地方應用型本科機械類專業課課程設計閉環式教學探究

文 學,朱梅玉

(1.邵陽學院 機械與能源工程學院,湖南 邵陽 422000;2.高效動力系統智能制造湖南省重點實驗室,湖南 邵陽 422000)

0 引言

我國由制造大國向制造強國邁進過程中,專業技術發展是主要推動力,由于社會對創新技術人才需求不斷增加,高校作為人才培養搖籃,應不斷改革人才培養模式,培養適應社會需求與發展的創新型人才。在傳統工業轉型、新技術應用及新技術研發過程中,常會面臨諸多生產中的復雜工程問題,作為地方應用型高校機械類專業是為社會發展培養面向實際生產的高級專業應用型人才,使其具備實際工程問題的解決能力,離不開高質量的實踐教學。而其中的專業課課程設計是培養學生應用能力與實踐能力的重要教學環節,有助于加強和鞏固課堂理論知識,是培養學生工程實踐綜合能力、創造性思維及技能的重要承接點,因此,探索并改革專業課課程設計的教學模式具有重要意義。

1 現狀分析

機械類專業課程設計主要為專業理論課基礎上開展的課程設計,通常在大三、大四學年完成,鍛煉學生解決復雜工程問題的能力。但通過畢業生問卷及文獻研究、走訪同類型地方性本科院校等調研形式,發現課程設計都以“任務下達→學生按照模板實施→上交材料→考核評定→完成課程設計”的單向執行模式,存在因過大的課程設計指導任務造成了課題陳舊且模板化、以最終資料給與成績評價使學生主動性不強、因激勵機制缺失形成過程性監控不足等問題,學生課程設計完成質量不高,能力得不到鍛煉,缺乏創新性和解決復雜工程問題的能力。

2009年,江西理工大學常軍然等[1]意識到機械類課程設計的實效性和重要性,將機械原理、機械設計與控制系統方面課程設計進行綜合,形成并實施了新的綜合課程設計。而后其他高校機械專業課課程設計也嘗試了多種形式的改革,主要集中在宏觀體系優化、學科競賽融合及具體課程的微觀層面進行改進,取得了一定成果。

針對課程設計的宏觀性質量優化與提升方面,學界分別在課程設計體系建設[2]、內容安排、教學方法[3]及過程控制[4]、課程思政方面[5-6]等進行探討。結合多屆課程設計實施后課題選擇困難及學科競賽的需求,一些高校將學科競賽項目部分融入到課程設計體系中,從題目、時間安排、組織形式、設計手段、平臺建設與成績評定方法進行優化,提升學生的工程實踐能力,在完成實踐教學的同時,還培育了各機械類大賽的創新作品。但存在周期短、資源消耗及能力不對等的普適性不強等情況[7-8]。在具體課程設計改革實施過程中,對一些高校存在的主要問題進行針對性改進,并融入地方產業特色,結合應用型本科機械專業特點,與實際企業產品相結合,實施以工程案例式的課程設計改革[9],針對學生職業規劃、學習能力及教師專長的不同,進行了分層教學和考核與多樣化改進[10],從而讓不同層次學生都得到學習和鍛煉。

上述高校及教育工作者針對課程設計的改革方法既有宏觀層面的體系建設,也有微觀層面的課程實施,同時還緊扣教育發展主題,部分還結合了區域發展特色,圍繞課程設計在培養學生課程理論知識掌握、實踐能力培養及人才質量提升等方面進行了論述和分享,成功和失敗的案例都值得應用型高校學習和借鑒。但是,作為地方應用型高校,學生主觀能動性稍弱,課程設計實施過程中更應注重監控與反饋。因此,本文基于機械類現行課程設計運行模式,探索多層閉環反饋式課程設計實踐教學,提升學生實踐能力。

2 閉環模式構建

針對現有課程設計實施過程中存在的若干問題,形成了以學生進行課程設計為被控對象,學院、教研室、教師(理論與實踐)對其指導與監管(圖1);課程組、課程群、督導及實踐評價對教師與學生實施過程中指導與執行過程中的監控和評價。

