新工科背景下校企联合课程思政智慧教学探索

甘国强 李萍 薛克敏 严思梁

摘  要：围绕“培养什么样的人，怎样培养人，为谁培养人”这个根本问题，自党的十八大以来就提出了“要把立德树人作为教育的根本任务，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。”基于对合肥工业大学“材料成形数值模拟”课程现状的分析，针对存在的学时短、信息量大、课堂抬头率低、思想政治教育教学薄弱等问题，引入翻转课堂教学思想和雨课堂智慧教学工具，将学校课堂与企业生产现场相结合进行教学改革，深入挖掘工匠精神、责任意识、爱国情怀等课程思政元素，实现线上线下同步教学，设计了基于雨课堂的混合式教学课件，并对比分析了该教学模式与传统教学模式的差异，且以此为基础，面向学生进行了课堂教学达成度的问卷调查和分析。分析结果显示：校企联合教学，以企业生产实例为引，融入课程思政元素，极大地提升了学生的专业认知和课堂积极性，让学生从实践中提出问题，从实践中解决问题，极大地解决了学生抬头率低、参与热情低的问题，使教学效果和学生积极性大幅提高，而且提升了学生的爱国情怀和责任意识，也为后续本模式在其他工科专业课程的推广奠定了基础。

关键词：翻转课堂;数值模拟;雨课堂;课程思政;生产现场

一、引言

随着航空航天技术、计算机技术的发展和工业4.0智能制造的提出，以及新时代下新工科的建设要求，计算机辅助智能设计及智能制造日益显得重要[1][2][3][4][5]。计算机仿真技术作为解决工程实际问题的有效手段，已成为技术开发的重要工具，因此为了让学生更好地开展工艺分析及科研工作，结合专业特点快速掌握数值模拟方法迫在眉睫。隶属于机械类的材料成型控制工程专业实践性强，涉及到铸造、焊接、锻压三个方向，学生毕业后就业面广，且制造行业迫切需要高校培养出工程基础厚、动手能力强的高素质科技人才队伍，且科技人才是我国建设科技强国，提高国际竞争力的核心力量。因此，以立德树人为根本任务，在工科院校内推行“课程思政”，培养学生的科学精神品质，献身科技领域的精神动力直接关乎国家的前途与命运[6]。

因此如何根据学科特点建立合理的课程教学体系，培养具备较强工程能力并为国家服务的新工科人才，是目前材料成型控制工程专业教育的重要内容之一。其中“材料成形数值模拟”课程具有学时短（16学时的理论课+16学时上机课）、信息量大（铸锻焊三个方向不同产品工艺流程及模拟软件使用方法）等特点，存在课堂抬头率低、思想政治教育教学薄弱的问题。因此急需在教学方法和手段方面进行改革，为努力适应新工科要求、打造具备“工程基础厚、工作作风实、创业能力强、爱国情怀深”的高素质创新型人才奠定基础。

二、理论及方法

针对“材料成形数值模拟”课程中存在的问题，将学校课堂与企业生产现场相结合，引入翻转课堂教学方法和雨课堂智慧教学手段，重新设计教学方案，以企业生产工程实例为引，发掘课程思政元素，调动学生主观能动性，切实提高学生解决工程问题的能力和爱国情怀，这符合新时代下教育部提出的立德树人为教育根本任务的教育思想和新工科多样化教学模式、考核方式和教学质量持续改进机制的要求。

（一）课程思政

围绕“培养什么样的人，怎样培养人，为谁培养人”这个根本问题，自十八大以来我党就提出了“要把立德树人作为教育的根本任务，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人”“要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人”等要求[7]。而课程思政是指围绕立德树人目标任务，通过开发各门各类课程的思想政治教育功能，实现各类课程与思想政治理论课同向同行、协同育人的一种教育理念[8]。这一理念的提出深刻回答了新时代“如何实现立德树人”这个根本理论问题，系统回答了此前高校思想政治工作面临的各种实践问题[9]。

教育部指出，目前我国高校教师队伍中专业课教师占比80%，课程中专业课程占比80%，而学生投入专业课程学习的时间也占总学习时间的80%，可见专业课在思想政治教育方面大有可为，因此专业课教师在思想政治教育、培育时代新人方面责无旁贷。而且专业课教师与学生之间具有天然的亲密关系 [10]。因此以“立德树人”作为根本任务和出发点，实施课程思政已成为高等教育改革的主要方向之一。

