摘 要：針對應(yīng)用型高校機械原理課程“金課”建設(shè)存在的問題，以機械原理課程為例，探討了金課視域下應(yīng)用型高校機械類課程研究性教學(xué)設(shè)計與多域協(xié)同模式的構(gòu)建與實踐。提出了優(yōu)化課程目標(biāo)，創(chuàng)新教學(xué)理念，將學(xué)科前沿和課程思政融入教學(xué)內(nèi)容等策略。采用OBE逆向教學(xué)設(shè)計理念，構(gòu)建“一中心三層次”柔性化、立體化研究性教學(xué)模式，并利用線上線下混合教學(xué)模式、項目驅(qū)動法和問題探究法等多種教學(xué)方法進(jìn)行教學(xué)設(shè)計。同時，通過搭建線上線下虛實結(jié)合的創(chuàng)新實驗室、組織學(xué)生參與學(xué)科競賽和科研項目等方式，實現(xiàn)課堂教學(xué)與實踐教學(xué)、競賽、科研活動的多域協(xié)同融合。實踐表明，該教學(xué)模式能夠有效提升學(xué)生的創(chuàng)新能力、實踐能力和綜合素質(zhì)，為應(yīng)用型高校機械類課程“金課”建設(shè)提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：金課 研究性教學(xué) 多域協(xié)同 逆向教學(xué)設(shè)計 機械原理 教學(xué)改革

伴隨數(shù)智化、人工智能快速興起，高等教育正在加速進(jìn)入智慧教育階段。課程是人才培養(yǎng)的核心要素，課程質(zhì)量直接決定人才培養(yǎng)質(zhì)量。為貫徹落實全國教育大會精神，必須深化教育教學(xué)改革，把教學(xué)改革成果落實到課程建設(shè)上。教高函〔2018〕8號提出“各高校要全面梳理各門課程的教學(xué)內(nèi)容，淘汰“水課”、打造“金課”合理提升學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度、增加課程難度、拓展課程廣度和深度，切實提高課程教學(xué)質(zhì)量[1]。

2019年10月，教育部《關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實施意見》（教高〔2019〕8號，以下簡稱“意見”），提出的“兩性一度”作為一流課程建設(shè)和教學(xué)改革的標(biāo)準(zhǔn)[1]。一流課程（簡稱“金課”）具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的特征，這些特征是提升課程質(zhì)量的關(guān)鍵[2-4]。研究性教學(xué)模式在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性、自主性及實踐能力等方面具有獨特優(yōu)勢，能夠與“金課”建設(shè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)高度契合[3-5]。因此，在應(yīng)用型高校機械類專業(yè)課程教學(xué)中引入研究性教學(xué)模式，不僅有助于推動教學(xué)改革，還能提升教學(xué)質(zhì)量，加快高素質(zhì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)。

機械原理是高校機械類專業(yè)中的一門必修技術(shù)基礎(chǔ)課。知識內(nèi)容多、理論性強、實踐性強、涉及范圍廣和學(xué)科交叉性強，對學(xué)生綜合能力要求高[12-15]。在應(yīng)用型高校的機械原理課程中，研究性教學(xué)的引入面臨一些挑戰(zhàn)，如教學(xué)目標(biāo)不明確、課程內(nèi)容陳舊缺乏前沿性、理論講授多而實踐鍛煉少、課程或環(huán)節(jié)未開展協(xié)同融合等問題。這些問題導(dǎo)致學(xué)生參與度低，課程資源匱乏，無法滿足個性化和差異化發(fā)展的需求。因此，在“金課”建設(shè)的背景下，針對這些問題進(jìn)行深入研究，以“兩性一度”為標(biāo)準(zhǔn)，將學(xué)科前沿、最新研究成果和實踐經(jīng)驗融入機械原理課程教學(xué)，設(shè)置研究性學(xué)習(xí)內(nèi)容，探索教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式及考評方式的改革顯得尤為重要。

