面向新工科的应用型本科机械设计课程群建设的探索与实践

赵 亮,郎庆阳,杨志强,肖 萌

(辽宁科技学院 机械工程学院,辽宁 本溪 117004)

新工业革命浪潮下,全球工业发展趋势及其对传统产业的影响,对工科专业人才在能力上提出新的要求,也就是说,除了原有需要具备的知识、能力素质外,工科专业人才还必须具备数字化、信息化、网络化、智能化和综合化等能力[1]。由此,面对新工业革命对工科专业人才的新要求,探索研究满足传统机械产业改造升级需求的专业课程体系建设和人才培养模式改革具有深远意义。

作为介于专业课程体系和单门课程之间的课程群,其是为完善同一施教对象的认知结构,而将本专业或跨专业培养方案中若干门在知识、方法、问题等方面有逻辑联系的课程加以整合形成课程体系[2]。相比于单门课程,课程群能够有效地克服单门课程在建设过程中存在缺少对与其相关课程关联性的研究,从而产生相关课程间教学内容重复、知识点衔接不紧密、课程设计与课程实施脱节、学生对知识综合运用能力不强、缺乏解决复杂工程问题能力等弊端,故对其开展建设是提高教学质量,达成人才培养目标的重要举措。因此,在新工科背景下,以培养学生适应传统机械产业改造升级的机械装备研发设计能力为目标,系统地探索机械设计课程群建设路径,对新型工科专业(机械类传统专业改造升级)建设,满足产业升级所需的应用型人才需求,具有十分重要的意义。

1 机械设计课程群建设现状

国内很多高校机械类专业教师对以机械设计能力培养为目标的课程群建设,从课程群体系架构、教学内容优化整合、教学模式改革等多方面进行了大量的研究与实践。熊敏等针对传统知识导向型课程在教学过程中,因知识点的相对独立而形成“知识孤岛”,从而造成学生在机械设计方面存在能力不足的问题,将机械设计能力分解为13个能力要点以及其相互对应的知识点和相关课程,从而建立了“能力-知识-课程”矩阵,形成了机械设计课程群架构,并改革教学模式,进行了以交叉融合和案例导向为特征的课程教学设计[3]。王铁军等分析了机械设计课程群体系结构,进行了课程群间冗余内容的消除,实现教学内容合理的衔接,从理论教学引入工程实例、课程设计和工程实际、课外科技活动、实验相结合等三个方面开展了机械设计课程群的工程化改革研究[4]。吕勇等结合教学中遇到的困难,按人才成长的认知规律和生产实际需要,对机械设计课程群相对应的知识与能力进行分析,将数控机床设计项目从零件图与装配图绘制、传动系统设计、总体布局设计和基础件优化设计等方面分解成子项目,并相应地与理论教学中机械制图、机械设计、数控机床结构设计、机械结构有限元分析等课程的知识点对应,形成的各子项目的机械设计方面教学内容既能够相对独立,又能相互关联,层次递进、浑然一体,构建出系统、连贯、有机融合的知识体系,加深了学生在机械设计方面的学习深度[5]。通过相关文献可以看出,面向新工科的机械设计课程群建设研究的成果不多。此外,从教育部办公厅公布的首批(612项)和第二批(845项)“新工科”研究与实践项目来看,以课程群为研究题目的项目很少。由此可见,探索研究新工科背景下机械设计课程群建设既具有较高的研究价值,又具有较大的研究空间。

2 面向新工科的机械设计课程群建设

作为辽宁省普通高等学校本科重点支持专业和省级一流本科专业建设点,辽宁科技学院机械设计制造及其自动化专业紧密结合学校“应用型、地方性、行业性、国际化”办学定位,以培养行业“专才”为特色,加强教育教学改革,不断修订人才培养目标,逐渐凝练形成“机械设计”“智能运维”两个专业方向。针对“机械设计”方向,其课程群建设思路(如图1所示)为:以面向新工科,培养学生机械装备研发设计能力为切入点,以构建出适应传统机械产业改造升级的新型工科专业机械设计课程群和教学团队为目标,依托工程教育专业认证OBE理念,以成果为导向,由新修订的专业人才培养方案的培养目标和毕业要求构建出机械设计课程群,并结合新工业革命对工科专业人才的新要求,从机械设计课程群教学内容、课程思政、教学模式和教学团队等方面开展建设。

图1 课程群建设思路

2.1 整合、优化与更新课程群教学内容,构建课程群的知识体系

在深刻理解“新工科”的内涵特征、建设原则、内容与目标的基础上,通过企业行业调研及专业人才培养目标和毕业要求的支撑,构建由机械制图、机械原理、计算机辅助设计与制造、互换性与测量技术、机械设计、机械装备设计、机械优化设计等专业基础课、专业必修课、专业选修课和专业实践课组成的机械设计课程群,并面向地方传统机械产业改造升级需要,从两个方面进行了课程群教学内容的整合、更新、优化。一方面,按照工程教育专业认证要求,结合课程目标对毕业要求的支撑,进行课程间教学内容整合,避免教学内容的重复或不足,实现课程群知识体系的系统性、科学性;另一方面,结合新工科专业建设要求、企业行业对机械设计能力需求和机械设计技术发展现状,进行课程自身教学内容更新与优化。例如,机械装备设计课程在原机械制造装备设计课程的基础上,面向机械制造装备设计,引入数字化设计理论,弱化传统金属切削机床设计内容,加强智能数控机床、工业机器人等智能制造装备设计内容,构建出面向工业4.0,满足传统机械产业改造升级需要的课程体系[6]。

