吳 斌,姜 迪,盧 軼,易 揚,李建華,劉 英,賈向東

(南京林業(yè)大學機械電子工程學院,江蘇 南京 210037)

智能制造轉(zhuǎn)型升級對高校培養(yǎng)人才的知識結構、工程能力提出了新要求。然而,當前許多困擾工程教育的問題,如創(chuàng)新人才缺乏以及工科畢業(yè)生的知識交叉融合、國際競爭、經(jīng)營管理和動手實踐等方面能力不足,依然沒有得到有效解決。課程作為人才培養(yǎng)的落腳點,亟需實時響應行業(yè)需求,迭代升級,從科學范式回歸到工程范式。

“現(xiàn)代機械制造技術與裝備”是機械類專業(yè)學位研究生的學位課,也是專業(yè)必修課,是學生了解現(xiàn)代機械加工技術體系的重要課程。但是,隨著各種先進制造技術不斷應用于工業(yè)生產(chǎn),傳統(tǒng)的教學內(nèi)容和方式與不斷涌現(xiàn)的新材料、新技術、新工藝的矛盾十分突出,迫切需要對當前的課程教學進行變革[1]?；诔晒麑蚪逃?outcomes-based education,OBE)的教學理念是教學改革研究的熱點,眾多專家學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用[2]。OBE教育理念以學生的學習產(chǎn)出作為教學目標,強調(diào)學習成果,以此為驅(qū)動,對教學活動和評價標準進行反向設計,已被眾多高校廣泛接受[3]。因此,南京林業(yè)大學“現(xiàn)代機械制造技術與裝備”課程教學團隊基于OBE理念,以能力培養(yǎng)為導向,對課程進行了深度改革,解決了教學內(nèi)容和教學資源更新迭代速度慢、與產(chǎn)業(yè)需求契合度不足的問題,實踐能力培養(yǎng)模式單一、課程實施缺乏有效保障的問題,課程建設調(diào)控機制柔性不足、學生能力培養(yǎng)不能同步響應企業(yè)需求的問題。自2018年以來的教學實踐表明,課程改革使教學進程更生動直觀,教學效果良好。

1 課程目標和課程教學理念

1.1 課程目標

1)知識目標:建立現(xiàn)代機械制造技術和裝備領域的知識系統(tǒng);對領域前沿中的新技術、新材料不斷進行更新和迭代;深度產(chǎn)教融合獲取實際工程問題的相關知識。

2)能力目標:具備獨立對復雜工程項目問題的分析和解決能力、良好的團隊協(xié)作和表達能力。

3)思政目標:以“十四五規(guī)劃”、《中國制造2025》為引領,明確作為工程師的社會責任,努力實現(xiàn)中國式現(xiàn)代化。

1.2 課程教學理念

秉承OBE中“以學生為中心”的教學理念,堅持“學生中心、產(chǎn)出導向、持續(xù)改進”的原則,將立德樹人和思政教育融入教學過程。通過案例教學、課堂討論和實驗將知識學習與能力培養(yǎng)深入融合,引導學生通過探究式學習將理論知識向教學實踐逐步轉(zhuǎn)化,促進理論研究與實踐研究的相互融合。在教學評價中將形成性評價和終結性評價有效結合,全面評價學生能力的達成情況,并根據(jù)評價結果調(diào)整教學過程,促進學生能力達成,形成正向循環(huán)。通過任務驅(qū)動式、激勵探究式、自主學習式的課堂討論和實驗提高學生學習興趣,并形成教學案例庫,滿足學生多樣化需求。根據(jù)課程內(nèi)容涉及多學科領域知識交叉融合的特性,利用項目式教學充分培養(yǎng)學生的工程素養(yǎng)、解決復雜工程問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)代機械制造技術與裝備”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。隨著各種先進制造技術不斷應用于工業(yè)生產(chǎn),不斷涌現(xiàn)的新材料、新技術、新工藝推動著傳統(tǒng)的教學內(nèi)容和方式不斷變革。基于此,課程的主要教學內(nèi)容設置見表1。

