新工科背景下校企聯合課程思政智慧教學探索

甘國強 李萍 薛克敏 嚴思梁

摘? 要：圍繞“培養什么樣的人，怎樣培養人，為誰培養人”這個根本問題，自黨的十八大以來就提出了“要把立德樹人作為教育的根本任務，培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人?！被趯戏使I大學“材料成形數值模擬”課程現狀的分析，針對存在的學時短、信息量大、課堂抬頭率低、思想政治教育教學薄弱等問題，引入翻轉課堂教學思想和雨課堂智慧教學工具，將學校課堂與企業生產現場相結合進行教學改革，深入挖掘工匠精神、責任意識、愛國情懷等課程思政元素，實現線上線下同步教學，設計了基于雨課堂的混合式教學課件，并對比分析了該教學模式與傳統教學模式的差異，且以此為基礎，面向學生進行了課堂教學達成度的問卷調查和分析。分析結果顯示：校企聯合教學，以企業生產實例為引，融入課程思政元素，極大地提升了學生的專業認知和課堂積極性，讓學生從實踐中提出問題，從實踐中解決問題，極大地解決了學生抬頭率低、參與熱情低的問題，使教學效果和學生積極性大幅提高，而且提升了學生的愛國情懷和責任意識，也為后續本模式在其他工科專業課程的推廣奠定了基礎。

關鍵詞：翻轉課堂;數值模擬;雨課堂;課程思政;生產現場

一、引言

隨著航空航天技術、計算機技術的發展和工業4.0智能制造的提出，以及新時代下新工科的建設要求，計算機輔助智能設計及智能制造日益顯得重要[1][2][3][4][5]。計算機仿真技術作為解決工程實際問題的有效手段，已成為技術開發的重要工具，因此為了讓學生更好地開展工藝分析及科研工作，結合專業特點快速掌握數值模擬方法迫在眉睫。隸屬于機械類的材料成型控制工程專業實踐性強，涉及到鑄造、焊接、鍛壓三個方向，學生畢業后就業面廣，且制造行業迫切需要高校培養出工程基礎厚、動手能力強的高素質科技人才隊伍，且科技人才是我國建設科技強國，提高國際競爭力的核心力量。因此，以立德樹人為根本任務，在工科院校內推行“課程思政”，培養學生的科學精神品質，獻身科技領域的精神動力直接關乎國家的前途與命運[6]。

因此如何根據學科特點建立合理的課程教學體系，培養具備較強工程能力并為國家服務的新工科人才，是目前材料成型控制工程專業教育的重要內容之一。其中“材料成形數值模擬”課程具有學時短（16學時的理論課+16學時上機課）、信息量大（鑄鍛焊三個方向不同產品工藝流程及模擬軟件使用方法）等特點，存在課堂抬頭率低、思想政治教育教學薄弱的問題。因此急需在教學方法和手段方面進行改革，為努力適應新工科要求、打造具備“工程基礎厚、工作作風實、創業能力強、愛國情懷深”的高素質創新型人才奠定基礎。

二、理論及方法

針對“材料成形數值模擬”課程中存在的問題，將學校課堂與企業生產現場相結合，引入翻轉課堂教學方法和雨課堂智慧教學手段，重新設計教學方案，以企業生產工程實例為引，發掘課程思政元素，調動學生主觀能動性，切實提高學生解決工程問題的能力和愛國情懷，這符合新時代下教育部提出的立德樹人為教育根本任務的教育思想和新工科多樣化教學模式、考核方式和教學質量持續改進機制的要求。

（一）課程思政

圍繞“培養什么樣的人，怎樣培養人，為誰培養人”這個根本問題，自十八大以來我黨就提出了“要把立德樹人作為教育的根本任務，培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人”“要堅持把立德樹人作為中心環節，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現全程育人、全方位育人”等要求[7]。而課程思政是指圍繞立德樹人目標任務，通過開發各門各類課程的思想政治教育功能，實現各類課程與思想政治理論課同向同行、協同育人的一種教育理念[8]。這一理念的提出深刻回答了新時代“如何實現立德樹人”這個根本理論問題，系統回答了此前高校思想政治工作面臨的各種實踐問題[9]。