（二）翻转课堂

所谓翻转课堂，是指教师创建视频，学生通过登录互联网在线观看网络视频中教师的讲解，完成任务清单中学习任务，课堂上师生面对面交流、答疑和完成作业等活动的一种教学模式[11][12][13]。翻转课堂颠覆了传统“学生+教师”的教学模式，其课堂重心向学生转移，课堂上师生互动、答疑时间占比增加，且通过引入精巧的教学视频等手段借助于学习平台可实现学生自主学习和精准辅导，大大提升教学效果[14]。

关于翻转课堂，最早是由乔纳森·伯格曼和亚伦·萨姆斯于2011年基于多年的翻转课堂教学经验出版了专著《翻转你的课堂：时刻惠及课堂上的每位学生》中提出的。作者通过自己的亲身经历与广大读者分享了翻转课堂的实践经验和理论总结[15]。当前有关翻转课堂的研究涉及医学、经济学、数学、机械工程等不同学科，其主要议题集中在翻转课堂的教学设计与实施策略、翻转课堂的理念及一般特征、翻转课堂与传统课堂的对比研究等方面[16][17]。如将翻转课堂模式分为杰姬·格斯丁环形翻转课堂模式，罗伯特·陶伯特翻转课堂模式，曾贞翻转课堂模式，太极环式模型[18]。从现有研究可以看出翻转课堂能够为教学带来一系列的转变，包括学生学习主动性的提升以及专业知识能力的掌握;培养学生批判性思维、人际交往能力和解决问题的能力，为新时代背景下培养学生创新创业能力打下基础[19]。

（三）雨课堂智慧教学工具

在智慧教学辅助工具方面，由清华大学研发的雨课堂具备明显的优势。雨课堂智慧教学工具只需要PPT和微信就可以实现多屏互动、弹幕答疑、数据分析等功能，且提供多维度、全方位數据支持，可运用在课前预习、课堂、课后作业等所有阶段，具有使用便捷、轻量化的特点，能较大程度满足高校教师与学生的使用需求。自2016年4月雨课堂正式发布开始至今，目前全国已有超过两万多个课堂教学正在借助这个工具开展教学。借助雨课堂，教师可以在课外推送公告、视频、语音、课件等到学生端，课内利用信息推送、实时互动等小工具进行师生间课前、课中、课后的有效联系和沟通[20][21][22]。

例如首都师范大学、蚌埠学院的朱永梅、李妍[23]等人以“多媒体创作基础及应用”课程为例，构建了“项目活动+活动混合+评价混合”相结合的基于雨课堂的深度学习模式，分析了基于雨课堂的深度学习模式的应用效果;郑州大学张善锋、金国平等人[24]将雨课堂运用到生物化学实验课教学中，结果表明雨课堂教学的学生成绩均高于对照组学生成绩，说明雨课堂教学显著提升了教学效果。而且在新冠肺炎疫情期间，作者基于雨课堂开展了线上教学，教学效果相对于单纯的线下教学效果有明显提升。

（四）校企联合课堂教学方法

校企联合课堂教学方法是指在学校线下教学课堂中在线视频连线企业研发技术人员，基于企业生产现场介绍铸造、锻压、焊接方向的工艺流程、设备构成、模具结构、零件要求等专业知识，并在线提出问题让学生现场或课后思考解答的教学方法，让学生切实将理论和实践相结合。校企合作是开展实践育人工作的重要载体，可加强学校课堂与社会需求之间联系，可提高大学生实践能力和创新创业能力，促进新工科建设，提升学生对专业的认知度，提高学生职业责任感，加深爱国主义情怀。本课程深入分析材料成型及控制工程专业对铸造、锻压、焊接方向知识、能力、技能与综合素质等要求，以应用型爱国人才培养为目标，从课程大纲设置、教学课件设计、评价体系、课程思政等方面，调整课程教学方法，以提高学生的实践能力和社会适应能力，实现从注重理论知识传授向专业能力和素质的转变，形成以铸锻焊工艺为主，相关模具设计为辅，理论知识和工程问题、需求相结合的课堂教学模式[25][26][27]。

