吳 斌,姜 迪,盧 軼,易 揚(yáng),李建華,劉 英,賈向東

(南京林業(yè)大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院,江蘇 南京 210037)

智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)對(duì)高校培養(yǎng)人才的知識(shí)結(jié)構(gòu)、工程能力提出了新要求。然而,當(dāng)前許多困擾工程教育的問(wèn)題,如創(chuàng)新人才缺乏以及工科畢業(yè)生的知識(shí)交叉融合、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)、經(jīng)營(yíng)管理和動(dòng)手實(shí)踐等方面能力不足,依然沒有得到有效解決。課程作為人才培養(yǎng)的落腳點(diǎn),亟需實(shí)時(shí)響應(yīng)行業(yè)需求,迭代升級(jí),從科學(xué)范式回歸到工程范式。

“現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)與裝備”是機(jī)械類專業(yè)學(xué)位研究生的學(xué)位課,也是專業(yè)必修課,是學(xué)生了解現(xiàn)代機(jī)械加工技術(shù)體系的重要課程。但是,隨著各種先進(jìn)制造技術(shù)不斷應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn),傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和方式與不斷涌現(xiàn)的新材料、新技術(shù)、新工藝的矛盾十分突出,迫切需要對(duì)當(dāng)前的課程教學(xué)進(jìn)行變革[1]?；诔晒麑?dǎo)向教育(outcomes-based education,OBE)的教學(xué)理念是教學(xué)改革研究的熱點(diǎn),眾多專家學(xué)者提出了許多行之有效的教改方案,并在教育改革中廣泛應(yīng)用[2]。OBE教育理念以學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出作為教學(xué)目標(biāo),強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)成果,以此為驅(qū)動(dòng),對(duì)教學(xué)活動(dòng)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行反向設(shè)計(jì),已被眾多高校廣泛接受[3]。因此,南京林業(yè)大學(xué)“現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)與裝備”課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)基于OBE理念,以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向,對(duì)課程進(jìn)行了深度改革,解決了教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)資源更新迭代速度慢、與產(chǎn)業(yè)需求契合度不足的問(wèn)題,實(shí)踐能力培養(yǎng)模式單一、課程實(shí)施缺乏有效保障的問(wèn)題,課程建設(shè)調(diào)控機(jī)制柔性不足、學(xué)生能力培養(yǎng)不能同步響應(yīng)企業(yè)需求的問(wèn)題。自2018年以來(lái)的教學(xué)實(shí)踐表明,課程改革使教學(xué)進(jìn)程更生動(dòng)直觀,教學(xué)效果良好。

1 課程目標(biāo)和課程教學(xué)理念

1.1 課程目標(biāo)

1)知識(shí)目標(biāo):建立現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)和裝備領(lǐng)域的知識(shí)系統(tǒng);對(duì)領(lǐng)域前沿中的新技術(shù)、新材料不斷進(jìn)行更新和迭代;深度產(chǎn)教融合獲取實(shí)際工程問(wèn)題的相關(guān)知識(shí)。

2)能力目標(biāo):具備獨(dú)立對(duì)復(fù)雜工程項(xiàng)目問(wèn)題的分析和解決能力、良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作和表達(dá)能力。

3)思政目標(biāo):以“十四五規(guī)劃”、《中國(guó)制造2025》為引領(lǐng),明確作為工程師的社會(huì)責(zé)任,努力實(shí)現(xiàn)中國(guó)式現(xiàn)代化。

