王小章 王晶 梁霖 李想 時雪皎 楊萍 趙立波

摘 ?要：新工科教育是推動高校工程教育改革的新舉措，而深化課程教學(xué)改革是提高教學(xué)效果，培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)造能力的技術(shù)人才，以及實現(xiàn)工程教育改革目標(biāo)和進一步發(fā)展的必然選擇。通過對新形勢下精密機械與儀器設(shè)計課程教學(xué)中存在的問題進行梳理和分析，總結(jié)課程教學(xué)過程中存在的問題為內(nèi)容散、講授多、考核差等。按照新工科教育改革的要求，分別從課程內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式、課程設(shè)計、課程思政五個方面進行探討，說明精密機械與儀器設(shè)計課程教學(xué)改革的方向和要求。

關(guān)鍵詞：測控技術(shù)與儀器;新工科教育;教學(xué)改革;精密機械與儀器設(shè)計

中圖分類號：G642 ? ? ?文獻標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2022）15-0019-04

Abstract： New engineering education is a new measure to promote the reform of engineering education in universities， and deepening the teaching reform is an inevitable choice to improve the teaching effect， cultivate technical talents with innovative and creative ability， and realize the reform goal and further development of engineering education. Based on the analysis of the problems existing in the teaching of Precision Machinery and Instrument Design course in the new situation， some main problems existing in the teaching process are summarized， such as scattered content， too many lectures， poor assessment and so on. According to the requirements of the new engineering education reform， five aspects of curriculum ideology and politics， curriculum design， curriculum content， teaching methods and assessment methods are discussed， which explain the direction and requirements of the teaching reform of precision machinery.

Keywords： Measurement and control technology and instruments; new engineering education; teaching reform; Precision Machinery and Instrument Design

新工科建設(shè)是新科技革命和產(chǎn)業(yè)變革形勢下推動高校工程教育改革，培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合型工程科技人才，支撐我國高等教育強國目標(biāo)的必然要求。新工科教育的要求體現(xiàn)在新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量和新體系五個方面[1]。這些要求不僅涵蓋對傳統(tǒng)工科專業(yè)進行改革后的新模式建設(shè)，也包括全新工科專業(yè)的開設(shè)。新工科同時也提倡開展多學(xué)科的交叉與融合，培養(yǎng)綜合性“雙創(chuàng)”人才[2]。開展新工科教育，需要從多方面深入地推進教學(xué)改革來提升教學(xué)效果和學(xué)習(xí)效率，已成為高等工科教育內(nèi)涵發(fā)展的核心任務(wù)。

精密機械與儀器設(shè)計是面向測控技術(shù)與儀器專業(yè)開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要內(nèi)容包含工程材料、精密機械設(shè)計、誤差理論、儀器設(shè)計原則和方法等。課程教學(xué)目標(biāo)包括：（1）掌握常見機構(gòu)的基本特性和設(shè)計方法，具有精密儀器機構(gòu)設(shè)計的基本理論知識，培養(yǎng)分析和解決問題的能力;（2）運用所學(xué)的設(shè)計方法和理論解決精密機械與儀器設(shè)計的實際應(yīng)用問題，制訂技術(shù)路線和實施方案，培養(yǎng)不同應(yīng)用領(lǐng)域中檢測設(shè)備、測試技術(shù)和儀器的研發(fā)能力;（3）加強科學(xué)知識與工程實踐結(jié)合，提高對精密機械與儀器設(shè)計中所涉及的工程問題進行識別和研究的能力，培養(yǎng)工程意識和創(chuàng)新能力。通過課堂講授、實驗、課程設(shè)計等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)常見機構(gòu)的特點和設(shè)計方法、零部件的設(shè)計計算以及儀器精度設(shè)計過程，具備測控儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計能力，并注重理論知識的應(yīng)用和解決問題能力的培養(yǎng)。然而學(xué)生反饋和教學(xué)數(shù)據(jù)分析表明，現(xiàn)行的教學(xué)工作已不能實現(xiàn)課程目標(biāo)的預(yù)期達成度，更無法適應(yīng)新工科背景下的培養(yǎng)需求，教學(xué)改革勢在必行。雖有采取網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的MOOC翻轉(zhuǎn)課堂和線上線下混合教學(xué)模式探索和嘗試，但仍需要對課程教學(xué)活動作進一步的分析和總結(jié)[3-4]。本文對精密機械與儀器設(shè)計課程教學(xué)中存在的問題進行梳理，分析新工科教育背景下測控儀器專業(yè)教學(xué)的目標(biāo)和新要求，探討新培養(yǎng)模式下專業(yè)課程教學(xué)改革的新方法和新舉措。

