新工科背景下应用型高校机械制造装备设计课程改革与实践

［摘 要］文章基于新工科课程建设要求，分析了应用型高校机械制造装备设计课程的基本现状。课程组以本校课程改革为契机，从课程内容体系、教学模式、评价体系、专业兴趣培养、课程实践等方面提出了本课程教学改革策略，分析了实践改革取得的成效，包括课程新知识体系构建、问题导向式教学、专业文章阅读及多元化课程评价实践等方面，为应用型高校同类型课程的改革建设提供必要的参考。

［关键词］新工科背景；应用型高校；机械制造装备设计；教学改革

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）06-0026-03

新工科是相对传统工科而言的，是以新经济、新产业为背景，既要发展建设新型工科专业，也要推动现有工科专业的改革创新[1]。而现有工科专业的改革创新必然离不开工科专业课程的改革、创新与实践发展。当前，国家支持有特色的高水平地方高校发展，引导部分地方本科高校向应用型转变，把办学真正转到服务地方经济社会发展上来，转到产教融合、校企合作上来，转到培养应用型技术技能型人才上来[1]，并对相应人才培养提出了新要求。因此，应用型高校工科专业课程改革，既要考虑新时代新工科的背景要求，也要结合应用型人才培养质量要求进行创新实践。

制造业是国家经济的支柱产业，在社会经济发展中具有相当重要的地位。而机械制造业又是制造业的核心行业，机械制造业的发展程度在很大程度上取决于机械制造装备的先进程度。设计开发出更多高端的机械制造装备就可以在一定程度上有效解决我国制造领域中的诸多“卡脖子”问题。因此，机械制造装备的设计构成了机械制造装备研究的核心内容之一。可见，机械制造装备设计课程对机械设计制造方向类专业人才培养具有重要的基础作用。

课程建设是提高高等教育质量的核心环节[2]，任何教育的最终效果都取决于直接面对学生的课程建设和课程实施过程。当前，应用型高校机械制造装备设计课程在多数机械设计制造方向的专业课程体系中属于必修专业课程。该课程涉及知识面广、实践性强[3]，对常用机械制造装备的设计原理、方法、准则要求等进行较系统的介绍，目的在于培养学生的结构设计能力、问题分析能力、工程意识和绿色可持续发展思维等综合素质，为学生的后续专业学习及未来职业发展奠定必要的基础。

在新工科背景下，随着互联网、物联网、人工智能、大数据、云计算等新兴技术的快速发展，传统机械制造业必然要向智能制造方向发展，而传统的机械制造装备必然要向智能化、服务化、绿色化方向发展。因此，机械制造装备设计课程的教育教学也必然要紧跟新时代新政策、新技术的发展而不断持续改进。

一、应用型高校机械制造装备设计课程的基本现状

机械制造装备设计课程作为机械设计制造方向专业的主干课程，在专业人才培养体系中起到了重要的支撑作用。但是目前在应用型高校中，在传统教学模式下，该课程存在教学内容及教学模式不够先进、课程知识点较多、教学课时数不足、理论深度较大、实践条件较弱等问题，不能很好地适应应用型人才培养要求。

（一）教学内容及教学模式偏于传统，未形成新知识体系

本课程是由有关机床、夹具、刀具等传统课程内容整合而成的一门综合课程，因此部分教材的教学内容仍主要以“机床及典型部件设计”“夹具设计”和“刀具设计”内容为主，内容体系不够先进。随着互联网、人工智能和信息技术的迭代升级，一些新技术、新装备逐步应用在机械制造行业，但教学内容并未及时跟进，关于新技术的课时数偏少，因此需要形成既兼顾传统又能反映新时代新技术的课程新知识体系。同时，本课程教学仍以传统讲授式为主，课堂互动氛围不佳，学生兴趣不浓，需要进一步持续完善。

（二）知识点比较抽象、理论深度较大

本课程是一门综合课程，其知识点多、理论较深，还比较抽象，使学生学习有一定难度。而应用型人才培养强调专业应用能力、实用技术的培养，对理论深度不做过高要求，因此需要相应调整本课程的理论深度。

（三）学生工程学术意识、专业兴趣的培养不足

兴趣是最好的老师。拥有专业兴趣和专业能力的学生才能在未来的职业生涯中更好地发挥自己的潜能。因此，应用型人才培养既要注重学生知识应用能力的提升，也要积极发展学生的专业兴趣和工程学术意识。然而，本课程目前仍局限在传授知识、培养装备设计应用能力上，需要进一步培养学生的专业兴趣和学术意识。