三、“材料成形数值模拟”课程校企联合课程思政教学实施

针对目前“材料成形数值模拟”课程教学中信息量大、学时短的问题，从以下几点展开并制定解决方案，方案分为准备设计阶段、在线阶段、效果分析阶段和总结四个阶段，并将课程思政元素贯穿整个方案，具体方案如图1所示：

（一）准备设计阶段（通过软件介绍引入课程思政元素）

为尽可能满足学生的就业需求和科研需求，适时选择多种材料成型常用分析软件，为学生构建内容丰富的“软件仓库”，软件仓库包括ABAQUS，DEFORM，PROCAST，DYNAFORM，MOLDFLOW等铸、锻、焊三个方向的数值模拟软件[28][29][30][31]，学生可结合自己的兴趣特长、创新项目课题方向等进行针对性学习。为了提高学生课堂学习效率和提升学习效果，要求学生在课前登录雨课堂智慧教学工具对课程涉及软件进行简单的了解，并结合自己兴趣和方向选择合适的软件进行课堂及课后学习。

数值模拟翻转课堂课程设计——材料成型专业数值模拟课程涉及到铸造、锻压、焊接三个方向，为保证翻转课堂的顺利实施，需对其进行教学设计并制作相对应的多媒体资源。课程设计主要包括数值模拟课程内容分析、课程目标分析、课程思政元素挖掘、连线企业工艺视频制作等内容，对课程每一章节的教学流程、各环节讨论及课后评价体系等进行设计。

借鉴太极环式翻转课程模式[32]，翻转模式图如图2所示，基于企业生产现场和雨课堂智慧教学工具总共分为四个阶段，各阶段具体内容如下：

1.准备阶段：该阶段教师要结合专业培养目标完成对数值模拟课程翻转课堂的教学设计工作。主要工作是基于专业培养目标对教学目标、对象和内容进行分析，并结合企业特点，设计教学动画、课堂互动内容、挖掘课程思政元素、雨课堂内容搭配及授课PPT等。课程思政主要体现在通过国内外软件介绍引入软件核心技术差距对我国国防发展及民生行业的影响，培养学生家国情怀。

2.线下智慧教学阶段：该阶段基于雨课堂智慧教学工具让学生通过观看软件介绍、工艺视频、完成雨课堂线下推送问题等，实现对课程内容的简单记忆和理解。以让学生掌握“网格划分”为例，让学生知道网格划分是什么，如何定义和判断;了解网格单元密度、网格质量好坏等知识;以及用网格划分规则来判断网格合理性;在该阶段，学生借助视频等对网格划分进行了初步的理解，并根据企业连线课堂对比工程实际中网格划分的应用。

3.课堂准备阶段：在课堂准备阶段，学生应围绕教师课前上传至雨课堂的视频和提出的相关问题，利用图书馆、网络等资源来进行相关的课堂准备，对所上课堂内容和相关企业及其工艺有一定程度的了解，对相关问题能给出较为正确的解决方案，并能及时地给予反馈，完成课后教师线下布置的作业和相关问卷调查等任务。

4.评价阶段：评价阶段是检验线下阶段以及准备阶段成果的阶段，目的是发现前期阶段的不足，从而实现进一步的完善。评价阶段，学生通过雨课堂智慧教学工具提交各类成果（作业、报告、评测表等），并依托雨课堂对学习过程和学习结果进行交流和评价。如在对有限元网格划分的学习过程中，学生可结合理论和企业案例进行分析总结，提升实际解决问题的能力。本阶段评价包括对教师教学设计的评价、学生对教学效果的评价以及教师根据评测表对学生对数值模拟及工艺知识理解和掌握能力的评价，为逐步完善学生所学知识内化过程和提升教师授课水平提供支持。

（二）在线及效果分析阶段（以工艺引入课程思政元素）

结合企业在线现场连线和雨课堂智慧教学工具进行案例教学，加强与学生的互动，以企业工程实例为引，加入课程思政元素，加深对专业知识的认知，提高解决工程问题的能力，培养学生安全意识和职业责任意识，并对教学效果进行评价。

