面向新工科的機械原理課程思政實踐探索

［摘 要］新工科背景下，機械原理課程思政存在部分機械專業(yè)教師重視程度不夠、專業(yè)知識與思政元素的有機融合尚需進一步優(yōu)化、尚未建立有效的課程思政與專業(yè)能力相結合的評價體系等問題。文章結合具體教學案例，提出了“不斷加強政治理論學習，深入挖掘并積累高品質課程思政案例”“開展課程內容與實踐環(huán)節(jié)思政教學改革”“打造集價值塑造與專業(yè)能力培養(yǎng)于一體的評價體系”等三方面建議，并分別輔以教學案例說明，為實現(xiàn)從思政課程主渠道育人向課程思政立體化育人的轉變進行積極的探索。

［關鍵詞］機械原理；新工科；課程思政

［中圖分類號］G641［文獻標識碼］A［文章編號］2095-3437（2024）02-0099-04

“新工科”是教育部為服務國家戰(zhàn)略、培養(yǎng)復合型工程技術人才而提出的工程教育改革行動。2017年2月和4月，教育部分別在復旦大學和天津大學召開研討會，形成了“復旦共識”[1]和“天大行動”[2]，6月在北京形成“北京指南”[3]。由此形成的新工科建設“三部曲”成為指導新工科建設的重要指導文件。

2016年12月，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上指出，要把思想政治工作貫穿教育教學全過程[4]。2020年5月，教育部在《高等學校課程思政建設指導綱要》中指出，要把思想政治教育貫穿人才培養(yǎng)體系，全面推進高校課程思政建設[5]。2022年1月，教育部部長懷進鵬在2021—2025年高校思想政治理論課教學指導委員會成立大會暨工作會議上指出，要加快構建“大思政課”格局[6]。這一系列的論述為培養(yǎng)具有濃厚愛國主義情懷、專業(yè)素養(yǎng)高的多元化、創(chuàng)新型人才，為深入挖掘傳統(tǒng)專業(yè)課程蘊含的思政元素并將其與新工科建設的要求有機融合提出了新的要求和根本遵循。

工科人才，特別是機械專業(yè)人才是科技創(chuàng)新及工業(yè)發(fā)展的重要力量之一。機械原理是機械設計制造及其自動化專業(yè)普遍開設的集理論性、實踐性、創(chuàng)新性于一體的專業(yè)基礎課，在培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維、設計能力等方面扮演著重要角色[7]。面對新時代對人才的要求，如何將課程思政與新工科以“潤物細無聲”的方式有機融合，是亟待解決的問題。

一、新工科背景下機械原理課程思政存在的問題

許多機械專業(yè)的同仁對機械原理課程思政做了大量的實踐探索，取得了豐富的成果[8-10]。總體來看，機械原理課程思政存在以下三個方面的問題。

（一）部分機械專業(yè)教師重視程度不夠

機械原理是一門邏輯性很強的專業(yè)基礎課。在科學技術迅猛發(fā)展的今天，各種新型機構層出不窮。在傳統(tǒng)教學模式的影響下，專業(yè)課教師往往更注重在講述基本知識的基礎上，對照知識點引入相應的前沿科技進展信息，以確保章節(jié)乃至全課程在邏輯上保持統(tǒng)一完整。有的教師認為引入思政元素會破壞課程的邏輯性和完整性，有的教師甚至強行將哲學觀點作為思政元素引入課堂，這些反映出部分教師對課程思政重視程度不夠、挖掘思政元素能力不足的問題。

（二）專業(yè)知識與思政元素的有機融合尚需進一步優(yōu)化

課堂上引入的思政元素應與專業(yè)知識有緊密的內在聯(lián)系。從目前的相關文獻來看，機械原理各知識點的思政元素挖掘還處在探索實踐階段，已經挖掘出的思政元素教學效果如何，尚需時日以作進一步的評估。例如，在講述平面四桿機構的基本知識這一節(jié)時，因鉸鏈四桿機構的極位夾角、壓力角、傳動角、死點四個概念一環(huán)緊扣一環(huán)，全部講授大約需要一個學時，那么在教學這個章節(jié)時以什么樣的方式、在什么樣的時機引入思政元素，能夠不打斷學生的思維、影響后續(xù)知識的帶入，使專業(yè)知識與思政元素的切入跳出自然流暢，是需要每位授課教師持續(xù)思考并實踐探索的問題。

