新工科背景下综合性实践课程教学方法研究与实践——以“智能制造系统集成综合训练”课程为例

曹锦江，陈 桂

（南京工程学院 自动化学院，江苏 南京 211167）

为了培养掌握新兴技术的工科人才，教育部提出了高等学校建设新工科战略，“中国制造2025”作为我国制造业战略实施，其中智能制造工程专业是近几年获批较多的新兴专业。如何在新的信息技术背景下，提高人才培养质量，教育部印发的《高等学校课程思政建设指导纲要》，为新工科课程思政建设指明了新方向［1］。

一、研究背景和意义

国家正在实施创新驱动发展、“中国制造2025”等重大战略，迫切需要培养大批新兴工程科技人才。因此，教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，面向新工科的人才培养研究成为热点［2］。

为此，在新工科背景下，综合性实践课程如何利用现代教育信息技术进行实践教学，以及新时代思想政治教育大背景下思想政治如何与实践课程融合，如何提高综合性强的实践课程教学质量，是很值得研究和探讨的问题。

迄今为止，全国260余所高校成功申办智能制造工程专业，培养方案大同小异，基本包含两方面内容：智能制造数字化设计与制造和智能制造系统集成。

南京工程学院在第二批次获批智能制造工程专业，在培养方案中“智能制造系统集成综合训练”是一门重点实践课程，课题对如何在综合实践课程中进行知识传授、能力提升和价值塑造进行了研究和实践。

二、课程教学内容

“智能制造系统集成综合训练”课程是我校智能制造工程专业实践环节体系中的重要骨干课程。培养目标是以智能制造系统生产线为训练平台，通过智能制造系统电气设计、生产线网络组态、工业机器人编程与操作、智能传感器应用、上下料智能单元开发、生产线MES管理软件、移动终端功能、云数据服务器应用与虚拟仿真软件调试等学习实践，提高学生在工程实训中发现问题和创造性地解决问题的能力，培养学生的社会责任感和使命感，培养学生具备系统集成和编程开发工程实践能力。

三、多种教学方法融合的必要性和可行性

（一）融入课程思政

课程思政是新时代高校教育的理论创新，在传授专业知识时融入思想政治内容，引导学生树立正确的世界观、人生观和价值观。全国众多高校教师都在如何将思想政治教育融入专业课程、如何挖掘思政元素等方面做了有益的探索，对推动思想政治教育融入专业课程起到了一定的推动作用［3］。

（二）融入新工科教学理念

教育部于2017年开始推动新工科建设。智能制造工程专业属于新工科背景下对传统制造转型升级和交叉学科的复合新专业，课程教学必须增加数字化、网络化和智能化等智能制造工程新工科理念，融合多种学科专业知识，才能符合智能制造工程专业特点。很多教师对新工科背景下如何教好相关课程做了大量研究工作，拓展了以往课程教学的理念和方法，为学生专业知识的学习打下了坚实的基础［4］。

（三）融入混合式教学模式

经过多年线上线下混合式教学模式的摸索和实践，积极实施混合式教学改革，促进了教育信息化与课堂教学深度融合，推动了教学模式从以“教”为中心到以“学”为中心的转换和“以课堂为主”向“课内外结合”转变。推进了信息技术与教育教学深度融合，重视学生的学习体验，有效提升了课程教学质量［5］。

（四）融入虚实结合教学模式

较多高校利用计算机技术开发了虚拟仿真训练平台，通过虚实结合能够解决传统实践环节设备台套数不足、实验室空间和时间限制、维护成本高等问题，促进教学形式的多样化发展。通过虚拟仿真技术不仅调动了学生的学习主动性，还激发了思维创新能力，为实践教学提供了新的教学途径［6］。

（五）融入信息技术的智慧教育平台

中国慕课网和超星学习平台等都是师生在线课程的有效支撑平台，在实际教学中也使用腾讯课堂等多种平台，让技术和教育进行深度融合。在现代信息技术支持下，教学条件具备了一定的智慧教育平台，必将推进当代高等教育科学全面发展［7］。

四、实践课程教学方法研究与实施

以我校“智能制造系统集成综合训练”工程实践项目为例，进行多种教学方法融合实践与研究，主要解决以下几种教学方法融合问题。

（一）课程思政与专业技术相融合的教学

通过挖掘课程项目中的思政元素，将立德树人放在实践环节首位，解决以往实践环节只能进行单一专业技术传授的问题。以“机器人编程和操作”训练子项目为例，将思政元素融入专业技术实践当中。

1.通过工业机器人使用功能，体现先进技术给社会带来的便利性和效率性，利用工业机器人技术特点掌握发现新问题和创造性地为社会解决问题的能力。

2.通过安全要素教学，提醒学生注意使用机器人时的安全，操作必须严谨求实，一丝不苟，稍有不慎就会出现“机毁人亡”事件，懂得科学使用设备，珍爱生命。

3.通过国内外工业机器人技术对比分析，树立远大理想，增强学生技术强国的使命感和责任感。

4.通过工业机器人编程操作教学，体会通过软件开发编程的实践劳动过程，培养学生的工匠精神及严谨求实、一丝不苟的工作作风。

在课程实践当中，还有许多思政元素，都可以认真挖掘并润物无声地融入专业技术当中，对当今大学生进行价值观塑造有所助益。

（二）线上和线下相融合的教学

在教学过程中，充分利用现代信息技术，进行线上和线下混合式教学。

1.利用学习通放置公共教学资源。我校建设了一条智能制造生产线，设备资料也很多，不可能将所有技术资料纸质稿通读，因此，将实践中涉及生产线的数控机床、机器人、智能传感器、AGV、控制系统等资料存储在学习通的“资料栏”，学生就可以不受时空限制随时查阅需要使用的技术资料。在线下辅导环节，教师辅导学生利用线上提供的素材的方法，通过这种方法，减少了大量技术资料印刷成本和线下辅导时间，将教师转变为实践环节的组织者和协调者，“授人以鱼不如授人以渔”，教会学生如何学习。

