留学生机械制造工艺与装备课程教学要素改革探索

梁睿君 陈蔚芳 余厚云 何磊

摘  要：根据来华留学生专业背景并结合课程特点，对机械制造工艺与装备（英文）课程的教学要素——教学目标、教材选用、教学内容及教学方式进行改革探索。包括：教学目标立足于多元化，注重促进学生专业兴趣、专业知识和专业能力三方面发展;选用既与国际主流教材接轨，又与我国机械工程教学体系较匹配的教材，以利于教学目标的实现;课程内容整合为4个知识模块，各知识模块又进一步分为基础、提高、拓展3个进阶层次，建立模块化的分层教学内容;设计主题型翻转课堂教学、工程应用案例和现场教学等教学环节，有利于学生理解理论知识、锻炼工程实践能力和引导专业兴趣。

关键词：机械制造工艺与装备;英文课程;留学生;教学改革;模块化分层教学

中图分类号：G642 文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2021）35-0014-04

Abstract： Based on the professional background of international students in China and the characteristics of the course， the teaching elements for the curriculum "Mechanical Manufacturing Process and Equipment（English）" goal setting， selection of teaching textbook， teaching content and teaching methods are reformed and explored. The teaching goals are diversified， focusing on promoting the students' professional interest， professional knowledge and professional ability; The textbook is selected to be in line with international mainstream textbooks and compatible with Chinese mechanical engineering teaching system; The curriculum content is integrated into 4 knowledge modules， and each module is further divided into three levels of basic， improvement， and expansion to establish a modular and hierarchical teaching content; Design the teaching activities such as type flipped classroom， engineering application cases， and on-site teaching to help students understand the theories， exercise engineering practical ability， and guide professional interest.

Keywords： Mechanical Manufacturing Process and Equipment; English curriculum; international students; teaching reform; modularized hierarchical teaching

一、研究背景和思路

现代制造工艺技术是先进制造技术的重要组成部分，也是其最有活力的部分，国际上机械工程专业的大学院校均开设了机械加工工艺、机床与金属切削方面的课程。目前我校已经面向机械工程专业的来华留学生开设了机械制造工艺与装备课程（Mechanical Manufacturing Process and Equipment）。该课程在金属工艺学、互换性与技术测量、工程材料、机械设计、概率论与数理统计等多门先修课程的基础上应运而生，是分析、解决机械制造中包括刀具、机床、工序、夹具、加工精度、表面质量、装配等工艺问题的归结性课程。

课程的特点归纳：（1）理论和原理性强。知识点繁多而交错，每章基本上都包括工艺原理、类型特点、模型推导等。（2）实践性强。与生产实际的联系十分密切，通过实践知识才能对知识点理解得比较深入和透彻[1]。（3）工程性强。工序、夾具设计和机床、刀具、工艺参数选择这些内容需要从工程应用角度去理解。课程的这些特点使得中国学生在学习时也普遍感到较难理解和掌握，何况授课对象是来华留学生，他们的特点又使得即使参照中文课程进行英文授课，也很难达到理想的教学效果。

为了发展与国际接轨程度、提高教学成效、发挥专业引导作用，基于课程模块化和分层教学体系的构建，围绕教学要素——目标设定、教材选用、内容设置、授课方式进行教学改革研究，并分阶段实施于课程的教学实践中。

研究思路：对授课对象——机械工程专业来华留学生进行专业和课程期望的问卷调查，确定教学目标，选择与国际主流接轨的教材，设置模块化、分层次教学内容体系，采用翻转课堂、教具等实践方法，实现教学目标多元化，注重促进学生专业兴趣、专业知识和专业能力三方面的发展。

二、来华留学生的专业背景分析

授课对象中的来华留学生来自不同的国家和地区，他们大多来自亚非，只有少部分是来自中欧的交换生，他们在知识基础、兴趣愿望、思维习惯等方面不仅与中国学生不同，彼此之间也有差异性[2]。

在对大三和大四重修该门课程的留学生授课到一半之时，采用问卷形式设计和进行了对课程和专业的调查，调查项目（均为多选）、有效样本（39人）如表1所示。分析样本得到如下调查结果：（1）绝大多数来华留学生基于工作前景选择了机械工程专业;（2）对于机械工程专业的课内知识和创新发展，多数学生更想了解创新发展;（3）多数学生未来职业期望与制造有关，也有25%的学生与商业有关，职业期望呈现多样化;（4）对于课程的学习途径，大多数希望现场参观或者实践后学习;（5）大多数认为现有教材合适（但是到开卷考试中发现一半左右学生实际没有使用过教材，因此对本问题中“教材”可理解为“教学内容”，即大多数认为教学内容合适）;（6）教学手段上，多数学生希望有更多例子、更多视频资料;（7）对于课程学习感到最困难的方面，缺少工程实践、计算问题、不理解英语专业术语、不理解理论、缺少基础知识均有选择。

