“多元一流融合創(chuàng)新”機(jī)械基礎(chǔ)系列課程教學(xué)改革與實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2025）12-0028-04

Abstract：Inordertotrainexcellentengineesaccordingtotherequirementsofnewqualityandproductivitythemechanical foundatioseriescoursesofNorthChinaUniversityofScienceandTechnologyadheretotheeducationconceptofstudentcentered，resultsrientedandcotiuousimprovement，andcarryoutteteachngreformpracticeexplorationofultiplefist classintegrationandinnovation.Ithasachievedremarkableteachingefectsincurrculumideologicalandpoliticalconstruction， knowledgemapconstruction，blendedteachingconstruction，integrationandinnovationonresearchandteaching，curiculum assessmentandevaluation，andhasbeenrecognizedasanationalfirst-classcuriculumbytheMinistryofEducation.

Keywords：curiculumideologyandpolitics；knowledgemap；blendedteaching；integrationandinnovation；mechanical foundation series courses

習(xí)近平總書記指出，要按照發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力要求，暢通教育、科技、人才的良性循環(huán)，完善人才培養(yǎng)、引進(jìn)、使用、合理流動(dòng)的工作機(jī)制。要根據(jù)科技發(fā)展新趨勢(shì)，優(yōu)化高等學(xué)校學(xué)科設(shè)置、人才培養(yǎng)模式，為發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力、推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展培養(yǎng)急需人才。高等學(xué)校服務(wù)新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展就是要著力培養(yǎng)造就一流的科技創(chuàng)新人才，對(duì)于工程界來說就是要培養(yǎng)造就卓越工程師。

高等學(xué)校課程建設(shè)是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的“最后一公里”，在卓越工程師塑造過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，國內(nèi)外很多學(xué)者在此方面進(jìn)行了研究實(shí)踐。于歆杰指出高等教育數(shù)字化教學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了慕課建設(shè)、混合式教學(xué)、在線與融合式教學(xué)等階段；余建波對(duì)如何開展混合式教學(xué)給出了設(shè)計(jì)路徑；李孟倩等針對(duì)遙感原理與應(yīng)用課程進(jìn)行了 1+3PBL 互動(dòng)性教學(xué)設(shè)計(jì)改革；林佳等針對(duì)生物化學(xué)課程進(jìn)行了探究式-混合式相結(jié)合的新型教學(xué)模式實(shí)踐探索；金鑫等將軟件工具、理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目貫穿于機(jī)械基礎(chǔ)系列課程中。

機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)等機(jī)械基礎(chǔ)系列課程是工科基礎(chǔ)核心課程，近年來，（以下簡(jiǎn)稱“我校”對(duì)機(jī)械基礎(chǔ)系列課程進(jìn)行了深入的教學(xué)改革實(shí)踐研究，取得了顯著的教學(xué)效果[6-2]。機(jī)械原理課程獲批為國家級(jí)線下一流課程，機(jī)械設(shè)計(jì)課程獲批為國家級(jí)線上一流課程，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程獲批為省級(jí)課程思政示范課程，機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)課程獲批為省級(jí)虛擬仿真一流課程。通過課程建設(shè)及教學(xué)改革實(shí)踐研究，解決了機(jī)械基礎(chǔ)系列課程中理論知識(shí)抽象難懂、學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新能力不足、專業(yè)知識(shí)與課程思政元素融合不夠等痛點(diǎn)問題，提升了課程的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。

