基于案例贯穿的机械专业基础课程群建设探索

吴立军，马春红，徐 进

（浙江科技学院机械与能源工程学院 浙江 杭州 310013）

长三角地区是我国重要的高端装备研发、设计和制造基地，装备制造业从业人员占比比全国高近8 个百分点，具有较好的高端装备制造基础[1]。面向这一区域的发展需求，结合工程教育认证、卓越工程师计划、产教融合等背景，长三角地区对高校机械等基础技术专业工程教育人才的培养提出了更高的要求，探索教学改革模式以提升学生解决重大工程技术问题的能力成为人才培养过程中亟待解决的关键问题[2]。

作为机械类课程体系的重要组成部分，机械专业基础课程群对培养学生机械设计能力和创新能力所需的知识、素质和能力结构具有重要作用[3]，其学习效果直接影响学生对后续专业知识的理解和掌握水平及对相关工程问题的解决能力。现有的教学改革探索了通过产教融合、典型案例贯穿式融入课程群建设方案[4-5]，在提升学生应用能力方面获得较好的效果。因此，为提升学生工程实践能力，培养适应区域产业需求的应用型人才，本文探索了案例贯穿的机械类专业基础课程群建设方法。

1 机械专业基础课程群建设目标及现状分析

机械专业基础课程群通常包括机械制图和机械制图实践、理论力学和材料力学、机械原理和机械设计、金工实训、工程材料、机械精度设计与测量等课程，通过系统全面的基础课程教学，使学生掌握机械工程领域工程问题的分析和计算、建模和仿真、设计和制造等系统问题的解决方法，培养厚基础、宽口径的机械领域高素质应用型人才，并为后续专业课程的开展奠定基础。但在课程群建设过程中，往往存在以下问题：

1.1 课程资源衔接度不够，知识难以融合

实际教学中，教学资源多以课程为单位开发，导致课程之间相互隔阂，学生难以将各课程学到的知识融会贯通。不同的课程单元存在知识点重复、同一概念在不同课程上的表达不一致等问题，导致教学课时的浪费、学生对知识点理解困难，甚至产生厌学情绪。

1.2 缺乏系统化案例，难以满足企业对复合型人才的需求

随着科技的发展，机械类行业对岗位能力的需求向着多元化、复合型发展[6]，而传统基础课程体系主要面向单项能力培养。教学中所选的案例往往依赖于教师本人的实践经验，具有明显的差异化；且案例选取侧重对某一知识点的讲解和拓展，没有系统性案例可循，这就导致学生所学的知识零散、缺乏落脚点，无法形成指导实践的系统性知识网络。以检验学生系统设计能力的毕业设计为例，往往学生所提交的设计方案难以落地，特别是涉及工艺、精度、仿真分析和装配等方面的问题较多，且对于设计中的细节问题学生往往知其然不知其所以然，更不必说利用所学解决工程实际问题。

1.3 单向讲授和开环评价体系，制约了学生综合能力的提升

机械专业基础课程具有理论性强的特点，教师通常采用传统课堂教学方式进行授课。传统课堂教学是以教师为中心进行特定教学内容的传授，以作业和考试等形式进行考核评价的授课方式。这种由教师到学生的单向讲授方式和开环评价体系，无法及时反馈学生的学习情况，使学生不能正确定位自身学习水平、了解学习方向，影响学习积极性；教师不能及时调整授课策略，无法兼顾不同学习程度的学生、也无法为不同层次的学生提供发展台阶，最终使学生只重视期末成绩而忽视学习过程和能力培养，所学知识无法内化。

针对上述问题，课程组探索了课程融合的教学模式，通过解构工程实际产品从设计到出厂的生产全过程，形成系统化教学资源库，并依托移动课堂平台融入各课程教学环节，实现案例贯穿的课程群建设，完善了发展性评价体系，打破了课程间、学校与企业间的壁垒，以适应应用型人才的培养需求。

2 机械专业基础课程群建设方案

2.1 基于生产全过程的学习资源开发

2.1.1 贯穿式案例素材库建设

产品从设计到出厂一般需要经历产品设计、2D 和3D建模、仿真分析、结构优化、加工工艺规划、数控编程与加工、装配与调试等环节。为了形成系统性教学资源，课程组与工业企业合作，以典型机械产品一级圆柱齿轮减速器为贯穿案例，拆解生产过程的各个环节，跟踪生产过程中的全部数据，形成贯穿生产全过程的教学案例素材，如图1 所示。

图1 贯穿案例素材库总体结构

以减速器生产全过程贯穿整个机械专业基础课程群教学，让学生了解从产品设计到制造、从生产过程到商务交流的整体过程，打破课堂教学和生产实际之间的壁垒，实现各个专业课程知识在实践中的融合和应用。

