以學(xué)生為中心的機(jī)械制造基礎(chǔ)課程教學(xué)創(chuàng)新改革與實(shí)踐*

來佑彬 張嘉陽 彭世通

汕頭大學(xué)工學(xué)院 廣東汕頭 515063

0 引言

當(dāng)前我國高等教育的發(fā)展已經(jīng)步入了新時代，社會各行各業(yè)對于創(chuàng)新型人才的需求與日俱增。作為教書育人主要途徑之一的課堂教學(xué)是培養(yǎng)人才的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接關(guān)系高校教育質(zhì)量的高低。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)采用說教式的講授方法，以教師為中心，以教材為中心，重灌輸，輕理解，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性大打折扣，采用這種教育模式培養(yǎng)出來的學(xué)生創(chuàng)造性不足，不能滿足當(dāng)前社會對于人才的需求。因此，改革傳統(tǒng)的教學(xué)方法，貫徹“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，讓學(xué)生真正地參與教學(xué)活動，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，加強(qiáng)能力、素質(zhì)方面的培養(yǎng)，是高等教育教學(xué)改革的重要方向[1-2]。

本文在充分分析當(dāng)前機(jī)械制造基礎(chǔ)課程教學(xué)痛點(diǎn)的基礎(chǔ)上，把“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念貫徹到課程教學(xué)改革探索中，強(qiáng)調(diào)學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，結(jié)合課程特點(diǎn)，有效融入思政元素，培養(yǎng)學(xué)生的工匠精神、科學(xué)家精神等，激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情，制定有溫度的機(jī)械類專業(yè)課程教學(xué)方案。

1 課程簡介與學(xué)情分析

機(jī)械制造基礎(chǔ)是機(jī)械類專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程綜合性和實(shí)踐性較強(qiáng)，涵蓋機(jī)械制造基礎(chǔ)理論與知識等內(nèi)容，是培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)素質(zhì)、實(shí)踐創(chuàng)新能力的有效課程，對完成專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、達(dá)到畢業(yè)要求起重要支撐作用[3-5]。本課程的任務(wù)是使學(xué)生了解金屬切削過程、機(jī)械加工表面質(zhì)量、機(jī)械加工精度和機(jī)械裝配方法等基本知識，了解金屬切削機(jī)床和刀具，掌握解決工件的定位和夾緊、機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)等工程實(shí)際問題的理論和方法。培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，為完成后續(xù)相關(guān)的教學(xué)環(huán)節(jié)奠定基礎(chǔ)。該課程面向大學(xué)三年級機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)學(xué)生開設(shè)，通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)他們具有如下典型特點(diǎn)：

1）對信息化手段適應(yīng)能力較強(qiáng)，易接受新的教學(xué)模式；

2）多數(shù)同學(xué)有較好的自學(xué)能力，但先修課程基礎(chǔ)較弱，課堂參與度低；

3）理論與實(shí)踐脫節(jié)，工程創(chuàng)新能力有待加強(qiáng)；

4）缺乏對工匠精神、科學(xué)家精神等方面的有效認(rèn)知。

2 教學(xué)痛點(diǎn)剖析

結(jié)合課程特點(diǎn)和學(xué)情分析，發(fā)現(xiàn)原有的課堂教學(xué)存在如下較為突出的五大痛點(diǎn)。

2.1 重教師輕學(xué)生

以教師為中心，教師在教學(xué)過程中占據(jù)主體地位，學(xué)生無法深度參與到課堂教學(xué)活動中，師生之間缺少必要的互動，忽視了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，不能有效發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。

2.2 重新知輕基礎(chǔ)

學(xué)生雖有一定的先修課程基礎(chǔ)，但知識體系較為孤立，學(xué)生機(jī)械基礎(chǔ)知識儲備與課程教學(xué)需求不匹配，導(dǎo)致學(xué)生對機(jī)械制造基礎(chǔ)知識較為生疏，學(xué)習(xí)積極性大打折扣，課堂參與度較低。

2.3 重理論輕實(shí)踐

以課堂理論講授為主，學(xué)生需掌握的機(jī)械加工制造知識僅從教材和課堂案例中獲得，停留在“紙上談兵”層面，與實(shí)際應(yīng)用嚴(yán)重脫節(jié)。缺少對學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)，與課程定位不符。

