機械類專業(yè)“課課協(xié)同 學科共融”教學模式探索

摘"要：多學科、多模式、多維度交叉融合是一個處于摸索階段的創(chuàng)新型教學模式。針對機械類專業(yè)跨學科教師團隊缺乏、課程易交叉難融合和學生水平一致性差等問題。依托河北工業(yè)大學機械工程學院，建立新老教師雙向協(xié)同，多學科教師同參與、齊出力的跨學科教師培養(yǎng)機制;以人才需求、共建項目為導向，構筑雙課堂協(xié)同教學模式;以學生為中心，實施分層化教學和開設開放性實驗，形成從群體過渡到個體的漸進式培養(yǎng)體系。為機械類專業(yè)“課課協(xié)同，學科共融”教學模式探索與實踐，打造出一支跨學科教師和校企雙師深度聯(lián)合的教師團隊，開辟學生個體階梯化提升路徑，助力于高層次創(chuàng)新型人才培養(yǎng)和學科深度融合教學模式的探索。

關鍵詞：機械類專業(yè);跨學科;教學模式;人才培養(yǎng);學科融合

中圖分類號：G642"""文獻標志碼：A"""""文章編號：2096-000X（2025）03-0130-04

Abstract：Multi-discipline，multi-mode，multi-dimensionalcrossintegrationrepresentsapioneeringpedagogicalparadigmcurrentlyinitsdevelopmentalphase.Addressingcriticalissuessuchasthescarcityofinterdisciplinaryfaculty，challengesincurriculumintegration，anddisparitiesinstudentproficiencylevels，thisinitiativeharnessestheacademicinfrastructureoftheSchoolofMechanicalEngineeringatHebeiUniversityofTechnology.Themodelispredicatedonthedevelopmentofaninterdisciplinaryteachingcohort，promotingmentorshipbetweenseniorandjuniorfaculty，andencouragingtheengagementandcontributionsofscholarsfromdiverseacademicdisciplines.Alignedwithemergingindustrytalentrequirementsandcollaborativeresearchundertakings，adual-classcollaborativeteachingframeworkhasbeenestablished.Thisframeworkisstudent-centric，incorporatingstratifiedinstructionalstrategiesandopenlaboratorypracticestoestablishaprogressiveeducationaltrajectoryfromgroup-basedtoindividualizedlearning.Throughtheempiricalexplorationandimplementationofthe\"coordinatedclassandintegrateddiscipline\"instructionalmethodologytailoredformechanicalengineeringstudents，wehavesuccessfullyassembledaninterdisciplinaryfacultyrosterandforgedarobustuniversity-industryjointteachingconsortium.Thiscollaborativeeffortnotonlyfacilitatesindividualstudentadvancementbutalsofostersthecultivationofhigh-level，innovativetalent，therebypioneeringanadvancedpedagogicalconstructthatdeeplyintegratesmultidisciplinaryexpertise.

Keywords：mechanicalmajor;interdisciplinary;teachingmode;personneltraining;integrationofdisciplines

隨著我國科技水平的提升和制造業(yè)的轉型升級，機械類專業(yè)的學科互融已成為必然的發(fā)展趨勢。2017年由教育部發(fā)起新工科建設計劃，引發(fā)了廣泛的學科融合創(chuàng)新熱潮。2018年教育部、財政部、發(fā)展改革委制定的《關于高等學校加快“雙一流”建設的指導意見》，明確以培養(yǎng)復合型人才為目標。教育部推出“未來技術學院”計劃，旨在持續(xù)推進新工科建設，強調交叉融合培養(yǎng)在新時期人才培養(yǎng)中的關鍵作用。

盡管政策環(huán)境日益改善，機械類專業(yè)的交叉培養(yǎng)體系仍面臨嚴峻挑戰(zhàn)[1]。黨的二十大報告指出，加強基礎學科、新興學科、交叉學科建設，加快建設中國特色、世界一流的大學和優(yōu)勢學科。據(jù)統(tǒng)計，我國機械類本科專業(yè)涵蓋多達20種，由于跨學科師資建設及教學體系不完善，多數(shù)現(xiàn)行教學體系單一且滯后于產業(yè)發(fā)展[2-3]。學校沿襲傳統(tǒng)的堆疊式教學方案，導致學科間壁壘明顯，學習任務繁重。如何有效整合多學科優(yōu)勢，培養(yǎng)適應新時代發(fā)展的創(chuàng)新型人才，仍是巨大挑戰(zhàn)。基于此，本文探索“課課協(xié)同，學科共融”的教學模式，旨在打破傳統(tǒng)教學模式的局限，通過打造跨學科教師團隊、整合跨學科課程、實施分層化教學激發(fā)學生的創(chuàng)新思維和實踐能力，培養(yǎng)適應社會發(fā)展需求的復合型人才。