2.利用公共网络平台分享学习资源。鉴于课程项目当中有部分属于通用技术知识，如FANUC机器人编程与操作和康耐视软件开发应用等，在视频网站有很多相关视频，可将视频推荐给学生学习，同时让学生了解如何通过公共网络平台查找所需的学习资源，也符合培养具备自学能力和终身学习能力的毕业目标。对有些公共网络平台没有的教学资源，比如：RFID智能传感器与PAC网络组态等学习视频，指导团队自行录制，放在学习通的“资料栏”，供学生分享学习。在线下辅导环节，指导教师只需点评线上资源重要知识点。这种线上线下混合教学方法，改变了以往依靠指导教师提供单一教学资源的状况，学生可以充分利用社会公共优质教学资源，拓宽了学生学习先进知识的渠道和视野。

3.利用公共教育平台提高教学效率。指导团队充分利用现有的公共教育平台，比如利用“学习通”完成考勤签到、作业布置与任务提交、通知、问卷调查等，将以往线下答辩调整成线下和线上答辩相结合的模式对学生进行考核，将口头答辩的共性问题利用学习通的考试模块实施，不仅减少了答辩时间，也全面考查了学生对整个实习知识的掌握情况。还可以利用考试模块数据统计功能，分析学生对实习知识的掌握情况，线下答辩只保留各个学生差异性的问题。

（三）虚实结合的教学

目前我校只有1条智能制造生产线，如何让每名学生都能掌握现有智能生产线专业知识，是我校专业教育中亟须解决的问题。依据现有生产线，利用计算机技术开发了“智能制造生产线控制与调试虚拟仿真实验项目”，该平台可用于掌握生产线组成与流程操作、网络组态设置方法、机器人上下料调试、并联机器人分拣功能验证、装配机器人协同装配调试等环节的教学，开发的软件部署在校园网服务器中，学生可以不受时空限制学习操作和调试，减少线下实物因操作生疏引起安全风险较高及课时有限的教学弊端。

通过虚实结合方式教学，提高了实物生产线教学效率，实现了“1+X”生产线实习效果，降低了学生学习复杂生产线的难度，增加了学习的主动性和信心，拓宽了学生的先进技术视野，虚拟仿真技术的应用是线下实物教学平台的有益补充。

（四）理论和实践相融合的教学

对实践前理论课程未完全涉及的知识或涉及了但没有机会实践的知识，在实践环节都进行了补充。比如，智能传感器（RFID和智能相机）在理论课程未详细讲解特别具体的智能传感器如何使用等，因此在综合实践环节补充了生产线中涉及的巴鲁夫RFID工作原理和具体使用及与理论课程的联系，使学生做到理论课程与实践知识的无缝衔接，使学生将理论和工程实践知识融会贯通，加强了理论知识教学效果，提高了学生的综合动手能力和工程实践能力。

（五）工程化项目与实验相融合的教学

“智能制造系统集成综合训练”实践课程不是常规的验证实验或实践，而是我校大力推崇的工程化项目教学试点课程，工程化项目教学是我校为提高学生动手能力和创新能力的一种教学模式，按照“工程化项目教学环境、团队式指导、协作式学习”的原则实施工程化项目教学。因此，指导团队开发了围绕教学大纲知识点的10余个工程化项目，除现有生产线和虚拟仿真软件外，还为每个工程化项目搭建了4个工程化的实践单元平台，这些平台既可以做完整的工程化项目开发调试，也可以验证智能传感器工作原理等实验，满足了工程化项目教学和一般实验验证教学方法融合的要求，更好地培养了学生的动手能力、工程素养和创新能力。

经过综合实践实施，构建的生产线和虚拟仿真软件及实践单元为学生有条不紊地开展课程实践打下了良好的实习基础。整个实习过程学生学习积极性较高，主动性较强，大家分工明确，各自承担团队和个人责任，未发生任何安全事故，项目完成质量高，最终成绩优和良合计占比达68.42%，通过实践确实提高了学生的动手能力及编程开发设计能力，学生在报告总结体会中都能对思政元素与专业技术融合发表个人感想，深刻体会到肩负的为中国制造业转型升级承担的压力、动力及信心。

结语

课题以“智能制造系统集成综合训练”课程为例，系统地分析了在新工科、现代教学信息技术及新时代思想政治教育的大背景下多种教学方法融合的必要性和可行性，并进行了五种教学方法的融合研究和实践。实践证明，新工科背景下综合性强的实践课程必须融合多种教学方法，才能紧跟时代发展步伐和培养社会所需的合格人才，才能进一步提高实践类课程教学质量，课程实施的教学方法可为类似综合实践课程教学提供一定借鉴。