以“新工科”为导向、以“双一流”建设为背景的机械基础系列课程改革

谢红梅 耿葵花 李竞

摘 要：针对机械基础课程教学中目前存在的主要问题，以新工科为导向，以“双一流”建设为背景，以创新型卓越工程人才培养为核心，对机械基础系列课程（含制图类、力学类、机械设计类、测试控制类等课程）进行系统改革与研究，主要内容包括适应新工科教学理念的师资队伍建设、课程体系优化、课程内容整合、教学平台建设、评价体系改革等。

关键词：新工科;机械基础系列课程;改革与实践

中图分类号：G642.0

文献标志码：A

文章编号：1001-7836（2020）03-0044-03

引言  新一轮科技革命和产业变革正在全世界范围内如火如荼地进行，各个国家综合国力竞争有愈演愈烈的趋势。产业竞争从本质上来说就是工程人才的竞争，工程教育是产业发展的基石，产业发展促进工程教育。在将来很长一段时间，新一轮科技革命和产业变革将与人类社会发展大趋势相叠加，工程进步和创新将成为推动人类社会发展的重要动力，工程教育的创新改革迎来了前所未有的重大机遇。教育部围绕新工科建设也发布了系列相关文件，全力探索工程教育的新模式、新经验，为建设高等教育强国添砖加瓦。

一、广西大学机械基础系列课程改革的必要性

建设“新工科”是国际竞争趋势使然，是国家发展战略需求，也是广西大学“双一流”建设的需要。 “双一流”建设是我国高等教育发展新的里程碑，是现阶段大学发展的主引擎。广西大学是广西唯一一所进入教育部“双一流”建设的大学。在“双一流”建设的新形势下，广西大学提出“五有领军型人才”的培养目标，体现了国家对当代大学生的综合要求，也体现了广西大学的特殊要求。“五有领军型人才”即有社会责任感、创新精神、实践能力、法治意识、国际视野的领军型人才，其内涵与新工科提出的新型工程人才高度契合。

广西大学的“双一流”建设对机械类专业人才培养提出了新的要求，机械类专业作为学校历史最悠久的工程专业之一，在“双一流”和“新工科”建设的双重要求下，必须以新思维、新理念、新方式、新体系、新模式应对新形势，弯道超车，培养能够适应时代和未来变化的高素质工程人才。

在此背景下，机械类专业学生比以往任何时候都需要更厚重的专业基础，才有可能成为具有可持续竞争力的创新型人才。机械基础系列课程，对培养机械类学生的实践能力、创新能能力以及工程意识有着非常重要的作用[1]。通过这些课程，学生从单学科、以掌握自然规律为主的学习逐渐转过渡为多学科交叉、以解决工程实际问题为主的学习，初步具备工程综合和工程应用的能力[1]。机械基础系列课程的教学质量，直接影响机械类学生的培养质量。以“新工科”为导向、以“双一流”建设为背景的机械基础系列課程改革势在必行。

二、以新工科为导向、以“双一流”建设为背景的机械基础系列课程改革的主要内容

（一）建设专兼结合的“双师型”机械基础课程教师团队

1优化机械基础课程教师团队结构

优化教学团队的学历结构、职称结构、专业结构、学缘结构、专兼结构及数量，使之与广西大学机械类专业的招生规模相适应，重点培养中青年教师，使其逐步成为科研教学工作的主力军。

2培养机械基础课程教师团队带头人

由广西大学机械工程学院制定团队带头人选拔方案，选拔并确定培养对象。团队带头人到国内外著名企业参加培训，更新建设理念，提高业务水平。

3提高专业教师工程素质

广西大学鼓励在职教师到校外实训基地或者企业挂职锻炼，要求机械类教师每年抽出一个月左右的时间，深入企业，熟悉生产过程并参与企业科技攻关项目，鼓励教师和企业联合申报课题，多管齐下，全面提升教师工程素质。