一課程思政建設(shè)情況

高等學(xué)校的初心和使命是為黨育人、為國育才，機(jī)械基礎(chǔ)系列課程建設(shè)和人才培養(yǎng)過程中也十分重視課程思政建設(shè)，讓學(xué)生具備愛黨愛國創(chuàng)新奉獻(xiàn)的家國情懷。在課程中深入貫徹習(xí)近平總書記關(guān)于教育、科技、人才的重要論述，圍繞國家和地方發(fā)展需求，堅(jiān)持“學(xué)生中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)\"的育人理念，貫徹落實(shí)立德樹人根本任務(wù)。推動(dòng)課程思政提質(zhì)創(chuàng)優(yōu)，建強(qiáng)課堂育人主陣地；深挖課程思政元素，提煉出蘊(yùn)含“工匠精神”“強(qiáng)國夢(mèng)想\"的思政教學(xué)案例；通過“春風(fēng)化雨\"“潤(rùn)物無聲”的方式將思政元素融入到教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中。

比如在講解齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則章節(jié)時(shí)，對(duì)于閉式軟齒面齒輪傳動(dòng)，其最可能的失效形式為齒面點(diǎn)蝕，通常先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，確定出最主要參數(shù)是小齒輪的分度圓直徑，這個(gè)參數(shù)的較小變化會(huì)導(dǎo)致計(jì)算公式的很大變化，要先抓住這個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后設(shè)計(jì)其他尺寸參數(shù)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。并以此來告訴同學(xué)們，做事情、解決問題時(shí)要抓住主要矛盾，以帶動(dòng)全局工作。比如在講解輪系的傳動(dòng)比計(jì)算章節(jié)時(shí)，通過僅使用4個(gè)齒輪的周轉(zhuǎn)輪系，卻獲得了10000的傳動(dòng)比，如果采用定軸輪系實(shí)現(xiàn)10000的傳動(dòng)比，就會(huì)使用很多組齒輪，以此來告訴同學(xué)們，在日常工作生活中，只要找準(zhǔn)方法，選擇最優(yōu)方案，就可以達(dá)到事半功倍的理想效果。比如在講解軸承的壽命設(shè)計(jì)計(jì)算章節(jié)時(shí)，告訴同學(xué)們，高鐵軸承的國產(chǎn)化過程十分不易，體現(xiàn)在設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸和維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)中，要求每一個(gè)環(huán)節(jié)都要發(fā)揚(yáng)工匠精神，精益求精，追求完美，不斷打磨，解決了中國鐵路發(fā)展中一項(xiàng)“卡脖子\"技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了從跟跑到并跑到領(lǐng)跑，從受制于人到領(lǐng)先于人。

二知識(shí)圖譜建設(shè)情況

機(jī)械基礎(chǔ)系列課程的普遍特點(diǎn)是公式多、圖形表格多、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范多，達(dá)到成百上千個(gè)，學(xué)生感到抓不住重點(diǎn)。但有一條主線貫穿于課程的始終，那就是圍繞常用機(jī)構(gòu)和通用零件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行展開。在人工智能時(shí)代背景下，知識(shí)圖譜以結(jié)構(gòu)化的方式描述客觀世界中概念、實(shí)體及其間的關(guān)系，將互聯(lián)網(wǎng)的信息表達(dá)成更接近人類認(rèn)知世界的形式，提供了一種更好地組織、管理和理解互聯(lián)網(wǎng)海量信息的能力[13]。課程組老師采用知識(shí)圖譜的形式，以機(jī)構(gòu)和零件的設(shè)計(jì)分析為主線，發(fā)散式講解各個(gè)層級(jí)的知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生清楚地理解各種機(jī)構(gòu)和零件設(shè)計(jì)的邏輯層次結(jié)構(gòu)，各個(gè)章節(jié)目之間的父子關(guān)系和兄弟關(guān)系等，并且學(xué)會(huì)自主歸納知識(shí)點(diǎn)和進(jìn)行創(chuàng)新性應(yīng)用。機(jī)械基礎(chǔ)系列課程中機(jī)械設(shè)計(jì)總論章節(jié)的知識(shí)圖譜構(gòu)建情況如圖1所示。