1.2 課程教學(xué)理念

秉承OBE中“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念,堅(jiān)持“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的原則,將立德樹人和思政教育融入教學(xué)過(guò)程。通過(guò)案例教學(xué)、課堂討論和實(shí)驗(yàn)將知識(shí)學(xué)習(xí)與能力培養(yǎng)深入融合,引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)探究式學(xué)習(xí)將理論知識(shí)向教學(xué)實(shí)踐逐步轉(zhuǎn)化,促進(jìn)理論研究與實(shí)踐研究的相互融合。在教學(xué)評(píng)價(jià)中將形成性評(píng)價(jià)和終結(jié)性評(píng)價(jià)有效結(jié)合,全面評(píng)價(jià)學(xué)生能力的達(dá)成情況,并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果調(diào)整教學(xué)過(guò)程,促進(jìn)學(xué)生能力達(dá)成,形成正向循環(huán)。通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)式、激勵(lì)探究式、自主學(xué)習(xí)式的課堂討論和實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,并形成教學(xué)案例庫(kù),滿足學(xué)生多樣化需求。根據(jù)課程內(nèi)容涉及多學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)交叉融合的特性,利用項(xiàng)目式教學(xué)充分培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)、解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力和高階思維。

2 課程內(nèi)容和課程思政

2.1 課程內(nèi)容

“現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)與裝備”課程主要闡述了現(xiàn)代產(chǎn)品加工制造涉及的系列加工方法的原理、工藝及裝備。隨著各種先進(jìn)制造技術(shù)不斷應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn),不斷涌現(xiàn)的新材料、新技術(shù)、新工藝推動(dòng)著傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和方式不斷變革?；诖?課程的主要教學(xué)內(nèi)容設(shè)置見表1。

表1 課程教學(xué)模塊和教學(xué)內(nèi)容設(shè)置

此外,為了保障課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)資源能夠及時(shí)更新,建立了課程教學(xué)內(nèi)容和方式的動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制,如圖1所示。通過(guò)“前置性、同步性、總結(jié)性”多元評(píng)價(jià)體系,實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)內(nèi)容與方式調(diào)整“雙循環(huán)”。每年走訪、邀請(qǐng)行業(yè)和企業(yè)專家座談,了解行業(yè)需求,持續(xù)動(dòng)態(tài)優(yōu)化課程各專題模塊中的內(nèi)容配置。聘請(qǐng)產(chǎn)業(yè)教授加入課程團(tuán)隊(duì),與授課教師共同評(píng)價(jià)與反饋,發(fā)現(xiàn)學(xué)生能力短板,及時(shí)調(diào)整教學(xué)方式,提升課程內(nèi)涵。

圖1 課程教學(xué)內(nèi)容和方式調(diào)整機(jī)制

2.2 課程思政

如圖2所示,在課程思政方面,課程以“十四五規(guī)劃”為引領(lǐng)、以《中國(guó)制造2025》為契機(jī),以二十大報(bào)告中“實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)”為己任,引導(dǎo)學(xué)生明確作為工程師的社會(huì)責(zé)任,擔(dān)當(dāng)新時(shí)代社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的歷史使命。

圖2 課程思政元素和思政體系

3 教學(xué)方式與考核

3.1 教學(xué)方式

案例教學(xué)是指教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和要求,將真實(shí)案例融入課堂教學(xué)過(guò)程中,學(xué)生在教師的引導(dǎo)下對(duì)案例進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、分析討論的一種教學(xué)方法[4]。案例教學(xué)是以學(xué)生為中心、以案例為基礎(chǔ),注重培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力,改變了傳統(tǒng)教學(xué)中以書本為中心的應(yīng)試教育,現(xiàn)已成為教學(xué)中最重要的手段[5]。因此,如圖3所示,課程采用了將項(xiàng)目案例融入課堂講授、研討與實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)的教學(xué)方式,結(jié)合文字、圖片、動(dòng)畫和企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)視頻等多種媒介促進(jìn)教與學(xué)。

圖3 多樣化的教學(xué)方式

具體實(shí)施如下:

1)課堂講授環(huán)節(jié),教師結(jié)合案例庫(kù)對(duì)各教學(xué)專題進(jìn)行講解。講授過(guò)程中,以新工科人才培養(yǎng)理念為引領(lǐng)、以學(xué)生為中心、以強(qiáng)化工程綜合能力為目標(biāo),建立基于情境構(gòu)建和探究遷移知識(shí)的創(chuàng)新教學(xué)方法,使學(xué)生實(shí)現(xiàn)“理解—設(shè)計(jì)—優(yōu)化”的知識(shí)層次遞進(jìn)。