（三）尚未建立有效的課程思政與專業(yè)能力相結合的評價體系

當前，包括OBE、PBL、STEP等教學模式在內的機械原理課程評價體系的探索大多側重成果而忽視過程，通過對指定項目的方案設計、軟件仿真、課堂展示等環(huán)節(jié)的考核，證明這些教學模式在培養(yǎng)學生設計能力、創(chuàng)新思維等方面取得了成效。但課程思政效果的評價卻是成果展示無法體現(xiàn)的，其評價原則應更側重教學的過程，需要定性評價而非定量評價。因此，構建價值塑造與專業(yè)能力培養(yǎng)相結合的教學評價體系是實現(xiàn)機械原理課程的知識體系與新工科、課程思政深度融合以達到持久育人效果的重要保證。

二、新工科背景下加強機械原理課程思政建設的實踐途徑

（一）不斷加強政治理論學習，深入挖掘并積累高品質課程思政案例

深入學習貫徹習近平新時代中國特色社會主義思想以及習近平總書記關于高等教育的一系列講話精神，是工科教師由傳統(tǒng)的“經師”向新時代“人師”轉型的根本途徑。工科教師只有自身具備扎實的政治理論基礎、良好的思想道德修養(yǎng)，才能在日常的教學活動中潛移默化地引導學生樹立正確的人生觀、價值觀，領悟工程技術人員應具備的工匠精神、應承擔的社會責任，才能為深入挖掘專業(yè)課程思政元素奠定扎實的理論基礎。

要錘煉深入挖掘高質量思政元素的過硬本領。機械原理是一門理論性、邏輯性很強的專業(yè)基礎課，眾多任課教師多年來已經形成一定的任教習慣和知識體系，尋求與課程內容息息相關，具有前瞻性、創(chuàng)新性且蘊含豐富生動思政元素的工程、科研案例并非一朝一夕能完成的事情。這就需要任課教師拓寬專業(yè)視野，在個人研究領域、機械工程領域廣泛關注與機構相關的重大進展，深入研習并挖掘、篩選、積累其中蘊含的思政元素，在反復的教學實踐中錘煉深入挖掘高質量思政元素的過硬本領。

例如，在介紹凸輪機構應用這部分內容時，可以國防科技大學設計的炮膛清洗機構為例。該機構由剪叉機構和三瓣擺動鎖緊凸輪機構組成，以實現(xiàn)對炮膛的自動清洗。在此，對運動曲線進行周期性延拓的設計思路豐富了凸輪從動件運動規(guī)律的多樣性，為滿足工程上日益復雜的工藝動作要求提供了一種有效的解決方法，同時也啟發(fā)學生可以通過改變凸輪個數(shù)、推桿數(shù)量、布置方式獲得不同類型的凸輪機構，以滿足實際工程中的不同需求。在啟發(fā)、開拓學生思維的同時，使學生認識到世界上沒有萬能的機構，機構創(chuàng)新永無止境。任何新型機構的出現(xiàn)都不是一蹴而就的，而是工程技術人員在工程實踐中不斷摸索、不斷實驗的結果，這其中體現(xiàn)的永不言棄的精神就是工匠精神。

（二）開展課程內容與實踐環(huán)節(jié)思政教學改革

1.引入既能提升學生民族自豪感又能激發(fā)學生社會責任感的行業(yè)案例

例如平面四桿機構這一章的教學，在講述四桿機構應用案例時，可以介紹特殊的連桿機構——剪叉機構。剪叉機構由于具有運動單元模塊化、輸出運動為平移運動、承載能力強、穩(wěn)定性好、空間延展性好等特性而被廣泛應用于各種場合。其中最著名的應用是在2008年北京奧運會開幕式表演中，由897位演員組成的既像活字塊又像電腦鍵盤的方陣，向世界展示了令人嘆為觀止的活字印刷術，其上下起伏的動作是由剪叉機構完成的。這場表演正是由于有了工程師們的奇思妙想，才給世界人民呈現(xiàn)了一場美輪美奐的視覺盛宴，贏得了廣泛贊譽。該案例的介紹和相關視頻的播放，能提升學生的民族自豪感，激發(fā)其愛國主義情懷。