一、課程教學(xué)存在的問題

精密機械與儀器設(shè)計課程是在講述精密機構(gòu)和儀器精度理論的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和創(chuàng)新設(shè)計能力。在課程教學(xué)和實踐環(huán)節(jié)上仍存在許多問題和不足，如課程內(nèi)容散亂、缺乏知識主線、教學(xué)授課多、實踐操作少、考核方式單一，等等，已不能適應(yīng)新工科教育的要求，亟需進行梳理和整合。

（一）課程內(nèi)容廣、散、亂

本課程是在整合多門課程內(nèi)容后形成的專業(yè)基礎(chǔ)課，包括了工程材料、機械原理、機械設(shè)計、誤差理論、儀器設(shè)計原理以及典型儀器結(jié)構(gòu)等，各部分內(nèi)容相互聯(lián)系卻又自成體系，成為一個個相對孤立的知識點。由此可見，課程所涉及的知識范圍廣、知識點散、缺乏有效的關(guān)聯(lián)主線，沒有形成一個完整的知識體系。相對松散的知識結(jié)構(gòu)同時對教學(xué)過程和教學(xué)效果都帶來不利影響，不便于系統(tǒng)性地組織和開展教學(xué)活動，教學(xué)效果更無法有效的保障。學(xué)生不能通過關(guān)聯(lián)性的知識推導(dǎo)來加強對理論知識的理解，只能采取被動式跟隨學(xué)習(xí)，缺少主動參與的體驗，最終導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不佳。多次課程考試成績分析顯示，課程目標(biāo)達成度都低于預(yù)期的目標(biāo)。

（二）講授多、實踐少

在內(nèi)容多、課時少的實際情況下，課程教學(xué)更多地采用課堂講授方式，實踐環(huán)節(jié)則僅安排了課內(nèi)實驗和課程設(shè)計兩部分。其中課內(nèi)實驗以認(rèn)知和驗證性實驗為主，缺少綜合性實驗。課程設(shè)計一般在課程結(jié)束后3周內(nèi)進行。整個設(shè)計過程中，學(xué)生不僅要對設(shè)計題目詳細(xì)了解，而且完成相應(yīng)的設(shè)計計算和說明書撰寫，存在時間短、任務(wù)重等問題，導(dǎo)致整個設(shè)計過程都在疲于完成各類近乎程序化的任務(wù)。設(shè)計作業(yè)多以生搬硬套設(shè)計手冊和課堂知識為主，缺乏對設(shè)計題目的深入思考和更具有創(chuàng)造性方案的嘗試，無法有效支撐學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力與非技術(shù)性能力的培養(yǎng)。

（三）考核方式單一

現(xiàn)有的考核方式仍基本沿用了期末考試的方式進行學(xué)業(yè)成績評定。這種以試卷為主的考核方式，形式單一，評價效果差，已不能全面地反映課程教學(xué)目標(biāo)的達成度。試卷只能體現(xiàn)出學(xué)生對所學(xué)知識的背誦能力，通過死記硬背、考前突擊的方式通過考試，并不能反映對整個課程知識體系的理解貫通和綜合應(yīng)用能力，也與課程教學(xué)目標(biāo)相差甚遠(yuǎn)。另一方面，本課程涉及的知識內(nèi)容較多，試題形式和難易程度把握困難，無法做到全面檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。課程組雖然已通過減少單純知識記憶型題目，增加綜合性應(yīng)用題型比例的方式對試題形式進行改進，但仍無法達到預(yù)期的考核目標(biāo)。

二、課程教學(xué)改革對策

精密機械與儀器設(shè)計知識內(nèi)容廣、體系大，涉及的學(xué)科門類多，需要將不同學(xué)科的知識點融合起來才能真正掌握精密儀器設(shè)計的理論知識和內(nèi)涵要求。為達到新工科教育培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合型技術(shù)人才的要求，需要從課程內(nèi)容、教學(xué)方式、考核方式、實踐環(huán)節(jié)和課程思政等方面進行全面設(shè)計，改善課堂教學(xué)以提高學(xué)習(xí)效率。

（一）重組課程內(nèi)容，構(gòu)建系統(tǒng)性知識體系

本課程內(nèi)容是由多門課程整合而來，但僅是依照專業(yè)培養(yǎng)需求對不同課程內(nèi)容進行相應(yīng)的縮減調(diào)整后形成的專業(yè)課程。雖然能滿足專業(yè)培養(yǎng)的知識需求，但各部分內(nèi)容只是簡單地組合在一起，缺少系統(tǒng)性知識主線關(guān)聯(lián)，而沒有形成完整的知識體系。因此在課程內(nèi)容重組時選擇“誤差和精度設(shè)計”為主線對各章節(jié)進行整合。在連桿、凸輪、齒輪、螺旋機構(gòu)等章節(jié)，除了基本的傳動特點和應(yīng)用場景外，不再強調(diào)受力、強度、效率等傳動方面的計算問題，更多地突出機構(gòu)傳動規(guī)律和誤差問題，研究提高傳動精度的設(shè)計方法。誤差理論章節(jié)則對儀器的誤差進行系統(tǒng)性研究，分析各種誤差來源、合成以及分配策略，以提高儀器的整體精度。儀器設(shè)計理論部分則以精度設(shè)計理論對設(shè)計過程提供指導(dǎo)，保障整個設(shè)計過程順利進行。課程內(nèi)容、知識主線、主要知識點如圖1所示。