2.4 重知識輕思政

關(guān)注對課程知識點(diǎn)的講授，缺少針對機(jī)械類課程的思政教育，未能將思政元素貫穿課程教學(xué)全過程，缺乏對工匠精神、科學(xué)家精神、科技報(bào)國等方面的引導(dǎo)教育，對素質(zhì)方面的培養(yǎng)缺少支撐。

2.5 重結(jié)果輕過程

課程考核方式過于單一，無法有效激發(fā)和促進(jìn)學(xué)生的全過程學(xué)習(xí)，側(cè)重期末“一考定終身”的終結(jié)性評價，忽視過程性評價，導(dǎo)致學(xué)生們普遍存在考前突擊而平時學(xué)習(xí)積極性較差的問題，考核方式不夠合理。

3 教學(xué)創(chuàng)新舉措

針對上述課程教學(xué)中存在的問題，對本課程的教學(xué)工作進(jìn)行了全面改革與創(chuàng)新。將思政元素貫穿課程教學(xué)全過程，構(gòu)建“以學(xué)生為中心”的機(jī)械制造基礎(chǔ)課程教學(xué)設(shè)計(jì)新思路，使教學(xué)痛點(diǎn)不再痛。

3.1 革新教學(xué)理念與目標(biāo)

3.1.1 教學(xué)理念

以學(xué)生為中心，以學(xué)生產(chǎn)出為導(dǎo)向，持續(xù)改善教學(xué)質(zhì)量。增加學(xué)生的課堂參與度，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，落實(shí)立德樹人的根本任務(wù)，培養(yǎng)德智體美全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人[6]。

3.1.2 教學(xué)目標(biāo)

基于布魯姆教育目標(biāo)分類法，結(jié)合機(jī)械學(xué)科特點(diǎn)和學(xué)情分析，對標(biāo)教育部“金課”的“兩性一度”要求，重新梳理課程目標(biāo)，將其分為知識目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)。

1）知識目標(biāo)：獲得金屬切削過程、機(jī)床和刀具、機(jī)械加工表面質(zhì)量、機(jī)械加工精度和機(jī)械裝配方法等基本知識；具備解決工件的定位和夾緊、機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)等工程實(shí)際問題的能力。

2）能力目標(biāo)：能夠應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)知識與工程基礎(chǔ)知識，實(shí)行工程推理并解決問題；能夠選擇工藝參數(shù)來構(gòu)建實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量、分析和報(bào)告；能夠在企業(yè)和社會環(huán)境中，理解應(yīng)用系統(tǒng)思維的方法，找到影響工程問題的因素，選擇并使用解決問題的辦法，完成機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)。

3）素質(zhì)目標(biāo)：了解中國輝煌燦爛的機(jī)械文明史，增強(qiáng)民族自豪感和文化自信；以精益求精的工匠精神完成機(jī)床夾具設(shè)計(jì)和加工工藝規(guī)程的制訂；懷揣科技報(bào)國之志，學(xué)習(xí)科學(xué)家精神，愛崗敬業(yè)。

3.2 重構(gòu)課程內(nèi)容

機(jī)械制造基礎(chǔ)課程包括金屬切削基本理論、加工裝備知識、工件定位與夾緊、加工質(zhì)量與控制、零件制造的工藝過程、機(jī)械裝配工藝等內(nèi)容。結(jié)合學(xué)科特點(diǎn)和專業(yè)培養(yǎng)方案，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)和創(chuàng)新。刪減陳舊低階的內(nèi)容，增加具有前沿高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的內(nèi)容，滲透機(jī)械專業(yè)思想，反映機(jī)械工程學(xué)科前沿。通過歸納整理，構(gòu)建從低階到高階漸進(jìn)式知識模塊，并繪制各模塊思維導(dǎo)圖，將各章節(jié)核心知識點(diǎn)關(guān)聯(lián)起來，形成體系。