一"“課課協(xié)同、學科共融”教學面臨的困境

當前，加強跨學科人才培養(yǎng)，是培育高層次創(chuàng)新型人才的有效途徑，而跨學科融合和多方協(xié)同的育人環(huán)境是高水平跨學科人才的必要條件，在推進機械類專業(yè)“課課協(xié)同，學科共融”教學模式探索過程中出現(xiàn)諸多阻礙[4-5]。

（一）"教師理念不統(tǒng)一和融合經驗不足

教師是立教之本、興教之源，承擔著學生成才的關鍵。高校教師的理念和能力直接影響著學生的學術成就、個人成長和社會責任感。高質量的教學離不開高水平的教師團隊，隨著高教事業(yè)的蓬勃發(fā)展，高校教師承擔著教學與科研的雙重使命。對于機械類專業(yè)教師，專業(yè)知識水平和實踐能力是衡量教師教育質量和創(chuàng)新能力的重要指標。從年齡角度考慮，青年教師理論基礎扎實但實踐經驗有限、教學方法不成熟、課堂管理困難等，年長教師教學與科研經驗豐富但創(chuàng)新能力和精力下降等;從專業(yè)角度考慮，高校教師在各自領域內有深厚的專業(yè)知識和研究經驗，但在跨學科背景下，跨學科知識淺薄，跨學科教學融合經驗不足，不同學科教師的實踐導向與理論導向都有明顯差異。這種多維多元化的差異，給跨學科協(xié)同教學和多學科深度融合帶來了巨大挑戰(zhàn)。

（二）"課程內容割裂和教材更新滯后

隨著工程教育的不斷發(fā)展和學科交叉的日益增多，機械類跨學科課程的需求逐漸增加。機械工程涉及多學科，傳統(tǒng)的學科邊界在跨學科課程中較為模糊。跨學科課程要求整合不同學科的知識和技能，但各學科間的知識體系、教學方法和評價標準不同，導致課程設計的復雜性增加。現(xiàn)有的機械類跨學科課程目標較為寬泛，難以明確具體的教學成果和評價標準。機械類跨學科課程需要采用多種教學方法，如理論教學、實驗教學和項目學習等，如何協(xié)調和整合這些教學方法，是跨學科教學的一項難題。跨學科課程需要及時反映各學科的最新發(fā)展，但現(xiàn)有教材缺乏及時更新，難以滿足跨學科課程的需求，且不同學科的教材在內容、深度、廣度上存在差異，如何實現(xiàn)教材適時性，在不同學科教材中找到相關聯(lián)的結合點，形成有機整合的教學內容，是一項巨大挑戰(zhàn)。

（三）"學生水平和適應性不一致

學生是跨學科教學的直接受益者，交叉型課程設計和學科間深度融合的成效將在復合型人才培養(yǎng)結果上加以體現(xiàn)[6]。在推進跨學科融合與教學過程中，學生在多學科學習方面，基礎知識水平和技能掌握程度上會有顯著差異，在同一學科內的知識深度和理解能力上也存在差異。學生在接受跨學科教學前往往接受的是單一學科教學模式，對多學科融合的教學模式適應感低，從單一學科學習到多學科融合學習方式轉換困難，導致學生在跨學科學習中表現(xiàn)出不適應、不自信，影響學習的整體效果。同時，對于跨學科教學的評價方式與傳統(tǒng)單一學科教學有明顯差異，學生對評價機制的不適應會直接影響學習情感的投入程度，容易使學生群體差異化更加凸顯。如何依據(jù)學生群體的不同表現(xiàn)形式，進行漸進式、差異化教學，提升學生跨學科學習效果與綜合體驗，是機械類學科融合與跨學科教學亟需解決的難題。

二"機械類專業(yè)“課課協(xié)同，學科共融”教學模式實施路徑

機械類專業(yè)學科交叉融合與跨學科人才培養(yǎng)模式需要因地制宜，依據(jù)河北工業(yè)大學機械工程學院（以下簡稱“我院”）學科優(yōu)勢與校內優(yōu)質資源，對學科交叉教師團隊進行選拔培訓、對跨學科課程進行合理重組[7]。從學生群體水平出發(fā)，實施精細化的分層教學，探索“課課協(xié)同，學科共融”的跨學科教學模式，推進機械類多學科交叉教學革新。

