“3+2”高职与本科机电工程专业《工程力学》课程教学改革的探讨

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  摘 要:随着高新技术的发展,企业对高级应用型技术人才的迫切需求,高职与本科“3+2”人才培养对人才输送提供了保障。“3+2”各阶段的合作模式衔接是非常重要的,衔接过程中各阶段存在教学体系、课程内容、教学方式等不合理,导致学生学习原地踏步,或跟不上本科专业知识的讲解,没办法适应地方高新企业的需求。本文阐述了常熟理工学院在《工程力学》课程教学改革的研究与探讨,为实现职业教学体系提供一定的参考。
  关键词:高职;本科;工程力学;教学改革
  中图分类号:G71  文献标识码:A
  随着高新技术的发展,企业面临着技术革新和转型,对高级技能型人才需求量大,质量要求高。国家指出需要构建现代职业教育体系适应时代的发展。国务院《决定》指出,职业教育需要学生有较好的知识基础,具有专业技能,最重要的是能较好地适应职业的变化和融入不同的企业文化中去。[13]
  2017年,常熟理工学院机械电子工程专业(2年)与苏州工业职业技术学院和苏州高雄职业技术学院(3年)进行合作(简称“3+2”),协同探讨“3+2”的合作模式,为企业输送优质毕业生。本文主要以《工程力学》这门课为研究对象,探讨“3+2”模式两个阶段的衔接。根据高职院校课程设置,对本科《工程力学》课程的课程内容、教学方式和考核方式的进行研究,为其他课程教学体系设置提供借鉴。[46]
  一、“3+2”《物理》与《工程力学》内容的衔接
  “3+2”合作模式中,高职院校开设了《物理》和本科院校开设了《工程力学》。力学是主干学科,其中《工程力学》是核心课程,课程分为静力学和材料力学,课程目标是对关键零部件进行设计及校核,解决实际的工程为题,为今后机电相关专业知识打下良好的基础。
  《工程力学》在这个教学过程中起着承前啟后的任务。与高职《物理课》进行衔接,为后续课程例如《机电一体化技术》《机械制造技术》等提供理论基础。比如第一章静力学基础中,我们要讲到力、刚体、平衡概念和受力图。会用到物理所学的力、力的三要素、平衡、物体受力分析。根据这个情况,对《物理》教学大纲进行重新修订,将课程内容进行补充和延伸。比如对力的教学这部分,可以在物理课程上让学生掌握力的三要素、掌握重力的概念弹力的概念,理解合力和分离的概念等。可见,“3+2”课程的无缝衔接是非常重要的,让学生在知识的学习上是进阶递进的,而不是知识的混淆和重复学习,这样学生上课的积极性是显而易见的,不是被动学习。
  二、“3+2”课程教学改革探讨
  (一)教学内容
  1.课程思政元素融入教学内容
  课程内容采用“3+1”:3是指课程教学内容、教学的重点和难点、课程教学要求。教学内容高职《物理》和本科《工程力学》知识点补充和延伸进行有效合理的衔接,1是指课程思政设计。由于高职院校学生知识层次较低,文化知识薄弱,对从事职业缺少自信,在高职和本科阶段的教学中应该融入课程思政元素。例如《工程力学》第一章课程概论授课中,可以融入国内外有名的科学家,著名的建筑,在学习知识点的基础上引入经典工程案例。这样让学生了解到科学家严谨的科学态度,国内成功的经典建筑、桥梁让学生有爱国情怀,对职业的自豪感。面对困难敢于挑战。最后在合理的章节设置体现课程思政的作业,比如第一章结束后,要求每人查阅两项工程案例:1项成功案例学习经验,另1项工程事故总结教训。
  2.以职业能力为导向,开展问题导向式教学
  《工程力学》和其他专业必修课和选修课的区别是专业基础课,主要围绕“工程案例”教学,每章都可以以工程问题进行打入,通过章节知识点来分析和解决其中涉及的工程问题,对工程案例中的结构进行校核。这样学生可以将理论和实际工程紧密结合,为后续创新设计课程打下基础。
