新工科背景下機械專業實習實訓課程教學改革方法研究

樓飛，薛雪，沈巍，倪國林

（南京師范大學中北學院，江蘇鎮江 212300）

隨著新工科建設的提出，鐘登華院士給出了新工科的內涵：以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創新、交叉與融合、協調與共享為主要途徑，培養多元化、創新型卓越工程人才[1]。

機械工程作為傳統的工科專業，轉型升級已迫在眉睫。實習實訓類課程是樹立職業道德和工匠精神，提高學生動手能力，激發學生創新意識，培養學生工程與項目思維的重要教學環節，是將理論教學與生產實際相結合的橋梁。

本文著力于探究新工科背景下機械專業實踐類課程教學改革，通過開展實踐課程體系建設、搜集“項目式”課程教學素材、編寫實踐課程教學大綱和自編講義等工作，用半開放的項目式教學代替原有的學徒式教學方法，改變教學現狀，將“以生為本”落到實處，充分調動學生的主觀能動性，將教師的角色從“領路人”轉化為“指路人”，讓學生能夠自主在專業的道路上探索。在實踐環節的教學設計和任務落實上以新工科理念為指導，構建“項目邏輯與工程思維+課程融合與學科交叉+職業道德與工匠精神+書證融合與產教融合”的“四位一體”教學體系和理念。對提升學生的專業認同感，樹立正確的價值觀和職業道德，培養工匠精神具有重要意義。

1 課程改革背景與現狀

目前，諸多高校和一線教學人員對新工科背景下的人才培養展開了深入研究。主要研究內容和動態可以歸納為以下幾類：

（1）新工科背景下人才培養模式探究。這一類研究主要針對教學模式、培養方案、培養策略、保障機制等方面開展上層設計與規劃建設，在諸多工科類專業具有通用性。如：鄭州大學的李清富等[2]，根據現存的教學問題，以培養理論、能力、素質相統一的綜合型人才為目標，探索了全新的高等教育模式。江蘇科技大學機的周宏根、李濱城等[3]在新工科理念下，結合學校的行業背景和優勢專業，針對船舶機械類人才數字化交融培養模式進行了探索與實踐。安徽工程大學的孫際超[1]等，提出了加強國際交流、引導學生參與教師科研項目、以學科競賽為抓手的培養模式和策略。

（2）新工科背景下工程訓練體系研究與建設實踐。這一類研究多以學生實踐教學改革為突破口，重點針對如何改良實踐教學質量、更新教學內容、明確教學目標等現存核心問題進行探究。如：安徽審計職業學院的張逸飛[4]，研究了推行“1+X職業技能證書”制度背景下工程造價專業實習實訓體系構建。河北建筑工程學院的陳永強[5]，針對應用型本科院校，研究了工科人才培養實踐教學體系建設方法。

（3）課程體系建設。開展這一類研究的教師主要針對專業內核心課程體系結構優化和知識網絡架構建設進行研究，加強課程思政與專業課程的有效結合。旨在提高專業課程的交融性，增強不同專業課程內在聯系，培養學生工匠精神，引導學生樹立誠實守信、嚴謹負責的職業道德觀。如：西南林業大學的王遠[6]等，著重研究了如何在金工實習課程體系建設中培養學生創新能力，構建評價指標，為“雙創”教育理論在教學中的實踐奠定基礎。

（4）核心課程教學改革與實踐。在新工科背景下，改革傳統的面授方式，以“學生為中心”，充分激發學生的主觀能動性，突出課程學習目標和應用價值，讓啟發式教學、課堂互動式教學、混合式教學、課題討論式教學、開放式考核試題成為課程教學的常態。如：常州大學的譚鄒卿、上海電機學院的邵兵、華北電力大學的張新春分別對理論力學、機械制造技術、結構力學課程開展了教學改革與實踐[7]～[9]。

綜上，針對機械類相關專業實習實訓類課程教學改革的研究較少，通過開展研究，對緊跟智能制造、工業互聯的發展趨勢，推動專業建設和人才培養的轉型升級具有重要作用。

2 實習實訓課程改革方法探索

專業教學改革團隊在開展實習實訓課程改革過程中，以區域經濟發展和行業需求為導向，結合本校辦學宗旨和專業特點，旨在提升實習實訓類課程教學效果，更好地服務于理論教學，培養具有更強實踐能力和專業技能的創新復合型工程人才。通過課程改革，以實現如下建設成效：以新工科建設為導向，優化實習實訓課程體系；增加半開放項目式教學，激發學生的創造力和創新潛能；加強理實一體化教學，促進課程融合與學科交叉；搭建混合式教學平臺，實現資源共享，分享成果經驗。鑒于此，開展實習實訓課程改革方法探索，制定如圖1所示的總體研究路線。

