许蓬子，刘强，程丽丽，冯美，周晓勤，呼咏，徐媛媛

（吉林大学 机械与航空航天工程学院，吉林 长春）

一 引言

实践与创新是国家发展的源动力，发展源于创新，真知源于实践，创新推动实践，实践检验创新。习近平总书记的公开讲话和报道中，“创新”一词出现超过千次，可见其受重视程度。正如习近平总书记在党的十八届五中全会上所说：“坚持创新发展，就是要把创新摆在国家发展全局的核心位置，让创新贯穿国家一切工作，让创新在全社会蔚然成风。[1]”可见，在宏观层面，实践和创新这两驾马车影响着一个国家的发展、繁荣和兴盛。在微观层面，对当代工科大学生的实践与创新能力的培养变得越来越重要。

随着全球新经济、新产业、新业态的不断涌现，我国国家战略发展出现了新需求，对实践与创新型人才出现大量需求，“新工科”概念应运而生。其内涵是以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才。“新工科”需要重点把握的任务之一就是“学与教”和“实践与创新”[2]。可见，“新工科”的出现不仅为推动工程教育的改革与发展提供了强劲动力，还深刻影响了对学生实践与创新能力培养的变革。

从“新工科”概念提出至今，国内众多高校针对“新工科”建设背景下人才培养的方法和模式进行了诸多的探索与实践。北京航空航天大学探索了学生综合素养导向的研究型教学与实践模式，强化了学生知识、能力与综合素养的形成性培养[3]。沈阳大学提出并构建了基于校企深度融合的多维创新实践教学环境为核心内容的“新工科”驱动下转型高校创新型人才的工程实践能力培养机制[4]。华中科技大学根据自身特色，对“新工科”工程科学创新人才的培养进行了探索与实践，实践启示是：“新工科”工程科学创新人才培养需吸收先进工程教育理念、明确人才培养目标，打造多模块交叉学科课程与实践体系，用国际化视野及举措汇聚优质资源[5]。江苏师范大学结合当地发展要求，根据“五大理念三大融合”制定创新型人才培养方案，构建成一体化教学体系，根据地方人才需求实现多个学科的交叉融合，不断完善和扩大多方协同育人机制[6]。

机械制造课程体系主要是以“机械制造技术基础”这一基础课为核心，还包括“机械工程测试技术”和“机电传动控制”两门专业选修课和“先进制造技术”限选课。国内高校对课程的教学改革、教学方法模式进行了诸多的研究和探索。南京航空航天大学以培养学生的学习兴趣和积极性为目标，提出了引导式教学方法，教学与实践交替进行，增强了教学的直观性，提高了学生的实践能力[7]。吉林建筑大学基于OBE理念，探讨了课程设计、创新实践、课程考核等环节的改革[8]。福建工程学院提出了机械制造技术基础课程案例教学模式，对专题案例的总体规划、案例类型、课程内容“专题化”系统的建立、编写规范、选题设计等进行了详细的介绍[9]。

二 教学过程中发现的问题

吉林大学机械制造及自动化系长期致力于学生实践与创新能力培养的探究，在教学过程中发现了如下问题：

1.传统的机械制造课程体系，虽然知识内容丰富、覆盖面广，但是内容之间联系较为松散，且内容相对陈旧，未能实现动态更新；各教学环节之间也缺乏有效的链接。这就导致虽然学生有丰富的知识储备，但是知识向实践与创新能力的转化度不高，学生对知识的综合运用能力不强，制约了其实践与创新能力的形成和发展，难以满足“新工科”的要求。

例如：学生虽然知道如何将服从正态分布的随机变量转化成服从标准正态分布的随机变量，但却不知道在统计分析加工误差时利用到该知识点；学生虽然知道A/D和D/A转换这一知识点，但在讲解切削力测量时，却不知道如何利用。在老师提示之前，可谓“不知有汉，无论魏晋”，而在老师提示之后才“豁然开朗”。

2.学生动手能力不足，对实践环节不够重视，使理论学习与实践训练脱节。学生创新脱离实际和实践现象明显，往往是为了创新而创新，创新多流于形式，严重阻碍了学生创新能力和创新意识的培养，学生自信心和挑战困难的勇气不足。

例如：某创新比赛，一组学生的想法是研制单车式洗衣机，即在人骑单车时将人体自身的生物能转化为驱动洗衣机的机械能，在锻炼身体的同时又实现了洗衣，想法貌似新颖，但是实际上费时费力，且无法洗净，更达不到甩干的转速和功率，根本不具备应用前景。

