地方应用型本科机械类专业课课程设计闭环式教学探究

文 学,朱梅玉

(1.邵阳学院 机械与能源工程学院,湖南 邵阳 422000;2.高效动力系统智能制造湖南省重点实验室,湖南 邵阳 422000)

0 引言

我国由制造大国向制造强国迈进过程中,专业技术发展是主要推动力,由于社会对创新技术人才需求不断增加,高校作为人才培养摇篮,应不断改革人才培养模式,培养适应社会需求与发展的创新型人才。在传统工业转型、新技术应用及新技术研发过程中,常会面临诸多生产中的复杂工程问题,作为地方应用型高校机械类专业是为社会发展培养面向实际生产的高级专业应用型人才,使其具备实际工程问题的解决能力,离不开高质量的实践教学。而其中的专业课课程设计是培养学生应用能力与实践能力的重要教学环节,有助于加强和巩固课堂理论知识,是培养学生工程实践综合能力、创造性思维及技能的重要承接点,因此,探索并改革专业课课程设计的教学模式具有重要意义。

1 现状分析

机械类专业课程设计主要为专业理论课基础上开展的课程设计,通常在大三、大四学年完成,锻炼学生解决复杂工程问题的能力。但通过毕业生问卷及文献研究、走访同类型地方性本科院校等调研形式,发现课程设计都以“任务下达→学生按照模板实施→上交材料→考核评定→完成课程设计”的单向执行模式,存在因过大的课程设计指导任务造成了课题陈旧且模板化、以最终资料给与成绩评价使学生主动性不强、因激励机制缺失形成过程性监控不足等问题,学生课程设计完成质量不高,能力得不到锻炼,缺乏创新性和解决复杂工程问题的能力。

2009年,江西理工大学常军然等[1]意识到机械类课程设计的实效性和重要性,将机械原理、机械设计与控制系统方面课程设计进行综合,形成并实施了新的综合课程设计。而后其他高校机械专业课课程设计也尝试了多种形式的改革,主要集中在宏观体系优化、学科竞赛融合及具体课程的微观层面进行改进,取得了一定成果。

针对课程设计的宏观性质量优化与提升方面,学界分别在课程设计体系建设[2]、内容安排、教学方法[3]及过程控制[4]、课程思政方面[5-6]等进行探讨。结合多届课程设计实施后课题选择困难及学科竞赛的需求,一些高校将学科竞赛项目部分融入到课程设计体系中,从题目、时间安排、组织形式、设计手段、平台建设与成绩评定方法进行优化,提升学生的工程实践能力,在完成实践教学的同时,还培育了各机械类大赛的创新作品。但存在周期短、资源消耗及能力不对等的普适性不强等情况[7-8]。在具体课程设计改革实施过程中,对一些高校存在的主要问题进行针对性改进,并融入地方产业特色,结合应用型本科机械专业特点,与实际企业产品相结合,实施以工程案例式的课程设计改革[9],针对学生职业规划、学习能力及教师专长的不同,进行了分层教学和考核与多样化改进[10],从而让不同层次学生都得到学习和锻炼。

上述高校及教育工作者针对课程设计的改革方法既有宏观层面的体系建设,也有微观层面的课程实施,同时还紧扣教育发展主题,部分还结合了区域发展特色,围绕课程设计在培养学生课程理论知识掌握、实践能力培养及人才质量提升等方面进行了论述和分享,成功和失败的案例都值得应用型高校学习和借鉴。但是,作为地方应用型高校,学生主观能动性稍弱,课程设计实施过程中更应注重监控与反馈。因此,本文基于机械类现行课程设计运行模式,探索多层闭环反馈式课程设计实践教学,提升学生实践能力。

2 闭环模式构建

针对现有课程设计实施过程中存在的若干问题,形成了以学生进行课程设计为被控对象,学院、教研室、教师(理论与实践)对其指导与监管(图1);课程组、课程群、督导及实践评价对教师与学生实施过程中指导与执行过程中的监控和评价。

