新工科理念下民辦應(yīng)用型本科院校“機(jī)械原理”教學(xué)改革與實踐*

劉國鋒，李 楊

（安徽三聯(lián)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，安徽 合肥 230601）

2017年新工科理念的提出是為了主動應(yīng)對新一輪產(chǎn)業(yè)革命與科技變革的重要舉措，對加快我國向制造強(qiáng)國、創(chuàng)新強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變具有重要的指導(dǎo)意義。安徽三聯(lián)學(xué)院是位于合肥的一所民辦應(yīng)用型本科院校，其培養(yǎng)目標(biāo)為具備綜合素質(zhì)高、專業(yè)基礎(chǔ)牢、創(chuàng)新意識好、實踐能力強(qiáng)、能解決生產(chǎn)一線實際問題的應(yīng)用工程師。安徽三聯(lián)學(xué)院根據(jù)新工科對機(jī)械類專業(yè)本科提出的新要求，結(jié)合該專業(yè)學(xué)生的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課——“機(jī)械原理”的教學(xué)大綱和課程特點，對傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行豐富和完善，多措并舉，以充分調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性為出發(fā)點，夯實學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)，提升工程實踐能力和創(chuàng)新意識[1]。

1 “機(jī)械原理”的課程地位

“機(jī)械原理”是機(jī)械專業(yè)學(xué)生接觸的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是學(xué)生對整個專業(yè)體系認(rèn)知的起點，也是進(jìn)一步學(xué)習(xí)其他相關(guān)專業(yè)知識的基礎(chǔ)，因此該門課程學(xué)習(xí)的好壞對學(xué)生整個大學(xué)生涯有重要影響。該課程的教學(xué)大綱規(guī)定：通過學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握機(jī)構(gòu)的組成原理、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律及機(jī)構(gòu)的受力分析；熟練凸輪、連桿、齒輪等常見機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點和運(yùn)動規(guī)律；初步具有分析簡單機(jī)構(gòu)的運(yùn)動方案及設(shè)計計算的能力。通過大綱不難看出，該課程是一門理論性、應(yīng)用性都很強(qiáng)的主干課程。為更好地發(fā)揮該課程的核心地位，適應(yīng)安徽三聯(lián)學(xué)院應(yīng)用型人才培養(yǎng)的發(fā)展要求，開展“機(jī)械原理”課程教學(xué)改革研究，具有重要現(xiàn)實意義。

2 “機(jī)械原理”教學(xué)中存在的主要問題

“機(jī)械原理”課程是銜接機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)理論與專業(yè)知識的核心主干課，課程本身既具有基礎(chǔ)理論課系統(tǒng)性，又具有專業(yè)課的實踐性[2]。結(jié)合安徽三聯(lián)學(xué)院的教學(xué)實際，在教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)該課程與教學(xué)目標(biāo)相比，主要存在以下不足。

2.1 教學(xué)內(nèi)容與課時矛盾

“機(jī)械原理”課程涵蓋知識點多，諸如連桿、凸輪、齒輪等機(jī)構(gòu)既有一般的共性，也存在各自的差異化，需要教師在授課過程中對共性的加以啟發(fā)引導(dǎo)，對差異化的區(qū)別對待，詳細(xì)加以講解。目前安徽三聯(lián)學(xué)院的“機(jī)械原理”課時由教材建議的70學(xué)時縮減到48學(xué)時，而該課程的諸多知識點對學(xué)生以后的專業(yè)學(xué)習(xí)具有重要意義，不能隨意刪減，從而造成了內(nèi)容與課時的矛盾[3]。為解決該矛盾，部分教師采取加快授課進(jìn)度，課前檢查作業(yè)，上課“滿堂灌”，課后繼續(xù)布置作業(yè)的循環(huán)。安徽三聯(lián)學(xué)院部分學(xué)生理論基礎(chǔ)相對薄弱，學(xué)生疲于應(yīng)付作業(yè)和檢查，影響了主動學(xué)習(xí)的興趣，甚至出現(xiàn)抄襲作業(yè)應(yīng)付了事的個別現(xiàn)象，與新工科對機(jī)械專業(yè)學(xué)生的要求背道而馳。

2.2 教學(xué)方式與實際脫節(jié)