三 解决问题的教学方法和理念

为解决上述问题，本文以“新工科”理念为指导，以机械制造课程体系为基础，以培养学生的实践与创新能力、培养出更多实践创新型人才为目标，并结合课程思政建设，提出旨在依托“新工科”和机械制造课程体系的学生实践与创新能力全过程培养的教学理念和模式。

(一) 运用融合凝练知识，构建有效链接，运用多元手段，结合课程思政的教学方法

针对第一个问题，本文提出“融合凝练知识，构建有效链接，运用多元手段，结合课程思政”的教学方法，以提高学生的知识向实践与创新能力转化度。将该方法运用到课堂教学、实践教学、工程训练、考试考核等各个环节，以夯实学生的知识储备和综合素养，为学生实践与创新能力的全过程培养打下坚实基础，具体措施包括：

1.为解决课程体系内容之间联系松散的问题

（1）组织教师细分并遴选出机械制造课程体系中的主要知识点，对相关知识点进行凝练，精心设计并融合知识内容，形成具体案例。

（2）按照“新工科”的要求，补充了“新工科”中与机械制造密切相关的知识点，形成机械制造系列课程新的知识内容体系，并动态更新相关知识点。

（3）在新的知识内容体系中，注重强化提升对学生实践与创新能力的要求。

例如：①将“机械工程测试技术”的A/D、D/A转换、传感器与“机械制造技术基础”的切削力、切削温度、加工精度和表面质量等知识点融合，在讲解具体的切削力和切削温度的测量，尺寸/形状/位置精度和表面粗糙度检测等实例的同时，讲解上述知识点。

②将“机电传动控制”中的电机转速、电机转矩与“机械制造技术基础”中的装配精度、固定调整法等知识点融合。在讲解固定调整法中通过测定电机转速扭矩，来判断是否达到装配精度这一实例的同时，讲解上述知识点。

③将“先进制造技术”中的微细加工、光刻、电子束/离子束加工等知识点，与“机械制造技术基础”中的加工精度和表面粗糙度等知识点融合。

④增添了如智能制造、新材料、新工艺、人工智能、互联网+和机器人等，作为课堂内容的补充和拓展。

⑤坚持参加两年一届中国国际机床展，遴选并归纳展会上与课程体系相关的新展品、新技术，总结形成课程内容向学生展示讲解，开阔学生的视野，激发兴趣。

通过以上措施扩大并稳固了学生的知识储备，实现其对知识向实践与创新能力转化的引领和支撑。

2.为解决教学环节之间的缺乏的链接的问题

（1）旨在打破“流水线”式教学，组织教师分析了各个教学环节之间的可链接点，并建立了合理有效的链接，将凝练后的知识内容分配到相关环节。

（2）教学过程中综合运用了多元教学方法，如线上线下课堂教学，翻转课堂、智慧课堂、现场观摩、虚拟实验、创新性开放实验、慕课、工程训练、课程设计、创新训练、工程软件培训等，实现知识、实践与创新能力的一体化培养。

（3）在培养实践和创新能力的同时，教学全过程融合了课程思政元素，注重凝练典型的本土案例，弘扬大国工匠精神，培养工程伦理意识，启发和激励学生的实践创新意识和精神。

例如：①采取小班授课的方式，根据每节不同的教学内容，选择在教室、实验室、生产实习基地进行教学。

②简单易懂的知识点，先布置预习，再让同学们通过在线课堂、慕课等途径自学。较难理解的内容通过现场观摩、工程训练的形式教学。

③在讲解“刀具标注角度”这一知识点时，原来的教学模式是在课堂上讲理论，实验课上在看实物、测量角度。经过改进，直接在刀具实验室进行教学，首先通过刀具实物和刀具模型，让同学认识各种切削用刀具，讲解如前刀面、主切削刃、基面等知识点；再利用刀具和刀具角度测量仪讲解前角、刃倾角等知识点，之后直接测量出各个刀具角度。

④在讲解铣削时，原来是在课堂上讲理论，在下学期的实习当中看实物。经过改进，选择直接在生产实习基地上课，通过不同的铣床和铣刀，讲解如端铣、周铣、顺铣、逆铣、圆柱铣刀、面铣刀、机床导轨、丝杠螺母副等知识点。