課題組以建設(shè)“金課”提升專業(yè)課程質(zhì)量，培養(yǎng)符合時代需求的高素質(zhì)新質(zhì)人才為目標(biāo)，選取機械原理課程作為改革試點，深入挖掘課程內(nèi)涵與特色，精心設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)，通過將課堂、實踐、競賽與科研結(jié)合，探索構(gòu)建適合應(yīng)用型高校的多域協(xié)同研究性教學(xué)模式，提高學(xué)生的批判性思維能力、創(chuàng)新能力和實踐能力。

1 研究性教學(xué)與多域協(xié)同模式的總體方案

1.1 搭建縱向立體化的研究性教學(xué)多域協(xié)同系統(tǒng)模型

應(yīng)用型高校研究性教學(xué)要科學(xué)組織教學(xué)活動，來提高教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的興趣；培養(yǎng)學(xué)生探索精神，創(chuàng)新能力、自主學(xué)習(xí)能力[1-4]。多域協(xié)同模式的內(nèi)涵特征體現(xiàn)在以線上線下混合教學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合講授與研討，形成線上線下的協(xié)同互動。實踐環(huán)節(jié)則以項目驅(qū)動法和問題探究法為主，通過項目與問題的引導(dǎo)，教師的鼓勵與指導(dǎo)，實現(xiàn)推拉協(xié)同。在競賽與科研環(huán)節(jié)中，采用交流互動法和自主突破法，強調(diào)創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。這種課堂內(nèi)外、實踐、競賽與科研的多元協(xié)同，形成了良好的教學(xué)共鳴。

在應(yīng)用型高校機械類“金課”建設(shè)的研究性教學(xué)與多域協(xié)同模式中，需系統(tǒng)規(guī)劃課程目標(biāo)，探尋教學(xué)方法多樣化實現(xiàn)路徑，將教學(xué)內(nèi)容模塊化、立體化，助力學(xué)生課外學(xué)習(xí)時獲取多維度能力訓(xùn)練。研究課堂教學(xué)與實踐教學(xué)、競賽、科研活動之間的多域協(xié)同融合及相互支撐的機制，構(gòu)建一個“一中心一主導(dǎo)、三層次”的多域有機協(xié)同融合的立體化、柔性化教學(xué)系統(tǒng)模型，見圖1。

在基礎(chǔ)教學(xué)層，面向低年級學(xué)生課程改革，運用多元化的教學(xué)方法，借助MOOC、SPOC、學(xué)習(xí)通等在線課程打造線上線下混合的翻轉(zhuǎn)課堂。在學(xué)習(xí)通平臺提前上傳微課，設(shè)置在線練習(xí)、自測，融入激勵自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新意識的環(huán)節(jié)，設(shè)計互動式和啟發(fā)式問題，以有效銜接與第二層次的學(xué)習(xí)。整體上，強調(diào)以學(xué)生為中心的“學(xué)”為主，教師引導(dǎo)的“教”為輔助支撐，以促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

在創(chuàng)新教學(xué)層，面向中高年級學(xué)生，以企業(yè)產(chǎn)品項目為依托，開展實踐訓(xùn)練、項目競賽及課程相關(guān)項目制作。培養(yǎng)方式從課內(nèi)延伸至課外，學(xué)生學(xué)習(xí)重心由基礎(chǔ)知識體系轉(zhuǎn)向創(chuàng)新實踐訓(xùn)練，實現(xiàn)課堂內(nèi)外有效銜接，搭建持續(xù)學(xué)習(xí)平臺，著重培育學(xué)生自主學(xué)習(xí)與研究創(chuàng)新能力。

