史 諾,何 潔,楊曉龍

(西安航空學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院,陜西 西安 710077)

深化課程思政建設(shè)是落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)的重要舉措,是我國(guó)高等教育體系中實(shí)現(xiàn)全員、全程、全方位育人目標(biāo)的重要途徑[1-2]。機(jī)械類專業(yè)課程重視邏輯,但是人文思想體系不成熟,課程思政建設(shè)難度較大。目前機(jī)械類專業(yè)課程思政建設(shè)的現(xiàn)實(shí)困境一是對(duì)于隱性課程思政元素挖掘不充分,沒(méi)有形成體系化的思政內(nèi)容資源;二是課程思政元素與專業(yè)知識(shí)融合不足,在教學(xué)過(guò)程中闡釋書(shū)中之道、書(shū)中之理、書(shū)中之術(shù)的方法較為生硬。

建立思政元素的有效挖掘與融合策略,具有重要的理論價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義。TRIZ(teoriya resheniya izobreatatelskikh zadatch)即發(fā)明問(wèn)題解決理論,擅長(zhǎng)于在工程技術(shù)領(lǐng)域解決問(wèn)題,隨著TRIZ理論體系的不斷完善,已逐步開(kāi)始向管理領(lǐng)域、教育領(lǐng)域滲透[3-4]?！爸悄苤圃旃こ虒I(yè)導(dǎo)論”是一門(mén)學(xué)科入門(mén)級(jí)課程,為了使學(xué)生理解智能制造的內(nèi)涵及系統(tǒng)架構(gòu),同時(shí)潛移默化地受到道德浸潤(rùn)和文化滋養(yǎng),本文嘗試基于TRIZ理論探索課程思政建設(shè)的新路徑,以期構(gòu)建課程育人新生態(tài)。

1 課程思政元素的有效挖掘方法與措施

1.1 九屏幕法及技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則

思維慣性的制約以及知識(shí)領(lǐng)域的局限是課程思政元素挖掘的最大障礙,TRIZ理論主張分析問(wèn)題的過(guò)程不僅需要快速發(fā)散,而且應(yīng)遵循客觀規(guī)律快速收斂,這樣既能夠最大限度地挖掘可用資源,又避免了思路推進(jìn)中的散亂無(wú)序。九屏幕法是TRIZ理論體系中搜索資源的有效工具,其核心思想是從技術(shù)系統(tǒng)的空間與時(shí)間兩個(gè)維度上定義問(wèn)題邊界[5],如圖1所示。在空間維度上,系統(tǒng)包含子系統(tǒng),并隸屬于超系統(tǒng);在時(shí)間維度上,系統(tǒng)、子系統(tǒng)和超系統(tǒng)具有現(xiàn)在、過(guò)去和將來(lái)3種狀態(tài)。九屏幕法從多方位、多角度分析問(wèn)題,有利于發(fā)現(xiàn)隱性資源。

圖1 九屏幕法

技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則也是TRIZ理論體系當(dāng)中的重要工具之一,進(jìn)化法則認(rèn)為技術(shù)的發(fā)展歷程依次為嬰兒時(shí)期、成長(zhǎng)時(shí)期、成熟時(shí)期、衰退時(shí)期[6],衰退時(shí)期現(xiàn)有的技術(shù)極限即將被突破,出現(xiàn)新的技術(shù),如圖2所示。技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則包含完備性法則、能量傳遞法則、動(dòng)態(tài)性進(jìn)化法則等8種類型,聯(lián)合使用九屏幕法與技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則,可以解析和預(yù)測(cè)系統(tǒng)、子系統(tǒng)、超系統(tǒng)的過(guò)去和未來(lái)狀態(tài)。

圖2 技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化

1.2 課程思政元素的挖掘

“智能制造工程專業(yè)導(dǎo)論”分為智能制造概述、智能制造裝備技術(shù)、智能制造信息技術(shù)、智能制造生產(chǎn)管理、智能制造服務(wù)5個(gè)主題教學(xué)單元,本文以智能制造裝備技術(shù)為例進(jìn)行分析。數(shù)控機(jī)床是典型的智能制造裝備,控制系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)件以及滾動(dòng)(滑動(dòng))部件是構(gòu)成數(shù)控機(jī)床的三大部分,利用工件傳送裝置將各類數(shù)控機(jī)床連接起來(lái)就構(gòu)成了數(shù)控加工生產(chǎn)線,因此可以將系統(tǒng)、子系統(tǒng)、超系統(tǒng)設(shè)定為數(shù)控機(jī)床、滾動(dòng)(滑動(dòng))部件、數(shù)控加工生產(chǎn)線。

