“五化”教学法在机械制造技术课程群教学中的应用
时间：2023-06-19 20:40:06 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
林勇传
（广西大学 机械工程学院，广西 南宁 530004）
21 世纪的国际竞争日益激烈，国家间的经济、科技乃至综合国力的竞争，实质上是智力与人才的竞争。国家在“十四五”规划下，正在打造新兴产业链，推动传统制造工艺高端化、智能化、绿色化，发展高层次服务型制造。这迫切需要培养大批具有国际视野的面向实际生产工艺的创新人才，以响应国家战略需求，使他们成为我国由“制造业大国”转变为“制造业强国”目标实施的中坚力量。
当前我国引导本科高校转型发展还处于初始阶段，为适应产业结构优化升级、产教融合深化的需要，职业院校开展了一定程度的课程改革[1]，但因“产教融合”这一提法近年才兴起，对本科层次研究成果较少，缺乏区域经济结构调整和产业升级所需的高层次应用型创新人才培养机制。因此以企业人才需求为基础对地方工科院校产教融合应用型人才培养体系的研究有助于延伸高等教育层级，能有效推动本科层次的创新人才培养，加快建立细致完善的机械工程先进制造工艺人才培养体系。
机械制造技术课程群是为机械专业开设的一系列专业基础课程。开展面向机械制造技术课程群的产教融合研究是地方工科院校顺应时代发展潮流，基于国家及地区经济社会发展需求的必然选择。为此国内知名高校纷纷开展先进制造领域课程内容和应用型创新引领人才培养模式的探索，如清华大学专门成立了机械工程人才培养实验班，浙江大学开设有工程师研究院[4]，加大教学过程的产教融合力度，能够有力地提升我国学生解决实际工程科学问题的能力。
广西地区制造业要想实现对重大技术装备制造和新材料等生产工艺的高端化、智能化和绿色化，需要企业产业链和学校创新链紧密对接，离不开产业界对高校人才培养的全面参与和支持。通过研究面向实际生产机械制造技术课程群的产教融合，可推动广西大学本科及研究生层次的创新人才的培养实践，促进区域制造产业升级，有效形成人才培养与区域经济发展相互沟通、相互促进的良性循环，进而为推动广西其他地方高校转型、特色发展起到借鉴推广作用。
为此，在国内外研究的基础上，借鉴顶尖学校的经验，从广西地区特色制造工业领域出发，结合广西大学发展要求，本研究积极探索“五化”教学法在机械教学中的应用，探索出面向实际机械制造技术课程群的产教深度融合新机制，形成学校企业合作的产教一体、良性互动、持续发展的局面，以广西大学机械工程学院2022 级“机械工程创新培养班”的改革为试点，经过2 年的研究探索，逐步推广到2023 年以后入学的机械工程学院的所有专业的本科生，其教学改革经验可供其他工科类教学借鉴，最终目的是提升学生面对实际生产工艺的应用和创新能力。
广西大学机械工程学院于2000 年开始开展多元化、多样化、全程化创新人才培养模式的探索与实践，获得了1 个国家级特色专业，1 个国家级卓越工程师培养计划试点专业，1 个国家级工程实践教育中心，1个国家级虚拟仿真实验教学中心，改革成效显著。但院内面向机械制造技术课程群很大程度是通过上课、视频、手册、实习等传统手段来培养人才，培养过程中企业参与度低，融合程度不够、存在面向实际生产工艺的技术技能水平和创新能力不足等现实问题，与创新人才培养新要求还有较大的距离。
1.1 课程教学内容陈旧，缺乏前沿领域理论
首先，机械制造技术课程涉及制造技术，工艺技术等多个领域的相互融合，而现有的教材仍然是以理论学习为主导，教材内容很难调动学生学习的主动性和积极性。其次，生产工艺总是不断吸收各种前沿技术而进化，而现有的机械制造技术课程体系内容过于陈旧，与时代严重脱节。再次，机械制造技术课程群涉及的内容大多需要和实际生产相联系，学生在学习机械制造技术课程中由于缺乏试验平台，提出的许多问题和想法无法及时通过试验验证，导致对这门课的学习理解深度不够。况且，现有教学中许多机械设备已经与时代落伍，例如教学中十分重要的数控机床设备，限于学校发展资金有限，很难及时更新换代，基于这些设备教学实际已与企业实际使用的设备脱节。可见现有大多数课程内容没有进行专项专业内容建设，对于机械行业热点技术的理解缺乏专业的解读，这样的课程教学理念与创新人才培养体系仍有一定差距。