  课题组拟探索将问题导向式教学法融入力学课堂教学中,其基本教学思路是:精选“工程案例”、提出问题;学生独立或是团队合作,共同探讨解决问题的方案,进行分析设计,解决工程为题。例如讲解扭转内容时,举船舶螺旋桨轴、舵机轴等工程实例,通过真实图片增加学生学习的兴趣。课后,学生根据理论知识,对扭转模型进行建立,施加条件,得到应力并绘制扭矩图。学生不仅掌握了扭转部分的基本知识,而且还能够灵活应用所学知识构建扭转模型。教师角色定位是对教学内容进行设计,以工程问题为引入,找出问题的解决办法引起学生共鸣,让学生能够有兴趣独立解决问题,加深对课堂知识点的理解,最终达到学生独立思考问题,认真分析问题,达到解决问题目标。
  (二)教学方法
  线上线下有机结合。线下课程的在时间和空间上都是局限的,混合式教学就是将线下课堂进行资源共享,将线下课堂进行延伸。大学线下课堂时间是有限的,课程安排也是有限的,学生更多的时间处于空闲状态,这部分时间对于学生来说是宝贵的,如何开展第二课堂。那么,线上课堂可以充分发挥网络资源的优势,让学生在图书馆或是宿舍或教师,通过手机或是电脑进行学习。老师可以提前将预习资料发到网站上,课后可以把学习资料进行共享。很多老师喜欢把经典案例放在网站上,让学生去发现问题,去思考,和同学谈论自己的观点,去讨论工程实例。综上所述,混合式教学一定要基于OBE理念,将线上和线下有机结合,让课堂在时间和空间上延伸,学生可以在更理想的学习环境下学习,如图1所示。
  《工程力学》线下部分主要以知识点讲解为主,了解力学基本概念和基本理论,掌握工程实例遇到的力学问题的解题思路。线上课程是对线下课程的辅助,安排35%左右的教学时间实施学生线上自主学习。线下主要采用翻转课堂模式。线上主要以自学为主,可进行同学与同学之间讨论,老师和同学之间探讨。
  工程力学课程线上课程建设主要围绕MOOCs进行课程建设。如何才能抓住学生的注意力?主要采用短视频录制为主。对于视频里的教师,举止得宜,声音要洪亮,达到抑扬顿挫的效果,让学生能不知不觉被老师带入知识点讲解中。课程每章节每个关键知识点录制10~15分钟的微课视频。微课程的时间不易太长,不要让学生产生厌倦疲惫感。微课程里老师可以将知识点进行模块化讲解。微课教学内容安排可以分为三点:第一点:以工程案例为导入,让学生知道今天学习的知识点可以解决这个案例中的力学问题。第二点,对关键知识点进行讲解,并将课程思政元素融入结论中,让学生具备知识的同时具有一定的职业素养。第三,对课程知识点的延伸,可以作为思考题,让学生有举一反三的能力,自己去解决问题。   三、“3+2”《工程力学》实践教学改革探讨
  (一)《工程力学》课程教学改革创新阶段
  2017年开始,进行两个阶段理论课程的衔接。2018年开始进行课程的理论和实践方面建设。2018年至今,基于OBE教育模式,利用线上平台开展线上线下混合式教学实践改革,并实施“N+1”教学评价策略。工程力学课程建设和发展的阶段如图2所示。
  (二)构建《工程力学》实践教学体系
  理论课程和实践课程是紧密联系的,理论课程通过实践课程得以验证,实践课程的设计直接影响最终理论知识的应用情况。企业需要的是应用型人才,所以在培養人才模式上要注重实践课程内容和方法的构建上。《工程力学》实践课程不仅有课内实验环节,还需配备课外实践。大学生除了正常的教学时间外,大部分时间是自主学习课程,很多学生可以利用多余时间进行课外实践。《工程力学》实践课程分为:实验课程、实习课程、课程设计和课外实践。具体如下:(1)实验模块分为:专业基础实验、综合性实验。(2)实习模块分为:认识实习、课程实习。(3)设计模块分为:课内案例设计、课外典型案例设计。(4)课外创新模块分为:周培源力学竞赛、机械创新设计大赛、挑战杯竞赛等。
  1.《工程力学》实践教学内容