2)課堂討論環(huán)節(jié),以教師與學(xué)生共同制定自主討論方案并實(shí)施為主。開放性設(shè)計(jì),鼓勵(lì)自主式探討,允許學(xué)生根據(jù)指定范圍查閱資料進(jìn)行準(zhǔn)備,進(jìn)而不斷優(yōu)化研討方案,引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

3)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),學(xué)生自主探究實(shí)驗(yàn)原理,并主動(dòng)、自由、創(chuàng)造性地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)。采用互動(dòng)式教學(xué)方法,讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定及調(diào)整,親自參與加工環(huán)節(jié)的開發(fā)與調(diào)試,改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中“重理論講授、輕過(guò)程分析”的不足。

3.2 考核方式

如圖4所示,課程考核采用多元客觀評(píng)價(jià)體系,過(guò)程性考核和終結(jié)性考核相結(jié)合。

圖4 課程考核方式

4 教學(xué)案例和創(chuàng)新

如圖5所示,課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)了“實(shí)木板材加工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”教學(xué)模塊,實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的三大創(chuàng)新。

圖5 自主開發(fā)的實(shí)木板材加工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊

1)情景浸入式:設(shè)立一個(gè)實(shí)木板材缺陷識(shí)別與優(yōu)選加工的實(shí)際情境(包括生產(chǎn)場(chǎng)景和過(guò)程場(chǎng)景),將學(xué)生帶入知識(shí)產(chǎn)生的情境中,身臨其境地體驗(yàn)實(shí)木板材缺陷識(shí)別與優(yōu)選加工的各個(gè)環(huán)節(jié),統(tǒng)籌安排控制任務(wù)、直接觀察生產(chǎn)過(guò)程、實(shí)時(shí)反饋控制效果、互動(dòng)解決生產(chǎn)問(wèn)題,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主觀能動(dòng)性,同時(shí)拓展學(xué)生的思維空間。

2)任務(wù)驅(qū)動(dòng)式:設(shè)計(jì)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)(缺陷定位與分類、優(yōu)選排樣最大桌面),通過(guò)完成任務(wù)和解決問(wèn)題使學(xué)生更主動(dòng)、更廣泛地激活原有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),理解分析并解決問(wèn)題,不斷獲得成就感,更大程度地激發(fā)學(xué)生的求知欲望,提升獨(dú)立思考和持續(xù)探索的學(xué)習(xí)能力,培養(yǎng)開拓進(jìn)取、勇于創(chuàng)新的精神。

3)激勵(lì)探究式:設(shè)置基礎(chǔ)算法和提升算法,激勵(lì)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察、思考分析和交流討論等途徑自覺主動(dòng)地探索相關(guān)參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系,從而找出控制規(guī)律,建立對(duì)實(shí)木板材缺陷識(shí)別與優(yōu)選系統(tǒng)的認(rèn)知模型和學(xué)習(xí)方法架構(gòu),拓展學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力。

5 教學(xué)成效與共享示范

5.1 教學(xué)成效

“現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)與裝備”作為一門必修課,有著廣泛的學(xué)生基礎(chǔ),通過(guò)不斷深入完善課程內(nèi)容以及教學(xué)方式的設(shè)置,推進(jìn)案例教學(xué),以實(shí)際工程項(xiàng)目的調(diào)研、開發(fā)、優(yōu)化等環(huán)節(jié)打開學(xué)生的工程視野,鍛煉了學(xué)生全方位的工程綜合能力,獲得了學(xué)生的正向反饋以及積極評(píng)價(jià)。