3.3 創(chuàng)新教學(xué)方法

3.3.1 基于師生共建的“翻轉(zhuǎn)課堂+BOPPPS”教學(xué)模式讓學(xué)生深度參與課堂

機(jī)械制造基礎(chǔ)課程內(nèi)容量大、難點(diǎn)多。為了解決學(xué)生機(jī)械基礎(chǔ)知識薄弱，無法深度參與課堂的問題，利用信息化手段輔助教學(xué)，提出基于師生共建的“翻轉(zhuǎn)課堂+BOPPPS”教學(xué)模式。翻轉(zhuǎn)課堂（Flipped Classroom）的教育實(shí)踐開始于美國，之后陸續(xù)在世界各知名高校推廣[5]。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式體現(xiàn)了“以學(xué)生為中心”的教育理念，是在明確教學(xué)目標(biāo)的前提下，安排學(xué)生課前根據(jù)自身情況觀看相關(guān)微課視頻或其他教學(xué)材料進(jìn)行學(xué)習(xí)，要求學(xué)生將在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題及時反饋給教師，教師在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中有針對性地進(jìn)行講解和答疑，并開展一定的測試，實(shí)時跟進(jìn)了解學(xué)生對相關(guān)知識點(diǎn)的掌握情況。這種教學(xué)模式可大幅度提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，有利于培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成[7-9]。BOPPPS教學(xué)模型是根據(jù)教育學(xué)的認(rèn)知理論提出的一種教學(xué)設(shè)計(jì)，是一種以教育目標(biāo)為導(dǎo)向，“以學(xué)生為中心”的教學(xué)新模式。它包括六個教學(xué)環(huán)節(jié)，即課程導(dǎo)入（Bridge）、學(xué)習(xí)目標(biāo)（Objective）、預(yù)評估（Pre-assessment）、參與式學(xué)習(xí)（Participatory Learning）、后評估（Post-assessment）和總結(jié)（Summary）[10-13]。

綜合翻轉(zhuǎn)課堂和BOPPPS 教學(xué)理念提出一種基于師生共建的“翻轉(zhuǎn)課堂+BOPPPS”教學(xué)模式。通過翻轉(zhuǎn)課堂，學(xué)生們有效學(xué)習(xí)并掌握相關(guān)基礎(chǔ)知識。通過BOPPPS，教師可以引導(dǎo)學(xué)生深度參與課堂教學(xué)[14]，鼓勵學(xué)生們進(jìn)行小組匯報(bào)展示，自主收集和構(gòu)建相關(guān)素材和案例。學(xué)生的案例往往具有新穎性，教師可以把學(xué)生反饋的思路整合到教學(xué)內(nèi)容中，實(shí)現(xiàn)對教學(xué)內(nèi)容的迭代優(yōu)化，師生共建，教學(xué)相長。課堂上師生角色互換，教師和其他學(xué)生共同審視、思考講解過程，然后進(jìn)行教師點(diǎn)評和學(xué)生之間的互評。整個過程學(xué)生精力非常集中，各自獨(dú)立思考，表現(xiàn)欲望強(qiáng)烈，課堂如賽場，教學(xué)效果極佳。根據(jù)情況給予一定的加分獎勵并記入平時成績，這樣不僅活躍了課堂氛圍，還極大地提高了學(xué)生們的學(xué)習(xí)動力。

3.3.2 “實(shí)驗(yàn)課程+企業(yè)實(shí)踐+學(xué)科競賽”的實(shí)踐培養(yǎng)路線讓理論聯(lián)系實(shí)際

為了有效破解實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)薄弱難題，開設(shè)“實(shí)驗(yàn)課程+企業(yè)實(shí)踐+學(xué)科競賽”的實(shí)踐培養(yǎng)教學(xué)路線。針對課程重要知識點(diǎn)設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生動手參與實(shí)驗(yàn)，從中檢驗(yàn)學(xué)生們對課堂知識的掌握情況；為了讓同學(xué)們了解行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，熟悉企業(yè)運(yùn)作和生產(chǎn)流程，提高對機(jī)械制造業(yè)的認(rèn)識，熟悉相關(guān)設(shè)備及技術(shù)，深入企業(yè)一線，調(diào)研并參與典型零部件的機(jī)械加工和關(guān)鍵加工工藝規(guī)程的制定，將課堂教學(xué)與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，學(xué)以致用；結(jié)合課堂教學(xué)內(nèi)容學(xué)習(xí)情況，組織學(xué)生參加全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、中國大學(xué)生機(jī)械工程創(chuàng)新創(chuàng)意大賽等相關(guān)學(xué)科競賽，極大地延伸和拓展了實(shí)踐教學(xué)的時間和空間，充分增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新和解決問題的能力，達(dá)到“學(xué)以致用，以賽促學(xué)，以賽促教”的效果，實(shí)現(xiàn)“教、學(xué)、做”合一。