2.2 课程群课程思政建设

基于单门课程的课程思政案例建设具有自主性强、可操作性强的特点,但是随着课程思政建设的全面推进,由于各门专业课程各自挖掘思政元素、缺乏系统性设计,导致目前课程间的思政目标和思政案例趋同现象较为突出[7],如同一比较经典的课程思政元素不仅在同专业的专业课之间都在使用,而且在专业课与专业基础课之间也出现重复使用。与此相比,由于课程群自身所具有的课程之间的关联性、层次性和递进关系等特点,从课程群角度开展课程思政建设可以有效地弥补基于单门课程建设的课程思政所存在的单一化和趋同化等不足。对此,与工程教育专业认证紧密结合,以OBE理念反向设计,开展了课程群课程思政建设,构建出系统、多维的课程思政体系,并依据Bloom理论,针对不同的教学内容及其课程目标,构建相应的课程思政目标,从而在课程群教学过程中,循序渐进地实现低、中、高阶课程思政教学目标。

2.3 课程群教学模式与教学方法的改革

在课程群建设过程中,以培养学生在机械设计方面“解决复杂工程问题能力”为目标,基于工程教育专业认证毕业要求达成,开展教学模式与教学方法的改革,将OBE理念引入课堂层面,以学生为中心,分别从教学方法、课程教学过程设计和考核方式等方面提升课程群的“高阶性”“创新性”和“挑战度”。如课程团队成员在逆向设计与快速成型技术课程(2022年辽宁省一流课程)建设中,进行教学模式改革,改革采用任务驱动的教学方式,分组教学,创新性地将学生设计、建模、3D打印、装配成型的实物作品纳入课程考核环节。在机械装备设计课程建设中,进行教学模式改革,运用项目式、讨论式等多种教学方法,实现了理论课堂讲授与自主学习相结合、课内学习与课外学习相结合、课堂讲授与专题讨论相结合、理论教学与创新设计竞赛相结合。

2.4 课程群教学团队建设

在课程群建设中,师资队伍建设是其重要内容。为满足地方高校新型工科专业建设对师资队伍的需求,以机械设计课程群建设为纽带,从掌握先进教育教学理念、更新专业知识结构、提升工程实践能力等多方面加强课程群团队建设。教学团队通过学习“新工科”相关政策文件、著作和论文,深刻理解掌握“新工科”的内涵特征、建设原则、内容与目标,为课程群建设和教育教学改革打下了坚实的理论基础,通过研读机械设计方面最新著作、论文和教材,参加专业技术培训等及时更新专业知识,为课程群知识体系建设提供了根本的保障,通过指导学生参加大学生创新创业项目、机械创新设计等各类大赛,主持开展教育部协同育人项目,与企业合作开展实际工程项目研究等方式,不断提升工程实践能力,为课程群教学模式与教学方法改革提供了有力的支撑,从而形成一支满足新型工科专业建设发展需求的机械设计课程群教学团队。

3 机械设计课程群建设的成效

在课程群建设过程中,教学团队成员在更新教学理念和知识结构、提升工程实践能力的同时,在学生机械设计能力培养、课程建设和专业建设等方面取得了丰硕成果。在培养学生创新能力方面,教学团成员建设了学生创新设计工作室2个,近5年来,指导学生参加创新创业训练项目国家级5项,省级5项,校级10项,获得全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛、机械创新设计大赛等各类竞赛国家级一等奖1项、二等奖3项、三等奖1项,省级二等奖11项,三等奖10项。在课程建设方面,“逆向设计与快速成型技术”等4门课程被认定为省级一流课程,“机械制图”等3门课程被认定为校级课程思政示范课,另有2门课程已申报校级课程思政示范课。在专业建设方面,教学团队负责人负责建设的机械设计制造及其自动化专业在2022年获批为省级一流本科专业建设点。教学团队成员主持省级教改项目2项,省级教研项目1项,校级教改项目3项。获省教育教学信息化交流活动微课类一等奖1项,校级教学成果奖二等奖1项。1人被评为校教学名师。获辽宁省高校教师教学创新大赛二等奖1项,辽宁省普通高等学校教师教学大赛三等奖1项。

4 结语

文章是将新型工科专业(机械类传统专业改造升级)建设与工程教育专业认证相融合,从教学内容、课程思政、教学方法手段和师资队伍等方面对机械设计课程群建设进行了探索与实践。由所取得的建设成果可以看出,本课程群建设在学生机械设计能力培养和教学团队成员能力素质提升方面取得了显著成效。

本课程群建设紧密结合“应用型、地方性、行业性”办学定位,具有特性鲜明的特点和为其他课程群建设提供了参考和借鉴。同时,作为辽宁省教育科学“十四五”规划立项课题(2021年度)、辽宁省普通高等教育本科教学改革研究项目(2021年度)的部分成果,本课程群所取得的建设成果对我校省级一流本科专业建设点机械设计制造及其自动化专业的建设起到了良好的支撑作用。