基于案例貫穿的機械專業基礎課程群建設探索

吳立軍，馬春紅，徐 進

（浙江科技學院機械與能源工程學院 浙江 杭州 310013）

長三角地區是我國重要的高端裝備研發、設計和制造基地，裝備制造業從業人員占比比全國高近8 個百分點，具有較好的高端裝備制造基礎[1]。面向這一區域的發展需求，結合工程教育認證、卓越工程師計劃、產教融合等背景，長三角地區對高校機械等基礎技術專業工程教育人才的培養提出了更高的要求，探索教學改革模式以提升學生解決重大工程技術問題的能力成為人才培養過程中亟待解決的關鍵問題[2]。

作為機械類課程體系的重要組成部分，機械專業基礎課程群對培養學生機械設計能力和創新能力所需的知識、素質和能力結構具有重要作用[3]，其學習效果直接影響學生對后續專業知識的理解和掌握水平及對相關工程問題的解決能力。現有的教學改革探索了通過產教融合、典型案例貫穿式融入課程群建設方案[4-5]，在提升學生應用能力方面獲得較好的效果。因此，為提升學生工程實踐能力，培養適應區域產業需求的應用型人才，本文探索了案例貫穿的機械類專業基礎課程群建設方法。

1 機械專業基礎課程群建設目標及現狀分析

機械專業基礎課程群通常包括機械制圖和機械制圖實踐、理論力學和材料力學、機械原理和機械設計、金工實訓、工程材料、機械精度設計與測量等課程，通過系統全面的基礎課程教學，使學生掌握機械工程領域工程問題的分析和計算、建模和仿真、設計和制造等系統問題的解決方法，培養厚基礎、寬口徑的機械領域高素質應用型人才，并為后續專業課程的開展奠定基礎。但在課程群建設過程中，往往存在以下問題：

1.1 課程資源銜接度不夠，知識難以融合

實際教學中，教學資源多以課程為單位開發，導致課程之間相互隔閡，學生難以將各課程學到的知識融會貫通。不同的課程單元存在知識點重復、同一概念在不同課程上的表達不一致等問題，導致教學課時的浪費、學生對知識點理解困難，甚至產生厭學情緒。

1.2 缺乏系統化案例，難以滿足企業對復合型人才的需求

隨著科技的發展，機械類行業對崗位能力的需求向著多元化、復合型發展[6]，而傳統基礎課程體系主要面向單項能力培養。教學中所選的案例往往依賴于教師本人的實踐經驗，具有明顯的差異化；且案例選取側重對某一知識點的講解和拓展，沒有系統性案例可循，這就導致學生所學的知識零散、缺乏落腳點，無法形成指導實踐的系統性知識網絡。以檢驗學生系統設計能力的畢業設計為例，往往學生所提交的設計方案難以落地，特別是涉及工藝、精度、仿真分析和裝配等方面的問題較多，且對于設計中的細節問題學生往往知其然不知其所以然，更不必說利用所學解決工程實際問題。

1.3 單向講授和開環評價體系，制約了學生綜合能力的提升

機械專業基礎課程具有理論性強的特點，教師通常采用傳統課堂教學方式進行授課。傳統課堂教學是以教師為中心進行特定教學內容的傳授，以作業和考試等形式進行考核評價的授課方式。這種由教師到學生的單向講授方式和開環評價體系，無法及時反饋學生的學習情況，使學生不能正確定位自身學習水平、了解學習方向，影響學習積極性；教師不能及時調整授課策略，無法兼顧不同學習程度的學生、也無法為不同層次的學生提供發展臺階，最終使學生只重視期末成績而忽視學習過程和能力培養，所學知識無法內化。

針對上述問題，課程組探索了課程融合的教學模式，通過解構工程實際產品從設計到出廠的生產全過程，形成系統化教學資源庫，并依托移動課堂平臺融入各課程教學環節，實現案例貫穿的課程群建設，完善了發展性評價體系，打破了課程間、學校與企業間的壁壘，以適應應用型人才的培養需求。

2 機械專業基礎課程群建設方案

2.1 基于生產全過程的學習資源開發

2.1.1 貫穿式案例素材庫建設

產品從設計到出廠一般需要經歷產品設計、2D 和3D建模、仿真分析、結構優化、加工工藝規劃、數控編程與加工、裝配與調試等環節。為了形成系統性教學資源，課程組與工業企業合作，以典型機械產品一級圓柱齒輪減速器為貫穿案例，拆解生產過程的各個環節，跟蹤生產過程中的全部數據，形成貫穿生產全過程的教學案例素材，如圖1 所示。

圖1 貫穿案例素材庫總體結構

以減速器生產全過程貫穿整個機械專業基礎課程群教學，讓學生了解從產品設計到制造、從生產過程到商務交流的整體過程，打破課堂教學和生產實際之間的壁壘，實現各個專業課程知識在實踐中的融合和應用。

