基于“雙碳”與PDCA的機械制造技術基礎課程改革

摘""要：“雙碳”目標為傳統工科人才的培養帶來了較大的挑戰，制造業與雙碳目標的實現有著直接關系，作為機械類專業學生的必修課程，機械制造技術基礎課程的升級有著重要意義。本文針對機械制造技術基礎課程建設中存在的課程內容缺乏更新、課程脫離實踐與時代要求、課程設計單一等問題，充分結合“雙碳”目標開展教學策略制定、教學內容重構、教學效果評價以及教學反饋等，并將PDCA循環方法應用于課程教學過程，以實現機械制造技術基礎課程的持續改進，為“雙碳”背景下的教學改革提供了新的思路。

關鍵詞：“雙碳”目標；教學改革；機械制造；PDCA

Abstract："The"goal"of"\"double"carbon\""has"brought"greater"challenges"to"the"cultivation"of"traditional"engineering"talents."The"manufacturing"industry"is"directly"related"to"the"achievement"of"the"dual"carbon"goals."As"a"compulsory"course"for"mechanical"majors，"the"upgrading"of"the"basic"mechanical"manufacturing"technology"course"is"of"great"significance."This"paper"focuses"on"the"problems"of"lack"of"updating"the"course"content，"detachment"of"the"course"from"practice"and"the"requirements"of"the"times，"and"single"course"design"in"the"construction"of"the"basic"mechanical"manufacturing"technology"course."It"fully"combines"the"goal"of"\"double"carbon\""to"carry"out"the"development"of"teaching"strategy，"teaching"content"reconstruction，"teaching"effect"evaluation"and"teaching"feedback，"etc."The"PDCA"cycle"method"is"also"applied"to"the"basic"mechanical"engineering"technology"course."The"PDCA"cycle"method"is"applied"to"the"teaching"process"of"the"course"to"realize"the"continuous"improvement"of"the"basic"mechanical"manufacturing"technology"course."It"provides"new"ideas"for"the"teaching"reform"in"the"context"of"\"double"carbon\".

Keywords："\"Double"carbon\""goal;"Pedagogical"reform;"Mechanical"engineering;"PDCA

近些年來，各國對節能減排都異常重視，提出各種政策，面對日益嚴峻的環境問題，我國也于2020年9月明確提出2023年“碳達峰”與2060年“碳中和”目標，即到2030年溫室氣體排放量達到最高點，到2060年實現碳排放凈增加值為零，“雙碳”目標為我國經濟發展提供了新的要求，體現了國家對于環境的重視程度[1]。實現“雙碳”目標是一個系統性工程，需要政府、學校、企業等多個層級的協同合作，作為與“雙碳”直接相關的機械類專業，探索此背景下機械制造技術基礎課程教學改革刻不容緩[2]。

機械制造技術基礎課程機械專業學生是機械類的必修專業基礎課學科，通過該課程的學習，學生可掌握機械制造的基本知識和基本理論，為后續專業課的學習、課程設計、畢業設計以及畢業后從事機械設計與制造打下基礎[3]。教學質量的提升及教學改革需要各個教學環節的持續改進，是一個長期的改善過程，這符合PDCA循環方法的理念，PDCA循環是質量管理的有效方法之一，此方法由沃特·阿曼德·休哈特提出，并由著名質量管理大師戴明加以改進而來，它包括計劃（Plan）、實施（Do）、檢查（Check）、處理（Action）4個環節[4]，通過各個環節的不斷循環，可找出影響質量問題的主要原因，并提出相應的解決措施，不僅可有效提高質量，還可提升工作效率"[5]。

“雙碳”目標是未來我國幾十年內需達到的偉大目標，是造福后代的偉大事業，屬于國家重點關注的工作。為了更好的適應國家“雙碳”計劃對人才的需求，早日實現這一目標，制造業的改造升級是必然的，而作為制造業的基本課程，機械制造技術基礎課程的計劃、內容、評價模式等需要迫切需要重新調整，以充分結合“雙碳”目標。進而使學生能更好的樹立節能減排意識，掌握適應于“雙碳”目標的知識與技能，促進學生綜合能力的提升。

1機械制造技術基礎課程教學中存在的問題

1.1課程內容及案例更新緩慢

機械制造技術基礎是一門歷史悠久的課程，人類最早的制造活動可以追溯到新石器時代，是由人類制造業所積累的寶貴經驗總結而來的課程，其基本內容包括金屬切削原理、金屬切削裝備、機床夾具設計、機床工藝規程設計和機器裝配工藝基礎，內容相對固定[6]。然而，由于市場需求的不斷升級，國家對于節能減排的重視程度不斷加深，現代制造業發展迅速，新的制造設備與制造手段層出不窮。而本課程的內容與案例過于經典，許多案例都是多年前的加工現場，與現代制造業具有較大差別，使學生了解當前制造現狀困難。

