新工科背景下机械专业实习实训课程教学改革方法研究

楼飞，薛雪，沈巍，倪国林

（南京师范大学中北学院，江苏镇江 212300）

随着新工科建设的提出，钟登华院士给出了新工科的内涵：以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养多元化、创新型卓越工程人才[1]。

机械工程作为传统的工科专业，转型升级已迫在眉睫。实习实训类课程是树立职业道德和工匠精神，提高学生动手能力，激发学生创新意识，培养学生工程与项目思维的重要教学环节，是将理论教学与生产实际相结合的桥梁。

本文着力于探究新工科背景下机械专业实践类课程教学改革，通过开展实践课程体系建设、搜集“项目式”课程教学素材、编写实践课程教学大纲和自编讲义等工作，用半开放的项目式教学代替原有的学徒式教学方法，改变教学现状，将“以生为本”落到实处，充分调动学生的主观能动性，将教师的角色从“领路人”转化为“指路人”，让学生能够自主在专业的道路上探索。在实践环节的教学设计和任务落实上以新工科理念为指导，构建“项目逻辑与工程思维+课程融合与学科交叉+职业道德与工匠精神+书证融合与产教融合”的“四位一体”教学体系和理念。对提升学生的专业认同感，树立正确的价值观和职业道德，培养工匠精神具有重要意义。

1 课程改革背景与现状

目前，诸多高校和一线教学人员对新工科背景下的人才培养展开了深入研究。主要研究内容和动态可以归纳为以下几类：

（1）新工科背景下人才培养模式探究。这一类研究主要针对教学模式、培养方案、培养策略、保障机制等方面开展上层设计与规划建设，在诸多工科类专业具有通用性。如：郑州大学的李清富等[2]，根据现存的教学问题，以培养理论、能力、素质相统一的综合型人才为目标，探索了全新的高等教育模式。江苏科技大学机的周宏根、李滨城等[3]在新工科理念下，结合学校的行业背景和优势专业，针对船舶机械类人才数字化交融培养模式进行了探索与实践。安徽工程大学的孙际超[1]等，提出了加强国际交流、引导学生参与教师科研项目、以学科竞赛为抓手的培养模式和策略。

（2）新工科背景下工程训练体系研究与建设实践。这一类研究多以学生实践教学改革为突破口，重点针对如何改良实践教学质量、更新教学内容、明确教学目标等现存核心问题进行探究。如：安徽审计职业学院的张逸飞[4]，研究了推行“1+X职业技能证书”制度背景下工程造价专业实习实训体系构建。河北建筑工程学院的陈永强[5]，针对应用型本科院校，研究了工科人才培养实践教学体系建设方法。

（3）课程体系建设。开展这一类研究的教师主要针对专业内核心课程体系结构优化和知识网络架构建设进行研究，加强课程思政与专业课程的有效结合。旨在提高专业课程的交融性，增强不同专业课程内在联系，培养学生工匠精神，引导学生树立诚实守信、严谨负责的职业道德观。如：西南林业大学的王远[6]等，着重研究了如何在金工实习课程体系建设中培养学生创新能力，构建评价指标，为“双创”教育理论在教学中的实践奠定基础。

（4）核心课程教学改革与实践。在新工科背景下，改革传统的面授方式，以“学生为中心”，充分激发学生的主观能动性，突出课程学习目标和应用价值，让启发式教学、课堂互动式教学、混合式教学、课题讨论式教学、开放式考核试题成为课程教学的常态。如：常州大学的谭邹卿、上海电机学院的邵兵、华北电力大学的张新春分别对理论力学、机械制造技术、结构力学课程开展了教学改革与实践[7]～[9]。

综上，针对机械类相关专业实习实训类课程教学改革的研究较少，通过开展研究，对紧跟智能制造、工业互联的发展趋势，推动专业建设和人才培养的转型升级具有重要作用。

2 实习实训课程改革方法探索

专业教学改革团队在开展实习实训课程改革过程中，以区域经济发展和行业需求为导向，结合本校办学宗旨和专业特点，旨在提升实习实训类课程教学效果，更好地服务于理论教学，培养具有更强实践能力和专业技能的创新复合型工程人才。通过课程改革，以实现如下建设成效：以新工科建设为导向，优化实习实训课程体系；增加半开放项目式教学，激发学生的创造力和创新潜能；加强理实一体化教学，促进课程融合与学科交叉；搭建混合式教学平台，实现资源共享，分享成果经验。鉴于此，开展实习实训课程改革方法探索，制定如图1所示的总体研究路线。