在拔尖教學(xué)層，針對少數(shù)極具潛力的學(xué)生進(jìn)行個性化培養(yǎng)，體現(xiàn)“金課”挑戰(zhàn)度，鼓勵學(xué)生參與科研與企業(yè)產(chǎn)品項目，助力其攻克解決企業(yè)產(chǎn)品實際問題，提升創(chuàng)新研究能力。學(xué)生以制作樣機、發(fā)表論文、申請專利等形式產(chǎn)出研究成果，實現(xiàn)校企聯(lián)合育人，推動產(chǎn)教融合與產(chǎn)學(xué)研深度結(jié)合。

“一中心三層次”研究性教學(xué)設(shè)計的立體化教學(xué)系統(tǒng)模型通過三個層次的逐層遞進(jìn)，構(gòu)建了一個相互支撐的邏輯體系。這一體系能夠從多維度、全過程、深層次和多方位有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力，形成一個融合知識、能力和素養(yǎng)的立體化、柔性化研究性教學(xué)系統(tǒng)，切實落實立德樹人的根本任務(wù)。

1.2 構(gòu)建橫向“以始為終”的研究性教學(xué)設(shè)計

在新工科“金課”背景下，基于OBE理念“以始為終”開展逆向教學(xué)設(shè)計，貫徹“以學(xué)生為中心，教師為指導(dǎo)”的思想。將逆向教學(xué)設(shè)計分為五階段五環(huán)節(jié)，見圖2，即首先選定教學(xué)內(nèi)容，確定可達(dá)成的教學(xué)目標(biāo)及預(yù)期達(dá)成度；打破學(xué)科壁壘，實現(xiàn)各個教學(xué)階段知識體系的“垂直整合”和各個學(xué)科之間知識結(jié)構(gòu)的“水平統(tǒng)整”，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)及預(yù)期目標(biāo)達(dá)成度的不同設(shè)計不同的評估證據(jù)。最后，在明確了預(yù)期結(jié)果和評估證據(jù)后，綜合運用項目驅(qū)動法和問題探究法等多種教學(xué)法，設(shè)計幫助學(xué)生學(xué)習(xí)的教學(xué)活動。其實施過程融合了5個具體的教學(xué)環(huán)節(jié)，見圖2。

2 研究性教學(xué)設(shè)計與多域協(xié)同教學(xué)改革實踐

2.1 優(yōu)化研究性教學(xué)課程目標(biāo)，創(chuàng)新教學(xué)理念

在新工科“金課”建設(shè)與工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，應(yīng)用型本科院校依據(jù)辦學(xué)定位和機械類專業(yè)人才培養(yǎng)方案，針對機械原理課程教學(xué)問題，運用信息化技術(shù)優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)、深化內(nèi)涵。通過設(shè)定研究性教學(xué)目標(biāo)，創(chuàng)新理念，修訂教學(xué)大綱，明確高階性課程目標(biāo)、優(yōu)化內(nèi)容、創(chuàng)新模式、改進(jìn)方法、重構(gòu)評價體系，達(dá)成畢業(yè)要求以支撐培養(yǎng)目標(biāo)，實現(xiàn)“兩性一度”的目標(biāo)。

從專業(yè)建設(shè)和學(xué)生能力建構(gòu)的角度，打破單門課程界限和專業(yè)壁壘，探索課堂內(nèi)外、實踐、學(xué)科競賽與科研項目各環(huán)節(jié)多域協(xié)同共鳴，突出課程目標(biāo)的創(chuàng)新性與挑戰(zhàn)度。構(gòu)建融合知識、能力、素質(zhì)、育人為一體的研究性教學(xué)育人體系，以此落實立德樹人的根本任務(wù)。

2.2 更新研究性教學(xué)內(nèi)容，融入學(xué)科前沿和課程思政

（1）依據(jù)人才培養(yǎng)方案與畢業(yè)要求，重構(gòu)課程內(nèi)容知識結(jié)構(gòu)。構(gòu)建涵蓋基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識、實踐技能及綜合素養(yǎng)的課程體系，保障學(xué)生掌握理論知識與實踐技能。定期更新課程，融入智能制造、AI等機械工程領(lǐng)域前沿成果，如在機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計中，引導(dǎo)學(xué)生運用現(xiàn)代設(shè)計方法與計算機輔助設(shè)計，設(shè)計清洗機器人和仿生鳥機構(gòu)參與比賽。同時，教師將課題項目、研究成果引入教學(xué)，設(shè)置研究性任務(wù)，使課程內(nèi)容契合畢業(yè)要求與人才培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成。

