新工科背景下中國古代機械文明融入機械原理課程專業(yè)教學與思政教育方法探討*

安達 王春華 王志堅 于蘇洋 丁建

沈陽航空航天大學機電工程學院 沈陽 110135

0 引言

近年來，教育部大力發(fā)展新工科建設，積極探索適用于中華民族的新工科教育模式與方法。新工科教育理念涵蓋以學生中心，樹立創(chuàng)新型、綜合化教育理念，注重學生文化熏陶、工文滲透，思政建設，形成中國特色教育體系，培養(yǎng)以造福人類和可持續(xù)發(fā)展為理念的現(xiàn)代工程師。新工科的教育理念有很多起源或者關(guān)聯(lián)我國優(yōu)秀的文化傳統(tǒng)與文明智慧，給新工科建設提供豐富的滋養(yǎng)與促進[1]。

新工科背景下，機械原理作為機械學科最重要的專業(yè)基礎課，主要研究機械的一般共性問題，在培養(yǎng)學生的機械綜合設計能力和創(chuàng)新能力所需的知識結(jié)構(gòu)中占有十分重要的地位，不僅為學生學習相關(guān)技術(shù)基礎課程和專業(yè)課程起承前啟后的作用，而且為學生今后從事機械設計、研究和開發(fā)創(chuàng)新奠定必要的基礎。目前課程中對相關(guān)中國古代機械智慧文明的講解、探究與挖掘相對較少[1-2]。為此，本文基于新工科的教育理念與中國古代機械豐富的智慧文化，探索將中國古代機械文明智慧有機融入現(xiàn)代機械原理課程的專業(yè)教學與思政教育方法，深入歸納整理、挖掘分析古代機械文明中適用的專業(yè)理論與寶貴的觀念、精神、情懷，探索將其有機融入機械原理課程的實現(xiàn)方法途徑及其教學效果評價方法。

1 中國古代機械文明融入機械原理課程專業(yè)教學與思政教育總體方法

首先梳理挖掘、分析塑造中國古代機械文明蘊含的適用于機械原理課程的專業(yè)知識和思政元素，以此為基礎，進一步探究其有機融合與促進機械原理課程專業(yè)教學與思政教育的方法途徑，同時構(gòu)建有效的教學效果評價反饋方法。將中國古代機械文明融入機械原理課程專業(yè)教學與思政教育總體方法，如圖1 所示。

圖1 古代機械文明融入機械原理課程專業(yè)教學與思政教育總體方法

2 中國古代機械文明蘊含機械原理課程專業(yè)知識分析歸納

首先對豐富的中國古代機械理論知識進行梳理，以機械原理課程的結(jié)構(gòu)學、運動學、機構(gòu)學（連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)和輪系機構(gòu)）和綜合設計四大知識體為主干脈絡，通過歸類整理，形成歷史脈絡清晰、來源考證可靠、結(jié)構(gòu)特點鮮明突出、對應關(guān)聯(lián)性強的適用于機械原理課程專業(yè)教學的古代機械案例庫。深入分析古代機械案例知識要點，類比拓展機械原理課程知識要點，例如在《天工開物》中所記錄的制糖機械，就是利用機械原理課程中的齒輪機構(gòu)、斜齒輪機構(gòu)傳動，來實現(xiàn)軋蔗取漿的。通過齒輪機構(gòu)的運用，不僅實現(xiàn)了傳動，還大大提高了傳動的平穩(wěn)性，更值得大書特書的是，當時對于齒輪的設計已經(jīng)具有了現(xiàn)在課程中齒輪模數(shù)的初步概念與思想[3]；同樣的，根據(jù)《天工開物》等書記載，有一種稱作“礱”的機械，描述為“凡既礱，則風扇以去糠秕”，是一種去掉稻殼的工具，根據(jù)它的結(jié)構(gòu)可以看出已經(jīng)是一種現(xiàn)代機械原理課程中所講授的曲柄連桿機構(gòu)。類似的蘊含機械原理課程知識的古代機械案例有很多，在此不一一列舉。