2.1.2 贯穿式案例资源建设

课程群建设仍然是以课程为单位执行，因此在教学时将工程案例进行拆解，融入各门课程，实现课程联通，并与工业现状同步。以一级齿轮减速器中齿轮轴的设计生产全过程贯穿课程教学为例，如图2 所示。基于素材库的课程设计，可有效减少因课程体系不同导致的知识点重复问题，节约课堂时间，从而可以使课堂内容更丰富；同时，也可提高教师的备课效率，改善因实践经验不足导致的课堂应用性差等问题。

图2 齿轮轴贯穿式案例资源建设

优选的真实工业案例一方面可以使学生认识工程实际，另一方面可以使学生了解所学课程的实际应用，从而提升学生主动学习的兴趣。

2.1.3 课程群学习资源建设

除了贯穿案例素材库，课程群学习资源还包括：①工程案例素材库中素材所对应的课程及相关的习题、试题、虚拟仿真软件等；②课程群对应各门课程已有的资源，包括PPT、工程文档、案例、视频、前沿技术及其应用等；③各课程的习题库、试题库等学习资源，以便检验学生的学习效果。

2.2 基于移动课堂的统一平台建设

传统的教学手段依靠教师对课堂信息的数据采集、分析，形成评价反馈给学生，一方面可能导致工作量大、数据采集不全，另一方面反馈延后，影响学生对自身学习层次的判断。随着技术的发展，各种教学分析软件涌现，为提高教学效率提供可行的方案，本文选取“学呗课堂”作为教学平台。平台包括三个模块：资源中心、课程教学和智慧评估，如图3 所示。

图3 基于移动课堂的统一平台建设

其中，资源中心模块不仅可实现工业产品全生产周期设计案例库与机械制图、力学、机械设计、精度等相关基础课程深度融合，也可通过不同课程知识的融会贯通，实现课程群统一规划的课程建设；还通过平台整合，方便学生随时调阅资源中心的数据，通过课程资源库、试题库、虚拟仿真软件库，实现课程群的教学资源管理与分发，实现各门课程、各知识点无障碍地学习、回顾、评估及强化。

课程教学模块涵盖了教学全流程，可配合教师的教学理念、教学方法，优化课堂教学，避免不同课程相同知识点的重复讲解。如可通过导学环节设置，实现翻转课堂，并基于导学数据进行学情分析，适时地调整教学策略；教师可通过课堂上的互动、答题、随堂测试、小组讨论等环节，提升课堂的趣味性和学生对知识的获得感，并基于所形成的数据进行教学反馈，实现分层教学、闭环评价；还可通过作业、练考宝典、阶段性考试等环节，检验学生学习效果与开展达成度评价。

智慧教学评估模块基于平台所收集的各个环节学生的学习数据，对学情进行分析和诊断，并及时反馈给教师和学生，教师针对分析结果进行教学策略调整，以便及时发现教学死角，及时巩固并实施教学改进，促进课程建设的持续进行。

3.3 实时反馈的发展性评价体系

通过教学评估系统产生的过程数据，可实现实时反馈与评价，结合发展性评价方式完善课程群建设的发展性评价体系，如图4 所示（p67）。发展性评价是指针对产品设计过程中学生提交的材料进行评价，按照所属等级学生进行定位，并通过不同等级之间的关系，为学生后续学习指明方向。教师基于发展性评价方法，结合学生当前的学习情况，从理性的角度为学生定位，并为学生设置“够一够就能达到的目标”，提升学生学习的自主性；通过教学目标的合理设置，让学生充分明确技术动向和自身发展方向，实现分层次教学的同时，还为不同学生提供学习引导。

图4 发展性评价体系

教学评价分为初阶、中阶和高阶目标，初阶目标设置重在对知识点的理解和对系统设计的认识，进阶目标为能够开展同类产品的模仿设计；中阶目标强调对知识的应用，可根据所给的工程案例，开展模仿设计和部分改型的创新设计，旨在加强学生对系统设计的理解和所学科目的知识强化，进阶目标为综合设计与分析能力的提升；高阶目标强调对知识的内化和知识网络的构建，使学生能够应对工程设计中可能存在的问题、具备应对突发问题和统筹解决工程设计各个环节问题的能力。

通过发展性评价体系的构建，使学生客观掌握自身的学习水平，针对性开展下一步学习规划。通过教学反馈和教师的引导性指导，使各个层次的学生都有所得。

3 结论

本文从教学资源、信息化教学平台、教学评估等方面入手，对机械专业基础课程群进行教学改革。基于移动课堂教学平台，通过课程群的统一规划，减少了交叉重叠课程教学时间；基于减速器案例构建了设计制造全过程的机械课程群建设体系，提升了学生系统分析问题和解决工程问题的能力，对于新形势下机械类专业基础课程群的教学改革具有一定的参考意义。