“新工科”背景下《機械運動學與動力學》課程教學內容的改革與實踐

陳棒棒，馬保建，王立強*，李學志，劉澤鋒

“新工科”背景下《機械運動學與動力學》課程教學內容的改革與實踐

陳棒棒1,2，馬保建1，王立強1*，李學志1，劉澤鋒1

(1.新疆理工學院，新疆 阿克蘇 843100；2.南疆發展研究院，新疆 阿克蘇 843100)

“新工科”背景下地方應用型本科院校培養模式的改革重點在于“新”和“應用”，以新疆理工學院為例，針對學校辦學特色與辦學定位，分析了《機械運動學與動力學》課程在教學目標、教學方法、教學組織、實踐教學、評價體系等方面的創新實踐，著重加強了學生的過程性學習，培養學生創新學、興趣學、應用學的學習理念，提高了學生在“新工科”背景下的創新意識和解決工程實際問題的能力，以期為其他工科類課程教學內容改革與實踐提供參考。

新工科；實踐應用；虛擬仿真；ADAMS；教學改革

“新工科”是我國基于國家戰略發展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求而提出的工程教育改革方向[1-2]。2017年2月以來，我國積極推進“新工科”建設，先后形成了“復旦共識”、“天大行動”、“北京指南”，在國內掀起了“新工科”建設的熱潮[3]。制造業作為國家的立國之本、強國之器，關乎著國家和民族的興衰，打造具有國際競爭力的制造業，是我國提升綜合國力的必由之路[4]。在“新工科”背景下，如何深入推進《中國制造2025》戰略部署的有效落實，是我國工程教育面臨的新機遇和新挑戰。新疆理工學院作為南疆應用型本科高等院校，扎根南疆，建設以理學為基礎、以工學為主體的專業群，服務于“一帶一路”建設，以促進區域經濟社會的發展為辦學定位，以機械設計制造及其自動化專業為試點專業，積極探索新方法、新途徑，培養具有創新能力、創業能力和跨界能力的工程技術人才，以適應南疆區域經濟發展的需求[5-6]。

《機械運動學與動力學》是機械設計制造及其自動化專業學生必修的專業課，主要內容為靜力學、運動學、動力學的虛擬仿真，融合了機械原理、理論力學、機械制圖、計算機輔助設計、高等數學、線性代數等課程知識[7]。該課程涉及的學科內容的面較廣，實踐應用性較強，是機械類專業典型的工程課程，非常符合應用型本科院校實施“新工科”建設的條件。實施“新工科”建設，應注重學科交叉融合、技術創新協調并舉。在“新工科”背景下，針對《機械運動學與動力學》的課程特點，通過深化教學內容改革與實踐探索，全面創新教育教學模式，著重鍛煉學生解決工程實際問題的能力，培養學生獨立思考分析的能力，是提高應用型本科院校理工科人才培養質量的關鍵。

1　教學現狀及存在問題

在《機械運動學與動力學》課程教學中講述的虛擬樣機技術應用軟件ADAMS，具有很強的應用實踐性，是機械工程研究人員必須掌握的應用軟件。采用傳統的教學模式，往往不夠重視這一軟件的實踐教學，在很大程度上制約了該門課程的發展，影響了對學生創新實踐能力的培養。

1.1　課程大綱與“新工科”應用要求不相符

“新工科”背景下，機械類專業技術人才的培養模式要以未來社會就業需求為導向，培養以適應社會發展、行業創新領先為目標的技術人才。目前課程大綱知識體系陳舊，與市場需求和培養目標不符。一是課程大綱設置不合理。制定課程大綱，還是以傳統的機械運動為主線，導致理論講述多、實踐創新少，且大部分為演示操作。二是課程大綱中設置的實踐項目過于單一。例如，在齒輪機構實踐項目中，就只涉及到齒輪；在凸輪機構實踐項目中，就只涉及到凸輪。由于沒有綜合創新設計項目，因此學生學習興趣不高，課堂上只是按照老師的要求機械式地進行練習，甚至課后完全不知上課內容，導致學生的實踐動手能力不足。三是考核評價方式不科學。目前，主要以期末考試卷面成績和平時作業成績作為考核標準(占比分別為60%和40%)，過程性考核方式較落后。由于課程的應用實踐性非常強，因此采用以期末考試卷面成績為主的方式評定學生成績，將不利于培養學生的創新思維及動手實踐能力。

1.2　實踐教學與工程應用脫節

隨著機械制造業的不斷發展與技術改革的不斷創新，傳統的機械類課程教學模式已脫離工程實踐應用的要求。ADAMS作為重要的工程應用軟件，是《機械運動學與動力學》的主要內容。在實踐教學中，因課時安排不足，只能讓學生仿真一些簡單的傳統機械結構，缺乏與現代工業機械實際應用的結合。在傳統的培養模式下，學生的創新設計能力、綜合實踐能力得不到提升，限制了學生解決實際工程問題能力的提升。

1.3　教學方法陳舊導致學生學習興趣低

《機械運動學與動力學》課程以ADAMS軟件操作練習為主要內容，涉及運動學及動力學理論知識的內容不多。采用傳統的教學方法，以教師操作演練、學生跟隨操作為主，很大程度上限制了學生自主探索、獨立思考的空間，致使學生學習興趣較低，無法深入學習鉆研，最終導致學習效果不佳。