表1 課程教學模塊和教學內(nèi)容設置

此外,為了保障課程教學內(nèi)容和教學資源能夠及時更新,建立了課程教學內(nèi)容和方式的動態(tài)調(diào)整機制,如圖1所示。通過“前置性、同步性、總結性”多元評價體系,實現(xiàn)課程教學內(nèi)容與方式調(diào)整“雙循環(huán)”。每年走訪、邀請行業(yè)和企業(yè)專家座談,了解行業(yè)需求,持續(xù)動態(tài)優(yōu)化課程各專題模塊中的內(nèi)容配置。聘請產(chǎn)業(yè)教授加入課程團隊,與授課教師共同評價與反饋,發(fā)現(xiàn)學生能力短板,及時調(diào)整教學方式,提升課程內(nèi)涵。

圖1 課程教學內(nèi)容和方式調(diào)整機制

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、以《中國制造2025》為契機,以二十大報告中“實現(xiàn)高水平科技自立自強”為己任,引導學生明確作為工程師的社會責任,擔當新時代社會主義現(xiàn)代化建設的歷史使命。

圖2 課程思政元素和思政體系

3 教學方式與考核

3.1 教學方式

案例教學是指教師根據(jù)教學目標和要求,將真實案例融入課堂教學過程中,學生在教師的引導下對案例進行自主學習、分析討論的一種教學方法[4]。案例教學是以學生為中心、以案例為基礎,注重培養(yǎng)學生的思辨能力和解決實際問題的能力,改變了傳統(tǒng)教學中以書本為中心的應試教育,現(xiàn)已成為教學中最重要的手段[5]。因此,如圖3所示,課程采用了將項目案例融入課堂講授、研討與實驗等環(huán)節(jié)的教學方式,結合文字、圖片、動畫和企業(yè)現(xiàn)場視頻等多種媒介促進教與學。

圖3 多樣化的教學方式

具體實施如下:

1)課堂講授環(huán)節(jié),教師結合案例庫對各教學專題進行講解。講授過程中,以新工科人才培養(yǎng)理念為引領、以學生為中心、以強化工程綜合能力為目標,建立基于情境構建和探究遷移知識的創(chuàng)新教學方法,使學生實現(xiàn)“理解—設計—優(yōu)化”的知識層次遞進。

2)課堂討論環(huán)節(jié),以教師與學生共同制定自主討論方案并實施為主。開放性設計,鼓勵自主式探討,允許學生根據(jù)指定范圍查閱資料進行準備,進而不斷優(yōu)化研討方案,引導學生自主學習。

3)實驗環(huán)節(jié),學生自主探究實驗原理,并主動、自由、創(chuàng)造性地進行實驗項目的學習。采用互動式教學方法,讓學生對實驗參數(shù)進行設定及調(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)實驗教學中“重理論講授、輕過程分析”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價體系,過程性考核和終結性考核相結合。

圖4 課程考核方式

4 教學案例和創(chuàng)新

如圖5所示,課程教學團隊自主開發(fā)了“實木板材加工虛擬仿真實驗”教學模塊,實現(xiàn)了實驗教學的三大創(chuàng)新。

圖5 自主開發(fā)的實木板材加工虛擬仿真實驗教學模塊

1)情景浸入式:設立一個實木板材缺陷識別與優(yōu)選加工的實際情境(包括生產(chǎn)場景和過程場景),將學生帶入知識產(chǎn)生的情境中,身臨其境地體驗實木板材缺陷識別與優(yōu)選加工的各個環(huán)節(jié),統(tǒng)籌安排控制任務、直接觀察生產(chǎn)過程、實時反饋控制效果、互動解決生產(chǎn)問題,激發(fā)學生的學習興趣和主觀能動性,同時拓展學生的思維空間。