應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性進(jìn)化法則分析數(shù)控機(jī)床、滾動(dòng)(滑動(dòng))部件、數(shù)控加工生產(chǎn)線。動(dòng)態(tài)性進(jìn)化法則包含提高柔性子法則、提高可移動(dòng)性子法則和提高可控性子法則3種類型,提高柔性的子法則是指技術(shù)系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)律依次為剛性體、鉸鏈、柔性體、流體、場(chǎng),可移動(dòng)性子法則是指技術(shù)系統(tǒng)朝著可移動(dòng)性增強(qiáng)的方向發(fā)展,提高可控性子法則是指技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化順序依次為直接控制、間接控制、反饋控制、自我控制。查閱文獻(xiàn)后繪制出數(shù)控機(jī)床、滾動(dòng)(滑動(dòng))部件、自動(dòng)化生產(chǎn)線的進(jìn)化路線,如圖3所示。數(shù)控機(jī)床、數(shù)控加工生產(chǎn)線的發(fā)展規(guī)律符合提高可控性子法則,滾動(dòng)(滑動(dòng))部件的發(fā)展規(guī)律符合提高柔性子法則,將分析結(jié)果填入九屏幕表中,如表1所示。

表1 數(shù)控機(jī)床的九屏幕分析結(jié)果

圖3 技術(shù)進(jìn)化分析

以子系統(tǒng)滾動(dòng)(滑動(dòng))部件為例,根據(jù)其過(guò)去、現(xiàn)在、未來(lái)的狀態(tài),結(jié)合家國(guó)情懷、工匠精神等人文養(yǎng)分[7-8]挖掘出的課程思政元素如下:

我國(guó)是最早發(fā)明軸承的國(guó)家,早在四千多年前的夏商時(shí)期就掌握了在車輪與輪軸之間設(shè)置襯套的技術(shù),形成了最原始的軸套軸承?！对?shī)經(jīng)》中《國(guó)風(fēng)·邶風(fēng)·泉水》記載“載脂載轄,還車言邁”,“轄”為車軸上的銷釘,“脂”為潤(rùn)滑油,原文大意是用油脂將車軸潤(rùn)滑,檢查軸端的銷釘,驅(qū)車遠(yuǎn)行送我回家,說(shuō)明在周朝時(shí)期我國(guó)已開(kāi)始利用動(dòng)物油進(jìn)行軸承的潤(rùn)滑。到了元代,科學(xué)家郭守敬發(fā)明了渾儀,通過(guò)在赤道環(huán)與百刻環(huán)之間設(shè)置圓柱形的短銅棒將滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)換成滾動(dòng)摩擦,標(biāo)志著我國(guó)已開(kāi)始使用原始的滾子軸承。通過(guò)講述我國(guó)古代的軸承發(fā)展史增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感,并鼓勵(lì)他們鑒古思今,不斷探索未知。

現(xiàn)代軸承工業(yè)涉及材料科學(xué)、精密加工技術(shù)和機(jī)械測(cè)量技術(shù)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域,在諸多關(guān)鍵技術(shù)中,游隙關(guān)系到軸承以及整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),游隙的調(diào)整與控制在毫厘間體現(xiàn)出了科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木?以角接觸軸承這種游隙可調(diào)的球軸承為例,講述最佳游隙的確定方法以及調(diào)節(jié)技術(shù),將精益求精的價(jià)值觀念傳遞給學(xué)生。

從目前我國(guó)軸承行業(yè)的現(xiàn)狀來(lái)看,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)已較為完善,但是對(duì)于動(dòng)壓軸承、電磁軸承等超高速超精密的類型而言,和國(guó)外先進(jìn)技術(shù)還存在一定的差距,存在若干卡脖子的技術(shù)難題,要讓學(xué)生正視差距,激發(fā)進(jìn)取精神,樹(shù)立為中國(guó)制造業(yè)奮斗的決心。

對(duì)于系統(tǒng)與超系統(tǒng),采用同樣的方式進(jìn)行課程思政元素的挖掘,例如展示機(jī)床、自動(dòng)化生產(chǎn)線研發(fā)的科學(xué)規(guī)律,培養(yǎng)學(xué)生追求真理的責(zé)任感和使命感;分析“東芝機(jī)床事件”,警示學(xué)生高精尖技術(shù)必須依靠自主創(chuàng)新;講述“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略,使學(xué)生領(lǐng)會(huì)我國(guó)關(guān)于智能機(jī)床、數(shù)字孿生生產(chǎn)線等高端智能制造裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略部署,鼓勵(lì)學(xué)生自立自強(qiáng),在他們心中播下大國(guó)工匠的種子。