（一）"建立跨學科教師培養(yǎng)機制，打造跨學科教師團隊

建立跨學科教師培養(yǎng)機制是一項系統(tǒng)化、綜合性的工程。為提高教師整體教育水平，為跨學科教學奠定基礎，機械工程學院實施“以老帶新、以新促老”的交叉型教師的培養(yǎng)方式。定期舉辦學術經驗與新技術、新方法交談會，將年長教師豐厚的教學經驗傳授于青年教師，同時傳授研究中的倫理和方法論知識;青年教師向資深教師傳遞現(xiàn)代教學技術，以及新興科研方法和數(shù)據(jù)分析工具。為培養(yǎng)具備跨學科知識融合、創(chuàng)新教學能力、團隊合作精神及實踐應用能力的機械類專業(yè)教師。我院內設計涵蓋機械、材料、電氣等多學科領域的短期課程與長期研究項目，為教師鋪設了一條全面的跨學科知識進階路徑。基于國家大學科技園建設，圍繞機械類學科進行機械-材料交叉、機械-人工智能交叉、機械-電氣交叉等以機械為主其他學科為輔的交叉型教師人才培養(yǎng)。機械類教師與其他專業(yè)教師共同組成課程組，定期開展學習總結與教學成果討論會，相互交流教學方法和分享教學理念，增強專業(yè)教學能力。并以機器人可靠性、核燃料組件可靠性等前沿項目為依托，由多學科教師共同參與、共出力，共同完成項目問題提煉、問題解決和結果評估，形成“一項多科”協(xié)同創(chuàng)新的局面。跨學科教師培養(yǎng)和團隊組建如圖1所示。

（二）"完善跨學科課程整合，形成教材與課程動態(tài)更新體系

完善的跨學科課程機制和與時俱進的教材體系是培養(yǎng)復合型創(chuàng)新人才的基石。我院以學生為主體，基于校內校外不同教學形式，開設雙課堂模式。其中“第一課堂”主要發(fā)揮機械工程學科優(yōu)勢，以未來人才需求為導向，由跨學科教師團隊共同制定跨學科課程，例如開設機械-材料交叉的材料選擇與設計、機械-電氣交叉的機器人技術、機械-計算機交叉的機器學習與工程應用等課程，內容既包含核心學科知識，又強調學科間聯(lián)系。依據(jù)課程規(guī)劃合理編寫跨學科課程教材，結合當代前沿領域，將熱點問題的研究與創(chuàng)新性解決方案融入到教材當中，實現(xiàn)傳統(tǒng)教材與新案例、新方法的融合。在“第一課堂”中將課程設置為線上線下相結合的方式，線下除理論課程外，增加跨學科實驗課程。如在機械與電氣工程的跨學科課程中，設置智能機器人動力學實驗，學生從機械結構搭建、電氣控制系統(tǒng)設計、傳感器選型等多方面進行實驗設計與測試，在實驗過程中不斷解決跨學科的問題。線上建設在線學習平臺，集成視頻課程、電子教材、互動論壇等功能，為學生提供豐富的學習資源和靈活的學習方式[8]。同時收集學生線上學習數(shù)據(jù)，通過多元化的評估方式，實現(xiàn)實時了解學生的學習情況。

“第二課堂”主要以校企聯(lián)合共建項目為導向，基于“機器人可靠性校企平臺”，打破傳統(tǒng)多學科間簡單疊加和交叉，不局限于校內封閉式資源，構建學校-企業(yè)共同參與的雙師型隊伍[9]。將企業(yè)工程師的前沿實踐經驗納入到跨學科課程教學中，與跨學科課程基礎理論深度融合，進一步優(yōu)化跨學科課程設計。利用平臺項目，整合我院與企業(yè)優(yōu)勢資源，驅動跨學科學生的科研訓練計劃、畢業(yè)設計、專業(yè)方向課程設計等，最終形成從設計方案→三維仿真虛擬產品→基于TRIZ理論的優(yōu)化設計→機器人/零部件樣機的縱向實踐過程。目前，我院已與長城汽車、河北維賽特科技、天津航天機電設備研究所等企業(yè)建立了校企合作，利用學校內學科群優(yōu)勢，在企業(yè)新技術、新方法的加持下，不斷豐富跨學科課程，增強跨學科課程的時效性和實用性。

我院設立專項調研團隊，通過定期調研企業(yè)，了解最新的技術需求和行業(yè)動態(tài)，形成行業(yè)趨勢報告，為課程設置和教材更新提供數(shù)據(jù)支持。每季度開展校企聯(lián)合人才培養(yǎng)交談會，邀請企業(yè)高管、技術專家、教師代表和學生代表參與，重點討論企業(yè)當前的人才需求、技術發(fā)展趨勢、課程設置的優(yōu)化建議以及學生實踐能力的培養(yǎng)等議題，建立校企師生常態(tài)化溝通方式。以學生和項目為紐帶，將校內跨學科教師團隊和校企雙師深度綁定，建立由校內教師、企業(yè)專家和學生共同參與的課程評估機制和學生反饋平臺，每學期進行課程效果評估，根據(jù)評估結果及時調整和優(yōu)化教學內容，確保課程內容與實際需求同步，跨學科課程、教材整合與更新體系構建如圖2所示。構建一個動態(tài)、互動的教育生態(tài)系統(tǒng)，實現(xiàn)“第一課堂”和“第二課堂”的協(xié)同，培養(yǎng)具備理論基礎和實踐能力的復合創(chuàng)新型人才。