2.1.2 貫穿式案例資源建設

課程群建設仍然是以課程為單位執行，因此在教學時將工程案例進行拆解，融入各門課程，實現課程聯通，并與工業現狀同步。以一級齒輪減速器中齒輪軸的設計生產全過程貫穿課程教學為例，如圖2 所示。基于素材庫的課程設計，可有效減少因課程體系不同導致的知識點重復問題，節約課堂時間，從而可以使課堂內容更豐富；同時，也可提高教師的備課效率，改善因實踐經驗不足導致的課堂應用性差等問題。

圖2 齒輪軸貫穿式案例資源建設

優選的真實工業案例一方面可以使學生認識工程實際，另一方面可以使學生了解所學課程的實際應用，從而提升學生主動學習的興趣。

2.1.3 課程群學習資源建設

除了貫穿案例素材庫，課程群學習資源還包括：①工程案例素材庫中素材所對應的課程及相關的習題、試題、虛擬仿真軟件等；②課程群對應各門課程已有的資源，包括PPT、工程文檔、案例、視頻、前沿技術及其應用等；③各課程的習題庫、試題庫等學習資源，以便檢驗學生的學習效果。

2.2 基于移動課堂的統一平臺建設

傳統的教學手段依靠教師對課堂信息的數據采集、分析，形成評價反饋給學生，一方面可能導致工作量大、數據采集不全，另一方面反饋延后，影響學生對自身學習層次的判斷。隨著技術的發展，各種教學分析軟件涌現，為提高教學效率提供可行的方案，本文選取“學唄課堂”作為教學平臺。平臺包括三個模塊：資源中心、課程教學和智慧評估，如圖3 所示。

圖3 基于移動課堂的統一平臺建設

其中，資源中心模塊不僅可實現工業產品全生產周期設計案例庫與機械制圖、力學、機械設計、精度等相關基礎課程深度融合，也可通過不同課程知識的融會貫通，實現課程群統一規劃的課程建設；還通過平臺整合，方便學生隨時調閱資源中心的數據，通過課程資源庫、試題庫、虛擬仿真軟件庫，實現課程群的教學資源管理與分發，實現各門課程、各知識點無障礙地學習、回顧、評估及強化。

課程教學模塊涵蓋了教學全流程，可配合教師的教學理念、教學方法，優化課堂教學，避免不同課程相同知識點的重復講解。如可通過導學環節設置，實現翻轉課堂，并基于導學數據進行學情分析，適時地調整教學策略；教師可通過課堂上的互動、答題、隨堂測試、小組討論等環節，提升課堂的趣味性和學生對知識的獲得感，并基于所形成的數據進行教學反饋，實現分層教學、閉環評價；還可通過作業、練考寶典、階段性考試等環節，檢驗學生學習效果與開展達成度評價。

智慧教學評估模塊基于平臺所收集的各個環節學生的學習數據，對學情進行分析和診斷，并及時反饋給教師和學生，教師針對分析結果進行教學策略調整，以便及時發現教學死角，及時鞏固并實施教學改進，促進課程建設的持續進行。

3.3 實時反饋的發展性評價體系

通過教學評估系統產生的過程數據，可實現實時反饋與評價，結合發展性評價方式完善課程群建設的發展性評價體系，如圖4 所示（p67）。發展性評價是指針對產品設計過程中學生提交的材料進行評價，按照所屬等級學生進行定位，并通過不同等級之間的關系，為學生后續學習指明方向。教師基于發展性評價方法，結合學生當前的學習情況，從理性的角度為學生定位，并為學生設置“夠一夠就能達到的目標”，提升學生學習的自主性；通過教學目標的合理設置，讓學生充分明確技術動向和自身發展方向，實現分層次教學的同時，還為不同學生提供學習引導。

圖4 發展性評價體系

教學評價分為初階、中階和高階目標，初階目標設置重在對知識點的理解和對系統設計的認識，進階目標為能夠開展同類產品的模仿設計；中階目標強調對知識的應用，可根據所給的工程案例，開展模仿設計和部分改型的創新設計，旨在加強學生對系統設計的理解和所學科目的知識強化，進階目標為綜合設計與分析能力的提升；高階目標強調對知識的內化和知識網絡的構建，使學生能夠應對工程設計中可能存在的問題、具備應對突發問題和統籌解決工程設計各個環節問題的能力。

通過發展性評價體系的構建，使學生客觀掌握自身的學習水平，針對性開展下一步學習規劃。通過教學反饋和教師的引導性指導，使各個層次的學生都有所得。

3 結論

本文從教學資源、信息化教學平臺、教學評估等方面入手，對機械專業基礎課程群進行教學改革。基于移動課堂教學平臺，通過課程群的統一規劃，減少了交叉重疊課程教學時間；基于減速器案例構建了設計制造全過程的機械課程群建設體系，提升了學生系統分析問題和解決工程問題的能力，對于新形勢下機械類專業基礎課程群的教學改革具有一定的參考意義。