2　教學改革內容與措施

應針對當前“新工科”背景下機械制造產業的發展趨勢和阿克蘇地區的實際人才需求，及時調整教學內容，改進教學方法，創新教學模式。通過推進教學內容的改革與實踐來提高教學質量，以達到培養一批服務于區域經濟并適應特色產業快速發展的高素質應用型機械工程技術人才的目標[8-10]。

2.1　堅持以學生為中心的教學理念

教師在進行軟件類課程設計的教學過程中，要留給學生一定的自主選擇空間，讓學生去利用已學的《機械原理》、《機械設計》等課程知識創新設計機械結構，將課程設計打造成一個讓學生發揮自身創造力的平臺，引導學生獨立思考、主動學習。教師在課堂上充當一個主持人的角色，引導學生參與到課堂的互動辯論環節，讓學生自己動手、獨立思考，幫助學生養成良好的創新思維習慣。教師應堅持以學生為中心的教學理念，要做好充分的教學準備，在教學組織環節應讓學生成為課堂的主體。例如，根據ADAMS軟件操作技能制定一些機械創新設計小發明項目，讓學生自主研發設計并利用ADAMS軟件隨堂仿真運行，通過學習成果展示讓學生獲得成就感。在教學理念上，要將傳統的“以教師為中心”轉變為“以學生為中心，以能力為本位”，通過突出學生的主體作用并發揮教師的引導作用，更好地實現教學目標、保證學習效果。

2.2　建立以賽促學的教學模式

根據“新工科”建設的要求，教師在教學中應注重交叉學科專業知識的融合與創新，要科學整合教學內容，合理引入新技術、新理論。可將生產實踐中的案列融入教學內容，實施項目式教學，既豐富了教學內容，又改進了教學模式。在實施項目式教學的過程中，建立以競賽促學的教學模式，讓學生以競賽的方式完成項目任務，幫助學生加深對知識的理解和對實際工程的認知，培養學生解決實際復雜工程問題的動手能力。例如：在教學過程中，先要求學生獨自在規定時間內，用不同方法、思路利用ADAMS軟件完成虛擬模型的創建，再根據學生完成情況進行分級指導；教師設定比賽項目，讓學生組建團隊、成立競賽小組，由各競賽小組獨立完成建模仿真任務，通過各團隊互評互學提高學生自主創新、團隊協作的能力，使課堂氛圍更加活躍，使實踐教學更接地氣，使教學效果更加有保障。

2.3　建立以工程應用為案例的課外創新實踐基地

結合機械類專業發展的趨勢和就業需求，在南疆地區的紡織服裝、果品精深加工、畜牧機械、農業機械、林果機械等產業中發現和收集技術創新難題；以這些難題為素材，設計教學案列；將這些教學案列融入到學生的第二課堂，建立課外創新實踐基地。以新疆理工學院為例，通過成立 “大學生機械創新研究應用實驗室”，建立以老師為引導、以學生為動手操作主體的研究團隊，充分挖掘學生創新思維的潛力并發揮學生創新思維的作用，極大地提高了學生的學習效率和綜合運用知識能力，有效地培養了學生的工程素養。

2.4　建立以過程性考核為主的成績評價體系

在《機械運動學與動力學》課程的創新實踐教學模式中，建立了以過程性考核為主的成績評價體系。在新的教學模式下，將ADAMS教學分成了以學生為中心的理論基礎教學、以競賽為主要方式的實踐教學、以工程實際應用為主要內容的創新教學。在考核環節，降低了期末理論考試的成績占比，提高了教學環節中學生平時的考核占比，重點突出了對學生實際操作能力、知識應用能力的考核，以幫助學生切實掌握工科類課程的學習方法與技巧，培養具有創新精神、實踐能力和社會責任感的高素質應用型人才。

3　結論

以新疆理工學院機械類專業《機械運動學與動力學》課程為例，結合“新工科”建設、工程教育專業認證及學院辦學目標建設等相關要求，以點帶面，從教學理念、教學內容、創新實踐、課程評價體系等方面分析了目前工科類課程設置中存在的不足，通過教學改革與探索重點加大了對學生創新與實踐能力的培養力度，將以前的演練實踐轉變為現在的實際工程應用實踐，提升了學生對課程的愛好程度，激發了學生好學、愛學、勇學的興趣，保障了課程的教學效果

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Reform and practice of teaching content of “Mechanical Kinematics and Dynamics” under the background of new engineering

CHEN Bangbang1,2, MA Baojian1, WANG Liqiang1*, LI Xuezhi1, LIU Zefeng

(1. Xinjiang Institute of technology, Aksu, Xinjiang 843100, China; 2. Southern Xinjiang Development Research Institute, Aksu, Xinjiang 843100, China)

Under the background of new engineering, the change of training mode of local application-oriented undergraduate college focuses on "new" and "application". Taking Xinjiang Institute of science and technology as an example, this paper analyzes the innovative practice of “Mechanical Kinematics and Dynamics” in teaching objectives, teaching methods, teaching organization, practical teaching and evaluation system. The emphasis is on strengthening students' process learning, cultivating students' learning concepts of innovation, interest and application, and improving the background of new engineering. At the same time, it can provide a reference for the reform and practice of other engineering courses.

new engineering; practical application; virtual simulation; ADAMS; teaching reform

G642

A

2096–8736(2021)05–0055–03

2020年度新疆理工學院教改項目(PT-x2020010)。

陳棒棒(1992—)，男，碩士研究生，講師，主要研究方向為工業設計與教學。

通信作者：王立強(1992—)，男，碩士研究生，講師，主要研究方向為工業設計與教學。

責任編輯：陽湘暉

英文編輯：唐琦軍