應用型高校機械類專業基礎課程教學改革與探索

摘 要：結合《工程教育專業認證標準》，該文對機械類專業基礎課程進行教學改革與探索。秉承“以人為本、德育為先、教學合一、研學相融”的教學理念，提出以學生為中心、以問題為導向、以能力為核心、持續改進的教學方法，基于團隊開發的在線教學軟件結合課程內容性質，開展翻轉課堂、虛擬仿真、案例式和項目制“多元共建”的教學改革，“四分課堂”將線上線下學習內容深度融合。通過內容和方法的重構，學生學習積極性明顯提高，出勤率、課堂參與度均提高，參加機械設計創新等大賽的人數逐年增加，獲獎級別逐年提高。

關鍵詞：機械類專業；專業基礎課；教學研究；改革策略

習近平總書記在全國教育大會上指出，新時代新形勢，改革開放和社會主義現代化建設、促進人的全面發展和社會全面進步對教育和學習提出了新的更高的要求。［12］為全面落實《中國教育現代化2035》，加快建設教育強國，實現人人皆學、處處能學、時時可學的目標，地方高校開啟怎樣的教育模式與發展方向是培養好人才的前提和基礎。課程是人才培養的核心要素，是教育的微觀問題，解決的卻是戰略的大問題，是“立德樹人”這一人才培養標準具體化、操作化和目標化的載體。為適應新時期社會發展目標和人才需求，國家大力推進“新工科、新文科、新農科和新醫科”四新學科的建設。以新工科為例，以工程教育專業認證標準為依據，培養一批具有創新能力的卓越工程技術人才，為產業轉型升級奠定人才基礎是應用型大學人才培養的定位和目標。［3］對教學模式進行研究，不僅能促進教育科學的進一步完善，又能有效指導教學改革和教學實踐。［4］以機械類專業為例，深入對專業基礎課程進行教學內容重構和教學方法改革，探索并建立一套符合機械類專業應用型人才培養目標的教學模式，以培養具有扎實基礎理論知識和專業知識，有較強動手能力和適應社會發展需求的高素質人才，既達到了工程教育專業認證標準的要求，也將對未來社會經濟的發展具有深遠意義。

本文以“工程力學”課程為例，通過分析該課程在教學中普遍存在的問題和課程內容特點，結合互聯網教學模式和團隊建設的在線課堂SPOC平臺，提出了翻轉課堂、虛擬仿真、案例式和項目制“多元共建”授課模式的教學改革和實踐。首先分析該課程的特點以及教學現狀。

1 課程的特點和教學現狀

1.1 課程地位和性質

“工程力學”課程是高等院校工科類專業重要的專業基礎課程，是理工科學生學習專業知識的紐帶和橋梁。該課程既是一門基礎理論課程，更是一門應用技術課程，課程內容豐富，邏輯性強，理論體系嚴密，其研究問題、解決問題的方法在科學研究和工程應用方面具有代表性，在理工科專業的培養計劃中占有重要地位，對培養學生的邏輯思維能力、分析和解決工程問題的能力至關重要。

1.2 課程教學中普遍存在的“痛點”問題

該課程的典型特點為概念多、公式多、計算多；各知識點的理論邏輯性強、數學推導和計算煩瑣、對數學基礎要求高，很容易讓學生產生畏難情緒；課本中所采用的例題均是已經簡化后的力學模型，很難與實際工程案例相結合，讓學生感覺到枯燥乏味，學習的興趣度低；而大多數授課形式以“教師講、學生聽、課后練”的模式開展，重知識傳授，輕能力培養，師生間互動弱、信息反饋不及時，最終造成的結果就是學生好像一學就會了，但一做題就出錯，考完試很快就忘記學到了什么；同時，教學評價以期末考試為主，平時出勤和課后作業輔助的形式衡量，對過程考核不足，挑戰度低，出現期末突擊就能過關，而學生實際解決工程問題的能力低下。

