“双碳”目标背景下“机械制造基础”课程教学改革

李本杰，郑华林，韩传军

（西南石油大学机电工程学院，四川成都 610500）

一、引言

为应对日益严峻的全球气候问题，促进社会经济高质量发展，习近平总书记在第七十五届联合国大会上提出，中国力争2030 年前实现碳达峰，2060 年之前实现碳中和的“双碳”目标。2022 年4 月，教育部印发《加强碳达峰碳中和高等教育人才培养体系建设工作方案》，明确指出，以高等教育高质量发展服务国家“双碳”专业人才培养需求，“将绿色低碳理念纳入教育教学体系”“加强绿色低碳教育”[1]。因此，促进传统机械类专业转型升级，将绿色低碳理念融入机械类课程体系建设，实施教学内容优化和教学模式改革是高等学校顺应国家“双碳”专业人才培养新要求的重要举措[2]。

“机械制造基础”是机械类专业的一门专业核心课程，对于培养从事制造业的高素质专业人才具有重要支撑作用。“机械制造基础”课程的教学内容主要包括金属切削加工原理、金属切削加工方法与设备、机械零件精度设计、机械零件加工工艺设计、现代加工制造技术等。通过该课程的学习，要求学生掌握金属切削加工基本理论，掌握金属切削加工机床基本知识、零件尺寸公差、几何公差和表面粗糙度国家标准，以及掌握各种加工设备、加工方法的标准与规范，能够正确选择加工方法、机床、刀具及加工参数，具备制定机械加工工艺规程及工艺装备设计的基本能力，以及具备机械零部件精度设计的基本能力。为了适应新时代国家对“双碳”人才的培养需求，目前，“机械制造基础”课程的内容体系、教学模式、考核方式等迫切需要实施优化改革，以增强学生绿色低碳意识，提高学生绿色低碳素养，培养学生绿色低碳技能。

二、“机械制造基础”课程教学中存在的问题

“机械制造基础”是一门综合性和实践性都很强的机械类专业核心课程。围绕课程体系建设、教学模式改革、课程思政建设、课程考核方式优化等方面，国内许多高校对该课程的教学进行了多方位的探索与研究[3-4]。但目前，“机械制造基础”课程教学与人才培养目标，以及国家“双碳”专业人才培养需求仍存在一定距离，课程教学过程中存在以下亟待解决的问题[5-6]。

（一）绿色低碳理念渗透不足

在课程教学过程中，教师更注重专业知识的讲授和对学生专业技能的培养，而对节能减排、生态环保等绿色低碳主题涉及较少，缺乏对学生绿色低碳技能的培养。尽管在讲授某些相关知识点（如切削液的选用等）时，对绿色理念有所提及，但未将绿色理念融入课程教学全过程，很少能够引发学生多方位的深度思考，导致学生绿色低碳意识薄弱，重视程度低。因此，需要教师将绿色低碳理念纳入到课程教学体系建设当中。

（二）绿色属性体现不够

在“机械制造基础”课程教学过程中，教师大多是针对刀具选用、切削用量选择、工艺与精度设计等专业知识进行讲授和技能培养，鲜有体现知识内容本身的绿色属性，无法有效培养学生绿色低碳思维，更不利于培养学生的绿色低碳技能。因此，在教学过程中，教师应更多地体现各知识点的绿色属性，培养学生绿色低碳思维。

（三）绿色考核机制缺乏

目前，“机械制造基础”课程教学过程和考核评价未能很好地体现与课程知识相关联的绿色低碳理念，因而，教师无法掌握学生绿色低碳意识的养成效果，以及绿色低碳技能的培养情况。因此，高校教师应创新制定符合“双碳”要求的课程考核机制，引导学生养成绿色低碳意识，提升绿色低碳育人成效。

三、“双碳”目标背景下“机械制造基础”课程教学改革思路

（一）绿色低碳理念融入课程知识体系

针对目前“机械制造基础”课程教学过程中绿色低碳主题涉及较少、绿色低碳理念渗透不足等问题，文章紧密围绕“双碳”目标背景下新时代人才培养目标的新要求与绿色低碳教育新任务，通过在课程各个知识模块中融入绿色低碳发展理念，增强学生的绿色低碳意识，积极引导学生利用所学专业知识技能助力机械制造业绿色低碳转型发展。“机械制造基础”课程的知识体系应紧密结合“双碳”主题，注重与绿色制造、低碳制造等相关知识的联系，在课程重要知识点融入绿色低碳理念并体现绿色属性。绿色低碳理念和思政元素融入课程知识体系的具体途径如表1 所示。

表1 “机械制造基础”课程绿色低碳理念和思政元素融入途径

（二）课程思政元素融入教学内容

“双碳”目标背景下工程技术专业人才的知识学习应与思想政治教育同向同行，形成协同效应，全面提高应用型专业技术人才的培养质量[7-8]。以“机械制造基础”课程知识点为依托，以工匠精神培育为核心，在课程教学内容中充分挖掘和融入思政元素[9]。在课程教学过程中，教师应根据章节教学主题对应的课程思政目标设计教学环节，将思政元素融入到学生的学习任务中。在实施翻转课堂过程中，教师要求学生根据所选主题，深入讨论涉及的思政元素，加深学生对思政元素的理解，进一步加强学生的民族自豪感、社会责任感和历史使命感，培养学生的大国工匠精神。

