新工科背景下机械类专业教学改革与实践

［摘要］新工科建设发展促进产业的升级与革新，新时代需要一大批能满足行业需求和国家标准的工程技术人才。针对机械类专业教学中存在的问题，提出优化和重塑升级课程体系结构和内容，强化多学科交叉融合；打造开放共享的实践教学体系；以学生为中心，创新教学方法和改革教学模式；建立配套的多元评价机制；内培外引、专兼结合，建设高素质“双师型”教师团队，深化教学改革，培养适应社会需求、具有综合工程实践能力的创新性人才，为新工科背景下机械类人才的培养提供了一种新方案。

［关键词］机械类专业；教学改革；创新性人才

［中图分类号］ G642 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 2096-0603（2024）06-0121-04

一、引言

在新科技革命、新产业革命、新经济发展与传统产业升级背景下，尤其是随着互联网经济和人工智能时代的到来，社会经济对工程、技术类人才的需求结构和人才规格发生了巨大转变，学科结构与知识体系也在不断地发展重构，工科教育面临着时代挑战亟待变革。

在此背景下，机械类专业是我国现有传统工科专业，在人才培养过程中，其教学内容、实践教学、教学方法、评价方式、师资队伍建设等与新工科建设要求存在较大差异，这阻碍了机械类专业人才的发展，必须进行教学改革，才能培养大批具有创新精神、创新能力的工科人才，满足新时代的需求。

二、新工科的内涵

新工科相对于传统工科而言，是以“以新技术、新产业、新业态和新模式”为特征的新经济与新产业为背景的一个动态概念。较之传统工科，新工科泛指产生时间较短，尚未形成较为成熟的工程教育理念、学科专业结构、人才培养模式、教学质量标准、组织运行机制和支持服务体系的新兴工科专业领域。新工科的出现和新经济的蓬勃发展，对传统工科专业和工程教育提出新的挑战，必须推动现有工科专业的改造升级和改革创新，探索符合工程教育规律和时代特征新的培养模式，促进学科专业交叉融合，加快推进新工科建设。

三、机械类专业创新人才培养存在的问题

（一）教学内容与行业需求脱节，不能适应社会生产发展需要

机械类专业现有课程体系的教学内容注重学习扎实的传统理论知识，强调学生的专业特点和能力，学生系统观和宏观思维薄弱，教学中学科交叉封闭，教学内容更新速度慢，没有及时关注真实的用人单位需求和社会产业发展要求，无法实时更新行业发展最新动态和全面讲解最新技术，导致教学内容明显滞后行业发展；没有创设相关工程问题教学情境，与企业典型工作任务、岗位技能相分离，与企业岗位工作过程存在一定程度的脱节，难以培养跨学科复合型人才，不能充分满足社会的实际需求。

（二）实践教学表面化，实践创新能力不足

机械类专业人才培养中实践教学的重要性众所周知，但在课程体系中无法有机地设置课堂教学与实践教学。实践教学环节一般由课程实验、实习实训、课程设计和毕业设计组成，但它们之间的相关性几乎为零，每门课程都侧重于理论知识，忽略通过创新实践活动强化对学生技能的培训，实验和设计内容较为单一，沿用传统的知识内容，导致实践教学过程中缺乏复杂工程问题教学情境，缺少学生批判性思维、创新能力和知识迁移等实践创新能力培养环节。随着机械专业的智能化现状及发展趋势，机械类专业应巧妙地融入现代机械与智能化的相关内容，使课程实验更具设计性和综合性，课程内容与工程实践紧密结合，从而更加全面地展现机械类专业的创新实践。

（三）教与学方式陈旧

课堂是“以教师为中心”的教学模式，教师是教学任务的主要承担者，是整个教学活动的中心，掌握着知识传递的绝对话语权，学生对课堂教学活动的参与度较低；教师在课堂讲授中虽然灵活运用问题导入、提问、课后作业等方式，但是并没有深入讲解理论知识，使得学生在学习过程中容易产生倦怠感，忽略自己学习的目的和学习内容，难以高效提升学生的认知深度，无法达到知识、能力与素养协同培养的效果，不利于提升学生的实践能力与整体素养。