1.2 教学模式及教学方法单一
创新能力是一个优秀工程技术人才的基本特征，由知识视野、创新意识、创新思维、创新技能和创新素质等要素相互作用而形成，其中，创新思维和创新技能是最为核心的两个部分[2]。培养具备持续性创新创造能力的当前人才培养的改革目标。首先，传统的教学模式始终是以教师为中心，在课堂上，老师讲授课程内容，学生边听边做笔记，这个过程中缺乏师生良性互动，课堂的活跃度不够。这大大限制了学生的创造力和应用能力，学生虽然理解了书本内容，但是很难理解书本中理论带来的实际生产意义。其次，机械制造技术课程群的工程实践课仍缺乏一对一的实践培训，大多数老师仍然采用大班制开展教学，每个学生对于知识的消化能力有所区别，掌握情况也不同，这会导致学生的诉求得不到及时有效的解决。因此，在新工科背景下，机械制造技术课程群教学形式需要进行相应变革，满足新时代人才培养的要求[3]。
1.3 校企融合实践训练不足，脱离实际生产
机械制造技术课程群实践教学和理论教学同等重要，而现有教学体系虽然也涉及实践教学，但往往仅停留在课本内容方面的验证性实践，缺乏和前沿工程技术应用方面结合的实践。企业参与度也较低。多数企业参与学校人才培养的主要形式是提供实习条件，只有很少部分企业直接参与了高校人才培养和课程实践环节的制定与实施。学生面对实际生产工艺的应用能力差，最终使得在当前的人才培养与企业实际要求相脱节。同时，缺乏有实践知识、经验和能力的师资。由于大量专业型技术人才涌入待遇较优厚的企业中，导致机械实践教学环节需要的教师严重缺乏，现有机械教学体系中的老师很多缺乏实践经验且知识储备陈旧，很难保证机械制造技术课程群的教学质量。
2.1 基本思想
所谓“五化”教学法就是针对国家战略，结合广西地区特色制造业发展需要，贴合学校发展定位，通过课程目标模块化、课程体系系统化、工程实践情境化、产教融合基地化、质量监控日常化五个方面来研究课程基于知识性问题、寻求意义的问题、寻求事物间关系的问题、评价性问题和寻求解决复杂制造工程问题等的教与学的模式改革。
（1）在课程组织中，以掌握生产工艺的基本理论与方法为主，引入机器学习、5G、大数据等先进辅助生产技术，形成多学科交叉融合的先进制造技术理论，培养学生解决制造生产工艺前沿领域的复杂科学问题的能力。构建机械制造技术的系统化课程体系。
（2）设定每个教学内容模块为针对某一生产工艺领域的理论与职业素质内容的组合，更针对工程科研实践项目运行需求。
（3）通过工程案例、视频等多媒体方式再现实际制造工程工艺过程，使学生深刻认知制造工艺技术及流程，其次利用虚拟技术和校内工程实践中心，构建工艺情景化下的实际实训操作和实践场景，使学生进一步熟悉多种工艺下先进制造技术的应用，最终在校外实习基地，根据实际制造工艺，让学生融于在制造生产过程中，提升学生面向机械制造生产工艺技术的应用能力，形成认知、熟悉、应用的渐进式情景化工程实践机制。
（4）采用课程学习和导师指导科学训练的培养方式，利用学校企业产学研平台，搭建面向实际生产工艺的情境化科学素养训练平台。通过成立学校、企业合作的双导师指导团队，参与到具体的情景化教学工作中，以学生为中心，在教师的引导下培养学生发现问题和解决问题的能力，以此来提升学生的实践能力和实践精神，提升学生面对实际生产工艺应用中的专业水平和能力。
（5）日常监控主要对课程教学实践的过程、组织、纪律等日常工作和质量进行监控和评价。通过传统集中监控和日常监控分别从宏观和微观两方面对课程理论和实践过程进行跟踪、反馈与持续改进，形成常规教学秩序检查监控制度，完善教学模式改革措施。
2.2 培养目标
根据现代工业体系制造方法和制造业的“新四基”要求，确定以培养解决实际生产工艺应用技术的研究、科技开发等领域的科学问题，从教学环境、教育资源、课程内容、教学方法、实践环节等多方面对机械制造课程体系进行系列化特色建设。通过厚基础，宽口径，重科研素养训练及创新能力等培养模式，使学生成为最终的受益者。在产教深度融合机制下，优化面向生产工艺的课程群内容体系，探索机械生产工艺领域应用创新人才培养方案。
