新工科背景下基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的《機械設計課程設計》思政教學改革與實踐

楊小高 丁德瓊

1.湖南文理學院機械工程學院 湖南省常德市 415000 2.湖南財政經(jīng)濟學院 湖南省長沙市 410000

1 引言

在新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革之際，國家出臺了：一帶一路、中國制造·2025、大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新等一系列戰(zhàn)略決策。為主動迎接產(chǎn)業(yè)、科技革命，教育部在2017 年開始積極推進“新工科”建設工作，形成了“復旦共識”、“天大行動”與“北京指南”，為我國新工科教育揭開了序幕[1-3]。與傳統(tǒng)的工科教育相比，新工科教育更強調(diào)對學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[4-5]。

《機械設計課程設計》是機械類專業(yè)的重要的實踐環(huán)節(jié)，要求學生能綜合運用《機械原理》、《理論力學》、《材料力學》、《公差配合與測量技術(shù)》等多門課程知識進行工程實際產(chǎn)品設計。該環(huán)節(jié)所涉及的知識面廣、理論性強、內(nèi)容復雜，是提高新工科學生的創(chuàng)新能力與實踐能力、培養(yǎng)工匠精神和團隊合作精神的重要環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)的切實有效推進將有助于激發(fā)學生的創(chuàng)作激情，在實踐中引導學生主動發(fā)現(xiàn)問題，運用所學專業(yè)知識解決問題，培養(yǎng)新工科學生的探索精神、創(chuàng)新思維等能力。

隨著近年來普通高等院校擴招、合并以及轉(zhuǎn)型發(fā)展，機械專業(yè)的學生數(shù)量增多。在《機械設計課程設計》的教學過程中發(fā)現(xiàn)學生素質(zhì)參差不齊、學習積極性不高，空間想象和動手能力弱，補考、重修比例居高不下的問題突出。如何在新的時代背景下培養(yǎng)出具備扎實的機械設計理論知識和創(chuàng)新能力的新工科人才，已經(jīng)成為《機械設計課程設計》教學與實踐過程中迫切需要解決的問題。《機械設計課程設計》具有理論知識抽象，實踐性強，與工程實際結(jié)合緊密的特點。創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不僅在課堂需要學生能夠?qū)W到扎實的基礎理論和寬厚的專業(yè)知識，而且要經(jīng)過實踐環(huán)節(jié)讓學生獲得一定的實踐感知，增強創(chuàng)新意識，激發(fā)其創(chuàng)新潛力。從歷屆學生進行該課程的學習情況來看，通常表現(xiàn)出懈怠、退縮的情緒，缺乏動力，機械設計理論知識比較狹窄，實踐知識相對欠缺，設計能力弱等問題，難以滿足新工科背景下對創(chuàng)新能力培養(yǎng)的要求。課程思政的引入，為積極推進學生創(chuàng)新能力的發(fā)展，提供了強勁的思想指引和動力。課程思政之主旨，是強調(diào)高校的所有課程都要融入能夠引導學生樹立正確價值觀和世界觀的內(nèi)容。一門專業(yè)課程就猶如一門“思政課程”，要用思想政治理論教育的思維來處理專業(yè)知識點、組織課堂教學內(nèi)容，充分挖掘蘊含在相關專業(yè)知識點中的育人要點[6]，推動學生的全面發(fā)展。自2017年“課程思政”被納入中央《關于深化教育體制機制改革的意見》，并從地方實踐探索轉(zhuǎn)化為國家戰(zhàn)略部署以來，國內(nèi)教育工作者進行了深入思考和探索，結(jié)合各課程特點進行了大量的研究。何麗紅、劉蘭等介紹了機械原理課程思政教學建設實踐，分析了課程中的德育素材并進行了案例展示[7]。王會、孟俊煥將課程思政元素融入《機械設計》的教學過程，對《機械設計》課程的思政課程建設進行了探索[9]。雖然“課程思政”的觀念日益深入人心，但從現(xiàn)有的探索成果來看，可復制、可推廣的改革建設方案尚未形成。本文就機械專業(yè)的重要實踐環(huán)節(jié)《機械設計課程設計》進行教學改革，將思政作為學生能力提高過程的思想指引，克服懈怠、退縮等畏難情緒，結(jié)合專業(yè)課程特點設置主題、實踐階段與考評機制，以期提高學生的理論知識、培養(yǎng)創(chuàng)新思維和團隊合作精神。

2 機械設計課程學習過程中的現(xiàn)狀及存在的問題

2.1 機械設計課程教學的現(xiàn)狀

《機械設計課程設計》是理論知識運用到實際工程的實踐環(huán)節(jié)。通過該過程，讓學生增強感知認識，學會理論知識的工程運用，以及創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。從近些年來的教學實踐，學生表現(xiàn)出積極性不高、退縮、畏難等現(xiàn)象，有些學生理論知識缺乏，甚至存在毫不在意、漠不關心的情緒。《機械設計課程設計》環(huán)節(jié)是機械專業(yè)學生工程實踐能力和創(chuàng)新思維培養(yǎng)的主要戰(zhàn)場，學生的消極懈怠為創(chuàng)新專業(yè)技術(shù)型人才的培養(yǎng)增加了難度。為此有必要進行分析并提出解決方案。通過對近年來學生在課程設計過程中的行為分析，主要體現(xiàn)出如下現(xiàn)象：

