“機械制造技術(shù)基礎(chǔ)”一流本科課程教學(xué)改革實踐

閆世程　胡亞輝　劉婕

［摘 要］ 在新工科背景下，為解決“機械制造技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)內(nèi)容陳舊枯燥、教學(xué)方法固化單一、考核方式簡單落后等問題，提出針對性的課程教學(xué)改革創(chuàng)新方法，革新線下授課知識點，激活項目驅(qū)動式教學(xué)方法，將課程教學(xué)內(nèi)容與課程思政豐富內(nèi)涵完美契合。同時，建立線上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫，開展線上虛擬仿真實驗，深入分析學(xué)生線上學(xué)習(xí)規(guī)律，構(gòu)建以學(xué)生工程實踐能力和科技成果為導(dǎo)向，滿足“持續(xù)提升，閉環(huán)反饋”要求的課程教學(xué)質(zhì)量科學(xué)評價機制，形成線上線下融合式一流本科課程的教學(xué)改革創(chuàng)新模式和課程建設(shè)體系。

［關(guān)鍵詞］ 新工科；機械制造技術(shù)基礎(chǔ)；一流課程；教學(xué)改革

［基金項目］ 2021年度天津市一流本科建設(shè)課程項目“機械制造技術(shù)基礎(chǔ)”；2022年度天津理工大學(xué)教學(xué)研究與改革重點項目“新工科視角下一流專業(yè)人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式研究”（No.ZD22-12GJ）

［作者簡介］ 閆世程（1987—），男，河北辛集人，博士，天津理工大學(xué)講師，主要從事超精密塑性成形加工技術(shù)研究；胡亞輝（1972—），女，天津人，博士，天津理工大學(xué)教授（通信作者），主要從事新材料切削機理研究；劉 婕（1982—），女，河北鹿泉人，博士，天津理工大學(xué)講師，主要從事特種鉆削加工碳纖維增強復(fù)合材料研究。

［中圖分類號］ G642.0［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2023）17-0109-04 ［收稿日期］ 2022-08-09

“機械制造技術(shù)基礎(chǔ)”是高等學(xué)校機械工程及近機類專業(yè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)課，其主要學(xué)習(xí)有關(guān)金屬切削基礎(chǔ)理論、機械制造工藝設(shè)備、機械加工質(zhì)量分析以及機械加工工藝規(guī)程制定等重要內(nèi)容。通過該課程的教學(xué)，使學(xué)生掌握金屬切削原理、機床、切削質(zhì)量分析和工藝路線擬定的基礎(chǔ)知識，具備運用所學(xué)制造知識解決工程實際問題的能力，為實現(xiàn)中國經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展、科技創(chuàng)新和中國制造2025計劃，培養(yǎng)合格的大國工匠打下堅實的基礎(chǔ)［1-3］。

隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的課堂授課模式已經(jīng)難以滿足工程機械行業(yè)發(fā)展、企業(yè)專業(yè)人才需求以及學(xué)生科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)，迫切需要對目前的課堂授課模式進行革新。國內(nèi)高校相關(guān)學(xué)者已從多方面開展對工科專業(yè)傳統(tǒng)課堂授課模式的教學(xué)改革創(chuàng)新研究。吳盡哲將思想政治內(nèi)容融入網(wǎng)絡(luò)授課過程中，提出了一種基于教學(xué)過程和課程思政的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方法。曹宇等［4］針對“機械制造技術(shù)基礎(chǔ)”的直播教學(xué)特點和課程思政內(nèi)涵，提出了“設(shè)計、實踐、評估和改進”的應(yīng)用型本科課程質(zhì)量管控體系，以期達(dá)到線上直播教學(xué)的課程思政育人效果。詹友基等［5］為了滿足新工科背景下對專業(yè)人才更高、更全面的工程能力要求，通過專題案例教學(xué)改革方法開展“機械制造技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革創(chuàng)新，明顯提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能動性和學(xué)習(xí)效果。黃為民等［6］將多元興趣驅(qū)動教學(xué)方法應(yīng)用于“機械制造技術(shù)基礎(chǔ)”課程的教學(xué)改革實踐中，能夠解決教師授課過程枯燥、學(xué)生學(xué)習(xí)主觀能動性差等難題，有效推動機械類專業(yè)基礎(chǔ)課程的高質(zhì)高效教學(xué)。

本文在總結(jié)現(xiàn)有“機械制造技術(shù)基礎(chǔ)”課程存在的主要教學(xué)問題基礎(chǔ)上，為適應(yīng)新一輪科技革命和新工科發(fā)展需求，以一流課程建設(shè)為引領(lǐng)，融合課程思政豐富內(nèi)涵，開展線上線下融合式一流本科課程教學(xué)改革創(chuàng)新與實踐，進行線下項目驅(qū)動式教學(xué)設(shè)計，通過增強生產(chǎn)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)互動，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時整合雨課堂、智慧樹等線上教學(xué)資源庫，開展線上虛擬仿真實驗，構(gòu)建以學(xué)生工程實踐能力和科技成果為導(dǎo)向的工科專業(yè)課程教學(xué)質(zhì)量科學(xué)評價持續(xù)提升機制。