在人才培养方案的布局中，重点突出学生综合应用能力的提升以及养成终身学习的习惯。在机械生产工艺课本知识掌握方面，学生需要十分扎实的课本基础知识，对于课本中涉及的材料、计算机等相关交叉学科的基本理论和应用技术，要充分调动学生对于新兴技术的好奇心，充分发挥好学生自主调研学习的能力，能够较深入的了解先进生产工艺的前沿发展现状和趋势。在分析问题方面，学生需要把课本中学习到的理论知识和解决实际工程应用问题结合到一起，对于实际生产工艺中出现的复杂工程问题，学生能够养成主动查阅相关文献的习惯，并且能够对相关文献进行归集和分析，从而获得有效结论和解决方案。在实践能力方面，需要安排给学生一些项目和课题，让学生掌握现代生产工艺流程和方法，具备完善制造生产工艺的能力，通过加入相关课题组，让学生快速成长，让学生在团队中找到自己的角色，在团队中锻炼自己的表达能力、人际交往能力、组织管理能力。在学生对相关项目跟进的过程中，培养学生的社会责任感和工程职业道德，具有追求工艺创新的态度和意识，了解与机械制造工艺相关的职业和行业的生产、研究与开发、和绿色制造等方面的方针、政策和法津、法规，能正确认识机械制造工程对于客观世界和社会的影响。
2.3 “五化”教学法中新颖的课程体系
（1）建设与时代发展相符的课程理念。在面向“五化”的机械制造技术专业课程开设中，针对广西大学机械制造专业人才培养需求，相继引入了计算机集成制造、智能制造技术、生产信息技术等课程，内容包含CAD、CAE 等机械制造中的数字化设计、机械行业先进技术、企业信息化管理等，除了必要的课本理论之外，还引入了世界制造工艺技术发展趋势与前景，特别是与国家制造业发展战略相关的先进制造技术，如智能制造导论，建设具有前沿视野的面向实际生产工艺的课程系统。
（2）弹性灵活的课程内容。在已有的课程理论内容基础上，可由上课老师根据自身团队课题研究方向，在适当增加课题研究相关课程内容，丰富学生对先进机械制造技术的科研认识，充分利用好相关校企合作资源，有针对性的引入与课程内容相关联的实践教学案例，将工艺技术真正的应用到教学中，在实践教学环节中，应当以学生为主导，教师主要给予解答和指导，在此过程中培养学生发现问题和解决问题的能力，要充分发挥学生的主观能动性，充分利用好机械测试设备，引导和培养学生的科研兴趣和创新意识。
（3）国际视野的学习与交流。通过学院内部学生会组织，阶段性地邀请前沿技术相关的一些专家和学者开展学术报告和讲座，每年组织学生和教师与国内外著名高校进行交流，组织学生定期到相关企业学习和实践。
（4）校企深入融合的实践教学体系。构建以综合性、应用性为主，结合计算机绘图大赛、大学生创新创业项目等课外科技活动、竞赛、专业技能认证等，既有基本技能训练，又有开发创新的实践教学体系。改变实践教学以验证性、演示性实验为主的现状，建立系列课程或课程群起点上的具有一定柔性、实验实习一体的独立实训环节，建成基本技能、专业技能、工程创新与应用能力训练相结合的实践教学体系[5]。同时通过引入先进企业参与到具体的教学工作中，以实际工程问题或课题为目标，满足培养学生的面向实际工程应用和创新能力的需要。
（5）建立全开放实验教学模式。基于已有的国家工程实训中心和虚拟仿真中心，采取相关实验室改革措施，优化实验室教学内容，加强理论教学与实践教学之间的联系，建立含生产工艺认知实践和产品生产基础工程训练、生产工艺基础实验和生产工艺综合设计、生产工艺工程综合实践与工程研发创新实践的分层次、模块化、课内和课外相结合、教学与研发相结合的、开放式的实验教学体系。采用全开放式教学，通过简单产品和机构的生产工艺设计与制造技术训练等方式，锻炼学生的动手能力和创新能力[6]。
