新工科背景下應用型高校機械制造裝備設計課程改革與實踐

張吉軍　衣淑娟　萬霖　王宏立　韓霞

［摘 要］文章基于新工科課程建設要求，分析了應用型高校機械制造裝備設計課程的基本現狀。課程組以本校課程改革為契機，從課程內容體系、教學模式、評價體系、專業興趣培養、課程實踐等方面提出了本課程教學改革策略，分析了實踐改革取得的成效，包括課程新知識體系構建、問題導向式教學、專業文章閱讀及多元化課程評價實踐等方面，為應用型高校同類型課程的改革建設提供必要的參考。

［關鍵詞］新工科背景；應用型高校；機械制造裝備設計；教學改革

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）06-0026-03

新工科是相對傳統工科而言的，是以新經濟、新產業為背景，既要發展建設新型工科專業，也要推動現有工科專業的改革創新[1]。而現有工科專業的改革創新必然離不開工科專業課程的改革、創新與實踐發展。當前，國家支持有特色的高水平地方高校發展，引導部分地方本科高校向應用型轉變，把辦學真正轉到服務地方經濟社會發展上來，轉到產教融合、校企合作上來，轉到培養應用型技術技能型人才上來[1]，并對相應人才培養提出了新要求。因此，應用型高校工科專業課程改革，既要考慮新時代新工科的背景要求，也要結合應用型人才培養質量要求進行創新實踐。

制造業是國家經濟的支柱產業，在社會經濟發展中具有相當重要的地位。而機械制造業又是制造業的核心行業，機械制造業的發展程度在很大程度上取決于機械制造裝備的先進程度。設計開發出更多高端的機械制造裝備就可以在一定程度上有效解決我國制造領域中的諸多“卡脖子”問題。因此，機械制造裝備的設計構成了機械制造裝備研究的核心內容之一?？梢?，機械制造裝備設計課程對機械設計制造方向類專業人才培養具有重要的基礎作用。

課程建設是提高高等教育質量的核心環節[2]，任何教育的最終效果都取決于直接面對學生的課程建設和課程實施過程。當前，應用型高校機械制造裝備設計課程在多數機械設計制造方向的專業課程體系中屬于必修專業課程。該課程涉及知識面廣、實踐性強[3]，對常用機械制造裝備的設計原理、方法、準則要求等進行較系統的介紹，目的在于培養學生的結構設計能力、問題分析能力、工程意識和綠色可持續發展思維等綜合素質，為學生的后續專業學習及未來職業發展奠定必要的基礎。

在新工科背景下，隨著互聯網、物聯網、人工智能、大數據、云計算等新興技術的快速發展，傳統機械制造業必然要向智能制造方向發展，而傳統的機械制造裝備必然要向智能化、服務化、綠色化方向發展。因此，機械制造裝備設計課程的教育教學也必然要緊跟新時代新政策、新技術的發展而不斷持續改進。

一、應用型高校機械制造裝備設計課程的基本現狀

機械制造裝備設計課程作為機械設計制造方向專業的主干課程，在專業人才培養體系中起到了重要的支撐作用。但是目前在應用型高校中，在傳統教學模式下，該課程存在教學內容及教學模式不夠先進、課程知識點較多、教學課時數不足、理論深度較大、實踐條件較弱等問題，不能很好地適應應用型人才培養要求。

（一）教學內容及教學模式偏于傳統，未形成新知識體系

本課程是由有關機床、夾具、刀具等傳統課程內容整合而成的一門綜合課程，因此部分教材的教學內容仍主要以“機床及典型部件設計”“夾具設計”和“刀具設計”內容為主，內容體系不夠先進。隨著互聯網、人工智能和信息技術的迭代升級，一些新技術、新裝備逐步應用在機械制造行業，但教學內容并未及時跟進，關于新技術的課時數偏少，因此需要形成既兼顧傳統又能反映新時代新技術的課程新知識體系。同時，本課程教學仍以傳統講授式為主，課堂互動氛圍不佳，學生興趣不濃，需要進一步持續完善。

（二）知識點比較抽象、理論深度較大

本課程是一門綜合課程，其知識點多、理論較深，還比較抽象，使學生學習有一定難度。而應用型人才培養強調專業應用能力、實用技術的培養，對理論深度不做過高要求，因此需要相應調整本課程的理論深度。

（三）學生工程學術意識、專業興趣的培養不足

興趣是最好的老師。擁有專業興趣和專業能力的學生才能在未來的職業生涯中更好地發揮自己的潛能。因此，應用型人才培養既要注重學生知識應用能力的提升，也要積極發展學生的專業興趣和工程學術意識。然而，本課程目前仍局限在傳授知識、培養裝備設計應用能力上，需要進一步培養學生的專業興趣和學術意識。