（2）按照“兩性一度”標(biāo)準(zhǔn)，保證課程內(nèi)容一致且具可執(zhí)行性。教學(xué)中注重探究性學(xué)習(xí)，借實踐項目與綜合訓(xùn)練提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。如針對曲柄連桿機構(gòu)中汽車雨刷盲區(qū)問題，采用分組研討法，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維，不僅解決實際工程問題，而且提升學(xué)生實踐創(chuàng)新能力。此外，優(yōu)化課程內(nèi)容，增加創(chuàng)新實踐與研究性內(nèi)容，在課程評價中增設(shè)連桿機構(gòu)與齒輪機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計模塊，鼓勵跨專業(yè)學(xué)習(xí)。

（3）在授課時融入思政元素，構(gòu)建課程思政案例庫，實現(xiàn)思政育人。成立研討小組，通過“課前預(yù)習(xí)+課中案例研討+課后實踐延伸”，將思政教育貫穿育人全程。結(jié)合國家戰(zhàn)略與區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展主題，如綠色制造、產(chǎn)業(yè)升級等熱點話題，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神與大工匠觀，激發(fā)家國情懷與求知欲，實現(xiàn)知識傳授與價值引領(lǐng)結(jié)合，以滿足新時代高校新質(zhì)人才培養(yǎng)需求[11-12]。

2.3 實施研究性教學(xué)與多域協(xié)同教學(xué)模式，數(shù)智賦能教學(xué)改革

2.3.1 更新教學(xué)理念，構(gòu)建研究性教學(xué)模式

基于“以始為終”的逆向教學(xué)設(shè)計理念，構(gòu)建“五個階段五個環(huán)節(jié)”的研究性教學(xué)模式。教學(xué)團隊開展逆向設(shè)計，采用線上線下混合、講授與研討結(jié)合的協(xié)同教學(xué)方式。同時，積極探索“BLOOM 教學(xué)法”“差異教學(xué)法”“混合式教學(xué)”“翻轉(zhuǎn)課堂”等先進(jìn)教學(xué)方法，提升教學(xué)效果[5-8]。機械原理課程研究性教學(xué)與多域協(xié)同教學(xué)改革思路，見圖3。

2.3.2 優(yōu)化資源配置，搭建研究性教學(xué)資源平臺

在教學(xué)資源建設(shè)方面，首先借助學(xué)習(xí)通、大學(xué)MOOC等線上平臺，打造課程數(shù)字化資源平臺，實現(xiàn)線上線下混合教學(xué)。課前發(fā)布預(yù)習(xí)資源試題，課中強化理論教學(xué)，課后組織小組研討，運用項目驅(qū)動法與問題探究法輔助學(xué)生學(xué)習(xí)。構(gòu)建包含機械原理教學(xué)大綱、教學(xué)設(shè)計、自測練習(xí)、案例庫等的研究性教學(xué)資源庫，并完善教學(xué)視頻、知識圖譜、創(chuàng)新作品展示等線上教學(xué)資源，涵蓋學(xué)科與行業(yè)新動態(tài)，滿足學(xué)生多樣化需求。其次，搭建新工科實驗平臺，利用機器視覺和數(shù)字孿生技術(shù)與企業(yè)聯(lián)合開發(fā)線上線下虛實融合的實踐平臺。已建成1個虛擬現(xiàn)實融合機械創(chuàng)新實驗室，在機械原理、機械設(shè)計等專業(yè)課程中開展3個學(xué)期實驗項目，豐富創(chuàng)新實驗課程資源。