2 課程思政元素與專業(yè)知識(shí)融合的策略與途徑

2.1 解決矛盾的方法及發(fā)明原理

TRIZ理論認(rèn)為矛盾的產(chǎn)生和解決推動(dòng)著技術(shù)的發(fā)展,矛盾分為技術(shù)矛盾和物理矛盾兩種類型,當(dāng)技術(shù)系統(tǒng)中兩個(gè)參數(shù)相互制約時(shí)是技術(shù)矛盾,當(dāng)一個(gè)參數(shù)無(wú)法滿足系統(tǒng)內(nèi)相互排斥的需求時(shí)是物理矛盾[9]。技術(shù)矛盾是通過(guò)查詢矛盾矩陣得到發(fā)明原理,將原理應(yīng)用在具體的問(wèn)題當(dāng)中來(lái)解決的。物理矛盾是通過(guò)空間分離、時(shí)間分離、條件分離、整體和部分分離來(lái)解決的,確定分離方法后,查詢分離方法對(duì)應(yīng)的發(fā)明原理來(lái)制定具體的實(shí)施方案。

不論是技術(shù)矛盾還是物理矛盾,最終都是通過(guò)發(fā)明原理來(lái)化解的,在TRIZ理論體系中,共有40條發(fā)明原理,是對(duì)海量專利總結(jié)、歸納、淬煉后形成的,具有通用性。TRIZ理論解決問(wèn)題的流程如圖4所示,首先將待解決問(wèn)題轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題,然后通過(guò)查詢矛盾矩陣或者使用分離方法確定發(fā)明原理,形成標(biāo)準(zhǔn)方案,再結(jié)合實(shí)際背景與基礎(chǔ)條件得到解決方案,這種轉(zhuǎn)化—求解—應(yīng)用的求解路徑,大大降低了解決問(wèn)題的難度。

圖4 TRIZ解決問(wèn)題的流程

2.2 課程思政元素與專業(yè)知識(shí)融合

為了實(shí)現(xiàn)潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲式的教育,需要將課程思政元素與專業(yè)知識(shí)充分融合,在這個(gè)過(guò)程中,思政元素賦能專業(yè)知識(shí),學(xué)生不僅僅會(huì)提高業(yè)務(wù)能力,而且錘煉了政治素養(yǎng),但是教師需要同時(shí)進(jìn)行知識(shí)傳授與價(jià)值塑造,課堂教學(xué)的難度變大,給教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施提出了較大挑戰(zhàn)。根據(jù)TRIZ理論對(duì)于矛盾的定義,課程思政元素與專業(yè)知識(shí)的融合形成了一對(duì)技術(shù)矛盾,思政元素賦能專業(yè)知識(shí),可以理解為改善的參數(shù)是“功率”,課堂教學(xué)的難度變大,可以認(rèn)為惡化的參數(shù)是“系統(tǒng)的復(fù)雜性”。

查詢矛盾矩陣表,“功率”“系統(tǒng)的復(fù)雜性”分別對(duì)應(yīng)的參數(shù)編號(hào)為21、36,如表2所示,解決這對(duì)技術(shù)矛盾可以應(yīng)用40條發(fā)明原理中的20有效作用的連續(xù)性原理、19周期性作用原理、30柔性殼體或薄膜原理、34拋棄或再生原理。對(duì)這4條發(fā)明原理進(jìn)行仔細(xì)分析,結(jié)合教育教學(xué)規(guī)律的特點(diǎn),采用有效作用的連續(xù)性原理、柔性殼體或薄膜原理進(jìn)行課程思政的實(shí)施。

表2 矛盾矩陣簡(jiǎn)表

有效作用的連續(xù)性原理是指在工作過(guò)程中消除空閑和間歇性動(dòng)作,保持滿載狀態(tài)。課程思政教育強(qiáng)調(diào)的是育人的連續(xù)性和不間斷性,在實(shí)際的教學(xué)中,課前五分鐘開(kāi)展“機(jī)械工業(yè)史大家講”活動(dòng),學(xué)生制作短視頻展示我國(guó)機(jī)械工業(yè)的發(fā)展成就,強(qiáng)化使命意識(shí)、提升擔(dān)當(dāng)精神;通過(guò)合理的教學(xué)設(shè)計(jì)保證每節(jié)課融入2～3個(gè)課程思政元素,傳達(dá)科技強(qiáng)國(guó)、自立自強(qiáng)、工程倫理、精益求精等理念;課后向?qū)W習(xí)小組布置“學(xué)做融合”的作業(yè),學(xué)習(xí)小組中的每個(gè)成員均有明確分工,在合作學(xué)習(xí)的過(guò)程中,使學(xué)生樹(shù)立服從集體、服從大局的格局觀。這種課前引融—課中滲融—課后深融的持續(xù)性實(shí)施路徑,促進(jìn)了全過(guò)程、全方位培養(yǎng)體系的形成,突出了育人價(jià)值。

