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新工科建設(shè)是新科技革命和產(chǎn)業(yè)變革形勢下推動高校工程教育改革，培養(yǎng)創(chuàng)新型、復合型工程科技人才，支撐我國高等教育強國目標的必然要求。新工科教育的要求體現(xiàn)在新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量和新體系五個方面[1]。這些要求不僅涵蓋對傳統(tǒng)工科專業(yè)進行改革后的新模式建設(shè)，也包括全新工科專業(yè)的開設(shè)。新工科同時也提倡開展多學科的交叉與融合，培養(yǎng)綜合性“雙創(chuàng)”人才[2]。開展新工科教育，需要從多方面深入地推進教學改革來提升教學效果和學習效率，已成為高等工科教育內(nèi)涵發(fā)展的核心任務。精密機械與儀器設(shè)計是面向測控技術(shù)與儀器專業(yè)開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要內(nèi)容包含工程材料、精密機械設(shè)計、誤差理論、儀器設(shè)計原則和方法等。課程教學目標包括：（1）掌握常見機構(gòu)的基本特性和設(shè)計方法，具有精密儀器機構(gòu)設(shè)計的基本理論知識，培養(yǎng)分析和解決問題的能力；（2）運用所學的設(shè)計方法和理論解決精密機械與儀器設(shè)計的實際應用問題，制訂技術(shù)路線和實施方案，培養(yǎng)不同應用領(lǐng)域中檢測設(shè)備、測試技術(shù)和儀器的研發(fā)能力；（3）加強科學知識與工程實踐結(jié)合，提高對精密機械與儀器設(shè)計中所涉及的工程問題進行識別和研究的能力，培養(yǎng)工程意識和創(chuàng)新能力。通過課堂講授、實驗、課程設(shè)計等環(huán)節(jié)，讓學生學習常見機構(gòu)的特點和設(shè)計方法、零部件的設(shè)計計算以及儀器精度設(shè)計過程，具備測控儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計能力，并注重理論知識的應用和解決問題能力的培養(yǎng)。然而學生反饋和教學數(shù)據(jù)分析表明，現(xiàn)行的教學工作已不能實現(xiàn)課程目標的預期達成度，更無法適應新工科背景下的培養(yǎng)需求，教學改革勢在必行。雖有采取網(wǎng)絡技術(shù)的MOOC翻轉(zhuǎn)課堂和線上線下混合教學模式探索和嘗試，但仍需要對課程教學活動作進一步的分析和總結(jié)[3-4]。本文對精密機械與儀器設(shè)計課程教學中存在的問題進行梳理，分析新工科教育背景下測控儀器專業(yè)教學的目標和新要求，探討新培養(yǎng)模式下專業(yè)課程教學改革的新方法和新舉措。

一、課程教學存在的問題

精密機械與儀器設(shè)計課程是在講述精密機構(gòu)和儀器精度理論的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學生的工程意識和創(chuàng)新設(shè)計能力。在課程教學和實踐環(huán)節(jié)上仍存在許多問題和不足，如課程內(nèi)容散亂、缺乏知識主線、教學授課多、實踐操作少、考核方式單一，等等，已不能適應新工科教育的要求，亟需進行梳理和整合。

（一）課程內(nèi)容廣、散、亂

本課程是在整合多門課程內(nèi)容后形成的專業(yè)基礎(chǔ)課，包括了工程材料、機械原理、機械設(shè)計、誤差理論、儀器設(shè)計原理以及典型儀器結(jié)構(gòu)等，各部分內(nèi)容相互聯(lián)系卻又自成體系，成為一個個相對孤立的知識點。由此可見，課程所涉及的知識范圍廣、知識點散、缺乏有效的關(guān)聯(lián)主線，沒有形成一個完整的知識體系。相對松散的知識結(jié)構(gòu)同時對教學過程和教學效果都帶來不利影響，不便于系統(tǒng)性地組織和開展教學活動，教學效果更無法有效的保障。學生不能通過關(guān)聯(lián)性的知識推導來加強對理論知識的理解，只能采取被動式跟隨學習，缺少主動參與的體驗，最終導致學習效果不佳。多次課程考試成績分析顯示，課程目標達成度都低于預期的目標。