图1 基于多主体闭环反馈式的机械类课程设计

在课程设计的实施过程中从单向任务式向“学院、教研室、教师及学生”的多主体多环节反馈式转变的同时,让课程设计实施不仅实现各环节内部反馈(任务、方案、实施、成果及综合检验阶段),还实现了总体模式的嵌套式反馈控制(图2)。从环节约束内容,提高参与度,提倡反哺性,从整体上规定职责,控制进度,提升质量。

3 实施路径

在课程设计实施过程中,组织形式是引导,课题贴合性是基础,学生自主性与指导教师的参与度是关键,过程管控是保障,过程考核是驱动力,能力培养是目标。

3.1 组织形式

在现有课程设计运行形式基础上,运用闭环反馈思想,对课程设计采取了“分散分阶段+集中整理与检验”的组织形式(图3)。即以理论课程教学为主线,理论课程教师与课程设计指导教师相互协同设计前期课程设计任务、课题方案及实施阶段的分散单元教学任务,后期集中时间让学生整理成果,课程群教师对学生课程设计成果的过程性留痕及整体进行检验,确保该课程设计为学生自主完成。

图2 课程设计总体实施路径

在实施过程中,以学生为中心,指导教师为主要责任人,理论课程教师为专家,根据学生课题情况,以小组形式开展课题方案与具体实施指导工作。在后期集中单元的课程成果整理阶段,由学生将课程设计各阶段成果组合并加以修改验证,指导教师不仅担任方案验证与修订指导工作,还应对学生对数字化工具的学习给予引导和指导,借助虚拟手段让学生能直观感受课题需求与目标,从而让学生完成课程设计。最后则通过课程群实施的集中检验环节,承担课程设计所能呈现的材料给予评价和修正性反馈,结合前期各环节学生表现,得出课程设计的总成绩,不仅能提升课程设计完成质量,最重要是加强了学生理论联系实际的工程实践能力。

图3 分散+集中的组织形式

3.2 任务分配

任务分配环节包括课题选择与任务分配两方面,课题是课程设计的基础,任务下达是课程设计具备可实施性的首要环节。地方应用型本科院校存在师生比大的情况,对于机械类课程设计指导教师较少,导致对应课题选择上大多以旧题旧做方式,落后于工厂和企业,学生能力培养与企业需求定位错位。而多元化的课程设计课题,包括基于新技术的传统课题、实践转化的实验课题、自主选择可以具象化的开放性课题、企业横向课题、教师科研的实践课题及各类型的竞赛课题等,能实现选择自主化,使学生直观感受专业知识的应用,从而提升学生兴趣、团队协作及教师责任心(图4)。

图4 基于多元课题的任务下达

3.3 方案确定

方案作为课程设计总体实施技术路线,在课题实施过程中能形成有效可控节点,便于理论课教师与实践指导教师参与到课程方案的对应节点,在方案确定阶段,形成以实践教师为主+理论课为辅的双导师指导制(图5)。

图5 基于理论与实践指导教师的双导师指导制

课题方案来源于任务书，除了形成较为详细的技术性方案外，还应有整个执行过程中的节点安排，每个阶段有可供检验性成果。该环节在与理论课程运行阶段完成，理论课程教师可借助课堂，辅助学生对课题方向的把握、实施对象与任务的说明、技术路线凝炼，使学生能快速将所学知识用于课题方案的制定中。实践指导教师则全程参与学生各个环节，根据课题特点，结合课程设计对学生能力的培养，以多形式交流把控课题方向、明确参数、技术路线、关键点计算及课题方案实施等；设定各阶段的完成量约束学生，全过程师生互动指导学生，更好地规划方案中所涉及的时间节点、关键性技术要点、技术要点联系及成果形式，避免学生对课题任务与方案制定的盲目性，节约时间，提高课程设计的质量，达到对学生工程实践能力的锻炼。