圖1 基于多主體閉環反饋式的機械類課程設計

在課程設計的實施過程中從單向任務式向“學院、教研室、教師及學生”的多主體多環節反饋式轉變的同時,讓課程設計實施不僅實現各環節內部反饋(任務、方案、實施、成果及綜合檢驗階段),還實現了總體模式的嵌套式反饋控制(圖2)。從環節約束內容,提高參與度,提倡反哺性,從整體上規定職責,控制進度,提升質量。

3 實施路徑

在課程設計實施過程中,組織形式是引導,課題貼合性是基礎,學生自主性與指導教師的參與度是關鍵,過程管控是保障,過程考核是驅動力,能力培養是目標。

3.1 組織形式

在現有課程設計運行形式基礎上,運用閉環反饋思想,對課程設計采取了“分散分階段+集中整理與檢驗”的組織形式(圖3)。即以理論課程教學為主線,理論課程教師與課程設計指導教師相互協同設計前期課程設計任務、課題方案及實施階段的分散單元教學任務,后期集中時間讓學生整理成果,課程群教師對學生課程設計成果的過程性留痕及整體進行檢驗,確保該課程設計為學生自主完成。

圖2 課程設計總體實施路徑

在實施過程中,以學生為中心,指導教師為主要責任人,理論課程教師為專家,根據學生課題情況,以小組形式開展課題方案與具體實施指導工作。在后期集中單元的課程成果整理階段,由學生將課程設計各階段成果組合并加以修改驗證,指導教師不僅擔任方案驗證與修訂指導工作,還應對學生對數字化工具的學習給予引導和指導,借助虛擬手段讓學生能直觀感受課題需求與目標,從而讓學生完成課程設計。最后則通過課程群實施的集中檢驗環節,承擔課程設計所能呈現的材料給予評價和修正性反饋,結合前期各環節學生表現,得出課程設計的總成績,不僅能提升課程設計完成質量,最重要是加強了學生理論聯系實際的工程實踐能力。

圖3 分散+集中的組織形式

3.2 任務分配

任務分配環節包括課題選擇與任務分配兩方面,課題是課程設計的基礎,任務下達是課程設計具備可實施性的首要環節。地方應用型本科院校存在師生比大的情況,對于機械類課程設計指導教師較少,導致對應課題選擇上大多以舊題舊做方式,落后于工廠和企業,學生能力培養與企業需求定位錯位。而多元化的課程設計課題,包括基于新技術的傳統課題、實踐轉化的實驗課題、自主選擇可以具象化的開放性課題、企業橫向課題、教師科研的實踐課題及各類型的競賽課題等,能實現選擇自主化,使學生直觀感受專業知識的應用,從而提升學生興趣、團隊協作及教師責任心(圖4)。

圖4 基于多元課題的任務下達

3.3 方案確定

方案作為課程設計總體實施技術路線,在課題實施過程中能形成有效可控節點,便于理論課教師與實踐指導教師參與到課程方案的對應節點,在方案確定階段,形成以實踐教師為主+理論課為輔的雙導師指導制(圖5)。

圖5 基于理論與實踐指導教師的雙導師指導制

課題方案來源于任務書，除了形成較為詳細的技術性方案外，還應有整個執行過程中的節點安排，每個階段有可供檢驗性成果。該環節在與理論課程運行階段完成，理論課程教師可借助課堂，輔助學生對課題方向的把握、實施對象與任務的說明、技術路線凝煉，使學生能快速將所學知識用于課題方案的制定中。實踐指導教師則全程參與學生各個環節，根據課題特點，結合課程設計對學生能力的培養，以多形式交流把控課題方向、明確參數、技術路線、關鍵點計算及課題方案實施等；設定各階段的完成量約束學生，全過程師生互動指導學生，更好地規劃方案中所涉及的時間節點、關鍵性技術要點、技術要點聯系及成果形式，避免學生對課題任務與方案制定的盲目性，節約時間，提高課程設計的質量，達到對學生工程實踐能力的鍛煉。

