美國克萊姆森大學機械工程專業本科教學探析

范書宇

摘要：本文在簡介美國五所著名大學機械工程專業特色的基礎上，以克萊姆森大學為例，分析了機械工程專業本科教學的培養模式、課程體系及實踐性教學的特色。主要分析的內容如下：美國大學重視對學生溝通與表達能力的培養，重視對數學與物理等基礎課程的教學，實驗課統一編排，實踐性教學形式多樣化，等等。

關鍵詞：機械工程；教學；本科；課程體系

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）45-0038-02

一、引言

機械工程專業（Mechanical Engineering）是以相關的自然科學及技術科學作為理論基礎，結合生產實踐中積累的技術經驗，研究和解決在開發、設計、制造、安裝、運用和修理各種機械中的全部理論和實際問題的應用學科。現代機械工程專業教育的任務是在實踐性、綜合性、創新性及人文化等現代工程理念的指導下，培養能綜合運用現代機械制造理論和技術手段，懂經營、會管理，兼備人文精神和科學精神，能從事機械產品設計制造、科技開發、應用研究、設備管理和經營銷售等方面工作的高素質應用型高級工程技術人才。機械工程專業在我國綜合類及理工科大學中普遍設置，國外很多大學也設置了機械工程專業。根據2017年QS世界大學排名，以下5所大學榜上有名：麻省理工學院、斯坦福大學、哈佛大學、加利福利亞大學伯克利校區及密歇根大學。今年，筆者有幸去美國走訪了這5所大學中的前4所。此外，筆者還在美國東南部、全美公立學校排名前20的克萊姆森大學生活與學習了近1個月。這段經歷為筆者深入了解美國大學的本科教學提供了極好的機會。

二、美國五所大學機械工程專業簡介

美國的機械工程專業一般以工程學院下設的一個系為單位進行教學，系以下不再細分專業。例如，麻省理工學院、斯坦福大學及加利福利亞大學伯克利校區的機械工程專業都隸屬于工程學院，哈佛大學的機械工程系隸屬于工程及應用科學學院，克萊姆森大學的機械工程專業隸屬于工程、計算及應用科學學院。與國內的機械工程專業相比，美國的機械工程專業涉及的領域要寬廣得多。它既包含了我國傳統的機械工程內容，又包含了能源、生物、材料等工程。從航空、航海到納米科學，從新材料、能源到傳統的機械設計及制造，都是機械工程的研究對象。美國大學注重培養具有廣泛專業基礎的通才，而國內大學的專業劃分則比較細，更注重對專門人才的培養。

三、克萊姆森大學機械工程專業簡介

克萊姆森大學的機械工程專業隸屬工程、計算及應用科學學院（簡稱工程學院），該學院由12個系組成。各系的大一新生入學后，首先在工程學院進行一年的通識課程學習，學滿規定學分且成績合格后，才有資格進入各系進行后續的學位課程學習。

1.機械工程專業的培養模式及課程體系。克萊姆森大學的標準學制是4年。學生可以彈性選課，多數本科生的學習年限是4.5年左右。該校的本科教學分為3個學期，分別是秋季學期、春季學期和夏季學期，歷時分別約為4個月、4個月及3個月。其中，春季和秋季學期是必須參加的，而夏季學期則不是強制的。各學年的課程簡介如下：大一上學期：普通化學、單變量微積分1、寫作、工程規范訓練、藝術、人文或社會科學。大一下學期：編程、問題求解及應用、單變量微積分2、物理與微積分1、物理實驗、工程圖學及計算機應用、藝術、人文或社會科學。大二上學期：研討班、機械工程的統計及動力學、多變量微積分、物理與微積分2、材料科學導論。大二下學期：材料力學、熱與流體系統基礎、常微分方程導論、電氣工程基礎電工實驗、機械工程實驗1。大三上學期：機械系統基礎、熱力學、流體力學、數值分析、科技寫作、機械工程實驗2。大三下學期：熱傳導、動力系統的模擬與分析、機械設計基礎、機械制造及應用、數理統計。大四上學期：機械工程設計、多域動態系統的控制與集成、藝術、人文或社會科學、機械工程實驗3、專業選修課1。大四下學期：高級研討班、機械工程設計實習、藝術、人文或社會科學、專業選修課2、專業選修課3。