（二）講授多、實踐少

在內(nèi)容多、課時少的實際情況下，課程教學更多地采用課堂講授方式，實踐環(huán)節(jié)則僅安排了課內(nèi)實驗和課程設(shè)計兩部分。其中課內(nèi)實驗以認知和驗證性實驗為主，缺少綜合性實驗。課程設(shè)計一般在課程結(jié)束后3周內(nèi)進行。整個設(shè)計過程中，學生不僅要對設(shè)計題目詳細了解，而且完成相應的設(shè)計計算和說明書撰寫，存在時間短、任務重等問題，導致整個設(shè)計過程都在疲于完成各類近乎程序化的任務。設(shè)計作業(yè)多以生搬硬套設(shè)計手冊和課堂知識為主，缺乏對設(shè)計題目的深入思考和更具有創(chuàng)造性方案的嘗試，無法有效支撐學生解決復雜工程問題能力與非技術(shù)性能力的培養(yǎng)。

（三）考核方式單一

現(xiàn)有的考核方式仍基本沿用了期末考試的方式進行學業(yè)成績評定。這種以試卷為主的考核方式，形式單一，評價效果差，已不能全面地反映課程教學目標的達成度。試卷只能體現(xiàn)出學生對所學知識的背誦能力，通過死記硬背、考前突擊的方式通過考試，并不能反映對整個課程知識體系的理解貫通和綜合應用能力，也與課程教學目標相差甚遠。另一方面，本課程涉及的知識內(nèi)容較多，試題形式和難易程度把握困難，無法做到全面檢驗學生的學習效果。課程組雖然已通過減少單純知識記憶型題目，增加綜合性應用題型比例的方式對試題形式進行改進，但仍無法達到預期的考核目標。

二、課程教學改革對策

精密機械與儀器設(shè)計知識內(nèi)容廣、體系大，涉及的學科門類多，需要將不同學科的知識點融合起來才能真正掌握精密儀器設(shè)計的理論知識和內(nèi)涵要求。為達到新工科教育培養(yǎng)創(chuàng)新型、復合型技術(shù)人才的要求，需要從課程內(nèi)容、教學方式、考核方式、實踐環(huán)節(jié)和課程思政等方面進行全面設(shè)計，改善課堂教學以提高學習效率。

（一）重組課程內(nèi)容，構(gòu)建系統(tǒng)性知識體系

本課程內(nèi)容是由多門課程整合而來，但僅是依照專業(yè)培養(yǎng)需求對不同課程內(nèi)容進行相應的縮減調(diào)整后形成的專業(yè)課程。雖然能滿足專業(yè)培養(yǎng)的知識需求，但各部分內(nèi)容只是簡單地組合在一起，缺少系統(tǒng)性知識主線關(guān)聯(lián)，而沒有形成完整的知識體系。因此在課程內(nèi)容重組時選擇“誤差和精度設(shè)計”為主線對各章節(jié)進行整合。在連桿、凸輪、齒輪、螺旋機構(gòu)等章節(jié)，除了基本的傳動特點和應用場景外，不再強調(diào)受力、強度、效率等傳動方面的計算問題，更多地突出機構(gòu)傳動規(guī)律和誤差問題，研究提高傳動精度的設(shè)計方法。誤差理論章節(jié)則對儀器的誤差進行系統(tǒng)性研究，分析各種誤差來源、合成以及分配策略，以提高儀器的整體精度。儀器設(shè)計理論部分則以精度設(shè)計理論對設(shè)計過程提供指導，保障整個設(shè)計過程順利進行。課程內(nèi)容、知識主線、主要知識點如圖1所示。課程內(nèi)容重組可按照不同的知識點屬性，將其分為不同的層次分別教學[5]。根據(jù)不同的知識屬性可將課程知識分為基礎(chǔ)理論、綜合應用、實踐掌握、創(chuàng)新創(chuàng)造四個層次，分別采取不同的策略進行知識整合。對屬于必須掌握的基礎(chǔ)理論知識，需要進行詳細的理論講解和實證，便于學生準確地掌握。對綜合應用知識，則輔以成功應用的工程實例進行說明，保證學生通過思考后能夠正確理解和接受。對于需要通過實踐才能掌握的知識，則需安排相應的實驗環(huán)節(jié)，讓學生在實際操作中對知識點有準確的感受和把握。最后，對于屬于創(chuàng)造創(chuàng)新性知識，則需多聯(lián)系科學發(fā)現(xiàn)、科研進展狀況，引入不同學科知識和多樣化的設(shè)計方案，提高學生的學習興趣，達到促進“雙創(chuàng)”能力培養(yǎng)的目標。

