“機械基礎(chǔ)”課程教學改革及應用效果分析

胡勇，陳云，黃超

廣東藥科大學食品科學學院（中山 528458）

“機械基礎(chǔ)”是食品科學與工程專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。課程在學生的專業(yè)學習鏈上起到承上啟下的作用，也是學生由理論學習向工程實踐學習的過渡和轉(zhuǎn)折點。但在傳統(tǒng)“機械基礎(chǔ)”教學過程中師生之間缺乏足夠的課堂互動，不能有效調(diào)動學生的興趣和積極性，很難做到學以致用。因此，迫切需要通過教學改革來提高該課程的教學質(zhì)量。

人才培養(yǎng)模式改革是教學改革的關(guān)鍵。翻轉(zhuǎn)課堂以微視頻為載體，讓學生課前自主學習相關(guān)知識點，課堂上以交流與探究達到知識內(nèi)化，注重培養(yǎng)學生的自主學習能力、協(xié)作學習能力及知識遷移能力，從而增加學生和教師互動和溝通，并強調(diào)自主學習和個性化教育[1-3]。項目化教學以“項目完成”這一動態(tài)過程作為教學載體，通過師生共同實施一個完整的項目工作而進行的教學活動，讓學生通過完成項目活動展示學到的知識和技能，不斷強化知識的應用，并提高自身獨立思考的能力、協(xié)作學習的能力及動手實踐的能力[3-4]。由此可見，將翻轉(zhuǎn)課堂和項目化教學進行有機結(jié)合的教學模式，可以強化理論與實踐之間的關(guān)聯(lián)，并逐漸形成較為完善的教學閉環(huán)，從而有效提高課堂教學效果。

1 教學改革實踐

教學改革實踐結(jié)合廣東藥科大學實際情況，對“機械基礎(chǔ)”課程教學內(nèi)容進行重構(gòu)和整合，引導學生進行貼合實際、可操作性強的項目設(shè)計，在理論教學過程中引入翻轉(zhuǎn)課堂的教學模式。

1.1 重構(gòu)教學內(nèi)容，改革教學模式

將 “機械基礎(chǔ)”課程教學內(nèi)容進行項目化調(diào)整及重構(gòu)，整合為力學基礎(chǔ)、常用機構(gòu)、聯(lián)接、傳動、軸與軸承五大項目主題，各主題中再分別按照難度、類別、功能等不同的分類細分教學項目，并將學科最新發(fā)展成果引入教學中，拓寬學生的知識面，保證教學內(nèi)容的先進性。在課前自主學習環(huán)節(jié)，提供與教學主題相關(guān)的素材、課件、微課、VR動畫等教學資源，并準備參考書籍、電子課件和教案、專題學習網(wǎng)站等教學素材，同時增加與專業(yè)相關(guān)的項目實踐案例，在上課前1周全部上傳到學校的超星網(wǎng)絡(luò)教學平臺，便于學生完成課程知識與應用的內(nèi)化。在課中知識內(nèi)化環(huán)節(jié)，設(shè)計集中答疑、鞏固練習及探究討論3個環(huán)節(jié)。通過集中答疑環(huán)節(jié)，了解學生在自學過程中遇到的問題和難點。其次教師對關(guān)鍵知識點詳細講解，鞏固練習課程內(nèi)容重難點。教師就目標內(nèi)容給出機械運動實例，組織學生分組進行討論，并為每個小組解答疑惑，引導學生積極思考。在課后拓展環(huán)節(jié)，以實際工程問題為基礎(chǔ)，將知識點融入案例中，并引導學生找到它們與“機械基礎(chǔ)”知識點的“契合點”，從而拓展理論知識的實際運用。

