步分為基礎、提高、拓展3個進階層次，建立了模塊化、分層教學內容。

（4）設計主題型翻轉課堂教學、工程應用案例和現場教學等教學環節，以幫助學生理解理論知識、鍛煉工程實踐能力和引導學生的專業興趣。

參考文獻：

[1]趙國龍.機械制造技術基礎課程的創新型教學方法與模式探討[J].高教學刊，2021，7（22）：47-50.

[2]陳赟，張思.關于海外留學生的培養方案重構與探索——以江蘇科技大學機械工程專業為例[J].中外企業文化，2021（4）：155-156.

[3]孟杰，何高法，雷貞貞，等.面向“一帶一路”來華留學生的機械制造技術基礎課程全英文教學探索[J].西部學刊，2020（18）：98-101.

[4]張春燕，管小燕.留學生機械制造基礎全英文混合式教學實踐與探討[J].中國多媒體與網絡教學學報（上旬刊），2018（8）：155-156.

[5]施吉祥，陳大林.智能制造與機械制造實習課程改革[J].機械設計與制造工程，2020，49（9）：117-120.

[6]董志奎，張楠，李興東，等.后疫情時代機械類專業基礎課教學模式探索研究[J].科技視界，2021（14）：54-55.

[7]郭南初.基于國際視野的機械應用課程模塊化混合教學模式的探索與實踐[J].工業技術與職業教育，2021，19（3）：31-36.