面向一流本科专业建设需求的课程建设与实践——以重庆理工大学“机械设计”课程为例

黄 霞，路世青，丁 军

（重庆理工大学 机械工程学院，重庆 400054）

2019年，教育部提出“双万计划”，建设一万个国家级一流专业点和一万个省级一流专业点。不同类型的普通本科高校都可建设一流本科专业，鼓励分类发展、特色发展。一流本科专业建设是继一流学科和一流高校建设战略后又一重大高等教育发展计划，是一流本科教育建设的逻辑推演和政策延伸.实施一流本科专业建设计划是一个系统性工程，其中课程建设是专业建设的重要支撑，需要以新理念、新方法、新标准为引领，建设适应创新型、复合型、应用型人才培养需求的一流本科课程。

2020年重庆理工大学机械设计制造及其自动化专业被认定为国家一流本科专业建设点，专业培养目标是：培养能够从事机电系统设计、制造、生产管理和运维等工作，具有一定创新精神和可持续发展理念的高素质应用型人才。面向我校机械设计制造专业一流本科专业建设需求，“机械设计”课程组遵循工程教育专业认证理念，紧密围绕建设“金课”的高阶性、创新性和挑战度内涵要求，建设机械设计线上线下混合式金课，以期解决当前本门课程中存在的课程教学内容陈旧、课程资源匮乏、教学方式传统、与先进的实践手段和方式脱节以及教学评价手段单一等问题。

一、提升课程高阶性

建设“金课”的第一个要求就是确保并提升课程的高阶性，其本质内涵是课程所传授的知识、培养的专业能力和养成的专业素质三要素充分融合，以培养学生解决复杂工程问题的综合能力和高级思维。“机械设计”课程是机械设计制造及其自动化专业的专业核心课程之一，按照工程教育专业认证委员会的界定，其所传导的专业知识，培养的学生能力和养成的专业素质必须支撑专业培养目标的达成，根据专业毕业能力要求指标点分解，确定“机械设计”课程的学习目标，如图1所示。要求学生学习本课程后达到如下目标。（1）知识目标：掌握通用零部件的设计原理、方法和机械设计的一般规律，构建面向机械学科前沿和国家需求的整机设计视野与大局观；（2）能力目标：能够综合应用所学知识进行满足特定使用要求的机械传动件、轴系零部件、常用连接以及其他常用零部件的设计和一般机械系统的设计，具备机械系统的综合设计能力和一定的创新精神；（3）素质目标：能够理解和评价机械系统设计工程实践过程对环境、社会可持续发展的影响。具有科学严谨，精益求精的工匠精神，遵守工程师职业道德规范，履行法律及社会责任。

图1 “机械设计”课程高阶性建设思路

高阶性的核心要件是培养学生解决复杂工程问题的能力，这个能力正是工程教育专业认证重点考察的核心能力之一，按照“机械设计”课程以培养学生解决复杂工程问题能力为主线，将该能力分解为数学建模分析能力、正确的受力分析能力、运用CAD建模和CAE分析软件进行机械系统分析的能力、运用先进制造手段如3D打印加工制造、实体装配的能力。在进行金课建设中，我们采用以“课程设计”为项目驱动，以机械产品规划—设计—制造的全生命周期为载体，以学习小组为单位在项目驱动下完成学习和设计任务，理论学习和工程实践融合并行，在“学中做，做中学”中，将这些能力培养串联起来。课堂内外将爱国精神、专业精神、工匠精神和实践精神有机融入促进学生价值观和工程职业素养的建立和提升。

二、彰显课程创新性

建设“金课”的第二个要求是需要彰显课程创新性，其本质内涵要求是课程内容上要有前沿性和时代性。教学形式上要体现先进性和互动性。学习结果上要具有探究性和个性化。围绕这三个方面，基于课程目标课程组做了以下探索和实践。

在课程内容上，引入先进机械设计方法和理念，引入先进机械零部件的设计制造以及学科前沿技术，与行业先进实时同频，不闭门造车。积极组织课程组成员参加新技术培训、教学研讨、企业调研，更新教学理念，提升教学水平。“机械设计”课程是一门传统的技术课程，如果不注意保持与行业先进和前沿“同行”，很容易使培养出的学生“毕业即遭淘汰”。通过解析课程组成员科研课题，历年全国机械创新设计大赛题目和机器人大赛题目更新升级课程设计题目。将对机械零部件的设计上升到对机械系统的设计，将对机械结构的设计上升到对机电系统的设计。

在教学形式上，实施TBL（Team-Based Learning）+PBL（Problem-Based Learning）的创新教学模式，以任务为驱动激发学习的积极性与主动性，实行学习小组团队协作，加强沟通、交流、帮扶、带动。将线上和线下教学有机结合，运用翻转课堂和研讨式教学，加强师生对话，及时发现解决学生在设计过程中遇到的问题。通过“雨课堂”，学习通等，让学生充分利用手中的移动智能终端积极参与到课程学习中来，让课堂有Dialogue、Critical和Debate，让课堂气氛真正活跃起来，让学生在学习课程中“眼中有光”。