2015年，中國科技大學的劉彥偉，設計了一種爪刺式爬壁機器人[11]。為同時保證機器人足端對壁面的穩(wěn)定抓附和機器人機體的壁面運動為直線運動，他利用Chebyschev機構輸出運動近似直線、搖桿運動為D字形的特性來模擬機器人的腿部機構，其足端爪刺結構的設計靈感來源于東方絹金龜，設計理念參考了美國國家航空航天局噴氣推進實驗室于2012年研發(fā)的DROP機器人[12]。最終他設計了一款能夠在堅硬和柔軟兩種壁面攀爬的爬壁機器人。在該案例的教學中，既要引導學生正視國外的先進技術，又要增強學生對相關領域研究的責任感和緊迫感，引導學生學習中國學者潛心科研的優(yōu)良品質。

由于大部分高校教師均具有豐富的科研經歷、明確的研究方向，因此，將兼具學科高度與價值導向的研究經歷引入課堂是新工科與課程思政深度融合的有效途徑。

2.以工匠精神引領傳統(tǒng)實驗教學改革，實現(xiàn)實驗項目從形式到內容的體系重構

當前，大多數(shù)高校的機械原理課程實驗主要包括測繪機構運動簡圖、漸開線齒輪嚙合傳動、機構運動方案的設計與分析等。這些實驗均為驗證性實驗，且各實驗項目之間缺乏內在聯(lián)系，學生參與的主動性較差。部分高校教師對機械原理實驗的改進措施或是停留在理論論述，或是在原有實驗基礎上進行有限的改進，實驗教學課程思政元素的挖掘更是鮮見于文獻報道。

綜上，課程組提出“以項目為驅動、以ADAMS貫穿始終的綜合性實驗教學體系”，給出的實驗項目集綜合性、可行性于一體，既包含結構部分，又包含控制部分，使學生可在有限的課內時間里完成給定實驗項目的調研、設計、制作。同時，給出的實驗項目還具有合理的評價體系。評價指標從系統(tǒng)成本、尺寸、功能完成情況等方面入手，學生可在設計制作時參照評價指標對方案進行反復探討。

以“3D打印機械手”為例，實驗任務要求為：自身重量≤1.5 kg；能夠抓取500 ml瓶裝礦泉水；能夠實現(xiàn)電機正轉時機械手抓取物體，電機反轉時機械手放下物體。要求學生利用所學三大機構（四桿機構、凸輪機構、齒輪機構）知識給出機構運動簡圖，并對其進行ADAMS仿真，以驗證方案的可行性，最終利用3D打印機打印出所設計的機械手。這樣的實驗過程實際上囊括了傳統(tǒng)實驗項目的所有內容，能夠有效地錘煉學生的設計能力以及對書本知識的綜合應用能力。

在學生通過ADAMS仿真反復對比修正設計方案的過程中，教師自然而然地引出其中蘊含的思政元素——工匠精神。習近平總書記在2020年全國勞動模范和先進工作者表彰大會上的講話中指出：“在長期實踐中，我們培育形成了……執(zhí)著專注、精益求精、一絲不茍、追求卓越的工匠精神。”[13]這一論述深刻闡釋了工匠精神的思想內涵，為包括機械設計制造及其自動化專業(yè)在內的工科專業(yè)的人才培養(yǎng)指明了方向，具有重要的指導意義和實踐價值。教師以此鼓勵學生在實踐設計過程中，通過不斷提出問題、解決問題進一步夯實理論基礎，提高動手解決問題的能力，在教師與學生互動的過程中體悟工匠精神。這樣，讓學生在潛移默化中堅定技術強國、技術報國的理想信念，實現(xiàn)從思政課程主渠道育人向課程思政立體化育人的轉變。

（三）打造集價值塑造與專業(yè)能力培養(yǎng)于一體的評價體系

目前，機械原理課程的考核方式為筆試，主要內容是三大機構的分析與設計、機構的運動分析及動力學。實驗教學與課程設計的考核方式為提交實驗報告、課程設計說明書。在新工科背景下引入課程思政的課程改革前提下，傳統(tǒng)的考核方式顯然已經不能滿足課程對評價體系的要求。

專業(yè)知識方面的考核應在尊重課程規(guī)律的基礎上，重點考查學生利用理論知識分析問題、解決問題的能力。例如：“請利用所學機構設計一臺雙臂殘疾者用餐機構：以腳踏為動力，協(xié)助雙臂殘疾者吃飯。請畫出其機構運動方案簡圖，并簡述工作原理。”這樣有“溫度”的題目，既考查了學生對所學知識的綜合應用能力，又向學生強調了作為工程技術人員應承擔的社會責任，考題中引入了生動的思政元素。