一、“機械制造技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)存在的主要問題

傳統(tǒng)的“機械制造技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)模式為課堂理論授課、觀摩實驗操作、課后提交作業(yè)以及期末閉卷考試。傳統(tǒng)的工科專業(yè)課程授課方式已無法適應(yīng)新工科背景下機械類專業(yè)人才培養(yǎng)的時代要求，存在如下問題亟待解決。

（一）課程教學(xué)內(nèi)容枯燥抽象，教學(xué)方法固化單一，學(xué)生認(rèn)知有限難以建立概念模型

基于傳統(tǒng)工科“填鴨式”課程教學(xué)方式，學(xué)生缺乏對車削刀具、數(shù)控機床、工裝夾具、工藝規(guī)程等“機械制造技術(shù)基礎(chǔ)”課程知識點的形象認(rèn)知，很難理解刀具空間角度與基準(zhǔn)平面之間的關(guān)系、工裝夾具與數(shù)控機床的定位關(guān)系以及機械零部件工藝規(guī)程的制定步驟等。同時，受時間和地域限制，學(xué)生可能無法與教師當(dāng)面交流課程學(xué)習(xí)體會，這會抑制學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的提高，阻礙課程教學(xué)效果的提升。

（二）課程教學(xué)內(nèi)容陳舊落后，難以適應(yīng)新工科時代需求和一流本科建設(shè)要求

課程主要內(nèi)容（諸如車削刀具角度三維模型、滾切斜齒圓柱齒輪原理、加工誤差的正態(tài)分布統(tǒng)計分析以及工藝尺寸鏈計算等）已落伍于機械行業(yè)目前主流技術(shù)發(fā)展，沒能有效融合人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、機器人、云計算等新興技術(shù)內(nèi)容，無法激發(fā)學(xué)生的求知欲和調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)效果差、工程技能生疏，專業(yè)能力不足以勝任工作崗位需求。

（三）課程考核方式過于簡單，缺少過程性評價考核內(nèi)容，試卷分析不足教學(xué)整改不到位

傳統(tǒng)工科專業(yè)課程的考核方式為期末閉卷考試，教師通過卷面分?jǐn)?shù)來判斷學(xué)生課程學(xué)習(xí)效果的優(yōu)劣，這種考核方式存在一定的偶然誤差性，學(xué)生可能由于生理、心理、人為外界因素等造成考試成績不理想，影響對課程教學(xué)的客觀公正評價。這時就需要引入過程性評價考核方式（包括學(xué)生出勤、平時作業(yè)、實驗報告等），從多角度多元化方面進行課程評價，建立一流課程多元化過程性評價機制。

二、新工科背景下“機械制造技術(shù)基礎(chǔ)”線上線下融合式教學(xué)改革與創(chuàng)新實踐

（一）“機械制造技術(shù)基礎(chǔ)”課程線下教學(xué)改革

在新工科背景下，借助“機械制造技術(shù)基礎(chǔ)”獲批天津市一流本科建設(shè)課程的契機，以學(xué)生為中心，旨在提高學(xué)生工程實踐能力和科技成果產(chǎn)出，開展“機械制造技術(shù)基礎(chǔ)”線下教學(xué)改革探索。首先，順應(yīng)新工科時代發(fā)展潮流，更新線下課程授課知識點，將人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、機器人、云計算等新興技術(shù)融入“機械制造技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)內(nèi)容，促進授課方法升級和教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化。比如以數(shù)控機床為例，利用機器學(xué)習(xí)算法模型和智能傳感器等新技術(shù)手段監(jiān)測加工過程中的切削刀、切削熱、主軸和進給電機的功率、電流、電壓等信息，可辨識出加工刀具的受力、溫度、磨損狀態(tài)及機床加工的穩(wěn)定性，并根據(jù)這些狀態(tài)參量實時調(diào)整加工參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速、進給速度）和加工指令，預(yù)判何時需要換刀，以提高加工精度、縮短產(chǎn)線停工時間并提高設(shè)備運行的安全性。其次，課程激活項目驅(qū)動式教學(xué)方法，以大學(xué)生科技立項、“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽等科技創(chuàng)新活動為引領(lǐng)，鼓勵學(xué)生參加科技創(chuàng)新比賽，同時增強生產(chǎn)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的師生互動，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，變被動式教學(xué)為主動式求學(xué)。然后，深刻挖掘“機械制造技術(shù)基礎(chǔ)”課程所蘊含的思想政治教學(xué)資源，領(lǐng)悟課程思政的先進理念和豐富內(nèi)涵，探尋教學(xué)內(nèi)容與課程思政的映射關(guān)系和契合點，將家國情懷、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、個人修養(yǎng)、科學(xué)精神、職業(yè)道德和創(chuàng)新精神等課程思政教育元素有效融合到“機械制造技術(shù)基礎(chǔ)”相關(guān)專業(yè)內(nèi)容教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生樹立和踐行社會主義核心價值觀，努力培養(yǎng)社會主義建設(shè)者和接班人。