1.2 加強實踐教學，提升動手能力

“機械基礎(chǔ)”實驗對提高學生綜合設(shè)計與分析、實踐與創(chuàng)新能力有重要作用[5]。構(gòu)建建立前后銜接、層次分明、相對獨立的“認知實驗—設(shè)計實驗—開放實踐”的多維遞進式實踐教學內(nèi)容。在認知實驗環(huán)節(jié)，通過學生在線上自主觀看機械運動的二維圖例及三維動畫演示，讓學生產(chǎn)生興趣，引發(fā)思考。在設(shè)計實驗環(huán)節(jié)，教師講解常用機械運動機構(gòu)的設(shè)計過程及先進的設(shè)計分析手段，以一定原則將學習者分成幾個小組，各小組分別完成不同運動特性的機械構(gòu)件的設(shè)計任務(wù)。通過對實驗數(shù)據(jù)的處理、繪圖和對結(jié)果的分析，以及學生之間的交流和匯報總結(jié)，培養(yǎng)學生的組織能力和分析解決問題的表達能力。在開發(fā)實踐環(huán)節(jié)，教師就來源生活的實際機械提出具體的實踐內(nèi)容，如壓水井裝置的改裝，如圖1所示。指導學生從平面機構(gòu)自由度的角度分析圖1（A）的結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理（即機構(gòu)自由度數(shù)值是否與原動力數(shù)目一致）？假如該平面機構(gòu)不合理，則怎樣進行改造？布置任務(wù)后，組織學生分組討論并制定改造方案。任務(wù)下達后，各個小組在課堂上討論非常熱烈，紛紛給出各自認為較為合理的改造方案。最后，經(jīng)過從簡單、適用、經(jīng)濟等方面進行對比分析，學生一致認為其中的圖1（B）即增加一個轉(zhuǎn)動副是較為切實可行的改造方案。

圖1 壓水井裝置的運動特性分析及其改裝效果圖

1.3 開展項目設(shè)計，促進工程意識

項目設(shè)計目的在于培養(yǎng)學生綜合運用“機械基礎(chǔ)”課程知識，掌握分析和解決工程實際問題的能力，以及培養(yǎng)足踏實地的工作作風和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。采用多媒體課件對國內(nèi)一些知名高校的機械基礎(chǔ)設(shè)計案例進行循序漸進的分析，讓學生在充分理解設(shè)計案例的基礎(chǔ)上完成對該項目設(shè)計的整體認知。設(shè)計題目可以選擇傳統(tǒng)的帶式輸送機傳動裝置或螺旋輸送機轉(zhuǎn)動裝置設(shè)計，還可以選擇具體的項目如發(fā)動機曲柄連桿設(shè)計，同時也鼓勵學生自選在日常生活中具有一定趣味性和實用性的設(shè)計內(nèi)容如“自動式紅酒啟瓶器”。選定項目題目后，引導學生制定具體的項目實施方案。值得注意的是，在項目設(shè)計中涉及眾多的難以理解的計算公式，如零件的疲勞能力計算，機械運行壽命的估算等涉及“工程力學”“工程材料學”等晦澀難懂的內(nèi)容。因此，在平時的理論教學中有意識地提前融入項目設(shè)計中的需要用到的相關(guān)知識點，在指導過程中則盡可能減少繁瑣的公式推導過程，而著重講解公式的運用注意事項及闡明各參數(shù)的物理意義。

1.4 引入思政元素，激發(fā)學習動力

“機械基礎(chǔ)”課程內(nèi)容不僅涉及大量的原理、公式、圖紙等專業(yè)內(nèi)容，同時也蘊含中國制造和工匠精神的思政內(nèi)涵。因此，在課堂中需要對教學內(nèi)容中存在的思政元素進行深入挖掘，并進行精心組織與巧妙融入，引導學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，同時培養(yǎng)學生科學嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度以及堅持不懈的創(chuàng)新精神，如：在講解“課程研究的對象和內(nèi)容”時，通過視頻介紹東漢時期齒輪傳動的指南車，民國時期的腳踏車床，現(xiàn)代的汽車、高鐵、飛機、輪船等機械，展示中國機械的發(fā)展歷史，以增強學生的民族自豪感以及探索未知、追求真理的責任感和使命感，向?qū)W生指出常用機構(gòu)和零件是課程的主要研究對象，機構(gòu)的組成及其工作原理和零（部）件結(jié)構(gòu)設(shè)計與使用維護是課程的主要研究內(nèi)容；在課程播放“大國重器”主題視頻，讓學生了解國家重器從無到有，直至趕超世界先進水平背后的艱辛歷程，使學生感受到機械基礎(chǔ)領(lǐng)域精益求精的大國工匠精神，并引導學生利用專業(yè)知識回報社會、報效祖國的堅定信念。歸納總結(jié)社會發(fā)展的各個行業(yè)都離不開機械，加強學生對“機械基礎(chǔ)”課程的認同感。