  《工程力学》实践课程在构建过程中,秉着的原则是具有层次性和应用性相结合的理念。目前开设的实验主要是验证性实验,让学生熟悉实验室仪器设备,掌握实验的基本操作,理解所有的知识点。但是这显然是不够的,忽视了理论课程案例式教学的初衷。实践课程应该设有综合性实验,以企业实际工程案例为主,可以结合企业的具体任务,学生自己设计总体方案,独立或是团队协作开展综合性实验,这样学生才能具有解决工程问题的能力。现在,国家已经从“中国制造”转型成“中国创造”。在《工程力学》这门课程实践环节应该开发具有创新性的实验,这部分实践可有两种形式开展。一种是利用空闲实践进入学教师的实验室,开展大学生创新创业实践项目。例如,这学期学院参加了全国三维数字化创新设计大赛,学院20多项作品都获得了很好的名次。另一种方式也是学院积极探索的,学分置换方式,学院采用校企合作方式,学生根据自己学习情况可进入企业实习,企业会布置相关实习方案,学生通过一定时间的学习,进行考核,符合要求的可以进行学分置换。这对企业和学院的发展都是非常好的。《工程力学》实践课程也可以进行相关企业对接,完成学生实习方案的制订。
  2.根据学院特色,以“电梯中心”和“机甲中心”为校内实践基地
  校内实践基地应根据学院的特色行业进行展开。让学生了解学院的主流方向以及企业未来就业倾向。电梯是学院特色,学院已经完成电梯实验室搭建,如图3所示。学生可以真实地进行综合室和创新性实验。在老师的指导下,学生可以完成电梯关键零部件的选用、设计及校核,里面设计很多工程力学问题,学生们可以自己动手、独立完成。这个也可以作为毕业设计题目展开。为后续就业于电梯企业打下良好基础。2020年,学院搭建了“机甲中心”实验室,学生们课后时间可以在“机甲中心”实验室进行创新性实验。学生们有着浓厚的兴趣,通过所学的力学知识可以进行零件的搭建,为后续控制环节打下了良好基础。机电有机结合,成为企业需求的综合型高级人才。
  3.校企合作、第二课堂
  课程时间环节实习模块分为:认识实习、课程实习和生产实习。
  为了培养学生具有一定的工程实践能力,以及较好的毕业就业质量。学院积极和企业进行对接,企业对机电类学生需要还是相当高的,常熟理工学院与常熟长城轴承厂、通快有限公司和德国卡赫集团进行对接。完成实习模块,学生就业方向也基本明确,为学生提供了较好的实习环境,学生创新能力、实践能力、理论联系实际能力都得到很大提高。
  参考文献:
  [1]袁森.高职机电类专业《工程力学》课程教学改革的实践与探索[J].湖北成人教育学院学报,2009,15(04):118120.
  [2]季晴.五年制高职物理基础课程与专业课程衔接的研究[D].苏州大学,2008.
  [3]杨倩,袁硕.机电工程专业“3+2”中高职衔接课程体系建设[J].现代职业教育,2020,000(001):126127.
  [4]李媛.试论高职本科“3+2”贯通培养机制的优化策略[J].科教文汇(上旬刊),2020(12):154155.
  [5]蔡俊清,刘娟.高职汽车类专业《工程力学》课程教学改革探索——以陕西机电职业技术学院为例[J].时代农机,2020,47(05):9495+97.
  [6]陈欣,施小明.高职工程力学课程实践化、层次化教学改革探讨[J].黄河水利职业技术学院学报,2020,32(01):8790.
  基金项目:2018年第二批产学合作协同育人项目(201802205078);常熟理工学院2019年度高等教育研究项目(GJ1921);2019年常熟理工学院“课程思政”示范课程建设项目(JXKC2019007)
  作者简介:张斌(1987— ),男,江苏常熟人,博士,副教授,研究方向:先进材料力学行为;宇晓明(1986— ),女,吉林吉林人,博士,讲师,研究方向:流体密封与测控技术。
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