（四）课程评价内容、评价形式较单一

由于受传统教学模式的长期影响，本课程主要以期末考试成绩为主来评价学生的学习。这种评价方式注重结果评价、不注重过程评价，评价方法单一、评价理念不先进，难以适应新时代应用型工科人才培养的目标要求，需要持续改进。

（五）课程实验、实践条件需要加强，学生实践能力需要提升

本课程是多门传统课程整合而成的一门综合课，课程内容与机械设计制造行业生产紧密相关，具有很强的实践性。但是由于受资金等多方面因素的制约，本课程的实验、实践条件方面都存在不足，比如实验设备数量和先进性不足，开展的实验多为验证性实验，创新性、综合性实验条件缺乏，不利于学生创新思维的培养；课程实践基地或实践企业数量不足、与本校合作深度不够，学生实践训练的机会不多，实践能力提升受到影响。

二、课程改革的具体实施方案

（一）优化课程的内容体系

课程组依据新工科建设要求，对课程知识体系进行优化。在保留“机床及典型部件设计”“夹具设计”和“刀具设计”等传统内容基础上，重点将“工业机器人设计”“生产物流系统设计”“机械加工生产线设计”等新技术内容纳入课程体系。学界普遍认为“工业机器人技术”课程内容是机械类专业实现新工科目标的有力支撑[4]，因此课程组增加了工业机器人等新技术的教学课时数，缩减了传统技术课时数。以报告或讲座形式介绍人工智能、智能制造、大数据及云计算等前沿技术在机械设计制造领域的应用。努力实现课程新内容体系中传统技术、新技术和前沿技术的有机结合和动态发展。在课程理论上强调基础理论，并将之与工程案例相结合，重在培养学生的设计开发能力；简化抽象原理，强调教学内容的实用性、系统性及先进性。优化后的课程内容既适应新工科背景下的课程体系改革要求，也适应应用型人才培养的要求。

（二）创新课程的教学模式

改变传统单向讲授式的课堂教学模式，以学生为中心，营造师生间、生生间多向互动、开放式的课堂氛围。师生之间的深度互动是消除师生淡漠关系的有效路径[5]，是提高课堂活跃度的有效方式。可建立问题引导式课堂，引导学生积极提出问题、思考问题并给出解决问题的方法，培养学生的问题意识，以问题为媒介建立师生间的深度互动。例如在课程实践中，教师合理设计每一个课程问题，用课程问题将教学各环节连接起来，鼓励学生回答问题并与教师、同学互相探讨。实践表明，学生的思考积极性得到了提高，课堂氛围更加活跃。课程组积极探索线下线上相结合的新型教学方式，充分利用互联网教育新技术、新资源为课程教学服务。

（三）完善课程的评价体系

新工科背景下，传统的以考试为主的课程评价方式已不能适应新时代课程评价的目标要求。因此，本课程的评价采用考试评价与过程评价相结合的多元化课程评价体系，且二者在课程评价体系中具有同等重要的地位。其中，考试评价主要包括平时小测验和期末考试，平时小测验采用开卷或闭卷的方式；过程评价主要考查学生在课程教学过程中参与相关活动或任务的完成情况，其内容是多样的，可包括但不限于出勤、课堂问答讨论、课堂演讲、期刊阅读、大作业、课程实验、课程论文、课程项目等多方面内容，可依据课程教学要求进行具体设计。课程组利用新的评价体系对学生考试成绩和过程评价成绩进行分析，得出结论：相对于以考试为主的传统课程评价方式，多元化课程评价体系提高了课程评价的难度，但是评价稳定性较高[6]，能实现较全面的课程评价。对学生在学习过程中的学习表现、兴趣动力、课堂氛围等方面的综合分析表明，多元化课程评价有利于激发学生的课程兴趣，提高学生的综合素质，实现课程的良好教学效果。