在教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中不斷積累工程案例,歸納出現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)、現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術(shù)和先進(jìn)制造工藝三大專題,錄制了相關(guān)機(jī)械制造技術(shù)及裝備在企業(yè)實(shí)際應(yīng)用的視頻,較直觀地展現(xiàn)了目前實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境下各類機(jī)械制造技術(shù)及裝備的應(yīng)用,激發(fā)了學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的興趣,獲得了學(xué)生的贊譽(yù)。案例庫(kù)的構(gòu)建思路和構(gòu)建方法已整理總結(jié)發(fā)表于專業(yè)刊物上,為國(guó)內(nèi)相關(guān)專業(yè)教師提供了案例庫(kù)建設(shè)的指導(dǎo)。同時(shí),案例庫(kù)為相關(guān)專業(yè)課程提供了強(qiáng)大的案例資源,實(shí)現(xiàn)了校內(nèi)的資源共享,未來(lái)伴隨本課程案例庫(kù)的不斷完善,這些課程案例將在更大的平臺(tái)發(fā)揮作用。本課程2021年獲南京林業(yè)大學(xué)研究生一流課程建設(shè)立項(xiàng),2022年獲批江蘇省研究生優(yōu)秀課程。

5.2 共享示范

1)對(duì)課程教學(xué)進(jìn)一步總結(jié),形成案例教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的創(chuàng)新教學(xué)方法,并形成教學(xué)改革質(zhì)量分析研究報(bào)告和相關(guān)研究論文,進(jìn)一步擴(kuò)大課程教學(xué)改革的影響力。

2)依托南京林業(yè)大學(xué)的國(guó)家級(jí)和省級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)課程案例資源進(jìn)行開放共享,進(jìn)一步擴(kuò)大課程資源的共享力度。

3)依托當(dāng)前常用的超星、中國(guó)大學(xué)MOOC等網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)線上課程,形成課程的線上線下聯(lián)動(dòng),進(jìn)一步擴(kuò)大課程共享力度。

6 總結(jié)與改進(jìn)

課程建設(shè)與實(shí)踐總結(jié)如下:

1)加快了課程教學(xué)內(nèi)容迭代,深化了教學(xué)方法改革,從教學(xué)資源和教學(xué)方法兩個(gè)維度共同保證課程教學(xué)的有效實(shí)施。

2)緊跟企業(yè)需求和學(xué)生能力培養(yǎng)效果,建立貫穿所有教學(xué)環(huán)節(jié)的“前置性、同步性、總結(jié)性”多元評(píng)價(jià)體系,持續(xù)改進(jìn)課程各模塊中的案例配置,動(dòng)態(tài)調(diào)整課程教學(xué)內(nèi)容與方式。

3)通過(guò)課程建設(shè)中的動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制,保障了課程內(nèi)容動(dòng)態(tài)響應(yīng)行業(yè)發(fā)展對(duì)學(xué)生工程能力培養(yǎng)的需求。課程教學(xué)改革以來(lái),學(xué)生在工程素養(yǎng)、創(chuàng)新能力和國(guó)際視野等方面得到了明顯的提升。

課程未來(lái)持續(xù)改進(jìn)展望:

1)通過(guò)聯(lián)合培養(yǎng)研究生、共建研究生工作站和聘請(qǐng)產(chǎn)業(yè)教授等方式增加合作企業(yè),尤其是行業(yè)內(nèi)的名優(yōu)企業(yè),確保能夠持續(xù)更新教學(xué)案例。

2)通過(guò)“請(qǐng)進(jìn)來(lái)、走出去”的模式邀請(qǐng)工程師進(jìn)課堂或推薦團(tuán)隊(duì)中的青年教師去優(yōu)質(zhì)企業(yè)鍛煉,進(jìn)一步提升課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)水平。

3)進(jìn)一步挖掘課程思政元素,同時(shí)細(xì)化學(xué)生評(píng)價(jià)環(huán)節(jié),促進(jìn)課堂討論更系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)素材更豐富。

4)持續(xù)跟蹤國(guó)內(nèi)外知名高校機(jī)械工程專業(yè)的課件、教學(xué)大綱及使用案例和科技發(fā)展前沿,對(duì)各個(gè)教學(xué)主題模塊進(jìn)行持續(xù)更新,形成更為系統(tǒng)、合理的教學(xué)案例專題體系。