教育部指出，目前我國高校教師隊伍中專業課教師占比80%，課程中專業課程占比80%，而學生投入專業課程學習的時間也占總學習時間的80%，可見專業課在思想政治教育方面大有可為，因此專業課教師在思想政治教育、培育時代新人方面責無旁貸。而且專業課教師與學生之間具有天然的親密關系 [10]。因此以“立德樹人”作為根本任務和出發點，實施課程思政已成為高等教育改革的主要方向之一。

（二）翻轉課堂

所謂翻轉課堂，是指教師創建視頻，學生通過登錄互聯網在線觀看網絡視頻中教師的講解，完成任務清單中學習任務，課堂上師生面對面交流、答疑和完成作業等活動的一種教學模式[11][12][13]。翻轉課堂顛覆了傳統“學生+教師”的教學模式，其課堂重心向學生轉移，課堂上師生互動、答疑時間占比增加，且通過引入精巧的教學視頻等手段借助于學習平臺可實現學生自主學習和精準輔導，大大提升教學效果[14]。

關于翻轉課堂，最早是由喬納森·伯格曼和亞倫·薩姆斯于2011年基于多年的翻轉課堂教學經驗出版了專著《翻轉你的課堂：時刻惠及課堂上的每位學生》中提出的。作者通過自己的親身經歷與廣大讀者分享了翻轉課堂的實踐經驗和理論總結[15]。當前有關翻轉課堂的研究涉及醫學、經濟學、數學、機械工程等不同學科，其主要議題集中在翻轉課堂的教學設計與實施策略、翻轉課堂的理念及一般特征、翻轉課堂與傳統課堂的對比研究等方面[16][17]。如將翻轉課堂模式分為杰姬·格斯丁環形翻轉課堂模式，羅伯特·陶伯特翻轉課堂模式，曾貞翻轉課堂模式，太極環式模型[18]。從現有研究可以看出翻轉課堂能夠為教學帶來一系列的轉變，包括學生學習主動性的提升以及專業知識能力的掌握;培養學生批判性思維、人際交往能力和解決問題的能力，為新時代背景下培養學生創新創業能力打下基礎[19]。

（三）雨課堂智慧教學工具

在智慧教學輔助工具方面，由清華大學研發的雨課堂具備明顯的優勢。雨課堂智慧教學工具只需要PPT和微信就可以實現多屏互動、彈幕答疑、數據分析等功能，且提供多維度、全方位數據支持，可運用在課前預習、課堂、課后作業等所有階段，具有使用便捷、輕量化的特點，能較大程度滿足高校教師與學生的使用需求。自2016年4月雨課堂正式發布開始至今，目前全國已有超過兩萬多個課堂教學正在借助這個工具開展教學。借助雨課堂，教師可以在課外推送公告、視頻、語音、課件等到學生端，課內利用信息推送、實時互動等小工具進行師生間課前、課中、課后的有效聯系和溝通[20][21][22]。

例如首都師范大學、蚌埠學院的朱永梅、李妍[23]等人以“多媒體創作基礎及應用”課程為例，構建了“項目活動+活動混合+評價混合”相結合的基于雨課堂的深度學習模式，分析了基于雨課堂的深度學習模式的應用效果;鄭州大學張善鋒、金國平等人[24]將雨課堂運用到生物化學實驗課教學中，結果表明雨課堂教學的學生成績均高于對照組學生成績，說明雨課堂教學顯著提升了教學效果。而且在新冠肺炎疫情期間，作者基于雨課堂開展了線上教學，教學效果相對于單純的線下教學效果有明顯提升。

（四）校企聯合課堂教學方法

校企聯合課堂教學方法是指在學校線下教學課堂中在線視頻連線企業研發技術人員，基于企業生產現場介紹鑄造、鍛壓、焊接方向的工藝流程、設備構成、模具結構、零件要求等專業知識，并在線提出問題讓學生現場或課后思考解答的教學方法，讓學生切實將理論和實踐相結合。校企合作是開展實踐育人工作的重要載體，可加強學校課堂與社會需求之間聯系，可提高大學生實踐能力和創新創業能力，促進新工科建設，提升學生對專業的認知度，提高學生職業責任感，加深愛國主義情懷。本課程深入分析材料成型及控制工程專業對鑄造、鍛壓、焊接方向知識、能力、技能與綜合素質等要求，以應用型愛國人才培養為目標，從課程大綱設置、教學課件設計、評價體系、課程思政等方面，調整課程教學方法，以提高學生的實踐能力和社會適應能力，實現從注重理論知識傳授向專業能力和素質的轉變，形成以鑄鍛焊工藝為主，相關模具設計為輔，理論知識和工程問題、需求相結合的課堂教學模式[25][26][27]。