以铸锻焊三个方向典型工艺为主，结合工程实例问题和翻转课堂教学方法进行针对性教学。例如锻造体积成形以DEFORM为主，体积成形方法为模拟对象进行互动讲解，以企业中的十字轴锻造实际生产现场作为企业在线课堂内容，介绍锻造工艺及企业存在的问题供学生思考，并结合课堂上的成形过程模拟动画，加深学生对专业知识的认知并提高学生实际综合运用能力，在讲授过程中通过引入国产歼20涉及的体积成形技术，培养学生工匠精神，提升爱国情怀;同理，板料成形以DYNAFORM为主，以汽车覆盖件成形问题为例，以汽车车门冲压生产现场相结合，以蔚来汽车全铝车身引入课程思政;铸造以PROCAST为主，以大型铸钢件铸造问题为例，以企业中发动机缸体生产现场相结合，以国产盾构机及三峡大坝转子引入课程思政;焊接以ABAQUS为主，以攪拌摩擦焊为例，以不锈钢拼焊板生产现场相结合，进而提高学生解决工程问题的能力。以DEFORM体积成形讲授为例，表1为基于雨课堂智慧教学工具运用翻转课堂教学思想构成的教学过程表，详细列出了如何结合企业生产现场和雨课堂智慧教学工具体现翻转课堂思想及学时分布，从表1可看出，该教学模式将重心偏向学生，以课程思政为线，更加注重课堂互动和课程质量的管控，加强理论、实践、思想政治教育的结合，使学习效率和效果得到大大提升。

（三）总结阶段（根据仿真发展案例引入课程思政元素）

根据评测结果，弥补缺点，进一步提升教学质量。将企业生产现场课堂在线跟翻转课堂教学方法引入课程教学过程中，课程结束后对其教学效果由学生通过雨课堂教学工具进行评测，并与其他课程进行对比，总结经验，发挥优点，弥补缺点。根据评测结果，针对相关问题进行改进，通过改进教学方法和完善课程设计，进一步提升教学效果，并通过我国仿真技术的发展案例介绍，加强学生爱国信念和专业接受度。

四、“材料成形数值模拟”课程智慧教学效果分析与结论

该方案自2016届开始至今，经过三年不断的完善，以2018届为例，教学前后实施效果统计及评级结果如表2所示，从教学后的评价分析表可以看出，基于校企联合教学，将翻转课堂通过雨课堂智慧教学工具和课程思政元素引入《材料成形数值模拟》课程前后进行对比后发现，由于通过短小精悍、教学信息明确的教学视频、课堂互动力度的加大、翻转课堂教学理念的引入以及课程思政元素的植入，以实际工程问题为导向，以企业实际生产现场为辅助平台，上课重心“以教师为中心”向“以学生为中心”的模式转变大大调动了学生学习主观能动性和创新能力，使本课程教学效果显著提升，效果对比图如图3所示。该模式运用后各项指标达成度大大提升，说明本文中基于企业生产现场结合雨课堂智慧教学工具的翻转课堂教学模式合理可行，更加符合教学计划中的培养目标，培养真正适合现代社会所需的高级工程技术人才，也为后续本模式在其他类似课程如《CAD/CAM基础》等课程的推广奠定了基础。

总之，由于制造业信息化、智能化程度的不断提高和发展，随着教育立德树人根本任务的回归，企业对高校机械类专业人才培养的传统模式提出了新的要求。教师的职责不仅仅是传授学生知识，而且要从激发学生的学习热情、学习主动性出发，顺应企业、社会需求，加强思想政治教育建设，培养出德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。

参考文献：

[1]朱树华.面向未来的航空航天数字化智能研制平台技术[J].新技术应用与实践，2019（06）：192-195.

[2]郭丹.航空发动机压气机计算网格自动生成技术研究[D].绵阳：西南科技大学，2017.

[3]杜奕成，周丰丰.计算机技术在智能化工程中的运用[J].现代信息科技，2019，3（07）：106-107.

[4]杨茂.应用《工业4.0实施指南》引入工业4.0实践与探索[J].信息技术与信息化，2019（06）：159-162.