2.3.3 積極開辟第二、三課堂，營造多域協(xié)同的研究性教學(xué)環(huán)境

在《機械原理》課程教學(xué)中，為了使學(xué)生深度理解知識原理，從課堂內(nèi)外專業(yè)學(xué)習(xí)、實踐環(huán)節(jié)、學(xué)科競賽、科研項目等方面探索實踐，積極開展第二、第三課堂，形成“人人皆學(xué)、處處能學(xué)、時時可學(xué)”的多域協(xié)同的研究性教學(xué)氛圍。

（1）課堂外拓展延伸：鼓勵學(xué)生跨學(xué)科跨專業(yè)學(xué)習(xí)，在機械類專業(yè)知識中融入工程和非工程內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生在課外鞏固課堂所學(xué)，拓展知識邊界，提升知識的廣度與深度。

（2）實踐教學(xué)革新：構(gòu)建線上線下虛實結(jié)合的機械創(chuàng)新實驗室。為契合新工科對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要求，利用機器視覺和數(shù)字孿生等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建了一個融合研究性和設(shè)計性實驗的綜合實驗體系，與企業(yè)共建的新工科實踐平臺，該系統(tǒng)平臺可進(jìn)行線上學(xué)習(xí)、流程操作及實驗報告提交等功能，提升實驗效率與可控性。同時，借助校友邦和論文管理系統(tǒng)等平臺對校外企業(yè)實習(xí)、課程設(shè)計及畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)進(jìn)行拓展訓(xùn)練管理。

（3）學(xué)科競賽推動：組織學(xué)生參與互聯(lián)網(wǎng)+、挑戰(zhàn)杯、三川杯等創(chuàng)新設(shè)計競賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，通過競賽激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促使其深入思考課程知識。近年來，學(xué)院學(xué)生在這些競賽中斬獲4項二等獎，成功申報2項省級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目。

（4）科研項目引領(lǐng)：引導(dǎo)學(xué)生參與教師的教育廳等科研項目子課題，依托海爾創(chuàng)新實驗室、智能裝備工業(yè)中心等實踐平臺開展科研訓(xùn)練。通過項目化教學(xué)，學(xué)院機械類專業(yè)形成“課內(nèi)項目－課外創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目－科研綜合項目”的遞進(jìn)式項目化教學(xué)模式。

2.4 注重過程性考核，建立多元評價體系

在新工科“金課”背景下，基于OBE 教學(xué)理念，構(gòu)建以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的數(shù)字化教學(xué)評價體系。該體系融合終結(jié)性和形成性評價，建立動態(tài)的全過程評價機制[10-13]。

機制機械原理課程調(diào)整評價比重，增加過程性評價比重至40%（含課堂測試10%、課外創(chuàng)新設(shè)計20%、實驗10%），降低終結(jié)性評價權(quán)重至60%；同時，將學(xué)生參與研討、科研創(chuàng)新活動成果如論文、專利、競賽獲獎情況等，納入過程性評價重要依據(jù)。利用教學(xué)平臺大數(shù)據(jù)，建立多元評價機制，實現(xiàn)考核從結(jié)果向過程、單維度向多維度轉(zhuǎn)變。學(xué)校每學(xué)期開展多主體課程評價，包括督導(dǎo)/專家、同行教師、學(xué)生（滿意度調(diào)查、課程評教）以及第三方評價。各項評價指標(biāo)均值超93%，教學(xué)效果顯著優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)。同時，通過四方監(jiān)督（教師、企業(yè)、學(xué)生、校友），促進(jìn)人才培養(yǎng)持續(xù)改進(jìn)。

3 改革成效與問題解決途徑

基于應(yīng)用型高校機械類專業(yè)“金課”建設(shè)需求，以研究性教學(xué)理論為指導(dǎo)，采用多域協(xié)同培養(yǎng)模式及多樣化教學(xué)方法開展教學(xué)設(shè)計。經(jīng)過近2年研究性教學(xué)實踐，課程取得了顯著成效。實踐過程中也暴露出一些問題，亟待進(jìn)一步優(yōu)化與改進(jìn)。

