學(xué)科競(jìng)賽和基礎(chǔ)課程建設(shè)的互促“雙贏”

廖凱　趙青　張紅　胡勁松

【摘要】本文針對(duì)學(xué)科競(jìng)賽中的成功與教訓(xùn)，結(jié)合教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見要求，對(duì)現(xiàn)有基礎(chǔ)課程在教學(xué)方法和教學(xué)實(shí)踐形式進(jìn)行了深刻思考：在基礎(chǔ)教學(xué)側(cè)重點(diǎn)、施教形式和跨學(xué)科知識(shí)融合等方面，理論教學(xué)應(yīng)該面向?qū)嶋H工程問題，應(yīng)強(qiáng)調(diào)工程教育逐步貫穿在整個(gè)基礎(chǔ)教學(xué)環(huán)節(jié)的重要性。這種學(xué)科競(jìng)賽與課程建設(shè)的互促，不僅提高了學(xué)生的專業(yè)水平和實(shí)踐能力，而且啟發(fā)了學(xué)生進(jìn)行工程思維訓(xùn)練，在學(xué)習(xí)實(shí)踐中嘗試解決實(shí)際工程問題，這對(duì)學(xué)生深刻理解專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，豐富知識(shí)結(jié)構(gòu)意義重大。

【關(guān)鍵詞】學(xué)科競(jìng)賽 基礎(chǔ)課程 教學(xué)改革 工程實(shí)踐

【基金項(xiàng)目】湖南省級(jí)教改項(xiàng)目“以學(xué)科競(jìng)賽推動(dòng)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)與實(shí)踐”，湘教通[2013]223；中南林業(yè)科技大學(xué)校級(jí)教改項(xiàng)目“基于工程訓(xùn)練的機(jī)械類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)模式探討”。

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2014）09-0003-02

2012年，教育部、財(cái)政部聯(lián)合下發(fā)了教技〔2012〕6號(hào)文件《教育部財(cái)政部關(guān)于實(shí)施高等學(xué)校創(chuàng)新能力提升的意見》，以及教育部下發(fā)的教高〔2012〕4號(hào)文件《教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》，《意見》著力指出，提高大學(xué)生創(chuàng)新能力離不開實(shí)踐創(chuàng)新教育，離不開新的創(chuàng)新教育理念和方法，在此基礎(chǔ)上，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為國(guó)家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家和人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略服務(wù)[1-2]。以此為契機(jī)，我院抓住機(jī)械學(xué)科競(jìng)賽這個(gè)中心環(huán)節(jié)，就如何提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維、鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力、培養(yǎng)學(xué)生社會(huì)責(zé)任和工程意識(shí)等方面[3-5]，對(duì)機(jī)械類基礎(chǔ)課程進(jìn)行了教學(xué)改革和摸索嘗試。尤其是以學(xué)科競(jìng)賽為契機(jī)，通過競(jìng)賽尋找差距和不足，并總結(jié)學(xué)生在知識(shí)運(yùn)用和知識(shí)廣度上不足的原因，以此來對(duì)現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法及形式進(jìn)行探討和調(diào)整。

1. 學(xué)科競(jìng)賽收獲的成績(jī)和總結(jié)的教訓(xùn)

2年來，我院在全國(guó)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽上收獲了2個(gè)一等獎(jiǎng)，在省級(jí)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽和綜合工程訓(xùn)練能力大賽上共收獲了5個(gè)一等獎(jiǎng)，8個(gè)二等獎(jiǎng)，同時(shí)，還立項(xiàng)了1個(gè)國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，2個(gè)省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目。學(xué)科競(jìng)賽極大地提高了學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力和解決實(shí)際工程問題的能力，逐步地培養(yǎng)了工程素養(yǎng)，在大學(xué)生就業(yè)和研究生升學(xué)方面，這些學(xué)生都取得了令人滿意的結(jié)果。

在學(xué)科競(jìng)賽的指導(dǎo)過程中，以及與同行比賽交流的學(xué)習(xí)中，一些問題逐漸地發(fā)現(xiàn)和暴露，由此，課題組針對(duì)理論與實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行了深刻反思：