圖1 課程知識主線和知識點

課程內(nèi)容重組可按照不同的知識點屬性，將其分為不同的層次分別教學(xué)[5]。根據(jù)不同的知識屬性可將課程知識分為基礎(chǔ)理論、綜合應(yīng)用、實踐掌握、創(chuàng)新創(chuàng)造四個層次，分別采取不同的策略進行知識整合。對屬于必須掌握的基礎(chǔ)理論知識，需要進行詳細(xì)的理論講解和實證，便于學(xué)生準(zhǔn)確地掌握。對綜合應(yīng)用知識，則輔以成功應(yīng)用的工程實例進行說明，保證學(xué)生通過思考后能夠正確理解和接受。對于需要通過實踐才能掌握的知識，則需安排相應(yīng)的實驗環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在實際操作中對知識點有準(zhǔn)確的感受和把握。最后，對于屬于創(chuàng)造創(chuàng)新性知識，則需多聯(lián)系科學(xué)發(fā)現(xiàn)、科研進展?fàn)顩r，引入不同學(xué)科知識和多樣化的設(shè)計方案，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，達到促進“雙創(chuàng)”能力培養(yǎng)的目標(biāo)。

（二）改革教學(xué)方式，加強綜合性實踐訓(xùn)練

本課程教學(xué)具有很強的實踐性和課堂展示性，灌輸式教學(xué)已無法對全部知識點做出講解，更不利于學(xué)生獨立思考和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。改變重講授、輕實踐的教學(xué)模式，將具有高實踐性的知識改為實驗教學(xué)。通過教學(xué)和實踐的不同減增，改變的不僅是知識獲取方式，也更符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。教學(xué)方式的改變不僅僅是講授時間上簡單地減少，還應(yīng)按照不同的知識層次開展教學(xué)，改善課堂氛圍提高學(xué)習(xí)效果。對已經(jīng)詳細(xì)解釋的基礎(chǔ)知識，減少講解鼓勵學(xué)生自學(xué)、自查、自糾，達到掌握的目的。對于綜合應(yīng)用知識，需要通過對應(yīng)用實例講解去啟發(fā)學(xué)生進行討論和探索，提高學(xué)習(xí)熱情和參與度以提高教學(xué)效果。實踐環(huán)節(jié)則不僅有實際實驗操作，還可以進行虛擬實驗，通過觀察驗證等方式獲取知識，同時必須增加綜合性實驗和課程設(shè)計環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的多學(xué)科交叉能力和復(fù)雜工程問題解決能力。對于創(chuàng)造創(chuàng)新性知識，更多地鼓勵學(xué)生自由探索，充分調(diào)動他們的學(xué)習(xí)興趣和獨立思考精神。

（三）多樣化考核方式，注重學(xué)習(xí)過程評價

課程考核用于檢驗學(xué)生對課程知識的掌握程度和運用能力，評定課程教學(xué)目標(biāo)的達成度。為全面檢驗課程教學(xué)情況提高實踐環(huán)節(jié)權(quán)重，這里將學(xué)習(xí)成績和課程設(shè)計分別考核。學(xué)習(xí)成績主要反映對課程知識掌握和綜合運用情況，主要構(gòu)成部分有平時作業(yè)、課內(nèi)實驗、綜合訓(xùn)練、期末成績，所占總成績的比例分別為15%、15%、20%和50%。課程考核方式變化見表1。除了增加課內(nèi)實驗和綜合訓(xùn)練環(huán)節(jié)外，期末試題類型也進行改變。以知識記憶為主的題目只占試題總分的30%～40%，而以考察學(xué)生知識運用能力的分析、設(shè)計類題目則占比60%～70%，大大提高分析和解決問題能力的考核。最終的評定成績將用于計算各個課程目標(biāo)的達成度，并用于對課程整體教學(xué)效果的評價。

（四）改革課程設(shè)計，突出創(chuàng)新能力培養(yǎng)