2)任務驅(qū)動式:設計兩個實驗任務(缺陷定位與分類、優(yōu)選排樣最大桌面),通過完成任務和解決問題使學生更主動、更廣泛地激活原有的知識和經(jīng)驗,理解分析并解決問題,不斷獲得成就感,更大程度地激發(fā)學生的求知欲望,提升獨立思考和持續(xù)探索的學習能力,培養(yǎng)開拓進取、勇于創(chuàng)新的精神。

3)激勵探究式:設置基礎算法和提升算法,激勵學生通過實驗觀察、思考分析和交流討論等途徑自覺主動地探索相關參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系,從而找出控制規(guī)律,建立對實木板材缺陷識別與優(yōu)選系統(tǒng)的認知模型和學習方法架構,拓展學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力。

5 教學成效與共享示范

5.1 教學成效

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

在教學實踐當中不斷積累工程案例,歸納出現(xiàn)代設計技術、現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術和先進制造工藝三大專題,錄制了相關機械制造技術及裝備在企業(yè)實際應用的視頻,較直觀地展現(xiàn)了目前實際生產(chǎn)環(huán)境下各類機械制造技術及裝備的應用,激發(fā)了學生分析問題、解決問題的興趣,獲得了學生的贊譽。案例庫的構建思路和構建方法已整理總結發(fā)表于專業(yè)刊物上,為國內(nèi)相關專業(yè)教師提供了案例庫建設的指導。同時,案例庫為相關專業(yè)課程提供了強大的案例資源,實現(xiàn)了校內(nèi)的資源共享,未來伴隨本課程案例庫的不斷完善,這些課程案例將在更大的平臺發(fā)揮作用。本課程2021年獲南京林業(yè)大學研究生一流課程建設立項,2022年獲批江蘇省研究生優(yōu)秀課程。

5.2 共享示范

1)對課程教學進一步總結,形成案例教學、實踐教學與實驗教學相結合的創(chuàng)新教學方法,并形成教學改革質(zhì)量分析研究報告和相關研究論文,進一步擴大課程教學改革的影響力。

2)依托南京林業(yè)大學的國家級和省級虛擬仿真實驗平臺,對課程案例資源進行開放共享,進一步擴大課程資源的共享力度。

3)依托當前常用的超星、中國大學MOOC等網(wǎng)絡平臺建設線上課程,形成課程的線上線下聯(lián)動,進一步擴大課程共享力度。

6 總結與改進

課程建設與實踐總結如下:

1)加快了課程教學內(nèi)容迭代,深化了教學方法改革,從教學資源和教學方法兩個維度共同保證課程教學的有效實施。

2)緊跟企業(yè)需求和學生能力培養(yǎng)效果,建立貫穿所有教學環(huán)節(jié)的“前置性、同步性、總結性”多元評價體系,持續(xù)改進課程各模塊中的案例配置,動態(tài)調(diào)整課程教學內(nèi)容與方式。

3)通過課程建設中的動態(tài)調(diào)整機制,保障了課程內(nèi)容動態(tài)響應行業(yè)發(fā)展對學生工程能力培養(yǎng)的需求。課程教學改革以來,學生在工程素養(yǎng)、創(chuàng)新能力和國際視野等方面得到了明顯的提升。

課程未來持續(xù)改進展望:

1)通過聯(lián)合培養(yǎng)研究生、共建研究生工作站和聘請產(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)更新教學案例。

2)通過“請進來、走出去”的模式邀請工程師進課堂或推薦團隊中的青年教師去優(yōu)質(zhì)企業(yè)鍛煉,進一步提升課程教學團隊水平。

3)進一步挖掘課程思政元素,同時細化學生評價環(huán)節(jié),促進課堂討論更系統(tǒng)、實驗素材更豐富。

4)持續(xù)跟蹤國內(nèi)外知名高校機械工程專業(yè)的課件、教學大綱及使用案例和科技發(fā)展前沿,對各個教學主題模塊進行持續(xù)更新,形成更為系統(tǒng)、合理的教學案例專題體系。