（四）实施培养学生工程学术意识及专业兴趣的期刊阅读模式

本课程不仅传递给学生关于机械制造装备设计原理与方法的基本知识，培养学生设计开发能力，还在熏陶学生专业兴趣和工程学术意识方面发挥积极作用。课程教学中后期，教师依据本课程涉及的主要教学内容，提炼出若干技术关键词，指导学生选择感兴趣的关键词，在中国知网、万方数据库或百度文库等平台搜索并下载一篇相应的、难度适中的专业期刊论文，要求学生反复研读、交流、思考，并写出阅读报告，这项学习活动作为课程过程评价考核的一部分。从近几年的教学实践来看，学生对这一做法反响良好。学生普遍认为：通过阅读，了解了期刊学术论文的内容、格式和基本要求，培养了基本的工程学术意识；通过阅读，拓宽了知识视野，深化了课堂学习；通过阅读，感受到科学研究的不易，产生对学者的崇敬之情；通过阅读，更深刻地了解了机械专业及课程知识的重要性，对机械专业的地位和影响认识更加清晰，进一步增强了对专业学习的兴趣。可见，阅读期刊学术论文能够拓展学生知识面、培养学生工程素养、提升学生专业兴趣、实现课程思政育人，是值得持续完善并长期实践下去的。当然，为了阅读实践活动取得真正实效，就要解决一些实际问题，例如：如何保证学生选择的学术论文难度适中，具有可读性；如何保证学生真正读透学术论文，有所领悟，学有所得，而不是敷衍应付任务；如何合理地评价学生的阅读实践活动、起到的激励作用，等等。解决了这些问题，阅读实践活动才能真正取得实效。

（五）加强实验、实践教学平台与基地的建设，拓展产教融合模式

实践教学在学生的专业素质培养过程中起到了十分重要的作用[7]。基于应用型工科人才培养要求及课程实践性强的特点，本课程需要加强课程实验及实践基地的建设，积极拓展与企业的产教融合合作，为学生实践能力培养提供强有力的保障。应加强课程实验投入，配备较先进的综合试验设备，大力开展创新型、综合型实验训练。对于有些不容易实现的实验，可以采用虚拟仿真实验，因此要加强虚拟仿真实验平台的建设或者与其他已经成熟的平台实现共享，使实验训练真正落到实处，促使学生的实验能力得到真正的提升。要积极开展与设计制造企业的合作，搭建更多实训基地，保证学生有更多机会深入制造企业，切身感受企业的制造装备类型、使用方法、先进程度和存在问题，为毕业后机械制造装备的创新设计提供必要的实际体验。在校企实训合作基础上，探索建立校企合作育人的试验区，学校提供师生等人才支持，企业提供试验空间与技术条件，双方合作解决企业的技术问题或进行技术攻关，为企业进行订单式人才培养，努力实现校企共赢的产教融合新模式。

（六）鼓励学生积极参加创新创业设计大赛

为了进一步培养学生的实践能力和竞争意识，增强学生将本课程所学的设计原理及知识加以实际应用的能力，积极引导学生组成联合团队，鼓励学生在教师指导下，以课程习得的机床设计、机器人设计、生产线设计等制造装备设计原理为基础，在虚拟计算机环境下进行机械制造装备三维结构的自由创新设计。对于综合评估好的创新设计方案，给予财力支持，帮助学生制造出基本原型机并参加多种创新创业设计大赛，如“互联网+”创新创业大赛、“挑战杯”创业大赛、全国三维数字化创新设计大赛、全国大学生机械创新设计大赛等。近两年的大赛实践中，学生取得了多项大奖，获奖层次逐步提高，锻炼了结构设计能力、软件应用能力、实践动手能力和团队协作能力，培养了一定的创新意识，符合应用型工科人才的实践要求。目前，由于学生兴趣意愿及相关支持条件的限制，参与大赛的学生规模较小，能够获得锻炼的学生较少，因此今后将积极争取各种支持条件，引导更多学生参与大赛。

三、结语

机械制造装备设计课程的改革要以新工科建设为指导，在课程内容体系、教学模式、评价体系、专业兴趣培养、工程素养培育及实践教学等方面持续改进，实现其不仅传授学生专业知识、培养学生专业实践能力，也培养学生专业兴趣和工程学术意识的目标，为培养更多优秀的机械制造装备设计开发人才提供有力支撑。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 吴爱华，侯永峰，杨秋波，等.加快发展和建设新工科 主动适应和引领新经济[J].高等工程教育研究，2017（1）：1-9.

[2] 潘懋元，周群英.从高校分类的视角看应用型本科课程建设[J].中国大学教学，2009（3）：4-7.

[3] 王利，杨斌.新工科背景下《机械制造装备设计》课程教学改革探索[J].轻工科技，2018，34（7）：178-179.

[4] 朱洪前，余皡，邓旻涯.机类专业“工业机器人技术”课程教学内容初探[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2020（4）：6-7.

[5] 陆国栋.“新工科”建设的五个突破与初步探索[J].中国大学教学，2017（5）：38-41.

[6] 张吉军，曹龙奎，代洪庆，等.农业高校工程类专业课程多元化评价的实证研究：以黑龙江八一农垦大学工程学院工程类专业为例[J].高等农业教育，2018（6）：59-63.

[7] 王婋，潘琳，朱芳冰，等.新工科背景下人才培养实训基地建设及思考[J].大学教育，2021（8）：125-127.

［责任编辑：钟 岚］