為加強課程設(shè)計綜合實踐的學(xué)習(xí)效果，課程組從設(shè)計題目、組織實施、考核方式三方面進行了改革嘗試。設(shè)計選題上改變了已往采用的大載荷機械傳動強調(diào)力和強度計算校核，突出儀器專業(yè)所需要的輕載機構(gòu)，更加注重傳動精度和結(jié)構(gòu)設(shè)計。如選用機械式百分表、壓力表、光學(xué)比較儀、二維精密平臺等，在滿足課程目標(biāo)要求的前提下，鼓勵學(xué)生進行探索性研究——引入光、電、控制等知識進一步提高機構(gòu)的精度。課程設(shè)計時間由3周延長到15周，改集中進行為分散時段開展，避免因時間倉促而引起的照抄作業(yè)、敷衍了事的情形。在課程開始后就布置設(shè)計任務(wù)，每周安排定期檢查設(shè)計進度并對所面臨的問題進行集體討論。在時間充裕的基礎(chǔ)上，允許自主提出具有實際應(yīng)用背景的設(shè)計題目和嘗試更具有創(chuàng)新性的方案，充分調(diào)動學(xué)生參與課程設(shè)計的積極性。在組織方式上鼓勵以項目小組方式完成任務(wù)，通過組內(nèi)分工協(xié)作逐步培養(yǎng)團隊意識和合作精神?？己朔绞匠颂峤辉O(shè)計報告、圖紙、說明書等相關(guān)資料外，特別設(shè)置小組答辯環(huán)節(jié)對整體設(shè)計任務(wù)完成情況和個人的貢獻分別進行評定，杜絕抄襲現(xiàn)象。答辯環(huán)節(jié)的資料整理和講述進一步鍛煉了學(xué)生的獨立思考和表達能力。

（五）加強課程思政，堅持“立德樹人”根本任務(wù)

課程思政是當(dāng)前高校專業(yè)教育改革的新趨勢[6-7]。在專業(yè)課程教學(xué)中對學(xué)生進行價值觀、職業(yè)素養(yǎng)和愛國主義教育是新工科教育培養(yǎng)高素質(zhì)綜合型人才的必然要求。因此需要充分梳理、挖掘課程教學(xué)環(huán)節(jié)中蘊含的思政元素，并轉(zhuǎn)化為教學(xué)載體融入專業(yè)課程，“潤物細(xì)無聲”，為課程教學(xué)引入新內(nèi)容、新問題、新思考。例如在機構(gòu)傳動教學(xué)中引入中國古代機械設(shè)計輝煌成就：地動儀、木牛流馬等，以及現(xiàn)代國家重大裝備包括大飛機、高鐵、航空器等，提高對中國文化的自信、自豪和自強的意識。進一步通過機械史與國家歷史結(jié)合，讓學(xué)生真實地感知“落后就要挨打”“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”，面對困難需要明白所肩負(fù)的責(zé)任，并具有勤奮鉆研的奮斗精神。

在課程設(shè)計環(huán)節(jié)，引入世界工程科技?xì)v史上由于細(xì)小誤差導(dǎo)致的嚴(yán)重后果和災(zāi)難事例，教導(dǎo)學(xué)生一個工程師所應(yīng)具有的職業(yè)操守：高度的責(zé)任感和嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的態(tài)度。實驗和課程設(shè)計中鼓勵學(xué)生進行團隊合作，不僅是培養(yǎng)他們的團隊意識和協(xié)作能力，更注重通過相互間的交流、溝通、協(xié)調(diào)過程促進對團體行為做出哲學(xué)性的思考，形成正確的判斷力和價值觀。強化課程思政需要對課程教學(xué)活動進行改革，不斷挖掘新的思政元素并融入教學(xué)，真正做到學(xué)習(xí)工程科學(xué)技術(shù)的同時“立德樹人”。

三、結(jié)束語

新工科教育要求改革高校工程教育，培養(yǎng)適應(yīng)新形勢的工程技術(shù)人才。全面深入開展課程教學(xué)改革是提高教學(xué)效果、推動工程教育內(nèi)涵發(fā)展的必然選擇。本文通過對精密機械與儀器設(shè)計專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)中存在的問題進行梳理和總結(jié)，從課程內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式、課程設(shè)計、課程思政五個方面分別進行探討，說明了精密機械課程教學(xué)改革的要求和方向。課程內(nèi)容重組將散亂的知識點整合為完整的體系，突出專業(yè)特點，適應(yīng)教學(xué)要求。課程教學(xué)中需改變重講授、輕實踐的方法，分層次分類別地開展教學(xué)活動。考核方式則改變單一考試為多環(huán)節(jié)考察，分別評價課程教學(xué)目標(biāo)的達成度。課程設(shè)計應(yīng)體現(xiàn)實踐環(huán)節(jié)要求，提升學(xué)生參與程度和學(xué)習(xí)效果。課程思政通過將知識背后的思政元素融入課堂，對提高學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)職業(yè)素養(yǎng)和愛國精神都有重要意義。深化教學(xué)改革需要按照新工科教育的新理念和新模式展開，全面提升教學(xué)效果，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識的綜合性工程技術(shù)人才。

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