（二）改革教學方式，加強綜合性實踐訓練

本課程教學具有很強的實踐性和課堂展示性，灌輸式教學已無法對全部知識點做出講解，更不利于學生獨立思考和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。改變重講授、輕實踐的教學模式，將具有高實踐性的知識改為實驗教學。通過教學和實踐的不同減增，改變的不僅是知識獲取方式，也更符合學生的認知規(guī)律。教學方式的改變不僅僅是講授時間上簡單地減少，還應按照不同的知識層次開展教學，改善課堂氛圍提高學習效果。對已經(jīng)詳細解釋的基礎(chǔ)知識，減少講解鼓勵學生自學、自查、自糾，達到掌握的目的。對于綜合應用知識，需要通過對應用實例講解去啟發(fā)學生進行討論和探索，提高學習熱情和參與度以提高教學效果。實踐環(huán)節(jié)則不僅有實際實驗操作，還可以進行虛擬實驗，通過觀察驗證等方式獲取知識，同時必須增加綜合性實驗和課程設(shè)計環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生的多學科交叉能力和復雜工程問題解決能力。對于創(chuàng)造創(chuàng)新性知識，更多地鼓勵學生自由探索，充分調(diào)動他們的學習興趣和獨立思考精神。

（三）多樣化考核方式，注重學習過程評價

課程考核用于檢驗學生對課程知識的掌握程度和運用能力，評定課程教學目標的達成度。為全面檢驗課程教學情況提高實踐環(huán)節(jié)權(quán)重，這里將學習成績和課程設(shè)計分別考核。學習成績主要反映對課程知識掌握和綜合運用情況，主要構(gòu)成部分有平時作業(yè)、課內(nèi)實驗、綜合訓練、期末成績，所占總成績的比例分別為15%、15%、20%和50%。課程考核方式變化見表1。除了增加課內(nèi)實驗和綜合訓練環(huán)節(jié)外，期末試題類型也進行改變。以知識記憶為主的題目只占試題總分的30%~40%，而以考察學生知識運用能力的分析、設(shè)計類題目則占比60%~70%，大大提高分析和解決問題能力的考核。最終的評定成績將用于計算各個課程目標的達成度，并用于對課程整體教學效果的評價。

（四）改革課程設(shè)計，突出創(chuàng)新能力培養(yǎng)

為加強課程設(shè)計綜合實踐的學習效果，課程組從設(shè)計題目、組織實施、考核方式三方面進行了改革嘗試。設(shè)計選題上改變了已往采用的大載荷機械傳動強調(diào)力和強度計算校核，突出儀器專業(yè)所需要的輕載機構(gòu)，更加注重傳動精度和結(jié)構(gòu)設(shè)計。如選用機械式百分表、壓力表、光學比較儀、二維精密平臺等，在滿足課程目標要求的前提下，鼓勵學生進行探索性研究———引入光、電、控制等知識進一步提高機構(gòu)的精度。課程設(shè)計時間由3周延長到15周，改集中進行為分散時段開展，避免因時間倉促而引起的照抄作業(yè)、敷衍了事的情形。在課程開始后就布置設(shè)計任務，每周安排定期檢查設(shè)計進度并對所面臨的問題進行集體討論。在時間充裕的基礎(chǔ)上，允許自主提出具有實際應用背景的設(shè)計題目和嘗試更具有創(chuàng)新性的方案，充分調(diào)動學生參與課程設(shè)計的積極性。在組織方式上鼓勵以項目小組方式完成任務，通過組內(nèi)分工協(xié)作逐步培養(yǎng)團隊意識和合作精神。考核方式除了提交設(shè)計報告、圖紙、說明書等相關(guān)資料外，特別設(shè)置小組答辯環(huán)節(jié)對整體設(shè)計任務完成情況和個人的貢獻分別進行評定，杜絕抄襲現(xiàn)象。答辯環(huán)節(jié)的資料整理和講述進一步鍛煉了學生的獨立思考和表達能力。