在学习结果上打破了期末“一张试卷考到底”的传统考核方式。学习小组所取得的设计结果通过3D打印实体装配呈现，让学生获得满满的学习成就感。学习小组拍摄设计作品Presentation视频上传网络教学平台，实现自评、互评和指导教师评价，同时促进设计知识、技术、能力的交流、深化和提升。课程成绩由学习过程的形成性评价和期末测试两部分组成。教师在形成性评价中获得教学过程中的连续反馈，依据网络教学平台的教学数据分析，优化改进教学。形成性评价同时激励学生的过程性学习，促进课程目标的渐进式达成。教师对最后的考核结果进行课程目标达成分析，提出课程持续改进的措施。

三、加大课程挑战度

“机械设计”课程是一门具有较大技术难度的专业基础课程，它需要学生综合运用“高等数学”“机械制图”“理论力学”“材料力学”和“机械原理”等先修课程知识解决实际工程问题，令许多学生“闻之则畏”。而建设“金课”的第三个要求是加大学生学习课程的难度和挑战度，其本质内涵是要求教师花时间备课、花精力教学和花情感育人。要求学生的课程应具有难度和挑战度，课前、课中、课后都需“努力跳一跳，才能够得着”。基于“机械设计”课程的特点，课程组从教学前花时间、教学过程中花精力、导师育人花感情三个方面提升课程的挑战度。

1.教学前花时间，遵循OBE理念，反向设计教学，确定课程目标，依据课程目标甄选更新课程内容，丰富课程线上资源建设，根据课程内容设计具体的教学实施环节、教学方法和教学手段。良性的教学设计反过来支撑课程目标的渐进式达成。

2.在教学过程中花精力，教师定期参与教研讨论、新技术学习和企业调研，自身学习提高常态化。课中采用“雨课堂”、学习通、智慧课堂等先进的技术手段辅助教学。开展研讨式、翻转式、站点式学习等多种形式的教与学活动，分析网络教学平台教学数据，加强师生互动，及时发现教学过程中存在的问题，调整教学节奏，优化教学，促进教学活动的良性开展。

3.导师育人花感情。作为大学教师，不仅要教书还要强调育人，要春风化雨，潜移默化，言传身教，课堂上传授学生工程知识，课堂外依托学院创新创业实践基地，鼓励学生参加全国大学生机械创新设计大赛、全国机器人大赛、全国互联网+大赛等，培养学生创新意识、工程意识，提高学生的工程实践动手能力。重庆理工大学机械工程学院在2014年开始开展“三全育人”的教育活动，实施四年制导师制，全程、全方位指导和培养学生。从学生进校之初，导师帮助学生明确建立学习的阶段性目标，一直到本科毕业，引导学生在大学四年一步一步地实现，落实立德树人的根本任务。

四、线上课程学生学习应用效果研究

线上课程学生学习应用效果应用研究是衡量在线课程建设质量和水平的一个重要因素，建设后的在线课程由于访问量小或者使用者少而往往饱受诟病，因此，对于“机械设计”在线课程，课程组除了要考虑建设成高水平的在线资源课程外，还要对其应用使用情况进行研究。由于“机械设计”课程的专业特殊性，我们首先将用户目标群体锁定在我校的机械大类本科生。从“以学生为中心”的原则出发，从三个方面开展应用研究，如图2所示，研究手段主要以问卷、座谈以及网络交流为主。

图2 线上课程学习效果应用研究

一是在线开放课程对学生学习能力的影响，“机械设计”课程是机械设计制造及其自动化专业的核心基础课程，学生学好这门课程至关重要，不能让在线课程的学习流于形式，要让学生通过在线开放课程的学习达到提高自己的自学能力，并能够拓展机械学科专业知识和锻炼、提高机械设计能力。二是对学习效率的影响，将学习者分为三个层面，学习潜水者、适度参与者和活跃参与者，监控其学习效率。这三个层面的学习者充分体现了学生线上学习的活跃程度，可以作为学生学习效率的考核指标，并能够从“机械设计”课程阶段学习成绩得到适当的反馈。三是在线平台学习积极性的调动建议。通过线上课程思维导图、任务闯关、学科前沿热议、站点式学习等，保证学生从选课、时间段和学习内容的选取上能够很好地开展并完成课程的在线学习。最终形成“导学服务—督学服务—助学服务—学生评价—持续改进”的在线开放课程建设质量监控和保障的封闭体系。

结语

本文面向重庆理工大学机械设计制造及其自动化国家一流专业建设点要求，遵循工程教育专业认证理念，围绕建设“金课”高阶性、创新性和挑战度内涵要求，建设机械设计线上线下混合式课程，目前已取得阶段性成果，我校机械设计课程已获批重庆市线下一流课程。实践表明，机械设计混合式课程建设提升了课程课堂活力，促进了师生教学相长，有效地培养了学生解决复杂工程问题的实践动手能力。