三 混合式教學(xué)建設(shè)情況

在機(jī)械基礎(chǔ)系列課程教學(xué)改革實(shí)踐中，堅(jiān)持OBE育人理念，堅(jiān)持問題導(dǎo)向、項(xiàng)目導(dǎo)向、過程導(dǎo)向，包括課前、課中、課后不同階段，融入逆施教學(xué)法和PBL教學(xué)法等教學(xué)新方法，結(jié)合學(xué)習(xí)通智慧教學(xué)的簽到、選人、測(cè)試、討論上墻和多屏互動(dòng)等功能使用，通過采用生講生評(píng)、案例分享、項(xiàng)目探究、作品展示和研討辯論等新的教學(xué)模式，讓學(xué)生真正成為課堂的中心，以此來培養(yǎng)學(xué)生的知其然知其所以然的邏輯思維能力和解決復(fù)雜問題和高階問題的能力，從而實(shí)現(xiàn)了從教到學(xué)的重心轉(zhuǎn)移，從為供給側(cè)服務(wù)到為需求側(cè)服務(wù)的轉(zhuǎn)型。機(jī)械基礎(chǔ)系列課程中機(jī)械原理定軸輪系章節(jié)混合式教學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂情景活動(dòng)如圖2所示。

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育和科研反哺教學(xué)是機(jī)械基礎(chǔ)系列課程改革的主要特色之一。在新質(zhì)生產(chǎn)力高質(zhì)量發(fā)展背景下，培養(yǎng)卓越工程師人才就得引領(lǐng)提高學(xué)生的智能化、綠色化可持續(xù)發(fā)展的綜合素質(zhì)。以人工智能與綠色發(fā)展為主題，以工業(yè)軟件為抓手，通過機(jī)電信交叉融合集成創(chuàng)新，解決了集成電路、智能芯片等“卡脖子\"問題，在大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、大學(xué)生學(xué)科競(jìng)賽中多次獲獎(jiǎng)。比如，蟹蟹你一兒童益智仿生機(jī)器人、水醫(yī)生一水面清潔機(jī)器人與智慧船塢系統(tǒng)就是其中的典型作品。蟹蟹你一兒童益智仿生機(jī)器人：研究并模仿螃蟹的生物特性，通過機(jī)電信的融合創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)、躲避、智能交互等功能，益智教育作用好，如圖3所示。

水醫(yī)生一水面清潔機(jī)器人與智慧船塢系統(tǒng)：著眼綠色發(fā)展保護(hù)生態(tài)環(huán)境，重點(diǎn)研究湖面海綿垃圾清理事業(yè)，為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排“雙碳\"行動(dòng)貢獻(xiàn)力量，如圖4所示。

五課程考核及課程評(píng)價(jià)情況

機(jī)械基礎(chǔ)系列課程考核主要包括三個(gè)方面。 思政考核：重在品鑒學(xué)生的思想品質(zhì)、設(shè)計(jì)理念、世界觀和價(jià)值觀等，占總成績(jī)的 10% 。包括思政案例視頻學(xué)習(xí)和思政案例作業(yè)等。 知識(shí)考核：評(píng)測(cè)學(xué)習(xí)投人和掌握情況，由微視頻學(xué)習(xí)、課堂表現(xiàn)、單元作業(yè)與測(cè)試和期末考試等組成，在總成績(jī)的占比依次為： 10% 7

10%10%.30% 。 創(chuàng)新能力考核：評(píng)測(cè)學(xué)生主動(dòng)參與意識(shí)以及對(duì)痛點(diǎn)難題進(jìn)行深度解析的能力，占總成績(jī)的 15% 。結(jié)合企業(yè)需求真題真做，完成綜合大作業(yè)，評(píng)測(cè)學(xué)生的創(chuàng)新能力，占總成績(jī)的 15% 。

