工程教育認證背景下機械原理課程教學改革探討

祝志芳　曾宇露　劉國亮　王歡　鄧小珍

【摘要】本文論述機械原理課程的教學改革，以工程教育認證為引領，以科技競賽為載體，針對機械原理課程教學中存在的問題，提出依托科技競賽的創新能力培養，對機械原理課程進行教學改革，從明確課程教學目標、多樣化課程教學方式、改革課程實驗教學體系等方面綜合探索培養學生創新能力的對策。

【關鍵詞】工程教育認證 科技競賽 創新能力 教學改革

【中圖分類號】G? 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2020）27-0058-02

近年來，工程教育專業認證作為國際公認的工程教育質量保障制度，越來越受到國內各高等院校的重視，工程教育專業認證的核心理念是“以學生為中心”，在這過程中對學生創新能力的培養更是重中之重。機械類專業課程體系較為寬廣，而機械原理課程作為機械類專業的一門主干基礎課，同時也是機械設計制造及其自動化專業的核心課程，在當今機械工業技術人才的培養過程中起著承上啟下的關鍵作用。目前國內高校機械原理課程的講授多以理論講解為主，輔以一定的實驗教學，課程內容知識點相對抽象，學生在學習過程中普遍感覺較為吃力，而創新能力的培養放在課程教學中的效果更是甚微，無法適應新時代高等教育工程專業認證課程教學目標對人才培養的要求。因此，在工程教育認證背景下，探索機械原理課程的教學改革，培養學生的創新能力，具有現實意義。

一、機械原理課程教學現狀

機械原理課程作為機械類工科專業的一門重要主干課程，目前多以理論講解為主，輔以一定的實驗教學，在課程教學內容、課程授課方式、實驗教學體系等方面均不能適應工程教育認證對創新能力培養的新要求，盡管很多高校進行了一定的教學改革，但仍然存在很多問題。

（一）理論教學現狀分析

該課程的主要內容是介紹機械的工作原理，運用圖解法和解析法分析一般機械的運動和設計過程。目前課程的教學重心還是在基本知識的講解，而課程的基本知識相對陳舊，國內傳統機械原理教材歷來重視課程體系的獨立，對各種傳統機械的詳細講解往往占據了大量篇幅，而與新興科技相結合能反映現代科技發展進步的內容卻偏少。由于高等學校教學改革，專業基礎課程的學時在逐步減少，而教學內容并沒有減少，導致教師在授課過程講授內容多局限于教材范圍，對于培養學生綜合設計能力的設計類知識（如四桿機構設計、凸輪機構設計）卻往往是一帶而過，更沒有實例分析和設計過程的講解。這種局限于課本知識的授課內容難以調動學生的學習主觀能動性，更不能培養學生的創新思維能力。

（二）實驗教學現狀分析

實驗教學方面，通常都是按照規定實驗項目內容開展實驗教學，這種理論與實驗相互分離的教學模式導致學生對實驗教學環節不重視，上實驗課的積極性不高。目前高等院校實驗教學無論是教學管理還是教學過程，都不像理論教學要求那么嚴格，且仍多采用“以教師為中心”的教學模式，學生被動式地接受教學內容，缺乏對教學內容的深刻思考，忽視了學生的主體作用。實驗教學項目也以驗證性、演示性居多，對于訓練學生獨立思考和創新設計能力的綜合性、設計性實驗項目比例偏少，導致實驗教學內容僅停留在課堂理論知識的補充上，沒有起到進一步拓展知識的作用。

二、機械原理課程教學改革

基于工程教育專業認證，為滿足制造強國新形勢下對創新人才的培養要求，對機械原理課程在課程教學目標、課程教學方式、實驗教學體系等方面進行一系列的改革，以適應工程教育認證人才培養要求，為培養學生創新能力和實踐動手能力奠定基礎。

（一）明確課程教學目標

課程目標作為課程教學過程對學生能力培養的制度化要求，是課程內容設計、教學過程實施和課程體系綜合評價的重要依據。工程教育認證要求課程必須有明確、可衡量的畢業要求，教學目標應與畢業生畢業要求高度匹配。在工程教育專業認證背景下適應人才培養的要求，機械原理課程教學目標能否匹配畢業要求的相關指標點，對教學質量起到關鍵作用。根據工程教育專業認證標準，結合我校應用型人才培養目標，并通過對畢業生就業單位的跟蹤調查，與企業就業需求進行對接，了解畢業生能力要求及當前社會需求，經過課程教學單位及教學團隊教師的研討，確定本課程教學目標對應工程教育專業認證中的工程知識、問題分析、設計開發及研究探索等四個方面要求，并分別具體對應畢業要求的各項二級指標點。這樣就可以實現工程教育認證中畢業要求與課程目標之間的有效銜接，從而使畢業要求達成度的評價可具體轉換成對相應課程目標的達成度評價，可操作性強。將課程章節內容分解落實，對應到各項二級指標點的教學中，可以使得課程教學目標更加清晰，任務更加明確。同時通過設計課程教學內容，使得課程每一章節內容都能對應一定的課程目標，從而確保所有設定的課程目標都有相應的課程教學章節作為支撐，適應工程教育專業認證人才培養的要求。