（五）加強課程思政，堅持“立德樹人”根本任務

課程思政是當前高校專業(yè)教育改革的新趨勢[6-7]。在專業(yè)課程教學中對學生進行價值觀、職業(yè)素養(yǎng)和愛國主義教育是新工科教育培養(yǎng)高素質(zhì)綜合型人才的必然要求。因此需要充分梳理、挖掘課程教學環(huán)節(jié)中蘊含的思政元素，并轉(zhuǎn)化為教學載體融入專業(yè)課程，“潤物細無聲”，為課程教學引入新內(nèi)容、新問題、新思考。例如在機構(gòu)傳動教學中引入中國古代機械設(shè)計輝煌成就：地動儀、木牛流馬等，以及現(xiàn)代國家重大裝備包括大飛機、高鐵、航空器等，提高對中國文化的自信、自豪和自強的意識。進一步通過機械史與國家歷史結(jié)合，讓學生真實地感知“落后就要挨打”“科學技術(shù)是第一生產(chǎn)力”，面對困難需要明白所肩負的責任，并具有勤奮鉆研的奮斗精神。在課程設(shè)計環(huán)節(jié)，引入世界工程科技歷史上由于細小誤差導致的嚴重后果和災難事例，教導學生一個工程師所應具有的職業(yè)操守：高度的責任感和嚴謹細致的態(tài)度。實驗和課程設(shè)計中鼓勵學生進行團隊合作，不僅是培養(yǎng)他們的團隊意識和協(xié)作能力，更注重通過相互間的交流、溝通、協(xié)調(diào)過程促進對團體行為做出哲學性的思考，形成正確的判斷力和價值觀。強化課程思政需要對課程教學活動進行改革，不斷挖掘新的思政元素并融入教學，真正做到學習工程科學技術(shù)的同時“立德樹人”。

三、結(jié)束語

新工科教育要求改革高校工程教育，培養(yǎng)適應新形勢的工程技術(shù)人才。全面深入開展課程教學改革是提高教學效果、推動工程教育內(nèi)涵發(fā)展的必然選擇。本文通過對精密機械與儀器設(shè)計專業(yè)基礎(chǔ)課教學中存在的問題進行梳理和總結(jié)，從課程內(nèi)容、教學方法、考核方式、課程設(shè)計、課程思政五個方面分別進行探討，說明了精密機械課程教學改革的要求和方向。課程內(nèi)容重組將散亂的知識點整合為完整的體系，突出專業(yè)特點，適應教學要求。課程教學中需改變重講授、輕實踐的方法，分層次分類別地開展教學活動?？己朔绞絼t改變單一考試為多環(huán)節(jié)考察，分別評價課程教學目標的達成度。課程設(shè)計應體現(xiàn)實踐環(huán)節(jié)要求，提升學生參與程度和學習效果。課程思政通過將知識背后的思政元素融入課堂，對提高學習興趣、培養(yǎng)職業(yè)素養(yǎng)和愛國精神都有重要意義。深化教學改革需要按照新工科教育的新理念和新模式展開，全面提升教學效果，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識的綜合性工程技術(shù)人才。

參考文獻

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[6]朱明.面向“中國制造2025”的課程思政教學改革探究[J].科教導刊，2019（27：）77-78.

[7]金曉怡，張航，杭魯濱.“新工科”背景下《機械設(shè)計》課程思政教學建設(shè)[J].教育教學論壇，2019（42）：34-35.

作者：王小章 王晶 梁霖 李想 時雪皎 楊萍 趙立波 單位：西安交通大學機械工程學院