圖1 實習實訓課程改革方法研究路線圖

以項目式教學為手段，充分利用專業教師、企業導師、校企合作單位、創新創業學生的優秀項目和創意，在實習實訓課程體系的指導下，構建實習實訓項目混合式課程教學平臺，探索課程改革方法。

2.1 實習實訓課程體系建設

在新工科建設背景和應用型本科人才培養需求下，機械類專業實踐教學的重要性日益凸顯。我院機械工程專業在2020版培養方案修訂過程中，提高實踐環節的學時，使之占總學時50%以上，除去課內實驗，集中開展的實習實訓課程學時占總學時的28%。涉及課程包含機械制圖測繪、金工實習、生產實習、PLC控制技術實習、數控實習、CAD/CAM實習、先進制造技術訓練、“1+X”工業機器人運維實訓、機械設計課程設計、機械制造基礎課程設計、畢業實習等。在課程體系建設過程中，重點梳理各門實訓課程之間的關系，構建更加合理的課程結構，讓理論知識與實踐環節緊密結合，為“理實一體化”教學奠定基礎。

例如：我們可以在“機械制圖測繪”“1+X工業機器人運維實訓”“機械設計課程設計”“機械制造基礎課程設計”四門集中實踐課程之間建立緊密聯系。考慮到工業機器人技術的應用是實現智能制造的關鍵之一，同時為了響應《國家職業教育改革實施方案》，實現本科教學向應用型轉變，我院已啟動“學歷證書+若干職業技能等級證書”制度試點工作，“1+X工業機器人運維實訓”成為學生將要完成的核心實踐課程。因此，以培養具有工業機器人應用能力的機械工程專業學生為目標，將“機械制圖測繪”“機械設計課程設計”“機械制造基礎課程設計”適當地向工業機器人技術傾斜，改變傳統的齒輪減速器測繪與設計、零件夾具設計與工藝卡片編制等實訓項目，針對機器人核心部件RV減速器、諧波減速器，開展測繪、拆裝、機械設計校核、關鍵部件制造工藝分析及其夾具設計將更有意義。

2.2 實習實訓“項目庫”建設

開展“項目式”教學，是基于新工科的教學改革的關鍵內容之一。因此，建立實習實訓“項目庫”，是開展實習實訓課程教學改革的主要任務。與傳統教學內容相比，“項目”的設立應當具有一定的創新性、較強的系統性和良好的實踐性。例如：用工業機器人關節、汽車差速器、變速箱等工業生產和生活中常見的核心機械部件作為機械制圖測繪課程項目，代替原有的傳統齒輪減速器測繪；金工實習課程項目可以用簡單機械產品代替原有的錘頭、軸、金屬塊的加工，充分利用車、銑、刨、磨、鉗、焊和3D打印技術等。在項目資源庫的建設過程中，需要借助廣泛力量，其中項目素材的主要來源有4個：（1）專業教師日常教學、科研項目中的部分內容或是通過文獻搜集獲得的一些優秀案例；（2）校企合作單位日常生產實際中的產品、加工制造的部分工藝流程、初試的樣機等；（3）企業導師指導的畢業設計（論文）中具有實踐價值的部分內容；（4）參加“大學生創新創業計劃”學生的優秀作品或想法。

在搜集到素材之后，組織相關專業教研室的專業教師、實驗員、企業導師等進行項目的可行性分析。核心目標和任務為：項目實施的基礎理論分析論證、實踐價值與可操作性論證、對理論課程的支撐情況分析、項目實施周期與工時計算、經費預算等。在可行性論證過程中，針對較難進行準確評估的項目，可以由專業教師通過指導“大創項目”、畢業設計以及申報院級科研立項等方式，率先進行研究和孵化，篩選切實可行的優秀項目。例如：目前開展的管道機器人、氣動電梯、風力發電裝置、仿生步行機器人等校級科研項目，均為實習實訓“項目庫”的建設提供豐富的資源。除此之外，“項目庫”的建設不可能一蹴而就，不僅要有能夠實施的項目來保障實習實訓教學工作順利開展，還要對項目內容和實施方法不斷進行優化與完善，以順應行業發展和社會需求，盡可能地運用新技術和新方法提升創新性。這是一項需要組織教師共同努力的長期性、不間斷性的工作，在這項工作的實施過程中，有利于實現教學質量和教師科研水平的同步提升，對形成獨具特色的實習實訓體系、培養學生創新與實踐能力、形成教學與科研團隊具有重要意義。