2 課程的教學改革與創新思路

2.1 重構課程內容教學方案

根據各章節知識點的特點將課程的教學方式多樣化。針對教學內容的性質和難易程度分別開展教師講授、翻轉課堂、虛擬仿真實驗、案例式教學和項目制教學相結合的多樣化教學模式的活動。具體思路如圖1所示。如“緒論”和“靜力學基本概念”這些知識點的來龍去脈以教師講授為主，既可以讓學生充分理解力學的發展史和這些概念的誕生過程，也可以很好地掌握這些概念，為后續的學習打下基礎。對于內容較簡單的“靜力學公理、定理”等內容學生通過學習優質慕課資源以翻轉課堂的方式進行；針對桿件的基本變形如“軸向拉壓”“圓軸扭轉”“平面彎曲”這些內容開展案例式教學，從生活中常見到變形引入討論，激發學生的學習興趣，讓知識和問題從生活中來，再應用到生活中去；引入Ansys、MATLAB等虛擬仿真軟件對“材料拉伸性能”和基本變形進行仿真模擬；“組合變形、壓桿穩定”等較為綜合性的內容進行案例式和項目制相結合的方式開展，以歷年機械設計競賽項目和案例為依托，旨在培養學生分析問題和解決問題的能力。

2.2 建設優質微課資源，打造專屬SPOC學習平臺

針對教學方案的改革思路，本課程從2021年開始啟動精品在線課程建設，錄制了適合本校機械專業學生的微課視頻，包括知識點講解視頻63個，習題講解視頻10個，課堂測習題庫1個，試卷庫1個，虛擬實驗平臺1個。基于團隊開發的在線學習APP，打造專屬的“工程力學”課程SPOC學習平臺，構建課內課外、線上線下無縫銜接的混合式教學體系。教學方案的設定中充分考慮學生學習的積極性，以學生為中心，從傳統的“被動學”轉變為“主動學”。建立經典的工程案例素材庫，并深度融合智慧教室等現代教育技術，打造線上高效學習的第二課堂。課堂設置了課程資源、導學、案例庫、課件制作、虛擬仿真、習題庫、問卷庫、作業互評等專欄，資源豐富，與學生互動性強。

2.3 建立工業級貫穿案例素材庫，推動課程連通、知識融合

建立“工程力學”與機械類基礎課程相關聯的工業級貫穿案例素材庫，推動課程連通、知識融合。建設來源于真實工業產品的典型工程實際案例庫，案例素材應該覆蓋設計、生產全過程，包括設計文件、工程圖紙、三維模型、加工工藝卡片以及加工視頻、檢驗等。一個工業級的工程案例會貫穿機械工程專業基礎全部課程：機械制圖、機械制圖實踐、工程力學、理論力學、材料力學，甚至可以拓展機械原理、機械設計、三維建模和CAE分析等課程，在后續不斷的建設中，會繼續拓展到相關專業課程，如機械精度設計與測試、機械制造工藝學、機械制造等課程。通過案例貫穿起機械專業基礎課，甚至是整個機械專業的課程，最終使各課程連通、知識融合，讓學生了解每一門課程在工業機械產品設計中的地位和作用。

2.4 重視課程思政，培養德才兼備的“四有”新人

教師是學生知識的引路人，也是學生精神的引導者。我們不但要做有理想信念、有道德情操、有扎實學識和仁愛之心的新時代教師，更重要的是去做學生品格錘煉、知識學習、思維創新、為國奉獻的牽引者。在教學內容中，巧妙設計思政元素，盡力做到文理交融，追根溯源，引經據典，啟迪智慧。從工程力學的發展史，到力學科學家錢學森、錢偉長的愛國情懷和推動中國科技前進的“兩彈一星”夢，再到現代空間探測技術的發展，這些內容讓同學們明白工程力學課程的重要性和在機械、工程中的應用，引導學生擁有大國情懷和堅定的信念。老師要時常開展集中研討，從“怎么教”“如何學”“學的會”“用得好”的思路出發設計教學；開展集體學習，集中備課，形成教學合力，不斷挖掘力學課程中的思政元素，建立課程思政案例庫，打造課程思政精品課程。學生要主動“思考、質疑、實踐、創新、探索、明理、悟道”，做到老師善教，學生樂學，春風化雨，潤物無聲。

2.5 引入“四分課堂”教學方法，培養復雜工程問題解決能力

創造性提出四分課堂教學模式（知識學習—課堂討論—隨堂測試—問題解答與總結歸納）以克服課堂上注重知識傳授而能力培養不足、以教師為中心而啟發性不足等問題。旨在培養學生自主學習、發現和解決問題的能力；督促教師不斷優化教學設計，創新教學內容，豐富教學資源，常講常新，有溫度，有情懷。