3.3.3 “三維度全過程”課程思政育人模式讓機(jī)械課程變得有溫度

為了實(shí)現(xiàn)素質(zhì)目標(biāo)，針對課程特點(diǎn)，深入挖掘與課程內(nèi)容相關(guān)的思政案例，貫穿課程教學(xué)中，提出一種“師生維度+知識維度+時空維度”的“三維度全過程”課程思政育人模式。讓教學(xué)不僅有知識還有溫度，學(xué)生紛紛驚嘆機(jī)械類專業(yè)課程竟然還可以這樣學(xué)。

1）師生維度方面。“學(xué)高為師、身正為范”，教師的一言一行均能潛移默化地對學(xué)生產(chǎn)生影響，因此，教師應(yīng)嚴(yán)格要求自己，做新時代“四有”教師。另外，教師還應(yīng)該結(jié)合課程內(nèi)容講述在行業(yè)內(nèi)卓越成就的優(yōu)秀校友的奮斗故事，激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情。

2）知識維度方面。讓學(xué)生了解機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和我國制造業(yè)水平。當(dāng)前仍有很多“卡脖子”技術(shù)尚待突破，比如數(shù)控機(jī)床上的數(shù)控系統(tǒng)基本上被發(fā)達(dá)國家壟斷，而精密導(dǎo)軌、絲杠等關(guān)鍵零部件國產(chǎn)化率較低。進(jìn)而引出諸如華為芯片斷供、高端光刻機(jī)被國外壟斷等相關(guān)熱點(diǎn)話題，使學(xué)生認(rèn)識到我國在高端機(jī)械裝備制造業(yè)方面的不足，勉勵學(xué)生學(xué)好專業(yè)知識，胸懷科技報(bào)國之志。

3）時空維度方面。在課程導(dǎo)論部分向同學(xué)們講述中國是一個有著輝煌文明的古老國度，在幾千年的歷史中，中華民族創(chuàng)造了璀璨的文明。輝煌的中國古代科技對世界文明的進(jìn)步產(chǎn)生了巨大影響，中國是世界上機(jī)械發(fā)展最早的國家之一，中國古代有許多關(guān)于機(jī)械的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，如指南車、木牛流馬和被中香爐等都有非常獨(dú)到之處。由此激發(fā)學(xué)生們的民族自豪感。

3.4 改革教學(xué)評價

教學(xué)評價服務(wù)教學(xué)，可以用于檢查教學(xué)效果，反饋教學(xué)質(zhì)量。只有教學(xué)評價體系與教學(xué)改革相配套，才能有效推進(jìn)改革工作。傳統(tǒng)的課程考核評價通常“一考定終身”，評價形式過于單一，僅僅關(guān)注期末考試成績，而忽略學(xué)習(xí)過程，導(dǎo)致學(xué)生普遍存在較為嚴(yán)重的平時懶散、考前突擊的問題。基于此，本課程注重過程性考核，結(jié)合課程特點(diǎn)采用多樣化的考核方式。引導(dǎo)學(xué)生們“功夫用在平時”，以適度的學(xué)習(xí)壓力提升學(xué)生平時的學(xué)習(xí)積極性和參與度，實(shí)行“全過程考核評價”。

4 教學(xué)創(chuàng)新效果及成果

經(jīng)過教學(xué)創(chuàng)新改革，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動性大大增強(qiáng)，學(xué)業(yè)成績及格率達(dá)100%，優(yōu)秀率提高了43%。團(tuán)隊(duì)精神、創(chuàng)新能力和溝通表達(dá)能力明顯增強(qiáng)，學(xué)科競賽成績優(yōu)異，近年來獲得包括中國機(jī)器人大賽、全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽在內(nèi)的各級各類競賽獎30 余項(xiàng)。

5 結(jié)束語

為達(dá)到新工科教育的要求，在深入剖析機(jī)械制造基礎(chǔ)課程教學(xué)痛點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合課程特點(diǎn)和學(xué)情分析，開展課程教學(xué)創(chuàng)新改革，形成了可推廣的機(jī)械類專業(yè)課程的教學(xué)創(chuàng)新樣式，為其他課程的建設(shè)提供了經(jīng)驗(yàn)和參照。