图1 实习实训课程改革方法研究路线图

以项目式教学为手段，充分利用专业教师、企业导师、校企合作单位、创新创业学生的优秀项目和创意，在实习实训课程体系的指导下，构建实习实训项目混合式课程教学平台，探索课程改革方法。

2.1 实习实训课程体系建设

在新工科建设背景和应用型本科人才培养需求下，机械类专业实践教学的重要性日益凸显。我院机械工程专业在2020版培养方案修订过程中，提高实践环节的学时，使之占总学时50%以上，除去课内实验，集中开展的实习实训课程学时占总学时的28%。涉及课程包含机械制图测绘、金工实习、生产实习、PLC控制技术实习、数控实习、CAD/CAM实习、先进制造技术训练、“1+X”工业机器人运维实训、机械设计课程设计、机械制造基础课程设计、毕业实习等。在课程体系建设过程中，重点梳理各门实训课程之间的关系，构建更加合理的课程结构，让理论知识与实践环节紧密结合，为“理实一体化”教学奠定基础。

例如：我们可以在“机械制图测绘”“1+X工业机器人运维实训”“机械设计课程设计”“机械制造基础课程设计”四门集中实践课程之间建立紧密联系。考虑到工业机器人技术的应用是实现智能制造的关键之一，同时为了响应《国家职业教育改革实施方案》，实现本科教学向应用型转变，我院已启动“学历证书+若干职业技能等级证书”制度试点工作，“1+X工业机器人运维实训”成为学生将要完成的核心实践课程。因此，以培养具有工业机器人应用能力的机械工程专业学生为目标，将“机械制图测绘”“机械设计课程设计”“机械制造基础课程设计”适当地向工业机器人技术倾斜，改变传统的齿轮减速器测绘与设计、零件夹具设计与工艺卡片编制等实训项目，针对机器人核心部件RV减速器、谐波减速器，开展测绘、拆装、机械设计校核、关键部件制造工艺分析及其夹具设计将更有意义。

2.2 实习实训“项目库”建设

开展“项目式”教学，是基于新工科的教学改革的关键内容之一。因此，建立实习实训“项目库”，是开展实习实训课程教学改革的主要任务。与传统教学内容相比，“项目”的设立应当具有一定的创新性、较强的系统性和良好的实践性。例如：用工业机器人关节、汽车差速器、变速箱等工业生产和生活中常见的核心机械部件作为机械制图测绘课程项目，代替原有的传统齿轮减速器测绘；金工实习课程项目可以用简单机械产品代替原有的锤头、轴、金属块的加工，充分利用车、铣、刨、磨、钳、焊和3D打印技术等。在项目资源库的建设过程中，需要借助广泛力量，其中项目素材的主要来源有4个：（1）专业教师日常教学、科研项目中的部分内容或是通过文献搜集获得的一些优秀案例；（2）校企合作单位日常生产实际中的产品、加工制造的部分工艺流程、初试的样机等；（3）企业导师指导的毕业设计（论文）中具有实践价值的部分内容；（4）参加“大学生创新创业计划”学生的优秀作品或想法。

在搜集到素材之后，组织相关专业教研室的专业教师、实验员、企业导师等进行项目的可行性分析。核心目标和任务为：项目实施的基础理论分析论证、实践价值与可操作性论证、对理论课程的支撑情况分析、项目实施周期与工时计算、经费预算等。在可行性论证过程中，针对较难进行准确评估的项目，可以由专业教师通过指导“大创项目”、毕业设计以及申报院级科研立项等方式，率先进行研究和孵化，筛选切实可行的优秀项目。例如：目前开展的管道机器人、气动电梯、风力发电装置、仿生步行机器人等校级科研项目，均为实习实训“项目库”的建设提供丰富的资源。除此之外，“项目库”的建设不可能一蹴而就，不仅要有能够实施的项目来保障实习实训教学工作顺利开展，还要对项目内容和实施方法不断进行优化与完善，以顺应行业发展和社会需求，尽可能地运用新技术和新方法提升创新性。这是一项需要组织教师共同努力的长期性、不间断性的工作，在这项工作的实施过程中，有利于实现教学质量和教师科研水平的同步提升，对形成独具特色的实习实训体系、培养学生创新与实践能力、形成教学与科研团队具有重要意义。