課程學習分為課前、課中、課后三段式（見圖2）。基于學唄課堂+微課堂，實現課前導學：教師發布在線學習內容；學生利用學唄課堂進行基礎知識學習，完成課前測試和導學資源的任務，并將存在的問題上傳至學唄課堂；教師總結學生測試情況和提出的問題，進行課堂內容的重構，在課堂上開展針對性的學習案例教學。課中：教師梳理內容知識點，進行重難點問題的講解，提出實際工程案例問題；學生自主組隊，進行集體研討，小組長匯報研討結果；教師點評各小組的結果。課后：教師發布測試題目，學生根據題目的性質，以解答題、討論題、“研討報告”等形式反饋。

2.6 構建多元考核評價體系

基于多目標（知識目標、能力目標、價值目標）、多方式（定量與定性相結合，形成性與結果性相結合）、多主體（學生自評，生生互評，教師評價）的評價體系，強化過程考核和綜合能力考核。綜合成績按課前測試15%：包括課前慕課學習，線上討論區提問和回答問題；課中15%：包括翻轉課堂、互動搶答、隨堂測試等；課后10%：包括課后作業提交，數值模擬仿真報告等；研討報告10%：指對整門課程某一個點展開調研和應用探討的研究型報告，報告注重人文素養，能體現大國情懷，培養學生現代信息技術的運用能力和團隊分工合作能力；期末測試按50%的占比進行。

3 教學成果

3.1 學生學習效率全面提升

“課前—課中—課后”三段式的學習步驟充分發揮了學生的主觀能動性，學生的課堂參與度提高，學習積極性明顯增強。學生從一開始的被迫學習逐漸轉變為主動學習，再到認真思考并關注學科前沿，與老師交流科學問題。課程的改革激發了學生對知識的求知欲，學生的自學率、聽課效率、團隊協作能力的提升和課后測評報告，都真實地反映了學生態度和觀念上的轉變，也是對課程改革有效性的肯定。

3.2 學生創新實踐能力提升

經過該課程的創新教學，學生學習的積極性顯著提高，到課率幾乎達到全勤，學生不再畏懼科研創新，參加機械創新設計大賽、“挑戰杯”、數字化創新等項目的人數越來越多，進入省賽、國賽的項目逐年增多。2022年獲得全國大學生機械創新設計大賽全國二等獎1項，在第十五屆全國大學生電氣與自動化大賽中獲得全國三等獎；2023年獲得第十七屆中國智能制造挑戰賽全國初賽二等獎2項；浙江省第二十屆大學生機械設計競賽二等獎2項、三等獎4項；全國三維數字化創新設計大賽二等獎2項、三等獎1項、優秀獎1項。2024年獲得全國大學生機械創新設計大賽全國二等獎2項，浙江省第二十一屆大學生機械設計競賽一等獎2項、二等獎3項、三等獎1項；第十一屆全國大學生機械創新設計大賽慧魚組暨慧魚工程技術創新大賽二等獎2項、三等獎1項；第四屆浙江省大學生先進成圖技術大賽一等獎1項、二等獎2項、三等獎4項。

結語

在團隊成員的不斷努力下，將“工程力學”課程與現代互聯網教學進行了深度的融合，全面實現了傳統課堂向智慧課堂的轉變，學生從學習知識為目的轉向以提升能力為導向，追求知識的應用和實踐，培養科學的探索和創新精神。在整個課堂的教學中，學生從被動學習轉變為主動學習，參與度和積極性顯著提高，學生在教學評價中比較認可這樣的互動式教學方法，充分說明該教學改革的有效性和正確性。從而堅定了教師進行教學改革的信心，并促進教師持續改進和完善該課程的教學改革，提高教學質量。

參考文獻：

［1］新華社.習近平出席全國教育大會并發表重要講話［EB/OL］.（20180910）.https：//www.gov.cn/xinwen/201809/10/content_5320835.htm.

［2］深入實施新時代人才強國戰略加快建設世界重要人才中心和創新高地［J］.求是，2021（24）：封2.

［3］蘇寶勝.“新工科”背景下民辦高校專業建設與教學改革：以青島濱海學院土木工程專業建設為例［J］.教育觀察，2017，6（23）：7274.

［4］宋曉猛“雙一流”背景下專業基礎課教學改革：以“水文學原理”課程為例［J］，黑龍江教育，2024（06）：1721.

基金項目：浙江科技大學教學研究與改革項目（2023jg17）；浙江省“十四五”第二批本科省級教學改革項目（JGBA2024342）；浙江科技大學“精品在線課程”項目

作者簡介：楊育梅（1984— ），女，漢族，甘肅武威人，博士研究生，副教授，碩士生導師，研究方向：智能機器人結構和控制系統、高溫超導材料結構的多物理場耦合性能。