（二）多樣化教學方式

機械原理課程由于知識點相對抽象、機構的運動較為復雜、解析法分析機構運動原理的數學知識要求較高，學生在學習過程中感覺內容枯燥、難以理解，學習興趣不高，導致學習效果欠佳。改革傳統的課程授課方法，結合現代化教學技術，采用先進的教學手段，充分利用計算機技術及相關專業軟件輔助教學，將Solidworks、Adams、Matlab等工程軟件引入課堂教學，可建立機構三維模型并進行仿真研究，借助計算機對復雜問題進行精準化直觀呈現，使學生能夠更容易地理解相關知識內容。采用現代網絡技術，結合MOOC、雨課堂、學習通等網絡教學手段開展個性化教學。我校具有較豐富的網絡教學平臺，基于平臺基礎授課，教師可將豐富的教學資料共享到教學平臺，制作一系列的網絡課程。建立機械原理校級網絡課程，搜集歷屆優秀的科技競賽作品視頻及動畫，可以利用網絡豐富的動畫資源，對課程授課中學生難以理解的抽象問題進行直觀呈現，完善每一章節對應的課外習題并補充機械原理相關的課外知識。教師在網絡平臺可實時與學生進行互動教學，及時解答學生在學習過程中遇到的疑問，可有效提高學生的學習興趣和積極性，提升教學效果。

（三）改革課程實驗教學體系

機械原理實驗是機械原理課程的重要組成環節，學生在實驗的過程中可以綜合應用所學理論知識，分析和解決工程實際問題，對于培養學生創新思維和動手能力具有十分重要的作用。

1.優化實驗內容設置。傳統的機械原理實驗教學大多數指定了實驗內容和實驗項目，學生進入實驗室后無需過多思考，只需參照實驗指導書的要求和步驟按部就班地模仿，學生在這過程中的實驗操作大同小異，實驗結果相差微乎其微，最為關鍵的是學生實驗過程沒有發揮主觀能動性，沒有去認真思考實驗內容和理論課程之間的聯系，對于實驗結果不能給出合理正確的解釋。為了彌補上述實驗教學過程存在的不足，培養學生在實驗操作中獨立思考和分析問題、解決問題的能力，切實增強學生的創新設計能力。在實驗項目設置時增加綜合性、設計性實驗，進一步減少和弱化認識性、驗證性實驗項目，摒棄既定的實驗題目，選擇與課程內容緊密相關的具有代表性的科技競賽作品進行深度剖析。對機構運動方案反求設計，分析機構運動原理并重新繪制機構運動簡圖，理解相關機構運動過程中所蘊含的理論知識，在此基礎上再進行機構的創新設計，可將理論與實踐很好地相結合，大大提高學生的創新設計能力和實踐動手能力。

2.依托科技競賽創建開放創新實驗室。為了進一步提高學生的創新能力，充分利用我院大學生機械創新基地，創建開放實驗室，開展與機械類學科相關的科技競賽活動，如“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽、機械創新設計大賽等，定期根據比賽要求，結合課程所學內容完成一些創新項目，可完整地完成項目從構思、設計、分析、制作到加工實物的過程，將理論與實踐相結合，在應用中發現問題并解決問題，大大提升學生綜合素養和創新能力。同時利用好我校創新實驗室的慧魚工坊，通過慧魚模型巧妙搭建各種機械結構并實現一定功能，學生能夠綜合利用機械設計知識和自動控制相關學科知識，將多學科多領域的理論知識融會貫通于實踐過程中。創新實驗室具有專門的場地和優良的設備資源，學生可以根據自己的興趣設計和制造一些創新型作品，在設計和制作創新作品的過程中，潛移默化地培養了創新思維，提高了工程實踐能力，激發學習興趣。

基于工程教育專業認證，以學生為中心的教育理念，結合當前國際工程教育發展趨勢對學生創新能力培養的要求，以科技競賽為載體，開展基于工程教育認證理念的創新能力培養的機械原理課程教學改革，明確課程教學目標、多樣化課程教學方式、改革課程實驗教學體系，對提高人才培養質量，提升學生實踐動手能力和增強創新能力具有十分重要的意義。

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【基金項目】江西省高等學校省級教改課題（JXJG-18-18-5，JXJG-18-18-2）;南昌工程學院校級教改課題（2017JG006，2019JG022）

【作者簡介】祝志芳（1984— ），男，南昌工程學院副教授，研究方向：機械類教學。

（責編 丁 夢）