三、“材料成形數值模擬”課程校企聯合課程思政教學實施

針對目前“材料成形數值模擬”課程教學中信息量大、學時短的問題，從以下幾點展開并制定解決方案，方案分為準備設計階段、在線階段、效果分析階段和總結四個階段，并將課程思政元素貫穿整個方案，具體方案如圖1所示：

（一）準備設計階段（通過軟件介紹引入課程思政元素）

為盡可能滿足學生的就業需求和科研需求，適時選擇多種材料成型常用分析軟件，為學生構建內容豐富的“軟件倉庫”，軟件倉庫包括ABAQUS，DEFORM，PROCAST，DYNAFORM，MOLDFLOW等鑄、鍛、焊三個方向的數值模擬軟件[28][29][30][31]，學生可結合自己的興趣特長、創新項目課題方向等進行針對性學習。為了提高學生課堂學習效率和提升學習效果，要求學生在課前登錄雨課堂智慧教學工具對課程涉及軟件進行簡單的了解，并結合自己興趣和方向選擇合適的軟件進行課堂及課后學習。

數值模擬翻轉課堂課程設計——材料成型專業數值模擬課程涉及到鑄造、鍛壓、焊接三個方向，為保證翻轉課堂的順利實施，需對其進行教學設計并制作相對應的多媒體資源。課程設計主要包括數值模擬課程內容分析、課程目標分析、課程思政元素挖掘、連線企業工藝視頻制作等內容，對課程每一章節的教學流程、各環節討論及課后評價體系等進行設計。

借鑒太極環式翻轉課程模式[32]，翻轉模式圖如圖2所示，基于企業生產現場和雨課堂智慧教學工具總共分為四個階段，各階段具體內容如下：

1.準備階段：該階段教師要結合專業培養目標完成對數值模擬課程翻轉課堂的教學設計工作。主要工作是基于專業培養目標對教學目標、對象和內容進行分析，并結合企業特點，設計教學動畫、課堂互動內容、挖掘課程思政元素、雨課堂內容搭配及授課PPT等。課程思政主要體現在通過國內外軟件介紹引入軟件核心技術差距對我國國防發展及民生行業的影響，培養學生家國情懷。

2.線下智慧教學階段：該階段基于雨課堂智慧教學工具讓學生通過觀看軟件介紹、工藝視頻、完成雨課堂線下推送問題等，實現對課程內容的簡單記憶和理解。以讓學生掌握“網格劃分”為例，讓學生知道網格劃分是什么，如何定義和判斷;了解網格單元密度、網格質量好壞等知識;以及用網格劃分規則來判斷網格合理性;在該階段，學生借助視頻等對網格劃分進行了初步的理解，并根據企業連線課堂對比工程實際中網格劃分的應用。

3.課堂準備階段：在課堂準備階段，學生應圍繞教師課前上傳至雨課堂的視頻和提出的相關問題，利用圖書館、網絡等資源來進行相關的課堂準備，對所上課堂內容和相關企業及其工藝有一定程度的了解，對相關問題能給出較為正確的解決方案，并能及時地給予反饋，完成課后教師線下布置的作業和相關問卷調查等任務。

4.評價階段：評價階段是檢驗線下階段以及準備階段成果的階段，目的是發現前期階段的不足，從而實現進一步的完善。評價階段，學生通過雨課堂智慧教學工具提交各類成果（作業、報告、評測表等），并依托雨課堂對學習過程和學習結果進行交流和評價。如在對有限元網格劃分的學習過程中，學生可結合理論和企業案例進行分析總結，提升實際解決問題的能力。本階段評價包括對教師教學設計的評價、學生對教學效果的評價以及教師根據評測表對學生對數值模擬及工藝知識理解和掌握能力的評價，為逐步完善學生所學知識內化過程和提升教師授課水平提供支持。

（二）在線及效果分析階段（以工藝引入課程思政元素）

結合企業在線現場連線和雨課堂智慧教學工具進行案例教學，加強與學生的互動，以企業工程實例為引，加入課程思政元素，加深對專業知識的認知，提高解決工程問題的能力，培養學生安全意識和職業責任意識，并對教學效果進行評價。