部分教師在“機(jī)械原理”授課過程中，受傳統(tǒng)教學(xué)模式的影響，側(cè)重于書本知識的理論講解，與實際應(yīng)用聯(lián)系較少，使得學(xué)生對課程中不平衡度、自鎖、輪系等與工程實踐結(jié)合較緊密的章節(jié)缺乏深層次的認(rèn)知。此外，該課程的考查方式?jīng)]有根據(jù)安徽三聯(lián)學(xué)院的培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行及時調(diào)整，僅通過課后作業(yè)檢驗學(xué)生對所學(xué)理論知識的掌握情況，僅靠一張試卷成績決定學(xué)生能否順利及格，無法對學(xué)生的創(chuàng)新及解決實際問題等能力進(jìn)行評估，不利于學(xué)生綜合專業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)，從而影響安徽三聯(lián)學(xué)院的人才培養(yǎng)目標(biāo)的順利實現(xiàn)。

2.3 教學(xué)理論與實踐脫離

“機(jī)械原理”課程教學(xué)目標(biāo)要求學(xué)生能夠分析機(jī)械運(yùn)動方案、設(shè)計和擬定幾種常用的簡單機(jī)構(gòu)，這就需要學(xué)生在充分掌握相關(guān)理論知識的基礎(chǔ)上，還要靈活運(yùn)用相關(guān)知識去解決實際問題。在教學(xué)過程中，部分學(xué)生因“工程力學(xué)”等課程基礎(chǔ)不牢以及MATLAB、ADAMS等建模軟件的不熟練等原因，加之并沒有接觸過相關(guān)的工程實踐內(nèi)容，導(dǎo)致最終離教學(xué)目標(biāo)有較大差距。從以往教學(xué)效果看，學(xué)生不能將書本所學(xué)知識靈活加以運(yùn)用，遇到實際工程問題大多無從下手，以借鑒為主生搬硬套，自主意識、創(chuàng)新意識較差。

因此，為適應(yīng)企業(yè)對應(yīng)用型高校機(jī)械專業(yè)學(xué)生能力素質(zhì)的實際需要，對“機(jī)械原理”課程授課方式、考核方式和實踐教學(xué)等進(jìn)行補(bǔ)充和完善，構(gòu)建產(chǎn)—學(xué)—研一體的課程教學(xué)內(nèi)容體系，提升“機(jī)械原理”課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的創(chuàng)新能力，具有現(xiàn)實的積極意義。

3 “機(jī)械原理”課程內(nèi)容的梳理與重構(gòu)

圖1 “機(jī)械原理”課程知識體系

圖2 “機(jī)械原理”理論教學(xué)內(nèi)容體系

“機(jī)械原理”課程體系兼具理論性和工程應(yīng)用性的特點。安徽三聯(lián)學(xué)院以教學(xué)大綱為依據(jù)，以機(jī)構(gòu)的認(rèn)知、設(shè)計與綜合等知識體系為主線，將機(jī)械原理課程的教學(xué)分為理論和實踐兩大部分，兩部分的具體內(nèi)容如圖1所示。理論教學(xué)部分按由淺入深的順序?qū)⑵鋭澐謾C(jī)構(gòu)組成原理與分析模塊、機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)分析模塊、常用機(jī)構(gòu)設(shè)計模塊及機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計模塊等四部分[4]。這種理論教學(xué)模塊劃分依據(jù)，可以使學(xué)生通過學(xué)習(xí)，依次完成了解機(jī)構(gòu)——分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動和受力特性——熟悉常見機(jī)構(gòu)——設(shè)計機(jī)構(gòu)的由簡單到復(fù)雜的學(xué)習(xí)過程，符合應(yīng)用型本科院校學(xué)生接受理論知識的認(rèn)知過程，理論教學(xué)的內(nèi)容體系如圖2所示。需要重點強(qiáng)調(diào)的是，為更好滿足本課程的教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生就業(yè)需求，在機(jī)構(gòu)組成原理和分析模塊及常見機(jī)構(gòu)設(shè)計模塊均將ADAMS軟件的應(yīng)用貫穿到教學(xué)過程中，提升學(xué)生分析和設(shè)計簡單機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案的能力。將實踐教學(xué)部分劃分為實驗教學(xué)模塊、課程設(shè)計模塊、學(xué)科競賽三個模塊。在實際教學(xué)過程中，理論知識體系與實踐知識體系不是孤立割裂的，實驗環(huán)節(jié)是對理論的鞏固與提高，設(shè)計環(huán)節(jié)是對理論知識和實驗操作的綜合運(yùn)用，而學(xué)科競賽更是將整個教學(xué)活動推到更高更深的層次，從而全面提升教學(xué)效果。