3.4 方案实施

方案实施是完成课程设计的关键环节,施行周期相对于课题选择等环节较长,学生在理论课程学习同时,以课程设计课题为项目驱动,以自我梳理、资料查阅、师生互动、先进工具为手段,实现了对课程设计所涉及课题的主要内容理解,形成对工程技术问题的解决方法;在师生互动与课程明确基础上,依据学生的共性、个性及开放性问题,指导教师选择性通过典型技术难点授课、案例引导、课程组学习、答疑与小组答辩等形式,指导学生能更快的完成课题任务;在方案实施过程中通过制度约束、记录纠错及考评激励的全过程多环嵌套的课程设计方案的实施(图6)。使其在相应指导过程中,形成指导记录,形成过程评价,在帮助学生实现课程设计任务同时,提升学生课程设计完成质量,锻炼学生的团队协作、工程实践与创新能力。

图6 基于多环嵌套的课程设计方案实施

3.5 成果梳理

结合课程设计任务布置的预期目标,指导教师及课程组帮助学生理解课题任务,把控课题方案方向及计算过程,以确保实施方案的可行性和课题执行的完整性。学生梳理各阶段成果或结论性报告,以指导教师及课程组判定其各阶段的实施方案正确性、课题执行完整性及任务完成度(图7)。

图7 多指标的成果梳理与反馈

课程设计的目的是培养与锻炼学生专业能力及创新能力,其能力应在课程设计任务的执行过程中得到培养和锻炼,其课程设计的成果不应是最终提交的纸质版资料,更多的应在实施过程中的方案、课题内容的完整性及课程设计任务目标的达成,其相应成果包括方案、技术报告、程序或实物。学生在各阶段性梳理过程中,并及时向指导教师汇报,必要时组织课程组进行讨论其完成度,若未达到相应要求,则反馈到各个环节进行修改完善,在完成课程设计任务的同时,达到对学生专业综合设计与实践能力的培养和锻炼。

3.6 全过程评价

课程设计成绩不再以最终提交的纸质稿材料的好坏来评价,其最终成绩由过程成绩(30%)、指导成绩(30%)、学生互评成绩(5%)、学生自评成绩(5%)及最终的答辩成绩(30%)组成。即由课程组、指导教师及理论课程教师评价学生在前期任务理解、方案制定及过程实施阶段的表现;由指导教师和课程组教师评价学生的展示成果;学生本人及组内学生评价课程设计成果;过程答辩及最终答辩组综合形成答辩成绩,从而产生最终课程设计成绩(图8)。

3.7 保障措施

闭环反馈式课程设计近似于小型毕业设计课题,课程设计教学的健康运行离不开主观能动性强的学生、高度责任感的教师、多元化课题、完善的过程评价机制、工程经验丰富的指导教师及吻合的课程设计资源等;其过程要素符合一般工程项目特征,要加强实践教学执行及评价制度建设,基于思政要素的教师素质能力培养,加大课程设计师资建设,加深校企实践基地建设及提供可供持续性改进的资源保障,使课程设计实施各个环节中,有足够资源支持实现闭环式的课程设计持续性改进与改革。

4 实施效果与结论

通过近几年的实施过程中发现,多环节闭环式的专业课课程设计实施模式虽然增加过程管理工作量,但切实提升了学生课程设计完成质量及学生工程实践能力,增强了学生对本专业学习兴趣。近年来,机械类专业学生近300人参加基于“互联网+”“机创”“节能减排”“工程实践与创新”及“成图”等高水平大赛,获奖人次超过100人次,省级奖励超过40人次;虽然受新冠病毒影响,但本科生就业率仍然保持在95%以上。在实施过程中,充分调动了学生积极性与教师责任心,选择了贴合企业与先进技术的课题,多元化的教学组织形式,多主体下的过程性监控促进了课程设计的顺利实施。

以培养学生工程能力的毕业要求为目标,将课程设计由传统单向式教学模式向“学院、教研室、教师及学生”的多主体多环节闭环反馈升级,让课程设计在任务阶段、方案定型阶段、课题实施阶段、成果梳理阶段及综合检验阶段不仅实现了各环节的内部反馈控制,还实现了总体环节的嵌套式反馈控制,淡化了课程设计分数,强调了过程监控,提升了学生工程实践能力。