在教学方法上，课堂教学师生互动少，知识灌输多，较少应用探究式、讨论式、项目式等研究型教学方法，学生被动地接受教师的授课内容并模仿教师示范操作的方式动手实践，很大程度上影响和制约着学生的学习兴趣，不利于培养学生的创新意识，无法满足当前学生的个性化需求，亦难以使学生养成自主学习的能力。

（四）课程考核无法实现有效评价

课程考核采取“平时成绩＋期末成绩”的评估方法，一学期仅有一次以笔试为主的考核，重点关注学生对相关理论性知识的记忆，检验学生记忆的完整性和准确度，这种考核方式重结果、轻过程，无法全面反映学生参加课程学习的整体效果，不能体现对学生实际动手能力及创新能力的考核，无法对学生的综合实践能力做出有效评价，导致反馈不及时，教师无法充分掌握学生的学习状况为后续课程教学调整提供有效参考，不利于课程教学的高质量发展。

（五）“双师型”师资相对缺乏，不能满足学生实践能力培养要求

目前，高校专业实践环节指导师资队伍整体结构不合理，大部分教师尤其是青年教师职业经历比较单一，大部分是获得博士学位或者硕士学位后直接进入教学工作岗位，他们具备较丰富的理论知识和较为突出的科研能力，但因缺少行业、企业等生产一线的工作实践经历，相对缺乏实际动手能力和生产实践能力，无法实现理论和实践的有效融合教学，使得培养的人才应用能力无法满足工作岗位要求。

四、机械类专业教学改革与创新实践路径

（一）总体思路

基于推进新工科建设与发展，深化教育教学改革的背景下，针对机械类专业创新人才培养存在的问题，不断探索与实践，构建以融入大数据、信息化、人工智能等多个交叉学科专业知识，同时增加企业生产案例分析，不断优化和重塑升级课程体系结构和内容，把企业生产现状和真实生产过程搬进课堂，更加契合新工科发展所需的技术要求，构建校内校外—课内课外—线上线下的深度融合，开发共享的实践教学体系，全方位覆盖整个教学过程，提高学生工程实践和科技创新能力，以学生为中心，融合现代化信息技术为手段，改革教育教学方式，不断丰富教学模式与方法，让学生角色从知识掌握者到复杂问题解决者，教师角色转变为学习情境的创设者、学生学习兴趣的激发者、教学活动的组织者、学生学习问题的解惑者，实现教学过程以“教师为中心”向“以学生为中心”的转变，建立配套的多元评价机制为载体，以内培外引、专兼结合，建设高素质“双师型”教师团队为支撑的教学改革思路，全面深入探索机械类专业高素质高质量人才培养体系，提高学生的工程实践能力和解决工程问题的能力。

（二）改革路径

1.优化和重塑升级课程体系结构和内容，强化多学科交叉融合

针对机械类专业人才如研究型人才、技术应用型人才、管理型人才等多样化发展需求，围绕“新工科”的建设标准，践行“专业教育、通识教育、专业素质与创新能力培养融通”的理念，提出打破“重理论轻实践”的学科知识型课程设置框架，着力平衡知识面的广度和知识点的深度的矛盾，融合机械、控制与自动化、信息与通信、人工智能等多个交叉学科的新知识、科学研究的新成果、驱动发展的新技术，遵循工程认知规律，增设实践与创新训练课程，构建多学科交叉融合，按照能力晋级阶梯的专业课程体系，全方位推进课程结构体系的优化重构，实现跨文化、跨学科、跨领域教学，保证课程体系与工程实际相适应，满足学生系统掌握专业基础知识、关键技术与发展前沿，促进其解决工程问题创新思维的发展。

整合主干课程，删繁就简，不以学分多寡标定课程的难易程度，尽量按知识点的关联性结合企业典型工作任务，企业的真实工程问题和案例合并、优化、重组构建课程内容，以真实的企业项目训练学生的专业技能，在“做中学、学中做”，将理论学习与实际工作衔接起来，实现理论与实践的有效融合，提高其创新能力和实践动手能力，提升学生的综合素质。