三、课程教学要素改革措施

（一）教学目标多元化

机械制造工艺与装备（英文）课程主要由金属切削机床和机械制造工艺学两部分组成，原教学目标：（1）了解切削加工的基本运动、机械加工基本方法（车、铣、钻、磨、刨削、齿轮加工等）和机械加工设备;（2）了解影响机械加工质量的各项因素，学会分析引起加工质量问题的原因和采取措施保证加工质量;（3）掌握机械加工工艺的基本理论知识，包括工序编制原则、定位理论、尺寸链计算，具备编制机械加工工艺过程及设计专用夹具的基本能力。该教学目标的设定适用于机械制造工艺与装备（中文）课程，但对于英文课程存在以下问题：

1. 来华留学生的入学门槛低于中国学生，如果照搬中文课程的授课内容和方式，很容易陷入老师讲不清、学生听不懂的困境，因此要根据留学生的特点因材施教[3]，教学要求为“宽、广工艺知识”，从实践再到理论，强调新工艺、新技术。

2. 原教学目标主要围绕专业知识的掌握，但由于很多学生对于先修专业课程中一些相关概念还没掌握，甚至本专业的一些英文词汇还不理解[4]，因此从他们学科基础较薄弱的实际情况出发，将提高专业英语能力和强化机械制造专业知识也列为教学目标。

3. 有些留学生对于专业课程的学习情绪不够积极，刨除个人原因，主要与他们未来在中国或回到他们国家从事相关专业的认知模糊、对抽象深奥的理论性计算推导的理解有困难有关，因此，应将引导专业认知和激发课程学习兴趣也列为教学目标。

因此，课程的教学目标从传授理论和专业知识为主，转变为以传授“宽、广”工艺知识、强调新工艺和新技术、提高专业英语能力、培养工程认知、引导专业兴趣为课程的教学目标，在此基础上设置模块化、分层次教学内容，改进教学方法。通过在后半段课程教学和后续课程教学中实施改革，课程结束后，从收到的问卷调查和课程考核中可以看出，与实施改革前相比，在课内知识的兴趣和习得、专业理解方面有更好的效果。

（二）教材选用及课程内容确定

教材是保证教学质量的关键。课程原来采用由曾志新等主编、Jim Platts主审的《Fundamental of machine manufacturing technology机械制造技术基础》作为教材（以下称为教材1），其内容基本上对应于中文课程机械制造工艺与装备。

美国大学普遍采用培生教育出版的《Manufacturing Engineering and Technology》作为教材（作者：Kalpakjian， Serope/ Schmid， Steven），与本课程内容大致对应。该教材已由机械工业出版社引进，并选取部分篇章改编为《制造工程与技术——机加工（英文版·原书第6版）》，内容涵盖切削基础、刀具材料与切削液、回转体与非回转体加工方法、机床结构及机加工经济性、磨削与光整加工、先进加工工艺、纳米制造、加工表面质量、制造工艺过程自动化、计算机集成制造系统、制造的竞争性等知识内容。一些大学还使用麦格劳希尔出版的《Manufacturing Technology Volume 2 metal cutting and machine tools》作为教材（作者：P N Rao），该教材也被机械工业出版社引进，并改编为《制造技术第2卷金属切削与机床（英文版·原书第2版）》（以下称为教材2），内容包括金属切削、机床及机械加工基本方法（车、刨、铣、钻、磨等）、机床检测、工艺设计、夹具设计、机械测量、特种加工工艺等知识内容。

在这两部英文原版主流教材中，后者与我国机械工程专业的工艺课程教学内容有一定重合度。因此，最终综合教材1和教材2作为授课内容，并增加了机械制造工艺与装备在世界范围内的发展、现状与前景的讨论。

（三）模块化、分层次教学体系的建立

留学生彼此间先修课基础和学习能力的差距较大、需求和兴趣也不同。分层教学[5-6]是根据学生现有的知识、能力水平和潜力倾向把學生分成几组各自水平相近的群体并区别对待，这些群体将在恰当的分层策略中得到最好的发展和提高。