（四）課程評價內容、評價形式較單一

由于受傳統教學模式的長期影響，本課程主要以期末考試成績為主來評價學生的學習。這種評價方式注重結果評價、不注重過程評價，評價方法單一、評價理念不先進，難以適應新時代應用型工科人才培養的目標要求，需要持續改進。

（五）課程實驗、實踐條件需要加強，學生實踐能力需要提升

本課程是多門傳統課程整合而成的一門綜合課，課程內容與機械設計制造行業生產緊密相關，具有很強的實踐性。但是由于受資金等多方面因素的制約，本課程的實驗、實踐條件方面都存在不足，比如實驗設備數量和先進性不足，開展的實驗多為驗證性實驗，創新性、綜合性實驗條件缺乏，不利于學生創新思維的培養；課程實踐基地或實踐企業數量不足、與本校合作深度不夠，學生實踐訓練的機會不多，實踐能力提升受到影響。

二、課程改革的具體實施方案

（一）優化課程的內容體系

課程組依據新工科建設要求，對課程知識體系進行優化。在保留“機床及典型部件設計”“夾具設計”和“刀具設計”等傳統內容基礎上，重點將“工業機器人設計”“生產物流系統設計”“機械加工生產線設計”等新技術內容納入課程體系。學界普遍認為“工業機器人技術”課程內容是機械類專業實現新工科目標的有力支撐[4]，因此課程組增加了工業機器人等新技術的教學課時數，縮減了傳統技術課時數。以報告或講座形式介紹人工智能、智能制造、大數據及云計算等前沿技術在機械設計制造領域的應用。努力實現課程新內容體系中傳統技術、新技術和前沿技術的有機結合和動態發展。在課程理論上強調基礎理論，并將之與工程案例相結合，重在培養學生的設計開發能力；簡化抽象原理，強調教學內容的實用性、系統性及先進性。優化后的課程內容既適應新工科背景下的課程體系改革要求，也適應應用型人才培養的要求。

（二）創新課程的教學模式

改變傳統單向講授式的課堂教學模式，以學生為中心，營造師生間、生生間多向互動、開放式的課堂氛圍。師生之間的深度互動是消除師生淡漠關系的有效路徑[5]，是提高課堂活躍度的有效方式?？山栴}引導式課堂，引導學生積極提出問題、思考問題并給出解決問題的方法，培養學生的問題意識，以問題為媒介建立師生間的深度互動。例如在課程實踐中，教師合理設計每一個課程問題，用課程問題將教學各環節連接起來，鼓勵學生回答問題并與教師、同學互相探討。實踐表明，學生的思考積極性得到了提高，課堂氛圍更加活躍。課程組積極探索線下線上相結合的新型教學方式，充分利用互聯網教育新技術、新資源為課程教學服務。

（三）完善課程的評價體系

新工科背景下，傳統的以考試為主的課程評價方式已不能適應新時代課程評價的目標要求。因此，本課程的評價采用考試評價與過程評價相結合的多元化課程評價體系，且二者在課程評價體系中具有同等重要的地位。其中，考試評價主要包括平時小測驗和期末考試，平時小測驗采用開卷或閉卷的方式；過程評價主要考查學生在課程教學過程中參與相關活動或任務的完成情況，其內容是多樣的，可包括但不限于出勤、課堂問答討論、課堂演講、期刊閱讀、大作業、課程實驗、課程論文、課程項目等多方面內容，可依據課程教學要求進行具體設計。課程組利用新的評價體系對學生考試成績和過程評價成績進行分析，得出結論：相對于以考試為主的傳統課程評價方式，多元化課程評價體系提高了課程評價的難度，但是評價穩定性較高[6]，能實現較全面的課程評價。對學生在學習過程中的學習表現、興趣動力、課堂氛圍等方面的綜合分析表明，多元化課程評價有利于激發學生的課程興趣，提高學生的綜合素質，實現課程的良好教學效果。

（四）實施培養學生工程學術意識及專業興趣的期刊閱讀模式

本課程不僅傳遞給學生關于機械制造裝備設計原理與方法的基本知識，培養學生設計開發能力，還在熏陶學生專業興趣和工程學術意識方面發揮積極作用。課程教學中后期，教師依據本課程涉及的主要教學內容，提煉出若干技術關鍵詞，指導學生選擇感興趣的關鍵詞，在中國知網、萬方數據庫或百度文庫等平臺搜索并下載一篇相應的、難度適中的專業期刊論文，要求學生反復研讀、交流、思考，并寫出閱讀報告，這項學習活動作為課程過程評價考核的一部分。從近幾年的教學實踐來看，學生對這一做法反響良好。學生普遍認為：通過閱讀，了解了期刊學術論文的內容、格式和基本要求，培養了基本的工程學術意識；通過閱讀，拓寬了知識視野，深化了課堂學習；通過閱讀，感受到科學研究的不易，產生對學者的崇敬之情；通過閱讀，更深刻地了解了機械專業及課程知識的重要性，對機械專業的地位和影響認識更加清晰，進一步增強了對專業學習的興趣?？梢?，閱讀期刊學術論文能夠拓展學生知識面、培養學生工程素養、提升學生專業興趣、實現課程思政育人，是值得持續完善并長期實踐下去的。當然，為了閱讀實踐活動取得真正實效，就要解決一些實際問題，例如：如何保證學生選擇的學術論文難度適中，具有可讀性；如何保證學生真正讀透學術論文，有所領悟，學有所得，而不是敷衍應付任務；如何合理地評價學生的閱讀實踐活動、起到的激勵作用，等等。解決了這些問題，閱讀實踐活動才能真正取得實效。