3 中國古代機械文明蘊含機械原理課程思政元素挖掘塑造

通過對中國古代機械發(fā)展歷史與精神文化的系統(tǒng)分析，把握古代機械思想的由來和發(fā)展演變，進而深入挖掘其中蘊含的適用于機械原理課程的思政元素，如農(nóng)耕機械的不斷改進發(fā)展實際上蘊含了古人循序漸進的思想、勤勞創(chuàng)新的精神；我國古代機械發(fā)明具備當時世界領(lǐng)先水平，如四大發(fā)明、水運儀象臺、木牛流馬等等，其中指南車是具有自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向的反饋機構(gòu)，《西京雜記》記載了西漢時期的指南車：“車雖回運而手常指南”。利用車上的木人指示方向，不論車子轉(zhuǎn)向何方，木人的手始終指向出發(fā)前設置的南方，巧妙地運用了齒輪機構(gòu)，英國學者李約瑟稱其為“所有的控制論機器的祖先”[4]，其中無不蘊含著中華民族自信心和家國自豪感。

4 中國古代機械專業(yè)知識、思政元素融入機械原理課程教學方法探究

為將中國古代機械專業(yè)知識、思政元素有機地融入機械原理課程專業(yè)教學與思政教育當中，采用背景引入、遷移拓展、案例融合、故事啟迪、情感共鳴等一系列多元化教學教育方法，具體如講解齒輪章節(jié)時可以以漢文帝霸陵出土的神秘青銅齒輪為背景導入，既引起學生的興趣，又帶來了直觀的認識。在講解齒輪的模數(shù)時可以遷移拓展到《考工記》所記錄的在春秋戰(zhàn)國時期，古人利用模數(shù)進行設計的思想及其運用已經(jīng)十分明確而完備。當講解到機構(gòu)運動學時，可以穿插簡短的指南車小故事給學生帶來啟迪和情感的共鳴，樹立民族自信心和家國自豪感，努力學習科技報國，以趕超西方機械強國。通過一系列方法進行有機融入，實現(xiàn)對機械原理課程專業(yè)教學與思政教育的促進與提高。

5 中國古代機械專業(yè)知識、思政元素融入機械原理課程教學效果評價方法構(gòu)建

對中國古代機械融入機械原理專業(yè)、思政教學教育效果有效的評價方法是課程改革質(zhì)量閉環(huán)反饋和持續(xù)改進的重要依據(jù)，項目總體以學生課程學習效果為目標，通過課堂互動交流，讓學生積極討論表達對古代機械融入教學內(nèi)容觀點、感想以及收獲，同時課后布置學生準備古代機械與機械原理融合的開放興趣話題，在后續(xù)課堂上由學生進行講解探討，考查學生融會貫通、舉一反三的接受效果。另外通過在考試試卷中少量適當?shù)丶尤腴_放討論測試問題，檢驗專業(yè)教學和思政教育的學習效果，并作適當?shù)倪_成度分析，最后以教學效果評價為依據(jù)，進行動態(tài)反饋調(diào)整。

6 結(jié)束語

構(gòu)建將中國古代機械文明融入機械原理課程專業(yè)教學與思政教育有效的方法，在機械原理課程的專業(yè)教學上，將有助于加深學生對機器、機構(gòu)的原理、結(jié)構(gòu)、設計等方面的感性認知與深入理解，提高學生對知識遷移拓展、融會貫通能力，感受機械魅力、提升機械美感；在機械原理課程思政教育方面，將有助于學生陶冶情操、培養(yǎng)創(chuàng)新意識、增強民族自信與自豪感，激發(fā)其勤奮學習、科技報國遠大志向與情懷。最終達到溫故而知新、古為今用、傳承創(chuàng)新的目的，為更好地服務國家新工科建設和社會需求，助力民族復興貢獻力量。