3.1 改革成效

（1）在課程改革中，課外創(chuàng)新設(shè)計成效顯著。學(xué)生完成連桿機構(gòu)與機構(gòu)組合的創(chuàng)新設(shè)計，產(chǎn)出三維建模、動畫視頻及實物模型，并進(jìn)行約5分鐘的創(chuàng)新成果匯報展示，獲得學(xué)生一致好評。

（2）近2年來，基于研究性教學(xué)設(shè)計模式，學(xué)生積極參與各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐活動。連續(xù)三屆參與“互聯(lián)網(wǎng)+”、挑戰(zhàn)杯、三維數(shù)字化大賽等賽事，斬獲4項省級以上大創(chuàng)項目、5項省級各類學(xué)科競賽獎項。同時，教師團隊成果豐碩，獲批1項校級一流課程、4項校級教改項目，申報3項省廳級科研項目，且雙師型教師占比超85%以上。

3.2 存在問題解決途徑

（1）針對研究性教學(xué)中課程共享、學(xué)分互認(rèn)及第二學(xué)位政策支持不足的問題，教師積極采取應(yīng)對策略。一方面，充分挖掘中國大學(xué)慕課、學(xué)習(xí)通等網(wǎng)絡(luò)平臺的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源；另一方面，加強校際交流，與企業(yè)在課程建設(shè)和人才培養(yǎng)方面深度合作，通過“校－校”“校－企”合作育人模式，落實“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，致力提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。

（2）在師生激勵層面，為更好推動研究性教學(xué)活動，對表現(xiàn)優(yōu)異的學(xué)生，在評優(yōu)評先、獎學(xué)金評定、研究生推免等環(huán)節(jié)給予傾斜；對開展研究性教學(xué)的教師，科學(xué)核算其教學(xué)工作量，在職稱晉升和教學(xué)科研項目立項時予以優(yōu)先支持。此外，注重整合資源，加大經(jīng)費投入，設(shè)立學(xué)生科學(xué)研究、國際研學(xué)等專項計劃，全方位完善研究性教學(xué)保障措施。

4 結(jié)語

研究性教學(xué)與多域協(xié)同教學(xué)改革模式在機械原理課程的實踐應(yīng)用，對提升學(xué)生創(chuàng)新能力、實踐能力和綜合素質(zhì)成效顯著。然而，在教學(xué)實施過程中，仍存在研究性學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計欠佳、線上線下融合不暢以及實訓(xùn)實踐項目與課程學(xué)業(yè)難以平衡等問題，需要進(jìn)一步探究。伴隨人工智能技術(shù)與教育教學(xué)、科學(xué)研究的深度融合，利用數(shù)字化手段賦能人才培養(yǎng)，探索新型教學(xué)模式與未來學(xué)習(xí)方式成為必然趨勢[15-16]。在大力提升本科課程教學(xué)質(zhì)量的時代背景下，應(yīng)用型高校機械類“金課”在教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與教學(xué)模式等方面，仍需持續(xù)改革創(chuàng)新，以更好地適應(yīng)教育發(fā)展需求。

基金項目：2022年河南省本科高校研究性教學(xué)改革研究與實踐項目（2022SYJXLX053）；2024年度河南省高等教育教學(xué)改革研究與實踐重點項目（2024SJGLX0219）；2024年鄭州科技學(xué)院教學(xué)改革項目資助（2024JGYB03）；2024年河南省教育廳高校重點研究項目（24A460023）；2024年鄭州科技學(xué)院教學(xué)改革項目資助（2024JGQN09）；2024年鄭州科技學(xué)院教學(xué)改革重點項目資助（2024JGZD02）；2024年鄭州科技學(xué)院教學(xué)改革重點項目資助（2024JGZD05）。

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