實踐環(huán)節(jié)的考核應使學生在完成既定項目任務的過程中，感悟工程技術人員應具備的科學精神和精益求精的工匠精神，以及應承擔的社會責任。例如：“為缺少前臂的殘疾兒童設計一款智能義肢，使其在肌肉收縮時，通過肌電傳感器實現(xiàn)手掌的開合，以達到抓持簡單物體的目的。”主要工作流程為：學期初，通過第三方機構遴選前臂有殘疾的志愿者，并獲取相應的尺寸信息；利用SolidWorks或Pro/Engineer等三維繪圖軟件設計手臂結構；利用3D打印機打印出設計好的手臂，并進行組裝調試；學期末，將智能義肢捐贈給志愿者，并接受反饋意見以待后續(xù)改進。整個實踐環(huán)節(jié)以項目為驅動，以最終的功能實現(xiàn)為專業(yè)能力考核的終極目標，工匠精神、社會責任、科學精神等思政元素與實踐過程有機融合。

指導教師在項目結束后通過總結點評的方式指出：要成為符合現(xiàn)代工程需求的新工科人才，機械設計制造及其自動化專業(yè)的技術人員應當具有良好的人文素養(yǎng)，具有高度的社會責任感和使命感，成為具有工匠精神、知行合一的高素質技能人才。在課程結束時，使價值塑造與專業(yè)能力培養(yǎng)在潛移默化中達到高度統(tǒng)一。

三、結語

新工科對機械原理課程提出了更高的要求，課程思政為機械原理課程賦予了文化自信的維度。在此背景下，要挖掘出與機械原理課程知識點高度契合的思政元素，需要任課教師不斷加強政治理論學習，著力提升自身的綜合素養(yǎng)，結合機械原理課程特點，以“潤物細無聲”的方式將思政元素傳遞給學生。本文介紹的剪叉機構、爬壁機器人腿部機構、炮膛清洗機構也是在長期教學實踐中不斷積累的實例，而機械原理課程知識點多、邏輯性強，這就需要任課教師在日常教學和科研過程中不斷積累、篩選高品質案例。要利用集價值塑造與專業(yè)能力培養(yǎng)于一體的項目對學生進行考核評價，除了需要長時間積累，還存在投入成本高、需要教師數(shù)量多等不足，有待廣大任課教師進一步探索完善。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] “新工科”建設復旦共識[J].高等工程教育研究，2017（1）：10-11.

[2] “新工科”建設行動路線（“天大行動”）[J].高等工程教育研究，2017（2）：24-25.

[3] 新工科建設指南（“北京指南”）[J].高等工程教育研究，2017（4）：20-21.

[4] 張爍.習近平在全國高校思想政治工作會議上強調? 把思想政治工作貫穿教育教學全過程? 開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面［N］.人民日報，2016-12-09（1）．

[5] 中華人民共和國教育部.教育部關于印發(fā)《高等學校課程思政建設指導綱要》的通知[EB/OL].（2020-06-05）[2023-06-01].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202006/t20200603_462437.html.

[6] 中華人民共和國教育部.推動高校思政課高質量發(fā)展：2021—2025年高校思想政治理論課教學指導委員會成立大會暨工作會議舉行[EB/OL].（2022-01-07）[2023-06-01].http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/gzdt_gzdt/moe_1485/202201/t20220107_592985.html．

[7] 劉佳，劉紅寧，楊蓓.基于 STEP 教學模式的機械原理課程教學探索與實踐[J].石家莊學院學報，2020，22（6）：157-160.

[8] 李天興，聶少武，張志文. 新工科背景下“機構設計及應用”教學改革探索[J]. 教育教學論壇， 2021（30）：70-73.

[9] 彭飛，劉丹，劉玉德，等.課程思政融入《機械原理》課堂教學的探索[J].裝備制造技術，2021（8）：90-92.

[10］ 彭飛，劉丹.新工科背景下中國古代機械融入機械原理的教學實踐[J].化學工程與裝備，2021（11）：189-190.

[11］ LIU Y W， SUN S M，WU X， et al. A wheeled wall?climbing robot with bio?inspired spine mechanisms[J]. Journal of bionic engineering， 2015， 12（1）：17-28.

[12］ PARNESS A， MCKENZIE C. DROP： the durable reconnaissance and observation platform[J]. The industrial robot， 2013， 40（3）：218-223.

[13] 習近平在全國勞動模范和先進工作者表彰大會上的講話[EB/OL].（2022-11-25）[2023-06-01].http：//cpc.people.com.cn/n1/2020/1125/c640943?1943690.html.

［責任編輯：周侯辰］