（6）提高实验教学比重，完善校企合作等多种教学模式。通过课程改革，设置了更多课时和学分的实践教学，专门设置了创新训练课程，使学生都能加入到优秀教师的科研项目中，并利用好校内实验中心等教学平台和校外实践教学基地，提升学生的综合应用能力。同时，为吸引先进的制造企业参与到校企合作中来，开设了面向工程应用等方面的校内选修课和行业精英教育等学术专题讲座，让企业的一线工程师担任主讲，推动其深入参与到高校的具体教学中来，促进课程理论内容与实际生产工艺技术深入融合。
2.4 “五化”教学法中适应新培养理念的师资队伍
（1）树立“以学生为中心的理念”。转变传统课堂师生角色位置，采用更加现代化的启发式教学模式，从“以教师为中心”的“传道、受业、解惑”逐步走向“以学生为中心”的“悟道、求业、生惑”的新境界[7]，激发学术志趣，授课教师需要提前做好课前准备工作，引导学生主动学习、主动实践，鼓励学生悟道、问道、寻道，启发学生求是、求真、求业，此外，教师还应该提出一些课后问题留给学生，让学生在此过程中产生更大的疑惑，以学习效果为导向，开展面向实际生产工艺问题的素养训练，激发更大的激情，让学生更好地成为自己，从而培养应用型创新引领人才。
（2）专兼结合的“双师型”教师队伍。加强应用型创新人才培养的师资队伍建设，采取外引内培结合、专兼结合的办法，制定切实可行的引进、培养、外聘措施，聘请包括对口支援高校、国内外知名高校的知名教授、知名制造企业的高级工程师担任短期授课教师，建设一支由专任老师、国内外知名高校兼职教师及高级工程师组成的教学能力、科研和实践能力兼备，能满足应用型创新人才培养需要的“双师型”教师队伍。
2.5 “五化”教学法中校企产教融合训练指导平台的搭建
（1）平台与导师团队建设。利用校内一些重点实验平台及相关优质实践资源，建设涵盖面向机械制造技术课程群的智能制造研究、智能测控技术研究、精益制造工艺研究等多个研究训练平台，并组建相应的校企导师指导团队，建立基于实际生产工艺工程问题的研发与应用课程体系，学生自主选择实践训练内容和建立兴趣团队。
（2）导师制。加强企业和学校的联系，吸引企业的高级技术人员参与课程教学和实践内容，全程实行双导师制，包括学业导师和实践导师。学生从课程开始可根据课程内容进入各团队学习，即进入导师科研团队或实验室，学业导师指导学生进行科学研发训练计划，实践导师依据实际生产工艺经验进行辅助指导。并且，根据实际生产工艺流程和研发需要，由学业导师和实践导师团队及合作平台负责指导实践训练，并报学院备案以便学院进行质量监控与评价。导师制不仅能够促进学校和企业之间的交流，还可以让学生提前适应科研环境，为以后无论是从事科研工作，还是投生企业攻坚克难奠定了良好的前期基础。
（3）科研实践训练实施体系建设。科学研究训练是培养学生科研创新素养的必经环节，贯穿于整个课程学习期间。学生经过项目创设、项目方案设计与实施、小组合作、项目汇报等环节系统化训练，逐步提高学生的课程创新能力，有利于培养高素质、具有可持续发展潜力的创新引领人才。为了让学生按照完整科研工作过程进行训练，需要进行科研实践训练体系建设，采集阶段性数据，对教学效果进行量化管理，确保科研素养训练实施到位，利于质量监督和持续改善。
（4）质量保障与评价体系建设。从学院层面调度各方资源，建立培养模式改革的质量监控体系，阶段性采集实施数据，对培养目标进行达成度分析；
建立科研实践实施项目库，对项目实施过程进行跟踪、反馈与持续改进；
制定科研项目实施的管理规范和支持项目实施的专业培养方案，完善教学模式改革措施。
针对笔者所在的学校机械制造技术课程群教学问题，引入“五化”教学法进行教学改革，涉及目标、课程内容、教师和平台等内容的改革。使其更符合新时代人才培养和企业需求。
“五化”教学法需要吸引区域先进制造企业深入参与到具体教学中，以激发学生应用与研发志趣为导向，构建面向实际生产工艺需求的产学研平台和校企教师指导团队，采用教师引导式实践训练和学生自主式创新实践相结合，强调学生自主选择实践训练内容和建立兴趣团队，在实践中成长。培养学生技能应用、创新能力等多方面能力，多渠道实践环节全面提升学生面向实际生产工艺问题的创新能力，以期培养具有国际视野和创新精神的机械制造工艺领域创新人才。
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