（三）"實施分層化教學，增強學生內生動力

在跨學科課程教學過程中，考慮不同專業(yè)、不同接受能力學生的初始條件，通過測試、作業(yè)評估等方式，收集學生對跨學科課程的適應性和理解能力，對學生的學習水平進行診斷[10]。依據(jù)學生群體的診斷結果，進行分層次教學設計和過程化考核，分層化教學與個體能力培養(yǎng)方案如圖3所示。基于各專業(yè)學生的群體分析結果，將跨學科課程分為基礎層、應用層和創(chuàng)新層三個層次。基礎層課程旨在為所有學生提供必備的基礎知識和技能訓練，確保學生掌握最基本的學科內容;應用層課程針對具備一定基礎知識的學生，通過案例分析和實踐項目，進一步提升其在實際應用中的能力;創(chuàng)新層課程則面向具有較強學科背景和研究潛力的學生，通過前沿課題研究和創(chuàng)新實驗，培養(yǎng)其解決復雜問題的能力。為了確保分層次教學的有效實施，本研究還利用線上線下結合的教學模式，通過在線資源和網絡課程等，基于不同專業(yè)學生群體自主推送和供學生個人自主選擇。通過定期評估與反饋機制，實時調整教學方案，確保各專業(yè)學生能在最適合自己的層次內取得進步。

為使跨學科教學從群體惠及到個體，堅持以學生為中心，以培養(yǎng)學生解決復雜工程問題為導向，開展交叉型開放性實驗。針對機械類跨專業(yè)學習的學生開設了“機構運動方案創(chuàng)新設計”“測試技術與信號處理”“嵌入式控制”等開放性實驗。如“機構運動方案創(chuàng)新設計”實驗可利用多功能零件、電機、電磁閥、調速閥和氣缸等元器件，進行機構運動方案設計與組裝，構建實物機構模擬整體模型。學生能夠模擬真實的工程環(huán)境，動態(tài)地操控并持續(xù)優(yōu)化機構設計方案。最終，學生將在實驗中掌握靈活性與可靠性兼?zhèn)涞脑O計技能，能夠高效完成各類設計任務，從而在工程實踐中展現(xiàn)出卓越的設計能力和創(chuàng)新思維。該開放性實驗模式在內容上顛覆了傳統(tǒng)的演示性、操作性和驗證性實驗為主的結構，側重于綜合設計性實驗和創(chuàng)新性實驗，同時保留對專業(yè)基礎性的考慮。在形式上，實驗模式從傳統(tǒng)的以班級群體為單位的統(tǒng)一實驗安排，轉變?yōu)閷W生根據(jù)個人興趣和時間自由度，通過實驗室開放管理系統(tǒng)自主選擇實驗。這一靈活的選修機制不僅增加了實驗的多樣性和個性化，還提高了資源的利用效率，更有效地支持了學生的個性化學習和專業(yè)發(fā)展。

三"結束語

針對現(xiàn)有學科交叉培養(yǎng)模式中“易交叉，難融合”的痛點問題，基于河北工業(yè)大學機械工程學院機械類專業(yè)，開展機械類專業(yè)“課課協(xié)同，學科互融”教學模式的探索與實踐。通過系統(tǒng)性的教學改革，建立“以老帶新、以新促老”雙向型教師培養(yǎng)模式，組建跨學科教師團隊，打破學科壁壘;實施雙課堂教學模式，將理論教學與實踐應用緊密結合，整合不同學科教師和企業(yè)工程師資源，優(yōu)化跨學科課程設置;根據(jù)學生群體差異，實施分層化教學，并設立開放性實驗室，鼓勵基于興趣和能力的跨學科探索。通過這些舉措，助力教師團隊的協(xié)同發(fā)展、課程間的緊密結合與學科間的深度融合，實現(xiàn)“課課協(xié)同，學科互融”的跨學科、深融合良性機制，為新工科背景下創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)提供有力支持，為多學科交叉融合、多方位協(xié)同育人提供借鑒。

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基金項目：河北省高等教育教學改革研究與實踐項目“基于機器人可靠性校企平臺的機械類多學科交叉教學模式探索與實踐”（2022GJJG047）;河北工業(yè)大學本科教育教學改革研究項目“基于學生主體選擇-項目帶動教、學、研的貫穿式教學模式研究”（201902036）

第一作者簡介：劉水清（1989-），女，漢族，河北石家莊人，博士，副教授。研究方向為裝備失效機理及可靠性設計。