⑤课程的考核环节同时注重实践教学环节的内容和课程思政内容的考查。

通过上述措施，提升了学生的工科素养，进一步助推学生实现其知识向实践与创新能力的转化。

（二） 贯彻实施精通工软，赛研融合，能力叠加，协同发展的教学理念

针对第二个问题，本文提出贯彻并实施“精通工软，赛研融合，能力叠加，协同发展”的教学理念。具体的措施如下：

1.落实近几年以虚拟仿真实验为典型的教改项目成果，先引导并鼓励学生自主学习三维建模、有限元分析、数学分析等常用的典型工具软件，再通过参与虚拟仿真实验，让学生从真实应用案例中体会如何运动工软，打牢学生使用功底，最终达到精通工软，并将其熟练运用到今后的实践和创新训练中的目的。例如，学生通过利用工软仿真模拟了“机械制造技术基础”课程中切削变形区、切屑形态等知识点。

2.以学生为中心，以虚拟实验、学科竞赛、科研项目的部分内容为能力提升的进阶载体。注重各载体与机制课程体系知识点的协同度，把握好各载体的可行性、可操作性、难度的层次性和考核指标。相关内容重点关注“新工科”所涉及的仿生、智能制造、机器人和精密医疗器械等领域，以满足机械制造课程体系内容的要求。让学生的知识学习、实践和创新有机衔接起来，并产生共振和激励效应，引领学生自主学习，锻炼学生在实践和创新等多方面的品质。

例如：①教师在科研项目中提取可以参赛的研究内容，鼓励学生参加如互联网+、智能制造、挑战杯和大创等与“新工科”内容密切相关的竞赛。学生得到磨练的同时，不仅有机会取得可喜的成绩，教师也能完成了部分科研任务，达到了师生共赢、协同发展的目的。

②在教学上采取上述载体驱动，将知识、实践、创新、能力用载体有机贯穿于教学全过程。在全过程中，学生及其团队主要完成包括：产品材料和驱动模块的选择，结构的设计与优化，工艺规程的安排，产品制造、安装、调试，经济性分析等。从而重点培养学生自主学习能力、动手实践能力、创新能力和解决复杂工程问题的能力等，实现能力的叠加。

例如：a.在参加互联网+和挑战杯等比赛所研制的扑翼飞行器，学生在选择材料时选择了重量轻、强度高的碳纤维，结构设计时解决了扑翼要需实现多自由度振动等关键问题。之后，完成了样机的制造、调试等任务并获奖。

b.在参加智能制造比赛过程中，学生则重点完成了工业机器人、机床和检测等设备的运动路径规划与控制、数据的采集或输出等任务并获奖。

c.教师根据教学全过程中学生表现出的基本素养、投入程度、进阶载体的难易度和最终结果，对学生的实践与创新能力进行多元的考核评价。

通过上述措施加速提升学生的实践与创新能力，实现对学生实践与创新能力的全过程培养和协同发展。

四 结语

机械制造课程体系包含的课程是工科专业必修的基础课程，吉林大学每学年有近1300多名本科生参与学习。结合“新工科”理念，吉林大学机械制造及自动化系经过多年的实践与探索，提出并实施了依托“新工科”和机械制造课程体系的学生实践与创新能力全过程培养的教学模式，从而探索出了学生的知识向实践与创新能力转化的有效途径，使学生的学习、训练、竞赛、科研、实践、创新能够协同发展，解决了学生实践动手能力不足，盲目创新，学习缺乏目标引领的问题，为更多地培养出实践创新型人才提供了范例和参考。

通过实践本文提出的教学模式，使学生在扎实系统地掌握机械制造课程体系知识点的同时，能够在具体的实践、创新训练或活动中将其灵活运用。学生在学习全过程中的表现和结果能够反映出学生实践和创新能力得到了明显的强化和提升，在学科竞赛中多次获奖。同时，也磨练了学生的意志品质，增强了学生的使命感、责任感、归属感和团队意识，对其今后的继续深造或参加工作有积极的影响。学生普遍反映虽然参与的过程较为艰辛，但是在这个过程中不但理清了实践和创新的思维模式，增强了实践和创新的能力，也深深锻炼了自己心理承受能力和抗压能力，使自己更自信、更沉稳、不浮躁、有耐心，与伙伴配合得更加默契，潜移默化中也学会了理解、包容。