2.1.1 《機械設計》理論知識不扎實

在理論知識學習階段，沒有打好基礎，導致后期指導實踐環(huán)節(jié)的知識儲備不夠，無法實現(xiàn)由理論指導實踐，再由實踐驗證并深化理論知識的學習循環(huán)過程。

2.1.2 學習興趣不高，動力不足

在學習和實踐環(huán)節(jié)，有部分同學沒有認識到《機械設計課程設計》的重要性，感受不到本門課程與生活、工作的意義，更沒有意識到個人的學習與國家的發(fā)展、安全的關系。

2.1.3 面對課程設計任務書沒有頭緒

《機械設計課程設計》是機械專業(yè)學生綜合運用幾何制圖、機械原理、機械設計、理論力學、公差與配合等多門課程知識，進行設計、分析、計算、繪圖等方面的工作，具有較強的工程實踐背景。該過程也是學生初次接受設計任務，進行實踐的環(huán)節(jié)，如果沒有良好的基礎知識，往往表現(xiàn)出束手無策的現(xiàn)象。

2.1.4 專研精神缺乏

在設計過程中，部分學生面對困難，往往采用拖延的方式來應對，不主動查閱資料和向老師以及同學請教。缺乏專研和獨立解決問題的信心和勇氣，遇到事情得過且過的思想嚴重，導致整個實踐環(huán)節(jié)沒有得到很好地利用，個人的能力和創(chuàng)新思維得不到鍛煉。

2.1.5 創(chuàng)新思維與創(chuàng)新意識不強

在《機械設計課程設計》實施過程中，部分學生往往借助于設計手冊、設計圖冊，通過改變部分尺寸的方式完成設計。對于機構(gòu)的選擇、運動分析、方案的選擇和分析等內(nèi)容沒有得到有效訓練，創(chuàng)新思維和意識沒有得到培養(yǎng)。

2.1.6 部分同學存在抄襲情況

有些同學由于基礎薄弱，跟不上大部分學生的訓練難度，難以完成課程設計任務書給定內(nèi)容。如果給定學生相同難度的任務，這部分學生很難達到要求，從而采用放棄該環(huán)節(jié)的訓練而抄襲別人的設計。這為畢業(yè)設計以及最終的畢業(yè)造成了困難。

如何針對這些課程學習過程中出現(xiàn)的問題，進行教學模式和方法的改革，一直是從事機械設計課程教學的痛點。隨著思政課程的開展，這為該項問題的解決提供了新的途徑。

3 課程思政下的《機械設計課程設計》教學模式改革

3.1 教學模式的改革

《機械設計課程設計》的創(chuàng)新思政教學改革，以期培養(yǎng)出新工科教育下的創(chuàng)新能力強、思想素質(zhì)高、專業(yè)精神好的專業(yè)技術(shù)型人才。通過思政素材的教育，在教學與實踐環(huán)節(jié)中，給學生在思想上進行指引，克服懈怠、退縮的情緒，增強責任感與使命感。密切結(jié)合生活、社會、學習設置實踐環(huán)節(jié)的主題、環(huán)節(jié)、點評與考評機制，促進學生創(chuàng)新能力的提高；讓學生深切感受到專業(yè)知識與技能對生活的便利和工作效率的影響。課程思政下的《機械設計課程設計》教學模式改革需要考慮：

3.1.1 《機械設計課程設計》的創(chuàng)新思政教學改革與實踐環(huán)節(jié)的設置

通過對不同層次與能力的學生設置不同難度和內(nèi)容的學習主題和實踐環(huán)節(jié)，讓學有余力的學生與創(chuàng)新能力不足的同學都能得到有效提升。

3.1.2 創(chuàng)新點的設置

在方案設計、結(jié)構(gòu)設計階段，通過提供不同的解決案例與思路，啟發(fā)學生積極進行創(chuàng)新思維，從而引導學生創(chuàng)新點的凝結(jié)。在創(chuàng)新過程及時給予點評，激發(fā)學生的創(chuàng)作熱情。

3.1.3 考評點與考核機制的設置

對《機械設計課程設計》的創(chuàng)新能力提升的方案設計、結(jié)構(gòu)設計關鍵環(huán)節(jié)設置考評點；對功能設計、執(zhí)行機構(gòu)設計、傳動機構(gòu)設計、運動仿真環(huán)節(jié)設置階段性考評。通過該過程的進行，提高學生的獲得感，增強創(chuàng)新意識。