4建设兼职师资库

从合作企业的高级工程技术人员中选择专业背景深厚、工作技能拔尖的专家担任学校的兼职教师，并建设兼职师资库。兼职教师走进教学课堂，结合工程实际问题参与课程教学及设计指导。比如在零件图、装配图的表达内容上可以从企业人员的角度，结合机器和零件的制造、装配和加工方法、检验方法、装配结构、工艺结构方面来讲解工程图形应该怎么表达，并对学生的习作进行指导，以提高学生工程实践能力和创新水平[2];企业人员可以把自己的科研成果转化为教学项目和教学案例，将企业最新技术及前沿发展带到学校使课堂教学与企业生产对接，使学生及时了解和掌握行业企业最新的技术和热点，激发学生的学习兴趣，提高学生的实际应用能力和工程素质[3]。

（二）建立新工科课程体系

广西大学现行机械基础课程体系存在各门课程以学科自成体系，只注重向学生传授基础理论知识，而忽略了工程意识和创新能力的培养，很多学生学习系列课程后，依然不知道零件的设计过程、制造过程以及零件组装成机器的过程[4]。

为克服以上弊端，以设计机器的一般程序（计划→方案设计→技术设计→技术文件编制）为主线，重新优化机械基础系列课程。设计是人类创造未来的主动思维和创造行为，选择设计机器的一般程序作为机械基础系列课程教学内容的工程主线，可以打破各门课程相互封闭的学科界限，构建科学合理的教学内容框架[4]。

机械基础理论课程体系含理论课程体系和实践课程体系，主要改革思路如下：

1理论课程体系

以能力链为导向，强调多学科交叉，强调课程之间的衔接融合，突出学生的能力培养，明确每门课程在培养学生工程意识和创新能力方面所承担的任务，建立以培养学生的工程意识和创新能力为主线的新工科课程体系。机械制图、计算机绘图等课程主要培养学生的工程表达能力，机械原理机械设计等课程主要培养学生的创新设计能力，工程材料、机械制造技术等课程主要培养学生的工程实践能力等。

2实践课程体系

优化后的机械基础系列课程实践体系是基于工程能力培养的分层次、模块化的实践教学体系，如下图所示。基础层着眼于学生基本技能的训练，以锻炼其工程设计及制造能力;提高层要求学生在工程实践能力的提升过程中进一步掌握工程设计、专业技术及工程伦理等方面的精髓;创新层则自始至终扎根于整个实践教学过程，以学生为主体，以研究性学习和个性化培养为方法，致力于推动学生创新设计能力、综合设计能力与工程实践能力的全面提升[5]。

（三）及时更新课程内容

由于教学大纲和教材具有一定的滞后性，机械基础系列课程的教学内容普遍过于陈旧，与当代机械工程技术发展现状出现较明显的脱离。随着学生需求越来越个性化，教学内容不断增多，难度加大。教师自身知识结构需要随着时代的发展和课程变革而不断更新，使自己成为学生学习的领航者、学生未来发展的预测者、信息资源的整合者。机械基础系列课程教师应该将机械学科近些年新出现的科学理论、研究方法、发明创造、科技创新成果，及时贯彻到教学内容中去[6]。

（四）线上线下、虚实结合丰富教学手段和教学方法

1实施“翻转课堂”，实现“以学生为中心”的转变

依托广西大学校园数字化教学平台，探索并实施“翻转课堂”，将学习的决定权从教师转移给学生。教师将教学小视频以及其他学习资源发布在学习平台上，进行课前知识传递，学生可以通过网上教学资源库提前预习关键知识点，还能在网络上向教师请教或者同学间互相讨论。在课堂教学中，教师则采用讲授法和协作法来满足学生的个性化需求，课后，学生根据数字化教学平台上的思考题、作业题自定学习内容和学习节奏，拓展和巩固知识。

2开展“MOOC课堂”，实现随时随地学习

MOOC课堂是运用现代信息技术探求课程课堂教学模式变革的又一新举措。慕课能够利用“网络教研”异地同步、实时互动的特点，让不同学校同时接受优秀教师的课程教学，实现优质资源共享。积极开发制作具有区域特色、学科特色的慕课，同时利用网上优质慕课资源，使学生从被动的、公共化的学习模式向主动的、个人化的模式转变。

3构建并拓展机械基础课程虚拟仿真实验平台，虚实结合提高学生的动手能力

依托广西大学国家级机械工程虚拟仿真实验教学中心，构建并拓展机械基础课程虚拟实验平台，开设由《机械制图》《计算机绘图》《理论力学》《材料力学》《机械原理》《机械设计》等基础课程整合的“机械设计基础实验”[7]。