2.3 實習實訓“混合式”教學平臺建設

在建立“項目庫”之后，首先根據實習實訓課程體系建設成果，由參與項目設計的教師編寫項目實施的細則，通過統一編撰形成自編講義。講義主要包含項目介紹、項目目標、項目實施要求、項目實施方法、可能出現的問題和解決方法、成功案例展示等。然后，通過探索實習實訓課程教學方法，分析項目實施的可行性和工藝，編寫相應的課程教學大綱，制定教學計劃。通過課題實施，不斷積累完善線下教學資源，結合線上和線下教學的優勢，利用互聯網平臺（超星、MOOC、自建網絡平臺等）搭建線上教學資源庫，與線下教學共同構成混合式教學平臺，在實習實訓項目教學的過程中，適時地開展翻轉課堂教學。

以基于切比雪夫連桿的仿生步行機器人實習項目為例，利用“混合式”教學平臺，開展翻轉課堂教學方法和流程，如圖2所示，敘述如下：（1）編撰項目實施說明書，用于介紹實習教學內容和方法，指導學生開展相關實踐環節。（2）梳理理論知識點，錄制理論串講的教學視頻并上傳網絡平臺，其中包含了和《機械原理》課程相關的連桿機構運動分析，《機械設計》課程相關的傳動部件結構設計，《機械制造》課程相關的零部件加工工藝規程，三維建模、虛擬樣機相關的CAD、CAE技術等內容以及基礎的自動控制與電工知識。學生可以充分利用課余時間，提前了解項目概況和所需要的知識儲備。（3）在線下開展實踐教學環節。首先，組織學生參照線上教學資源的內容，開展線下的設計計算與分析并撰寫設計報告、分析報告和工藝卡片；然后，利用學校自有硬件設施（車床、銑床、鉆床、鉗工實訓臺、3D打印機等），用實物展現理論設計成果。（4）開展小組答辯環節，由指導教師綜合考慮學生課堂表現、成果水平、答辯表現等因素后，給出總評成績。并將典型案例上傳線上平臺留存，作為后期教學的參考和范例。

圖2 基于切比雪夫連桿的仿生步行機器人實習項目流程

2.4 建立評價體系

為了解教學改革的成效，需要開展實習實訓類課程教學評價體系建設，建立相應的數據庫和評價體系是了解教學質量的重要手段。在每一次課程結束之后，根據學生、教師以及企業導師的反饋和意見，綜合評估實習實訓效果、學生學習效果的提升度，建立相應的數據庫和評價體系。由評價體系的反饋情況優化課程體系建設與教學大綱，以實現良性循環。

3 結語

綜上所述，開展實習實訓類課程教學改革，是實現傳統工科教學模式向新工科轉化的必經之路。目前，校內建設有“工程實訓中心”“1+X工業機器人操作與運維實訓室”以及各類專業實訓、實驗室近20個，能夠開展校企合作的企業10余家。通過整合教學資源，繼承傳統并改革創新，新工科背景下機械專業實習實訓課程教學改革有利于推行“項目式”實習實訓教學；促進教師主動發掘并實施項目，在一定程度上促進教學團隊科研水平的提升；有利于引導學生樹立誠實守信、嚴謹負責的職業道德觀，培養學生的“項目思維”；通過“混合式”教學平臺形成可以共享的教學資源，為實習實訓課程改革提供參考。

綜上，在教學改革的實施過程中，用實踐課程內容去引導學生自主學習相關理論，有利于形成專業整體課程體系，提升實踐類課程教學效果，更好地服務于理論教學。傳統與創新并重，利用傳統教學方法和案例夯實基礎，創新建設實踐項目和教學方法，為我院機械工程及其相關專業的發展助力。