2.3 实习实训“混合式”教学平台建设

在建立“项目库”之后，首先根据实习实训课程体系建设成果，由参与项目设计的教师编写项目实施的细则，通过统一编撰形成自编讲义。讲义主要包含项目介绍、项目目标、项目实施要求、项目实施方法、可能出现的问题和解决方法、成功案例展示等。然后，通过探索实习实训课程教学方法，分析项目实施的可行性和工艺，编写相应的课程教学大纲，制定教学计划。通过课题实施，不断积累完善线下教学资源，结合线上和线下教学的优势，利用互联网平台（超星、MOOC、自建网络平台等）搭建线上教学资源库，与线下教学共同构成混合式教学平台，在实习实训项目教学的过程中，适时地开展翻转课堂教学。

以基于切比雪夫连杆的仿生步行机器人实习项目为例，利用“混合式”教学平台，开展翻转课堂教学方法和流程，如图2所示，叙述如下：（1）编撰项目实施说明书，用于介绍实习教学内容和方法，指导学生开展相关实践环节。（2）梳理理论知识点，录制理论串讲的教学视频并上传网络平台，其中包含了和《机械原理》课程相关的连杆机构运动分析，《机械设计》课程相关的传动部件结构设计，《机械制造》课程相关的零部件加工工艺规程，三维建模、虚拟样机相关的CAD、CAE技术等内容以及基础的自动控制与电工知识。学生可以充分利用课余时间，提前了解项目概况和所需要的知识储备。（3）在线下开展实践教学环节。首先，组织学生参照线上教学资源的内容，开展线下的设计计算与分析并撰写设计报告、分析报告和工艺卡片；然后，利用学校自有硬件设施（车床、铣床、钻床、钳工实训台、3D打印机等），用实物展现理论设计成果。（4）开展小组答辩环节，由指导教师综合考虑学生课堂表现、成果水平、答辩表现等因素后，给出总评成绩。并将典型案例上传线上平台留存，作为后期教学的参考和范例。

图2 基于切比雪夫连杆的仿生步行机器人实习项目流程

2.4 建立评价体系

为了解教学改革的成效，需要开展实习实训类课程教学评价体系建设，建立相应的数据库和评价体系是了解教学质量的重要手段。在每一次课程结束之后，根据学生、教师以及企业导师的反馈和意见，综合评估实习实训效果、学生学习效果的提升度，建立相应的数据库和评价体系。由评价体系的反馈情况优化课程体系建设与教学大纲，以实现良性循环。

3 结语

综上所述，开展实习实训类课程教学改革，是实现传统工科教学模式向新工科转化的必经之路。目前，校内建设有“工程实训中心”“1+X工业机器人操作与运维实训室”以及各类专业实训、实验室近20个，能够开展校企合作的企业10余家。通过整合教学资源，继承传统并改革创新，新工科背景下机械专业实习实训课程教学改革有利于推行“项目式”实习实训教学；促进教师主动发掘并实施项目，在一定程度上促进教学团队科研水平的提升；有利于引导学生树立诚实守信、严谨负责的职业道德观，培养学生的“项目思维”；通过“混合式”教学平台形成可以共享的教学资源，为实习实训课程改革提供参考。

综上，在教学改革的实施过程中，用实践课程内容去引导学生自主学习相关理论，有利于形成专业整体课程体系，提升实践类课程教学效果，更好地服务于理论教学。传统与创新并重，利用传统教学方法和案例夯实基础，创新建设实践项目和教学方法，为我院机械工程及其相关专业的发展助力。