柔性殼體或薄膜原理是指采用柔性結(jié)構(gòu)代替標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu),或者使用柔性裝置將物體與環(huán)境隔離。傳統(tǒng)的教學(xué)以講授為主,師生之間、生生之間是依靠教學(xué)紀(jì)律維持的剛性聯(lián)系,為了構(gòu)建柔性環(huán)境,促進(jìn)知識(shí)的傳遞與交流,主要采用的方法有:一是營(yíng)造師生互動(dòng)、生生互動(dòng)與協(xié)作的課堂氛圍,這就需要教師以面向全體、尊重差異的原則實(shí)施教學(xué),采用問(wèn)題引導(dǎo)、情感共鳴、分組討論等教學(xué)方法與手段,并充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)來(lái)支撐互動(dòng)行為,例如采用“雨課堂”教學(xué)工具,通過(guò)開(kāi)啟彈幕、收取小紙條等方式增強(qiáng)有效溝通;二是優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容的表現(xiàn)形式,傳統(tǒng)的板書(shū)、PPT較為生硬,因此增加實(shí)物展示、視頻播放等環(huán)節(jié);三是以科學(xué)精神和人文精神相統(tǒng)一的原則開(kāi)發(fā)教學(xué)實(shí)驗(yàn),充分利用未來(lái)數(shù)字化智能制造實(shí)驗(yàn)室、逆向工程與增材制造實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備,讓學(xué)生在實(shí)踐操作中悟情明理。

3 實(shí)施效果

課程思政是一種綜合性的教學(xué)活動(dòng),影響其過(guò)程和成效的因素較多,目前的學(xué)術(shù)研究中也沒(méi)有建立完善、客觀的評(píng)價(jià)體系,難以對(duì)課程思政建設(shè)進(jìn)行直接評(píng)價(jià)[10],因此在“智能制造工程專業(yè)導(dǎo)論”的教學(xué)中,采用問(wèn)卷調(diào)查、學(xué)生訪談的間接評(píng)價(jià)方法對(duì)實(shí)施成效進(jìn)行度量,獲得的結(jié)果如下:

1)87.77%的學(xué)生認(rèn)為不僅積累了專業(yè)知識(shí)而且明確了人生方向,88.89%的學(xué)生表示能夠從學(xué)習(xí)中獲得激勵(lì),說(shuō)明思政元素融入教學(xué)內(nèi)容培養(yǎng)了學(xué)生的獲得感。

2)91.11%的學(xué)生認(rèn)為自己能夠積極參與到教學(xué)活動(dòng)中來(lái),92.22%的學(xué)生表示非常喜歡課前五分鐘開(kāi)展的“機(jī)械工業(yè)史大家講”活動(dòng),85.55%的學(xué)生認(rèn)為思政元素使課程內(nèi)容更為豐富、生動(dòng),說(shuō)明課程思政的教學(xué)方法取得了學(xué)生的認(rèn)同。

4 結(jié)論

本文在TRIZ視域下進(jìn)行“智能制造工程專業(yè)導(dǎo)論”課程思政元素的有效挖掘與融合,通過(guò)理論分析與教學(xué)實(shí)踐探索了機(jī)械類課程思政建設(shè)的新路徑,為機(jī)械類專業(yè)課程思政建設(shè)提供了一種新范式,可以形成如下結(jié)論:

1)聯(lián)合使用九屏幕法與技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則解析和預(yù)測(cè)系統(tǒng)、子系統(tǒng)、超系統(tǒng)的過(guò)去、現(xiàn)在、未來(lái)狀態(tài),將各個(gè)系統(tǒng)不同狀態(tài)結(jié)合人文養(yǎng)分可以充分挖掘出隱性思政元素,這種從空間、時(shí)間維度上多方位、多角度分析問(wèn)題的方式有利于對(duì)課程內(nèi)容形成深層次的理解,從而體系化地開(kāi)發(fā)課程思政內(nèi)容資源。

2)應(yīng)用矛盾矩陣和發(fā)明原理可以快速找到教學(xué)過(guò)程中課程思政的實(shí)施方法,在實(shí)施方法的指導(dǎo)下建立思政元素課前引融—課中滲融—課后深融的持續(xù)性實(shí)施路徑,并采用多種教學(xué)手段構(gòu)建柔性教學(xué)環(huán)境,促進(jìn)了課程思政元素與專業(yè)知識(shí)的充分融合。

3)通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查、學(xué)生訪談的方法對(duì)課程思政建設(shè)與實(shí)施成效進(jìn)行評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)結(jié)果表明豐富的思政元素融入專業(yè)知識(shí)培養(yǎng)了學(xué)生的獲得感,持續(xù)性、柔性的教學(xué)方法也得到了學(xué)生的認(rèn)同。