互联网环境下的“虚实结合”实验，综合运用虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库以及网络通讯等先进技术，逼真地模拟符合工程实际的操作实景，帮助没有工程实践经验的学生有如身临生产一线地了解零件加工和制造、部件装配、工艺结构和作用等知识，以提高学生的动手能力和空间想象能力，激发其创新意识。“虚实结合”实验可以达到普通实验不具备或难以实现的教学效果，使学生在开放、自主、交互的虚拟环境中开展安全、高效且绿色经济的实验。

在虚拟实验平台，学生可以学习典型零部件（齿轮泵和减速器）的测绘、绘制、设计，可以在虚拟环境中观察典型零部件的装配和运动情况。虚拟实验平台还配备虚拟模型库，供学生虚拟装配。所谓的虚拟装配是根据产品的形状特征、 精度特性， 真实地模拟产品的三维装配过程， 并允许用户根据需要控制产品的三维装配， 还可以通过运动仿真模拟机器的运动过程，验证设计的可行性。这样可以避免加工后产品运动不协调，无法达到使用要求的情况，节约工程成本。

4校企协同共建协同育人平台

依托广西国有企业和龙头企业，校企协同共建“协同育人平台”，建立“校中厂”和“厂中校”，深入开展校政企行多元互动融合的新工科教学模式的探索与实践，与政府、相关行业、企业、国内名校、国际名校在资源共享、人才培养模式改革、产学研基地建设、课程建设、教材建设、师资队伍建设、实习实践模式改革、创新创业模式改革等方面开展多种形式的深度合作与互动，营造新工科模式的学习环境。

5建立新工科导向的进程式课程评价方式

课程的评价有三个方面：一是对学生学习过程的评价，二是对教师教学态度和授课质量的评价，三是课程目标达成度的评价。這些评价结果，要及时反馈给教师和学生，以帮助教师和学生更好地了解自己在教学和学习过程中的长处与不足，有针对性地采取改进措施，发挥其在新工科教学新模式中的重要导向作用。

新工科的课堂教学模式以学生为中心，注重学生的自学能力和应用知识解决问题的能力。因此，课程的考核不能像传统的方式那样忽略学习的过程，只以考试论英雄，而是要改进课程考核方式，探索课程的多种类考核方法，使考试成为继续学习的中间环节，使教师和学生能够根据进程了解学习情况，实现进程式评估。

结束语

机械基础课程的改革一直以来从未被忽视过，它们始终是改革的热点，但以机械基础系列课程进行综合性整体性改革的案例并不多见，以往的改革多以其中一两门课程居多。新工科理念至2017年2月首次提出以来，至今才历时2年多，是高等工程教育的新事物、新理念，将这个新理念运用于地方性“双一流”高校的机械基础系列课程的改革乃属于全新的探索。广西大学机械基础系列课程的改革采用虚实结合、线上线下的方式融通两个平台，开发多种课堂形式，改变传统的教学模式，通过设置不同情境的教学课堂，激发学生自主学习的能力，加强学生创新意识和工程能力的培养，其教学模式和教学手段是一个综合创新的尝试。

参考文献：

[1]于晓红，许纪倩，翁海珊，陈键，樊百林.机械基础课程改革初探[J].中国大学教学，2002（1）：30—32.

[2]李竞，蒲明辉，卢煜海.基于校企协同育人模式的《机械制图》课程教学改革与实践[J].教育教学论坛，2016（6）：111—112.

[3]耿葵花，黄江，陈远玲，黄豪中.全程互动协同育人教学改革之过程互动——以广西大学机械工程学院为例[J].大学教育，2017（3）：141—144.

[4]田正琳，周长江，刘子建.机械基础课程群研究性教学的新模式与实践[J].长沙铁道学院学报：社会科学版，2012（12）：96—98.

[5]周邵萍，新工科愿景下工程教育的改革之路——过程装备与控制工程专业的发展历程与改革设想[J].化工高等教育，2017（8）：27—33.

[6]吴建刚.机械基础类课程教学内容创新研究[J].劳动保障世界：理论版，2013（10）：76—77.

[7]蒙艳玫，唐治宏，董振.机械工程虚拟仿真实验教学体系的研究与实践[J].实验技术与管理，2016（5）：109—112.