4 多措并舉提升教學(xué)效果

在新工科五類新要求理念的指導(dǎo)下，針對“機(jī)械原理”教學(xué)中存在的不足，通過對整個課程體系的梳理，安徽三聯(lián)學(xué)院從理論知識體系和實踐知識體系兩方面分別對整個教學(xué)體系進(jìn)行了豐富和完善。

4.1 理論知識體系

為適應(yīng)新工科背景下，國家對應(yīng)用型本科院校機(jī)械專業(yè)學(xué)生能力素質(zhì)的要求，安徽三聯(lián)學(xué)院在“機(jī)械原理”理論教學(xué)過程中，進(jìn)行了如下探索和完善。

4.1.1 豐富課堂授課方式

圖3 三種教學(xué)方式的對比示意圖

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方式，以教師為主導(dǎo)去教，而學(xué)生被動接受知識，由于安徽三聯(lián)學(xué)院學(xué)生的理論基礎(chǔ)相對薄弱，教學(xué)效果差強(qiáng)人意。近年來，MOOC和“翻轉(zhuǎn)課堂”等新興教學(xué)方式給傳統(tǒng)教學(xué)注入了生機(jī)和活力[5-6]。與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)相比，這兩種教學(xué)的優(yōu)勢如圖3所示，MOOC和“翻轉(zhuǎn)課堂”借助網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)，將教學(xué)方式轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生主動學(xué)，教師“輔助引”的互動式教學(xué)。安徽三聯(lián)學(xué)院的具體實施過程就是讓學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，充分地利用學(xué)校和網(wǎng)絡(luò)的各種教學(xué)資源，自主探究、自主學(xué)習(xí)，從而取得1+1+1＞3的效果。但在教學(xué)實踐中，安徽三聯(lián)學(xué)院也發(fā)現(xiàn)不能一味的全部依靠這兩種新興教學(xué)方式，應(yīng)針對該院是應(yīng)用型本科院校的實際情況，將3種教學(xué)方式有機(jī)的融合起來，具體做法是：將課程中的理論性較強(qiáng)的知識點按照傳統(tǒng)教學(xué)模式，由教師通過實物模型、動畫演示和多媒體課件來進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)；課程中部分與工程結(jié)合緊密的知識點和難點，則利用MOOC和翻轉(zhuǎn)課堂，通過學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和教師引導(dǎo)進(jìn)行研究性教學(xué)。三種教學(xué)方式相互補(bǔ)充相得益彰，極大提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、思維能力和創(chuàng)新能力。

4.1.2 結(jié)合工程實例

應(yīng)用型本科院校的教學(xué)目標(biāo)就是培養(yǎng)面向生產(chǎn)一線、能解決實際問題的技術(shù)人才，因此安徽三聯(lián)學(xué)院在“機(jī)械原理”課程的教學(xué)過程中更加注重結(jié)合生產(chǎn)實際，側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，而弱化課程中部分難度較大的理論公式推導(dǎo)。為此，安徽三聯(lián)學(xué)院教師在課程內(nèi)容的設(shè)置上充分考慮知識的工程性、實踐性，注重培養(yǎng)和引導(dǎo)學(xué)生將理論知識轉(zhuǎn)化為實踐的能力。由于安徽三聯(lián)學(xué)院位于合肥，很多機(jī)械專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后，會到江淮、奇瑞等車企工作。在教學(xué)過程中，教師就側(cè)重于講解知識點時采取車輛模型進(jìn)行介紹與引導(dǎo)，例如在講解曲柄連桿機(jī)構(gòu)時，主要以汽車發(fā)動機(jī)為例進(jìn)行講解；講解輪系時，主要借助車企具體變速箱實物模型進(jìn)行示范舉例。這樣做的好處既增進(jìn)了學(xué)生對相關(guān)機(jī)構(gòu)的理解，又能結(jié)合學(xué)生就業(yè)區(qū)域和行業(yè)，提升學(xué)生就業(yè)的競爭力和適應(yīng)能力。需要強(qiáng)調(diào)的是，安徽三聯(lián)學(xué)院在教學(xué)過程中也發(fā)現(xiàn)，教師應(yīng)該對各知識點工程應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)講解與拓展，但也不能一味的強(qiáng)調(diào)實踐，而忽略理論知識的傳授，畢竟作為一線技術(shù)人員，需要具備一定的理論知識素養(yǎng)，才能在將來的工作崗位上大有作為。