以“够用为度”的原则，突出重点，将课程内容整合为4个知识模块：切削加工方法和机床、机械加工工艺规程、机床夹具设计、机械加工质量。各知识模块包含多个知识单元，进一步分为基础、提高、拓展3个进阶层次。各模块既相互独立又相互联系[7]。

建立的本课程模块化、多层次体系，如表2所示。表中学时对应于教学日历学时，其中课堂为48学时。在课堂上和课外皆有用于引导学生专业兴趣的内容。在该体系中，学生可以根据评测基础并从自身目标或兴趣出发，按照不同层次的知识模块或知识单元配置学习内容，有利于学生学有所获。

但是，课程采用分层教学在实践中有两个困难：（1）缺乏对学生先修课程掌握程度和学习能力的评价标准，因此分层依据的科学性不够;（2）由于学生人数不多，并不适合按层次分班的教学。解决的途径分别为：通过建立“分层测试卡”（即分层目标练习册）提供分层依据;对于人数较少不适合分班分层的可采用分层教育中的“能力目标分层”监测模式和“个别化”学习模式。

（四）实践性、研究性教学环节设计

学习本门课程需要习题、课程设计、实验、实习等环节的相互配合，各环节不可缺少并有机联系才能达到理想的教学效果，重点设计了实践性和研究性教学环节。

1. 翻转课堂教学

对齿轮加工工艺这个用于引导兴趣的拓展内容，采用翻转课堂教学方法。大致过程：（1）课前教师给定主题范围齿轮加工工艺知识;（2）教师引导学生拟定分组题目，例如，a. 齿轮零件设计及分析、b.齿坯加工工艺、c. 展成法齿形加工工艺、d.齿形精加工工艺、e. 齿轮加工实例分析等;（3）各组分配组员任务，查找资料课前学习，形成主题报告;（4）各组在课堂中展示主题报告;（5）经课堂讨论形成一个结果或结论。现场照片如图1所示。

2. 工程应用案例教学

通过应用案例（如，典型零件工艺设计、专用夹具设计、零件加工误差分析等案例），调动学生自主学习积极性，使学生学有所思。

采用直观的教学道具（如，夹具拆装过程动画、知识点动画、零件成形和切削加工录像、定位元件实物、刀具实物等），帮助学生加深理解抽象的理论和原理性知识，使学生学有所乐。例如，对曲柄连杆件的钻孔工序设计组合夹具的3D模型，用视频方式演示其组装和拆开过程，如图2所示。

利用现场教学（如，结合夹具图纸和实物，理解不同夹具的设计要点）及工程场景（如，设计零件的机械加工工艺过程），引导学生将所学理论知识转化为分析和解决工程实际问题的能力，使学生学有所用。

四、结束语

（1）基于来华留学生专业背景和本課程特点分析，教学目标设置立足于多元化，从传授理论和专业知识为主，转变为以传授“宽、广”工艺知识、强调新工艺和新技术、提高专业英语能力、培养工程认知、引导专业兴趣为课程的教学目标。

（2）选择既与国际主流教材接轨，又与我国机械工程教学体系较匹配的教材，以利于教学目标的实现。

（3）以“够用为度”的原则，突出重点，将课程内容整合为4个知识模块，各知识模块包含多个知识单元，知识单元又进一步分为基础、提高、拓展3个进阶层次，建立了模块化、分层教学内容。

（4）设计主题型翻转课堂教学、工程应用案例和现场教学等教学环节，以帮助学生理解理论知识、锻炼工程实践能力和引导学生的专业兴趣。

参考文献：

[1]赵国龙.机械制造技术基础课程的创新型教学方法与模式探讨[J].高教学刊，2021，7（22）：47-50.

[2]陈赟，张思.关于海外留学生的培养方案重构与探索——以江苏科技大学机械工程专业为例[J].中外企业文化，2021（4）：155-156.

[3]孟杰，何高法，雷贞贞，等.面向“一带一路”来华留学生的机械制造技术基础课程全英文教学探索[J].西部学刊，2020（18）：98-101.

[4]张春燕，管小燕.留学生机械制造基础全英文混合式教学实践与探讨[J].中国多媒体与网络教学学报（上旬刊），2018（8）：155-156.

[5]施吉祥，陈大林.智能制造与机械制造实习课程改革[J].机械设计与制造工程，2020，49（9）：117-120.

[6]董志奎，张楠，李兴东，等.后疫情时代机械类专业基础课教学模式探索研究[J].科技视界，2021（14）：54-55.

[7]郭南初.基于国际视野的机械应用课程模块化混合教学模式的探索与实践[J].工业技术与职业教育，2021，19（3）：31-36.