教师通过将绿色低碳理念和思政元素融入到课程教学内容中，以期在教学过程中实现专业知识学习与绿色低碳发展理念和思想政治教育的紧密融合，使学生在思政元素正面积极的引导下激发学习的主体意识，增强绿色低碳发展理念，培养积极进取、严谨的工匠精神和精益求精的科学精神，进而实现课程专业知识教授和综合素质培养的双重目标。

（三）教学模式改革

针对目前课程知识内容增多与课时削减之间的矛盾，“机械制造基础”课程采用基于问题驱动的线上线下相结合的教学模式。近年来，教学团队逐步搭建并完善了丰富的线上课程资源，包括微课视频库、测试题库、在线讨论库、工程案例库等[3]。以实施基于问题驱动的线上线下融合教学为导向，课堂授课前，教师围绕教学目标提前设计并线上发布问题和测试题，引导学生带着问题进行微课视频学习，并完成线上测试；课堂授课中，教师根据学生线上测试题的完成情况，着重对重难点和易错点进行讲授和梳理，引导学生发现问题和解决问题，实现知识内化；课堂授课后，教师通过课后作业（思维导图和习题）、线上测试、线上讨论和拓展，实现知识的巩固提升与思维拓展，增强学生的绿色低碳意识，进一步实现知识内化。

在课堂教学过程中，教师通过设计与多个知识模块相关联的专题案例，激发学生的学习兴趣，以及提高学生分析和解决问题的能力，使学生将所学知识融会贯通，实现高效学习。以“减速器传动轴加工”的讲授为例，教师应将零件表面成形运动、刀具几何参数的选择、切削用量的选择、切削液的选择、加工方法与设备选择、工艺路线设计等知识模块串联起来，引导学生系统全面地分析和掌握金属切削加工过程涉及的各方面知识，如图1 所示。

图1 专题案例设计

针对“机械制造基础”课程中实践性和综合性较强的加工方法和设备知识模块，教师应采用项目任务驱动的教学方法，培养学生的自主学习能力及团队合作能力，并围绕车削加工、铣削加工、钻镗加工、磨削加工、齿轮齿形加工、零件的结构工艺性等项目主题，结合课程目标和绿色低碳理念设计项目任务要求。为了完成项目主题中涉及的绿色低碳任务，学生在实施项目过程中，不仅需要学习教材中的理论知识，还要进行大量的文献资料查阅，在“做项目”的过程中发现和学习知识。因此，采用项目任务驱动的教学方法可使学生的学习目标更加明确，进而激发学生的主体意识和学习积极性，全面提高学生分析问题和解决实际问题的能力。

（四）完善多元化考核评价体系

“机械制造基础”课程采用全过程多元化的考核评价体系。课程总成绩包括平时成绩（45%）和期末考试成绩（55%），其中，平时成绩由线上视频学习（15%）、线上章节测试（15%）、线上讨论（5%）、课堂表现（30%）、课后作业（35%）组成。线上讨论一方面是对课堂知识点的加深和拓展，另一方面也可加强学生的绿色制造理念和“双碳”发展意识。课堂表现涵盖了课程项目。课程项目主要考查学生对相关知识点的掌握情况，以及对绿色低碳理念的理解程度；与“双碳”相关的绿色制造非标准答案试题占期末试卷成绩的10%。此外，课程组设计了优秀课程思政案例“加分项”，在线上主题资源学习（包括“大国重器”“大庆精神”“载人航天精神”“工匠精神”等）的基础上，鼓励学生积极思考，完成原创性课程思政案例，在引导学生树立正确价值观的同时，培养其勇于担当实现制造强国目标的使命。全过程多元化考核评价体系注重线上与线下考核相结合、标准化与非标准化考核相结合、个人与团队考核相结合、期末与平时考核相结合，从而有效引导学生积极参与教学过程的各个环节，实现教学效果的全面综合评价，并有助于学生在思考、分析、解决工程实际问题时融入绿色低碳理念。

四、实施效果分析

西南石油大学在2020 年秋季学期，对机械工程专业2018 级学生实施了线上线下混合式教学改革；在2023 年春季学期，对机械工程专业2021 级学生实施了“双碳”目标背景下的教学改革，实施教学改革前后的期末考试成绩如图2 所示。从图2 中可以看出，实施教学改革后，学生期末考试成绩的优秀率由8.25%提升到了18.87%，不及格率由20.10%下降到了6.21%；此外，“双碳”主题的非标准答案开放题的得分在良好以上的达到了75.86%。从统计数据来看，项目实施后取得了较好的效果，达到了预期目标。

图2 教学改革前后，学生期末考试成绩对比分析

五、结束语

文章围绕“双碳”目标背景下的绿色低碳发展理念，结合高等教育高质量发展服务国家“双碳”专业人才培养需求，对“机械制造基础”课程的知识体系、教学模式、课程思政元素，以及考核评价方式进行了探索，阐述了绿色低碳理念和思政元素融入课程教学内容的思路和途径，构建了基于问题驱动的线上线下融合式教学模式、基于专题案例和项目任务驱动的教学方法，以及基于教学全过程多元化的课程考核评价体系，有助于促进学生将课程知识学习与绿色低碳技能培养相结合、理论与实践相结合，提升了学生的自主学习能力和团队合作能力，实现了课程专业知识学习和综合素质培养的双重目标。