3.4 方案實施

方案實施是完成課程設計的關鍵環節,施行周期相對于課題選擇等環節較長,學生在理論課程學習同時,以課程設計課題為項目驅動,以自我梳理、資料查閱、師生互動、先進工具為手段,實現了對課程設計所涉及課題的主要內容理解,形成對工程技術問題的解決方法;在師生互動與課程明確基礎上,依據學生的共性、個性及開放性問題,指導教師選擇性通過典型技術難點授課、案例引導、課程組學習、答疑與小組答辯等形式,指導學生能更快的完成課題任務;在方案實施過程中通過制度約束、記錄糾錯及考評激勵的全過程多環嵌套的課程設計方案的實施(圖6)。使其在相應指導過程中,形成指導記錄,形成過程評價,在幫助學生實現課程設計任務同時,提升學生課程設計完成質量,鍛煉學生的團隊協作、工程實踐與創新能力。

圖6 基于多環嵌套的課程設計方案實施

3.5 成果梳理

結合課程設計任務布置的預期目標,指導教師及課程組幫助學生理解課題任務,把控課題方案方向及計算過程,以確保實施方案的可行性和課題執行的完整性。學生梳理各階段成果或結論性報告,以指導教師及課程組判定其各階段的實施方案正確性、課題執行完整性及任務完成度(圖7)。

圖7 多指標的成果梳理與反饋

課程設計的目的是培養與鍛煉學生專業能力及創新能力,其能力應在課程設計任務的執行過程中得到培養和鍛煉,其課程設計的成果不應是最終提交的紙質版資料,更多的應在實施過程中的方案、課題內容的完整性及課程設計任務目標的達成,其相應成果包括方案、技術報告、程序或實物。學生在各階段性梳理過程中,并及時向指導教師匯報,必要時組織課程組進行討論其完成度,若未達到相應要求,則反饋到各個環節進行修改完善,在完成課程設計任務的同時,達到對學生專業綜合設計與實踐能力的培養和鍛煉。

3.6 全過程評價

課程設計成績不再以最終提交的紙質稿材料的好壞來評價,其最終成績由過程成績(30%)、指導成績(30%)、學生互評成績(5%)、學生自評成績(5%)及最終的答辯成績(30%)組成。即由課程組、指導教師及理論課程教師評價學生在前期任務理解、方案制定及過程實施階段的表現;由指導教師和課程組教師評價學生的展示成果;學生本人及組內學生評價課程設計成果;過程答辯及最終答辯組綜合形成答辯成績,從而產生最終課程設計成績(圖8)。

3.7 保障措施

閉環反饋式課程設計近似于小型畢業設計課題,課程設計教學的健康運行離不開主觀能動性強的學生、高度責任感的教師、多元化課題、完善的過程評價機制、工程經驗豐富的指導教師及吻合的課程設計資源等;其過程要素符合一般工程項目特征,要加強實踐教學執行及評價制度建設,基于思政要素的教師素質能力培養,加大課程設計師資建設,加深校企實踐基地建設及提供可供持續性改進的資源保障,使課程設計實施各個環節中,有足夠資源支持實現閉環式的課程設計持續性改進與改革。

4 實施效果與結論

通過近幾年的實施過程中發現,多環節閉環式的專業課課程設計實施模式雖然增加過程管理工作量,但切實提升了學生課程設計完成質量及學生工程實踐能力,增強了學生對本專業學習興趣。近年來,機械類專業學生近300人參加基于“互聯網+”“機創”“節能減排”“工程實踐與創新”及“成圖”等高水平大賽,獲獎人次超過100人次,省級獎勵超過40人次;雖然受新冠病毒影響,但本科生就業率仍然保持在95%以上。在實施過程中,充分調動了學生積極性與教師責任心,選擇了貼合企業與先進技術的課題,多元化的教學組織形式,多主體下的過程性監控促進了課程設計的順利實施。

以培養學生工程能力的畢業要求為目標,將課程設計由傳統單向式教學模式向“學院、教研室、教師及學生”的多主體多環節閉環反饋升級,讓課程設計在任務階段、方案定型階段、課題實施階段、成果梳理階段及綜合檢驗階段不僅實現了各環節的內部反饋控制,還實現了總體環節的嵌套式反饋控制,淡化了課程設計分數,強調了過程監控,提升了學生工程實踐能力。