1.2課程與實踐結合不足

機械制造技術基礎是由人類在制造過程的生產實踐當中得來的，是一門直接面向機械生產加工的課程，非常注重操作與實踐，而課程教學以課件為主，結合少量視頻，教學過程過于抽象，學生基本沒有實際生產經驗，難以使學生身臨其境，對于制造過程、夾具等難以想象與理解。而金工實習采用設備主要為較老的機床、夾具等，采用設備多以手動式操作為主，而這些設備在現代化生產中應用有限，大型制造企業基本不再應用，與前沿技術較少，更對于“雙碳”戰略及目標考慮不足。理論與實踐的結合不夠，教師教學方式缺乏立體性與多樣性，嚴重影響學生對于課程的理解和知識的吸收，使學習效果事倍功半，更難以使學生滿足工程需要。

1.3課程設計題目設置簡單

機械制造技術基礎課程設計是本課程的重要實踐環節，它主要針對指導書上的常用基本零件，選擇合適的毛坯種類和毛坯尺寸，確定定位方案、工藝路線、定位基準等，并針對相應的工序設計合適的夾具[7]，此過程是對課程的綜合應用，有利于檢驗學習效果，提高學生知識運用能力，對于本課程的理解起著至關重要的作用。然而，課程設計題目均是指導書上常見零件，歷年來設計步驟和類型比較固定，有些學生直接采用三爪卡盤、平口鉗、分度頭等通用夾具進行定位與夾緊，對于課程的鍛煉與理解有限，這使得課程設計結果不佳，并且設計過程未與現代企業生產實際結合不足，題目較為空洞。

2“雙碳”背景下機械制造技術基礎課程改革的思路

2.1課程改革的理念

緊密圍繞“碳達峰”和“碳中和”的含義與發展要求，結合我國機械行業能源結構，并主要面向區域經濟社會發展需要以及制造企業的人才需求，積極推動機械制造技術基礎課程改革，以支持我校機械電子工程、機械設計制造及其自動化等傳統工科專業的改造與升級。

2.1.1"增強社會責任感和使命感

通過課程教學策略、課程教學方法、課程評價方式的變革，立足高地，使教學緊密結合國家方針與策略，將學習內容與國家建設、國家富強相關聯，強化課程思政要素，潛移默化的激發學生社會責任感和使命感，樹立崇高的理想信念。在有了崇高的思想支撐下，學生才具有較高的學習動力，才能進一步提高學生的自主學習意識，由被動的、無目的性的學習，轉變為有意識的、主動的學習，這種思維的轉變是從根本上改變學生對于學習的認知，提高學生的學習目標性與主動思考能力。

2.1.2"培養創新精神

創新是科技發展的源動力，機械制造技術基礎是一門兼具生產需求與科學目標的學科，生產實際中出現的現象都有相應的原因，探尋工程背后的原理對于提高制造質量與加工效率有著重要意義。隨著“雙碳”“綠色制造”等理念的提出，機械制造技術的“綠色化”符合當今制造業的發展趨勢，這對高校教學提出了新的要求，引導學生思考采用的機床、夾具、工藝等方案的評價指標，探索機械制造過程的能耗控制、節能策略、清潔化等，培養學生對于科學的興趣，開發其創新思維。

2.1.3"加強學生實踐能力

實踐是學習效果的最終體現，在學校的實踐機會雖然較少，但是也應當加強實踐環節。“雙碳”目標一直重視工程人才的實踐能力，以將技術進行合理轉化與利用，而機械制造技術基礎課程具有的較強的工程性和實踐性，在課程教學過程中，應當以實踐為目的進行理論學習，并在實踐中反思與總結，優化理論知識，將理論與實踐相結合，真正將機械制造技術基礎作為一門實用的課程進行教學，培養學生的工程意識，提高實踐能力[8]。

2.2"課程改革的基本思路

機械制造技術基礎課程改革的基本思路：面向新時代雙碳目標的人才培養方案，以學生綜合素質提升為目標，通過教學策略制定、教學內容重構、教學效果評價以及教學反饋改善等手段，圍繞“學生自發性學習”的理念與宗旨，最終實現本課程在本科人才培養中所發揮的實際效用，提高學生的工程實踐能力以及創新能力。

機械制造技術基礎課程改革基本思路圖

2.2.1教學策略與計劃（Plan）

良好的計劃是順利進行一切活動的前提，同樣，對于機械制造技術基礎課程的教學，制定合理科學的教學策略與計劃是首要重要一環。針對“雙碳”目標綠色、環保、低碳的倡議，梳理機械制造技術基礎課程的重要知識點，圍繞“學生自發性學習”制定教學大綱，融入金屬切削過程的能效、節能刀具及機床、綠色夾具、工藝路線能耗對比、再制造方法及理論等新內容，從源頭將“雙碳”目標結合于課程，搭建新型科學的教學體系，制定對應的教學方案和教學計劃，以適應當前的“雙碳”目標，并適應全新的時代需求。