以鑄鍛焊三個方向典型工藝為主，結合工程實例問題和翻轉課堂教學方法進行針對性教學。例如鍛造體積成形以DEFORM為主，體積成形方法為模擬對象進行互動講解，以企業中的十字軸鍛造實際生產現場作為企業在線課堂內容，介紹鍛造工藝及企業存在的問題供學生思考，并結合課堂上的成形過程模擬動畫，加深學生對專業知識的認知并提高學生實際綜合運用能力，在講授過程中通過引入國產殲20涉及的體積成形技術，培養學生工匠精神，提升愛國情懷;同理，板料成形以DYNAFORM為主，以汽車覆蓋件成形問題為例，以汽車車門沖壓生產現場相結合，以蔚來汽車全鋁車身引入課程思政;鑄造以PROCAST為主，以大型鑄鋼件鑄造問題為例，以企業中發動機缸體生產現場相結合，以國產盾構機及三峽大壩轉子引入課程思政;焊接以ABAQUS為主，以攪拌摩擦焊為例，以不銹鋼拼焊板生產現場相結合，進而提高學生解決工程問題的能力。以DEFORM體積成形講授為例，表1為基于雨課堂智慧教學工具運用翻轉課堂教學思想構成的教學過程表，詳細列出了如何結合企業生產現場和雨課堂智慧教學工具體現翻轉課堂思想及學時分布，從表1可看出，該教學模式將重心偏向學生，以課程思政為線，更加注重課堂互動和課程質量的管控，加強理論、實踐、思想政治教育的結合，使學習效率和效果得到大大提升。

（三）總結階段（根據仿真發展案例引入課程思政元素）

根據評測結果，彌補缺點，進一步提升教學質量。將企業生產現場課堂在線跟翻轉課堂教學方法引入課程教學過程中，課程結束后對其教學效果由學生通過雨課堂教學工具進行評測，并與其他課程進行對比，總結經驗，發揮優點，彌補缺點。根據評測結果，針對相關問題進行改進，通過改進教學方法和完善課程設計，進一步提升教學效果，并通過我國仿真技術的發展案例介紹，加強學生愛國信念和專業接受度。

四、“材料成形數值模擬”課程智慧教學效果分析與結論

該方案自2016屆開始至今，經過三年不斷的完善，以2018屆為例，教學前后實施效果統計及評級結果如表2所示，從教學后的評價分析表可以看出，基于校企聯合教學，將翻轉課堂通過雨課堂智慧教學工具和課程思政元素引入《材料成形數值模擬》課程前后進行對比后發現，由于通過短小精悍、教學信息明確的教學視頻、課堂互動力度的加大、翻轉課堂教學理念的引入以及課程思政元素的植入，以實際工程問題為導向，以企業實際生產現場為輔助平臺，上課重心“以教師為中心”向“以學生為中心”的模式轉變大大調動了學生學習主觀能動性和創新能力，使本課程教學效果顯著提升，效果對比圖如圖3所示。該模式運用后各項指標達成度大大提升，說明本文中基于企業生產現場結合雨課堂智慧教學工具的翻轉課堂教學模式合理可行，更加符合教學計劃中的培養目標，培養真正適合現代社會所需的高級工程技術人才，也為后續本模式在其他類似課程如《CAD/CAM基礎》等課程的推廣奠定了基礎。

總之，由于制造業信息化、智能化程度的不斷提高和發展，隨著教育立德樹人根本任務的回歸，企業對高校機械類專業人才培養的傳統模式提出了新的要求。教師的職責不僅僅是傳授學生知識，而且要從激發學生的學習熱情、學習主動性出發，順應企業、社會需求，加強思想政治教育建設，培養出德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人。

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作者簡介：甘國強，合肥工業大學材料科學與工程學院講師;李萍，合肥工業大學材料科學與工程學院教授、系書記;薛克敏，合肥工業大學材料科學與工程學院教授;嚴思梁，合肥工業大學材料科學與工程學院講師。

*基金項目：本文系合肥工業大學材料科學與工程學院教改基金“翻轉課堂結合網絡多媒體在材料成形數值模擬教學中的應用”（項目編號：2019CLXYJY01）成果;合肥工業大學“課程思政”教學改革示范課程2019課程思政-鍛造工藝及模具設計資助成果。