（二）“機械制造技術(shù)基礎(chǔ)”課程線上教學(xué)創(chuàng)新實踐

機械專業(yè)課程線上教學(xué)是新工科時代發(fā)展的產(chǎn)物。建立線上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫，在雨課堂、智慧樹、學(xué)習(xí)通等網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)平臺上傳教學(xué)視頻、設(shè)立試題庫、開展答疑解惑、創(chuàng)建期末考試試卷等，同時利用學(xué)唄課堂、廣數(shù)機器人示教編程軟件等進行諸如傳動階梯軸加工、外圓車削、金屬上下料等線上虛擬仿真實驗（如圖1），搭建課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺。同時，深入分析學(xué)生的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，掌握線上教學(xué)規(guī)律，并與線下課堂授課相對照，探索線上線下融合式一流本科課程的教學(xué)改革創(chuàng)新模式和課程建設(shè)體系。

（三）“機械制造技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)質(zhì)量科學(xué)評價持續(xù)提升機制

在總結(jié)“機械制造技術(shù)基礎(chǔ)”課程線上線下混合式教學(xué)改革實踐基礎(chǔ)上，以學(xué)生為中心，兼顧學(xué)生學(xué)習(xí)效果和教學(xué)過程質(zhì)量監(jiān)控等多方面，設(shè)置課程創(chuàng)新設(shè)計實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，通過比較學(xué)生參加科技創(chuàng)新競賽成績、學(xué)生操作工程裝備實踐能力以及學(xué)生科研成果（科研論文、發(fā)明專利、參賽評獎、創(chuàng)新實驗設(shè)計……）等，多維度考察教師的教學(xué)成果和學(xué)生的學(xué)習(xí)成效；同時，在專業(yè)課程教學(xué)過程中推廣先進的OBE教學(xué)理念，利用課程目標(biāo)達(dá)成度計算方法（期末考試成績分析法和評分表分析法）評價課程教學(xué)效果和學(xué)生學(xué)習(xí)成效，查漏補缺，提出具有針對性的教學(xué)改進方式；建立以學(xué)生工程實踐能力和科技成果產(chǎn)出為導(dǎo)向、滿足“持續(xù)提升，閉環(huán)反饋”要求的一流本科課程教學(xué)質(zhì)量科學(xué)評價機制（如圖2）。

結(jié)語

在新工科建設(shè)背景下，本文歸納總結(jié)出“機械制造技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)過程存在的主要問題，并針對性地提出課程教學(xué)改革創(chuàng)新方法，革新線下授課知識點，激活項目驅(qū)動式教學(xué)方法，優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，將課程教學(xué)內(nèi)容與課程思政豐富內(nèi)涵完美契合，引導(dǎo)學(xué)生樹立社會主義核心價值觀；建立線上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫，同時開展線上虛擬仿真實驗，搭建課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，深入分析學(xué)生線上學(xué)習(xí)規(guī)律，探索線上線下融合式一流本科課程的教學(xué)改革創(chuàng)新模式和課程建設(shè)體系；設(shè)置課程創(chuàng)新設(shè)計實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，通過比較學(xué)生工程實踐能力和科技成果產(chǎn)出，評價學(xué)生課程學(xué)習(xí)效果，多方面多維度考察教師的課程教學(xué)成效，建立滿足“持續(xù)提升，閉環(huán)反饋”要求的一流本科課程教學(xué)質(zhì)量科學(xué)評價機制。

參考文獻(xiàn)

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［5］詹友基，許永超，林志熙.基于專題案例的“機械制造技術(shù)基礎(chǔ)”課程案例教學(xué)研究［J］.教育教學(xué)論壇，2020（39）：160-162.

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The First-Class Undergraduate Course Teaching Reform Practice of Machinery Manufacturing

Technology Foundation

YAN Shi-cheng HU Ya-hui LIU Jie

（1.Tianjin Key Laboratory of the Design and Intelligent Control of the Advanced Mechatronical

System， Tianjin 300384， China; 2. National Demonstration Center for Experimental Mechanical

and Electrical Engineering Education， Tianjin University of Technology， Tianjin 300384， China;

3. Maritime College， Tianjin University of? Technology， Tianjin 300384， China）

Abstract：In the context of emerging engineering education， to solve the problems of outdated and boring teaching contents， solidified and single teaching methods as well as backward and uncomplicated assessment modes of “Machinery Manufacturing Technology Foundation” course， this article puts forward targeted curriculum teaching reform innovative methods， including updating offline teaching knowledge points， activating the project driven teaching method and integrating the course content with the rich connotation of ideological and political education. Meanwhile， online course teaching resource database has been established， and online virtual simulation experiments have been conducted. The students online learning rules have been deeply analyzed. The scientific evaluation mechanism of curriculum teaching quality has been constructed guided by students engineering practice ability and scientific and technological achievements， and meeting the requirements of “continuous improvement and closed-loop feedback”. The teaching reform innovative mode and curriculum construction system of online and offline integrated first-class undergraduate course has been formed.

Key words： emerging engineering education; machinery manufacturing technology foundation; first-class course; teaching reform