2.建立开放共享的实践教学体系，在实践过程中发现问题和解决问题

实践与运用对知识体系的构建与强化有着显著的作用，建立校内校外—课内课外—线上线下深度融合、对接岗位技能、开放共享的实践教学体系，同时新增企业行业特色课程，动态地融入行业与企业新技术、新方法，使教学内容、知识结构与行业发展紧密结合，保证学生了解工程实践一线的新知识、新技术、新工艺，激发学生对专业的学习热情和创造力，帮助学生牢固掌握理论知识的同时拓展学生的知识视野；引导和鼓励教师在研项目分解，厘清项目实施过程与专业知识点之间的关联性，并以项目为链条重新设计教学内容，为学生创设真实的工程应用情境，把涉及的知识点有机串联起来，让实践教学从“知识型零散式”向“项目型集成式”转变，以解决项目问题为教学任务，践行“做中学”的教学理念，学生亲身体验完成整个过程，有效调动学生主动学习和创新实践的积极性，培养学生观察和分析问题的能力，强化学生的工程实践能力和创新科研思维，进而提升学生跨学科知识的综合运用与解决复杂工程问题的能力，让人才培养与企业需求相适应，从而提高学生工程素质，为未来的工作打下坚实的基础。

3.以学生为中心，改革教学模式和教学方法

随着计算机、网络通信、大数据、信息处理、人工智能技术的迅速发展，新科技和新媒介不断涌现，深度融合信息化技术与工程实践教育，不断丰富“互联网＋教育”的泛在化学习内涵，加强现代信息技术在教学过程中的应用，充分利用终端、虚拟仿真、慕课、“互联网+”等现代信息技术和平台，根据不同的教学内容采用CDIO（创意、设计、实施、运行）、PBL（基于项目设计）以及OBE（基于学习成果导向）等先进的教学方法，开展“课内＋课外”“课堂＋现场”“线上＋线下”在内的系列教学改革，实现课前测验、课中诊断和课后思考与反馈；从企业引入实际工作任务和案例，引导学生以小组为单位展开探究式自主学习，主动发现问题，积极地思考讨论并发表独创性的见解，大力推动从以“教师、教室和教材”为中心的集中式教学，向以学生为中心的自主化、个性化、混合式教学转化，将学习的主动权交给学生，实现师生、生生及时互动、诊断、反馈、调节与激励，达到互动式教学的目的；构建教学功能齐全的虚实融合协同环境，开展充分体现以学生为主体、教师为主导，有利于促进学生个性化发展的“教与学”新模式，积极为学生创设丰富的实践情境，将课堂还给学生，让学生以课堂主人翁的身份主导教学进程，切实提升学生的沟通表达、融会贯通等综合能力。

4.建立配套的多元评价机制，实现课程评价的创新

在评价机制上，打破以标准答案、知识记忆为重点的传统方式，建立以能力为导向的综合学业评价体系。评价理念由“结果评价为主”向“过程与结果评价结合”转变，创建“平时＋期末＋创新”全过程覆盖的考核方案，推进考核方式多元化，注重平时训练和学习过程，实现由重视知识技能考核向注重能力考核和过程考核的转变，促进课程评价反映学生学习的综合效果，达到真正触及学生自身专业能力变化的效果。

优化评价指标体系。课前要求预习，课后进行拓展提升，完成相关的测验，根据测验结果进行打分；课中要依据课堂表现和参与度、作业完成情况、讨论活跃程度与学习质量等多方面综合表现予以积分；出勤率保持常规做法；增加线上观看“微课”视频和阅读相关信息页等学习活动，并纳入成绩考核；在实践操作环节考核中，规定学生独立完成操作的时间和增加完成操作情况等级区分等考核指标，教师不指导、不讲解，学生现场独立操作和处理相关数据和做好记录，考核评价侧重独立操作的速度、测验数据的准确性等综合评定。