以2024年春季學(xué)期機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程為例，根據(jù)其目標(biāo)達(dá)成度分析報(bào)告、學(xué)生調(diào)查問卷、專家評(píng)價(jià)等，對(duì)課程分析、課程設(shè)計(jì)、課程開發(fā)和課程實(shí)施等進(jìn)行反思總結(jié)，并對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成效、知識(shí)掌握、能力養(yǎng)成和價(jià)值塑造等進(jìn)行全面分析得知： 課程總目標(biāo)達(dá)成度0.771，課程總目標(biāo)達(dá)成閾值0.685，課程總目標(biāo)達(dá)成度高于課程總目標(biāo)達(dá)成閾值0.086，總體課程目標(biāo)達(dá)成。 根據(jù)繪制的課程分目標(biāo)達(dá)成度和達(dá)成閾值柱狀圖，各分目標(biāo)達(dá)成度超出對(duì)應(yīng)閾值 0.08～0.102 ，其達(dá)成度均大于相應(yīng)達(dá)成閾值，各個(gè)分目標(biāo)均已達(dá)成，如圖5所示。

六結(jié)束語

2022年以來，通過對(duì)我校機(jī)械基礎(chǔ)系列課程進(jìn)行教學(xué)改革與實(shí)踐，取得了較好的應(yīng)用效果和特色創(chuàng)新，體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1） 課程覆蓋面廣

教學(xué)改革研究成果在機(jī)械工程學(xué)院、礦業(yè)工程學(xué)院、應(yīng)急管理與安全工程學(xué)院、冶金與能源學(xué)院的機(jī)械基礎(chǔ)系列課程教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)行應(yīng)用，另外還有來自河北鷹眼智能科技有限公司和唐山賀祥智能科技股份有限公司等社會(huì)學(xué)習(xí)者。學(xué)生學(xué)習(xí)人數(shù)累計(jì)1000余人，學(xué)生學(xué)習(xí)互動(dòng)積極，學(xué)習(xí)通課程學(xué)習(xí)瀏覽量累計(jì)177070次，學(xué)生參與課堂教師發(fā)放的活動(dòng)3712次；愛課程平臺(tái)發(fā)帖總數(shù)為20471帖。

（二） 教學(xué)資源豐富

教學(xué)資源以學(xué)生為中心，以問題為導(dǎo)向，彰顯了“兩性一度”，涵蓋課堂全部視頻及知識(shí)點(diǎn)微視頻120學(xué)時(shí)、課程思政案例及視頻27個(gè)、各個(gè)章節(jié)知識(shí)圖譜、工業(yè)減速器虛擬仿真平臺(tái)和工程設(shè)計(jì)分析案例庫等優(yōu)質(zhì)資源。創(chuàng)新性資源的廣泛使用，使學(xué)生接觸了許多書本上沒有的內(nèi)容，學(xué)生的機(jī)電信交叉融合集成創(chuàng)新能力、解決未知問題的能力、解決復(fù)雜工程問題的能力都有了顯著的提高。

（三）學(xué)生受益情況及課程評(píng)價(jià)

學(xué)生參與學(xué)科競(jìng)賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽、教師科研項(xiàng)目的人數(shù)明顯增多，為將來讀研及工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。學(xué)生申報(bào)并完成大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目10項(xiàng)，獲得美國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽二等獎(jiǎng)1次，三等獎(jiǎng)1次，全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽二等獎(jiǎng)2次，三等獎(jiǎng)3次，河北省3D建模圖學(xué)大賽二等獎(jiǎng)5次。學(xué)生對(duì)教學(xué)改革實(shí)踐的課程滿意度高。問卷調(diào)查反饋：超90% 學(xué)生表示課程資源豐富，能培養(yǎng)解決復(fù)雜問題的高級(jí)思維；課程思政融人效果良好，春風(fēng)化雨潤(rùn)物無聲；翻轉(zhuǎn)課堂等混合式教學(xué)深受學(xué)生喜愛，自主學(xué)習(xí)意識(shí)和學(xué)習(xí)能力也明顯增強(qiáng)。

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