3.1.4 思政題材的融入與效果考量

思政教育旨在對學生退縮、畏難等駐足不前的情況下進行思想上的推進，需要擺脫單純的說教，需要將課程思政的“鹽”融入專業(yè)課的“水”，使之入水有味而無痕。這也是《機械設計課程設計》實踐過程中，需要解決的問題。

3.2 《機械設計課程設計》教學內(nèi)容的改革

（1）學生實踐創(chuàng)新能力情況調(diào)查與影響因素分析。通過歷屆學生的《機械設計課程設計》的效果來看，大部分同學通常表現(xiàn)出知識面窄、理論聯(lián)系實際的能力不足、缺乏主動解決問題和分析問題的能力、創(chuàng)新意識淡薄。為了提高學生理論聯(lián)系實際，進行創(chuàng)新設計的能力，需要對學生實踐創(chuàng)新能力情況調(diào)查與影響因素分析，切實提出解決方案。（2）與本課程結(jié)合緊密的思政素材收集。《機械設計課程設計》歷時時間長、設計的環(huán)節(jié)較多，需要收集各個階段的思政素材，分析課程融入思政題材類型、融入點、融入的效果。（3）節(jié)點點評與中期、終期相結(jié)合的考評機制分析與建設。通過對前期課程設計的分析發(fā)現(xiàn)，階段性任務設置、實時效果點評與節(jié)點考核能有效激發(fā)學生的創(chuàng)作熱情。為此，建立一套與《機械設計課程設計》相適應的點評考核機制也成為重要的研究內(nèi)容。

4 項目研究與改革總體實施方案

本課題將圍繞現(xiàn)狀調(diào)查、思政材料融入點、教學資源整合、教學環(huán)節(jié)設置、品性與專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)、時效與綜合評價體系構(gòu)建等環(huán)節(jié)展開。

4.1 對學生實踐不理想進行調(diào)研

對《機械設計課程設計》實踐環(huán)節(jié)中學生積極性不高，補考、重修比例居高不下的原因進行調(diào)研。

4.2 結(jié)合思政題材，整合教學資源和環(huán)節(jié)

針對《機械設計課程設計》課程的學科導向教學模式中，教學形式單一，教學內(nèi)容零散，理論知識整體性不強，實踐能力和創(chuàng)新能力難以發(fā)展等知識結(jié)構(gòu)，融入思政元素，按照創(chuàng)新設計的過程來組織理論知識的學習，將陳述性知識與過程性知識整合、理論知識與實踐知識整合。在教學內(nèi)容上，以實際應用帶動理論知識學習為主、以適度夠用的概念和原理的理解輔開課程的教學與實踐環(huán)節(jié)。

4.3 對學生進行分層教學

根據(jù)學生的認知心理順序和設計工作過程，結(jié)合思政材料，設置智慧家居、美好家園、社會服務、夢幻課堂、幸福生活、珍愛生命、綠色與環(huán)境、健康與愛心、自然與和諧九大實踐情景，對學生進行分類分層培養(yǎng)。

4.4 設置任務節(jié)點，注重過程培養(yǎng)

指導老師根據(jù)實踐進展，實時跟進，及時了解學生動態(tài)并指導。整個培養(yǎng)過程主要集中在四個方面：①哲學思維培養(yǎng)，②個人品性培養(yǎng)，③創(chuàng)新意識與激情培養(yǎng)，④創(chuàng)新型專業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)。

4.5 評價體系建設

按照技能與專業(yè)素養(yǎng)過程培養(yǎng)，設置任務節(jié)點、任務內(nèi)容。通過設置任務，實時進行考核和點評，激發(fā)學生的創(chuàng)作激情。《機械設計課程設計》的體系構(gòu)建如圖1 所示。

圖1 《機械設計課程設計》思政教學改革體系

通過近5 年的實踐，經(jīng)過培養(yǎng)與訓練的學生，在參與工程訓練綜合能力競賽和大學生機械創(chuàng)新設計大賽，學生參與工程訓練綜合能力競賽和大學生機械創(chuàng)新設計大賽，獲得國家級獎項10 項，省級獎項16 項，授權(quán)實用新型專利9 項，發(fā)表教改論文3 篇，學生發(fā)表論文2 篇，獲批教改項目3 項，獲批省級、國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目3 項；在學生的參與下，完成高性能攪拌摩擦焊接設備開發(fā)與應用，獲得湖南省科學技術(shù)進步獎三等獎，授權(quán)發(fā)明專利多項。本成果已取得了令人滿意的推廣應用效果。

5 結(jié)語

隨著國家科學技術(shù)的發(fā)展，國家對掌握專業(yè)技能，具備工匠精神的愛國創(chuàng)新人才的需求越來越急迫。通過思政教育與專業(yè)課程的學習推動高等教育的健康和可持續(xù)發(fā)展，提高高校教育教學質(zhì)量、促進高校科學化管理、提高工作效率等都具有十分重要的意義。