[5]孙静.基于“德国制造”的工业4.0及对中国创新的启示[J].重庆三峡学院学报，2019，1（35）：107-114.

[6]李青雯.工科类院校推行“课程思政”的阻断力与突破点[J].北京工业职业技术学院学报，2019（18）：53-56.

[7][8][9]李祥祥，朱凤荣，徐叶.高校课程思政教学改革的问题意识[J].安徽广播电视大学学报，2020（01）：55-60.

[10]周月朋，丁兆明.高校教师推进“课程思政”建设主体作用研究[J].教育教研，2018（11）：77-79.

[11]蔡宝来，张诗雅，杨伊.慕课与翻转课堂：概念、基本特征及设计策略[J].教育研究，2005（11）：82-90.

[12][14]吴仁英，王坦.翻转课堂：教师面临的现实挑战及因应策略[J].教育研究，2017（02）：112-122.

[13]王鉴，安富海，李泽林.“互联网+”背景下课程与教学论研究的进展与反思[J].教育研究，2017（11）：105-116.

[15]钟晓流，宋述强，焦丽珍.信息化环境中基于翻转课堂理念的教学设计研究[J].开发教育研究，2013，19（01）：58-64.

[16]Bergmann，J.，Sams，A.Flip your classroom： Reach every student in every class every day[M].Washington，DC： International Society for Technology in Education， 2012.

[17]陶學宗，陈继红.基于微课的翻转课堂在《港航工程与规划》教学中的应用效果评价[J].中国教育信息化，2018（36）：66-68.

[18][32]张雁白，李晓晟.高校市场营销教学中翻转课堂模式教改研究[J].高教学刊，2017（19）：121-123.

[19]张锦，朱小梅.基于国际工程教育领域的新工科人才培养模式研究[J].高教学刊，2019（06）：143-145.

[20]沈华杰，王粤，邱坚.雨课堂在“家具设计基础”课程教学中的应用[J].中国林业教育，2019，37（01）：70-73.

[21]李雅倩.基于雨课堂的混合学习模式应用研究——以C++语言程序设计课程为例[D].天津：天津大学教育学院，2018.

[22]孙笑微.“互联网+”时代下“雨课堂”在课程中的教学改革实践研究[J].沈阳师范大学学报，2018，36（01）：92-96.

[23]李妍，朱永梅，丁智.混合学习中基于雨课堂的深度学习探究—以“多媒体创作基础及应用”课程为例[J].现代教育技术，2018（11）：33-39.

[24]张善锋，金国平，金戈，王俊平，李月白， 臧明玺，王明臣，王志举.“雨课堂”在医学留学生生物化学实验教学中的应用[J].中国继续医学教育，2019（20）：43-45.

[25]陈晓英，张健，任国臣，屈丹.校企联合促进应用型人才培养的研究与实践[J].教育现代化，2016（12）：1-4.

[26]杨海峰，刘同冈.基于校企联合的本科毕业设计指导模式探讨[J].教育教学论坛，2015（08）：37-38.

[27]张先勇，冯进，汪建华，袁新梅，吴修德.“卓越计划”校企联合培养模式及措施探讨[J].高教学刊，2016（04）：217-220.

[28]马锋.基于ABAQUS平台对铝合金焊接变形和应力的数值模拟及研究[D].重庆：重庆交通大学，2016.

[29]王跃平.基于有限差分法的铸造热应力数值模拟[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2013.

[30]张奇奇.铝合金激光深熔焊温度场数值模拟及改善方案研究[D].南昌：南昌大学，2017.

[31]胡维学.连续辊压成形数值模拟及起皱缺陷研究[D].长春：吉林大学，2016.

作者简介：甘国强，合肥工业大学材料科学与工程学院讲师;李萍，合肥工业大学材料科学与工程学院教授、系书记;薛克敏，合肥工业大学材料科学与工程学院教授;严思梁，合肥工业大学材料科学与工程学院讲师。

*基金项目：本文系合肥工业大学材料科学与工程学院教改基金“翻转课堂结合网络多媒体在材料成形数值模拟教学中的应用”（项目编号：2019CLXYJY01）成果;合肥工业大学“课程思政”教学改革示范课程2019课程思政-锻造工艺及模具设计资助成果。