4.1.3 多元化的考核方式

前已述及，“機(jī)械原理”是一門實踐性較強(qiáng)的課程，傳統(tǒng)的平時作業(yè)+試卷考核的模式已無法真正反映學(xué)生對該課程知識的綜合運(yùn)用、設(shè)計計算及創(chuàng)新等諸多方面的能力。安徽三聯(lián)學(xué)院在近幾年的教學(xué)過程中，對“機(jī)械原理”考核方式、考核內(nèi)容及權(quán)重進(jìn)行了諸多探索和嘗試，總結(jié)出如圖4所示的考核方式。安徽三聯(lián)學(xué)院采取定性和定量兩種方式，將考核從以前的平時作業(yè)+試卷考試細(xì)化為平時成績、考核成績、實踐成績及技能成績四部分。學(xué)生的最終成績?nèi)Q于這四部分成績：平時作業(yè)和試卷成績，反應(yīng)了該生對理論知識的掌握情況；實踐成績和技能成績，反應(yīng)了該生的動手操作解決問題和創(chuàng)新能力。此外，平時的課堂表現(xiàn)和實踐課表現(xiàn)也是考核點，教師根據(jù)上述的情況綜合評價給出客觀的成績。安徽三聯(lián)學(xué)院近幾年的教學(xué)實踐證明，采取該綜合考核方式，既能督促學(xué)生掌握理論知識、實踐操作技能，又注重平時的表現(xiàn)，有利于培養(yǎng)的學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新能力。

圖4 “機(jī)械原理”考核方式

4.2 實踐知識體系

實踐教學(xué)對于應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)至關(guān)重要，它不僅是提升學(xué)生工程實踐能力、適應(yīng)工作崗位需要的重要途徑，也是我國實現(xiàn)工業(yè)強(qiáng)國、制造強(qiáng)國宏偉目標(biāo)的人才基礎(chǔ)。為此，安徽三聯(lián)學(xué)院近年來一直在加大實驗室教學(xué)建設(shè)和課外科技活動的投入和支持力度，提升了實踐教學(xué)的效果，在一系列大賽中取得了佳績。

4.2.1 靈活開展實踐教學(xué)

“機(jī)械原理”的實踐課不僅可以通過學(xué)生對常見實物機(jī)構(gòu)的觀察、搭建及拆解等操作，增強(qiáng)學(xué)生對自由度、約束等抽象概念直觀認(rèn)識，還可以通過對速度、加速度及振動的測試分析，增強(qiáng)學(xué)生實踐操作能力和工程素養(yǎng)的培育[7]。安徽三聯(lián)學(xué)院近年來一直加強(qiáng)綜合性實驗的建設(shè)，先后購置空間機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計實驗臺、慧魚創(chuàng)意模型等實驗設(shè)備，全面提升實驗室的硬件條件。教師在實驗教學(xué)中，以啟發(fā)引導(dǎo)為主，鼓勵學(xué)生發(fā)揮主觀能動性，自主開展平面機(jī)構(gòu)、空間機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新組合測試與慧魚創(chuàng)意實驗等綜合性實驗項目。此外，安徽三聯(lián)學(xué)院結(jié)合實驗室現(xiàn)有規(guī)模，堅持分組教學(xué)，這樣做既能充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備的作用，又增加了學(xué)生的動手實踐機(jī)會，有效保證了實踐教學(xué)效果。

4.2.2 鼓勵參加課外科技活動

近年來，安徽三聯(lián)學(xué)院在重視實驗課和課程設(shè)計基礎(chǔ)上，增加課外科技活動模塊，以機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽、挑戰(zhàn)杯等課外科技活動為契機(jī)，鼓勵學(xué)生積極參加，同時學(xué)院加強(qiáng)指導(dǎo)力量和資金支持力度，學(xué)生多次在省內(nèi)比賽里獲獎，提升了學(xué)院的整體教學(xué)質(zhì)量。

5 結(jié)語

總而言之，在新工科背景下，教師要轉(zhuǎn)變思維觀念和教學(xué)理念，借助新興教學(xué)方法，重新構(gòu)件完整的理論教學(xué)和實踐教學(xué)體系。教師在充分了解學(xué)校定位和學(xué)生的基礎(chǔ)上，構(gòu)建合理的考核評價體系，才能提升學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力。