2.2.2教學內容改革與實施（Do）

依靠“雙碳”目標，梳理各章節教學要求，將節能減排有機融入各個章節和各個模塊；更新教學課件，剔除陳舊的圖例和冗余的文字內容，添加相關內容動態過程圖，增加企業實際生產現場圖與視頻，有利于學生生動理解整個過程；搜集國內外先進制造與綠色制造的視頻，配置切削刀具、夾具、企業工藝路線圖等，讓學生感受本專業的工作模式與工作內容，更加深刻理解課程內容；采用講授法、討論法、演示法、練習法等多種手段結合的方式進行講授，例如，針對企業中某一零件，讓學生分小組制定加工工藝路線，設置評價指標，討論各組工藝路線的潛在能耗與污染，分析方案經濟性與環保性，幫助學生深入理解機械加工工藝規程設計過程，掌握工藝規程的制定與設計流程和方法，并樹立節能減排、低碳制造的意識。

2.2.3教學效果檢查與評價（Check）

課程的教學質量與效果需要配備定期檢驗，在課程開始之前需進行學情分析，了解學生各科目學習情況，就學習能力、學習態度、學習基礎進行綜合評估，并大致分類，清楚各同學的基礎狀態；在課程的教學過程中，對教學內容進行定期測驗，統計并分析每個章節的學習狀況，設置階段測驗，進行指標量化，繪制每位學生增長曲線，實時掌握學生學情；組織課內試驗與課程設計，檢驗學生對知識點的實際掌握程度，提高學生規劃、實踐的能力，強調學生在實踐過程的低碳、節能意識；開展最終課程考試，綜合考量學生學習效果。以學生為結果導向，通過從章節到整體、從理論至實踐、從知識至能力的方式，全面評估教學效果。

2.2.4教學反饋與改善（Action）

在PDCA循環中，反饋與持續改進的理念是其核心，為提高課程質量，需重點關注這一環節。在學期末，將一學期的課程教學工作進行總結與整理，找尋存在的問題，提高課程質量，并且邀請課程組老師對教學工作評價，提出相關改進意見，就教學策略、教學內容及教學效果檢驗提出改進意見。結合專家意見與國家“雙碳”目標的推進過程，進一步對本課程的教學過程進行改進，重新開展新一輪的教學，如此實現教學質量的不斷提高。

結語

“雙碳”為綠色、環保、低碳提出了具體目標與方向，制造業是碳排放的主要行業之一，為實現制造業的節能減排，需要大批高素質專業人才。因此，需要將傳統機械類專業課程與“雙碳”目標緊密結合，融入新的策略、內容與理念，實現新型教學模式創新。

本文探討了雙碳背景下機械專業核心課程——機械制造技術基礎的改革，借鑒PDCA的方法與流程，通過教學計劃、教學實施、教學評價及教學反饋的循環，以實現課程質量的不斷改進與提高，并滿足國家可持續發展需要，對傳統工科專業的改造有一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1]李芳芹，曾卓雄，仇中柱，等.“雙碳”背景下的高等燃燒學課程教學改革與探索[J].科技視界，"2022（11）：62-64.

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[8]任元，張超“雙碳”計劃下新能源車輛結構有限元法與實踐的教學探索[J].中國現代教育裝備，"2022（9）：68-70.

基金項目：重慶市高等教育教學改革研究項目““雙碳”背景下科教融合驅動的機械類新工科人才培養模式改革與實踐”（223223）；2023年校級教育教學改革研究項目“工程應用驅動下基于CAD/CAE技術的機械設計及其自動化專業實踐教學的研究與實踐”（2023036）；2023年校級教育教學改革研究項目“基于“大商科+新工科”商工融合發展的“智慧水務”的創新實驗教學模式探索與實踐”"（2023050）

作者簡介：張威（1992—""），男，漢族，山東德州人，博士，講師，產品可靠性及綠色制造方向；謝俊（1987—""），男，漢族，四川自貢人，博士，副教授，研究方向：制造系統能效方向；杜彥斌（1982—""），男，漢族，河北鹿泉人，博士，教授，研究方向：高端裝備綠色智能制造和激光熔覆方向；朱琪（1993—""），男，漢族，吉林長春人，博士，講師，摩擦振動與噪聲方向；黃瑤瑤（1993—""），女，漢族，四川安岳人，博士，助理研究員，研究方向：水污染控制工程方向。