（五）加強實驗、實踐教學平臺與基地的建設，拓展產教融合模式

實踐教學在學生的專業素質培養過程中起到了十分重要的作用[7]?；趹眯凸た迫瞬排囵B要求及課程實踐性強的特點，本課程需要加強課程實驗及實踐基地的建設，積極拓展與企業的產教融合合作，為學生實踐能力培養提供強有力的保障。應加強課程實驗投入，配備較先進的綜合試驗設備，大力開展創新型、綜合型實驗訓練。對于有些不容易實現的實驗，可以采用虛擬仿真實驗，因此要加強虛擬仿真實驗平臺的建設或者與其他已經成熟的平臺實現共享，使實驗訓練真正落到實處，促使學生的實驗能力得到真正的提升。要積極開展與設計制造企業的合作，搭建更多實訓基地，保證學生有更多機會深入制造企業，切身感受企業的制造裝備類型、使用方法、先進程度和存在問題，為畢業后機械制造裝備的創新設計提供必要的實際體驗。在校企實訓合作基礎上，探索建立校企合作育人的試驗區，學校提供師生等人才支持，企業提供試驗空間與技術條件，雙方合作解決企業的技術問題或進行技術攻關，為企業進行訂單式人才培養，努力實現校企共贏的產教融合新模式。

（六）鼓勵學生積極參加創新創業設計大賽

為了進一步培養學生的實踐能力和競爭意識，增強學生將本課程所學的設計原理及知識加以實際應用的能力，積極引導學生組成聯合團隊，鼓勵學生在教師指導下，以課程習得的機床設計、機器人設計、生產線設計等制造裝備設計原理為基礎，在虛擬計算機環境下進行機械制造裝備三維結構的自由創新設計。對于綜合評估好的創新設計方案，給予財力支持，幫助學生制造出基本原型機并參加多種創新創業設計大賽，如“互聯網+”創新創業大賽、“挑戰杯”創業大賽、全國三維數字化創新設計大賽、全國大學生機械創新設計大賽等。近兩年的大賽實踐中，學生取得了多項大獎，獲獎層次逐步提高，鍛煉了結構設計能力、軟件應用能力、實踐動手能力和團隊協作能力，培養了一定的創新意識，符合應用型工科人才的實踐要求。目前，由于學生興趣意愿及相關支持條件的限制，參與大賽的學生規模較小，能夠獲得鍛煉的學生較少，因此今后將積極爭取各種支持條件，引導更多學生參與大賽。

三、結語

機械制造裝備設計課程的改革要以新工科建設為指導，在課程內容體系、教學模式、評價體系、專業興趣培養、工程素養培育及實踐教學等方面持續改進，實現其不僅傳授學生專業知識、培養學生專業實踐能力，也培養學生專業興趣和工程學術意識的目標，為培養更多優秀的機械制造裝備設計開發人才提供有力支撐。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 吳愛華，侯永峰，楊秋波，等.加快發展和建設新工科 主動適應和引領新經濟[J].高等工程教育研究，2017（1）：1-9.

[2] 潘懋元，周群英.從高校分類的視角看應用型本科課程建設[J].中國大學教學，2009（3）：4-7.

[3] 王利，楊斌.新工科背景下《機械制造裝備設計》課程教學改革探索[J].輕工科技，2018，34（7）：178-179.

[4] 朱洪前，余皡，鄧旻涯.機類專業“工業機器人技術”課程教學內容初探[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2020（4）：6-7.

[5] 陸國棟.“新工科”建設的五個突破與初步探索[J].中國大學教學，2017（5）：38-41.

[6] 張吉軍，曹龍奎，代洪慶，等.農業高校工程類專業課程多元化評價的實證研究：以黑龍江八一農墾大學工程學院工程類專業為例[J].高等農業教育，2018（6）：59-63.

[7] 王婋，潘琳，朱芳冰，等.新工科背景下人才培養實訓基地建設及思考[J].大學教育，2021（8）：125-127.

［責任編輯：鐘 嵐］