上述課程共計125學分，該課程體系具有如下特點：（1）人文類及寫作課程累計23學分。克萊姆森大學注重對學生溝通與表達能力的培養。在大一上學期就開設了寫作課程，在大三上學期又開設了科技寫作課程，兩者共計6個學分。此外，還分別在大一與大四開課了藝術、人文與社會科學類課程，該類課程累計15個學分。（2）數學、物理及化學類課程累計32個學分。克萊姆森大學的機械工程專業非常重視數學及物理課程在機械工程專業教學中的重要作用，這兩類課程共計28個學分。此外，為了拓寬學生的知識面，還設有普通化學課程，這與國內多數機械工程專業的課程設置有明顯的區別。（3）實驗、設計與實習類課程累計14個學分。除了物理實驗及電工實驗，該專業的其他實驗課統一編排為機械工程實驗課，并分別在大二、大三及大四開設。這樣設置能使各種實驗形成統一的整體，便于學生對其所學知識的融會貫通。（4）專業類課程累計56個學分，其中，專業選修課有3門，占9個學分。這2門專業選修課中，有2門必須從機械工程專業列出的22門開課清單中選擇，另外1門可以是全校范圍內開設的創新試驗。學生亦可以用一系列創新試驗來替代這3門專業選修課，但有嚴格的前提條件。這一系列嚴格的條件為提高學生進行創新試驗研究的質量提供了有力的保證。此外，這3門專業先修課亦可由相同名稱的研究生課程來代替，這為部分優秀學生提供了學習先進科技的良好機會。

2.實踐性教學方法。（1）實驗。實驗課采用小班教學的形式開設，每個教學班十多個人。學生可以根據自己的時間靈活選擇參加某個小班的實驗課。實驗課前，教師指定相關的資料供學生閱讀。實驗課上，教師先講解基本原理，接著進行小測驗，檢測學生的預習效果。小測驗之后，學生分組進行實驗，一般3—4人一組。學生們對照實驗指導書自己摸索儀器的使用方法并完成實驗。助教在實驗室巡視，隨時回答學生提出的問題。實驗結束后，學生需要及時處理實驗數據，并獨立完成實驗報告。這種每節課都對學生進行考評的方式對提高學生的預習效果起到了良好的促進作用，而小班教學的方式又能使教師顧及到所有的學生。（2）實習。實習一般安排在春季或秋季學期的第14—16周，或者是夏季學期的第11—14周。學生可以兼職或全日制形式參與實習。機械工程設計及機械工程設計的實習課程分別在大四第一、第二學期開課，二者是一個統一的整體。要求全系所有學生參加實習，由教師及行業贊助商進行指導。對于機械工程設計課程，要求學生能設計和制造用于課堂上現場演示的儀器；而對于機械工程設計的實習，則要求學生能完成工程界導師提出的任務，發明、設計或改進某個實際問題。（3）合作教育。合作教育項目是克萊姆森大學的特色之一，它為本科生提供了參與式學習的機會。參與這個項目的學生被公司全日制雇傭，學生親自參與動手實踐，有工資報酬，公司方面提供專業人員對學生進行指導。合作教育的學期與學校的教學學期相交替，滾動進行，保證學生“全日制”地投入參與式學習。學生必須參加滿春季、秋季及夏季共三個學期的參與式學習，這是合作教育項目與實習的最大區別。（4）創新性研究。創新性研究性學習是本科生的小組式研究性學習，研究問題來源于學生的探究、教師的挑戰性任務或當前社會的迫切需求。學校的網站上有教師、研究生及學校的合作單位提出的探究性問題及具體要求，學生可以組成小組自由申請。整個創新性研究由專業導師指導，一般跨越2—4個學期。學校還會定期舉辦活動，展示學生的研究成果。這種研究有助于培養學生的思維能力、解決任務的能力、團隊合作能力及表達能力。

四、結論

通過實地考察、深入體驗及資料查閱等方式，本文對美國機械工程專業的本科教學進行了探析。在簡要分析美國5所大學機械工程專業特色的基礎上，以克萊姆森大學為例，分析了機械工程專業本科教學的培養模式、課程體系及實踐性教學的特色。美國大學開設有寫作課，重視對學生溝通與表達能力的培養；重視對數學與物理等基礎課程的教學；實驗課統一編排；實踐性教學形式較多，與企業的聯系較為密切，這樣能更好地促使學生將所學理論與工程實踐相結合。

參考文獻：

[1]郭森，支希哲.中美高等工程教育比較研究[J].西北工業大學學報（社會科學版），2013，30（1）：78-81.

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[3]克萊姆森大學機械工程系[EB/OL].https：//www.clemson.edu/cecas/departments/me/