2 教改效果分析

經(jīng)過廣東藥科大學食品科學與工程專業(yè)2021屆和2020屆共199個學生分別采用新舊2種教學實踐方式的對比反饋，學生反映學到了實實在在的與機械基礎(chǔ)相關(guān)的知識和技能，在各方面的學習能力也得到相應鍛煉和提高。

2.1 活躍教學氛圍，提高教學質(zhì)量

圖2為2021屆和2020屆“機械基礎(chǔ)”課程的期末考試成績對比分析圖。從2021屆和2020屆學生的期末考試成績情況來看，采用新教學模式授課的2021屆學生的及格率、優(yōu)秀率及平均分成績均顯著優(yōu)于采用傳統(tǒng)教學模式授課的2020屆學生。這反映新課堂教學模式能夠被絕大多數(shù)的學生接受并認同。

圖2 2021屆學生和2020屆學生的期末考試成績對比分析圖

2.2 促進工程意識，培養(yǎng)創(chuàng)新思維

以帶傳動這節(jié)內(nèi)容為例，用傳動裝置作為項目任務(wù)。項目實施前，教師以表格形式公布各種傳動構(gòu)件的傳動原理和結(jié)構(gòu)特征，然后將學生分組完成傳動裝置的總體設(shè)計任務(wù)。有的學生選擇單一齒輪傳動完成設(shè)計報告，有些學生為提高傳動效率，選擇采用兩級齒輪傳動，還有少數(shù)學生則采用蝸桿蝸輪和齒輪聯(lián)用進行了項目設(shè)計。每組學生除了完成傳動裝置設(shè)計，還需要進行選材和強度計算，以及制作零件裝配圖。這些內(nèi)容分別與教材其他章節(jié)的知識點相對應，使每個學生都能夠根據(jù)自己的興趣愛好和掌握知識點的程度來共同參與完成項目設(shè)計內(nèi)容，從而極大提高學生的參與積極性。

2.3 提升教師技能，增進師生情誼

只有親其師，方能信其道。教師在新模式的教學活動過程中不僅理論知識有了進一步鞏固和積累，實踐操作技能也得到相應提升。每個學生的性格與能力不同，做事風格和考慮角度也不一樣，但就人品與道德方面而言教師和學生是平等的。在教學活動中尊重每名學生的個性和特點，特別是在他們遇到理解困難和設(shè)計困難時給要予及時交流和與探討，并對學生進行循循善誘的勉勵。課程結(jié)束后，有不少學生用留紙條或微信留言的方式表示感謝，這表明采用新的教學模式有利于增加師生之間的心靈友誼。

3 結(jié)語

基于翻轉(zhuǎn)課堂和項目化設(shè)計相結(jié)合的混合教學模式實踐，優(yōu)化教學內(nèi)容，增強課程的實用性，教師有目的地引導和鼓勵，不僅激發(fā)學生的學習興趣和熱情，活躍課堂氣氛，提高學生的理論水平和實操技能，而且也培養(yǎng)學生互相協(xié)作，及時發(fā)現(xiàn)、認識和解決實際問題的能力。由此可見，混合教學模式的實施較好達到提高“機械基礎(chǔ)”課程教學質(zhì)量的教改目的。