1）學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)掌握的深度和廣度還有待提高。學(xué)科競(jìng)賽對(duì)機(jī)械原理、工程制圖和機(jī)械設(shè)計(jì)等這些基礎(chǔ)課程的知識(shí)運(yùn)用要求很高，例如凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析、連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析、變速箱裝配等，涉及這些知識(shí)的作品要取得好的成績(jī)，則要求學(xué)生必須對(duì)這類機(jī)構(gòu)的機(jī)理和特點(diǎn)掌握得很好，否則作品的表現(xiàn)力和臨場(chǎng)問答就無法過關(guān)。不僅如此，幾乎所有的作品都涉及到力學(xué)知識(shí)和弱電控制技術(shù)，這些似乎應(yīng)該是機(jī)械類學(xué)生掌握的重點(diǎn)，但是學(xué)生片面的以為機(jī)械知識(shí)學(xué)好最重要，其他知識(shí)是補(bǔ)充，然而多元化作品以及社會(huì)實(shí)際的需要恰恰是要求學(xué)生知識(shí)的廣度要大，要能夠?qū)ψ髌返挠猛尽⒐δ芎捅憩F(xiàn)力做全盤的設(shè)計(jì)和展示，這對(duì)學(xué)生提出了更高的要求。

2）應(yīng)對(duì)理論設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用出現(xiàn)偏差時(shí)的處理能力有待提高，換句話說，就是解決工程實(shí)際問題的能力有待提高。設(shè)計(jì)與仿真模擬確實(shí)鍛煉了學(xué)生的設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力，然而在制造并組裝成實(shí)際產(chǎn)品后，學(xué)生對(duì)出現(xiàn)的問題，應(yīng)對(duì)時(shí)往往不知所措，不清楚問題出在哪里，慌亂中往往認(rèn)為是設(shè)計(jì)有缺陷，需要重新再來，事實(shí)上這恰恰反映了大學(xué)生們實(shí)際動(dòng)手能力和工程思考能力的不足。工程問題總是存在的，關(guān)鍵是運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)和身邊的資源解決問題，而非一味地設(shè)計(jì)與制作，這里重要的是解決實(shí)際工程問題的能力，核心是思考和應(yīng)變，學(xué)科競(jìng)賽中確實(shí)深深的感到這方面存在的不足。

3）對(duì)設(shè)計(jì)作品缺乏評(píng)價(jià)，對(duì)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏分析。一件作品應(yīng)該從很多的角度去給予評(píng)價(jià)，例如說性能、成本、工藝和市場(chǎng)等，其采用的機(jī)構(gòu)組件也應(yīng)該從很多角度去分析，例如說這種機(jī)構(gòu)的采用是不是最好，產(chǎn)生的誤差會(huì)不會(huì)影響到運(yùn)行的效果，如何去控制和量化這種誤差等。在學(xué)科競(jìng)賽中，很多的評(píng)委提出的問題越來越明確的表示了這種傾向，即作者對(duì)自己的作品到底了解到什么程度，是不是只是為了比賽而比賽，是否對(duì)自己作品的優(yōu)缺點(diǎn)了解。這確實(shí)需要更深層次的教學(xué)思考和實(shí)踐歷練，在我們目前的教學(xué)中這一方面的內(nèi)容還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

2.教學(xué)改革的方向

學(xué)科競(jìng)賽中確實(shí)涌現(xiàn)了很多讓人耳目一新的設(shè)計(jì)作品，同時(shí)，也讓課題組深深的覺得我?；A(chǔ)教學(xué)與重點(diǎn)兄弟院校存在的差距，為此，在進(jìn)行反思和研討后，對(duì)以后基礎(chǔ)教學(xué)的內(nèi)容和形式所要開展的教學(xué)改革方向進(jìn)行了分析，認(rèn)為教研室立足于提高學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力這一核心要求，提出以學(xué)科競(jìng)賽帶動(dòng)基礎(chǔ)教學(xué)課程的建設(shè)與改革，在競(jìng)賽中找差距，在競(jìng)賽中找方法，以教學(xué)過程中啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的思維，讓枯燥的教學(xué)過程變得生動(dòng)，在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生的工程認(rèn)知、工程實(shí)踐、工程適用能力[4-5]。教學(xué)改革方向表現(xiàn)在：

1）基礎(chǔ)課程教學(xué)應(yīng)該引入案例講解，由案例引申知識(shí)點(diǎn)的廣度和深度。

基礎(chǔ)課程原理性和概念性很強(qiáng)，學(xué)生不容易掌握，如果相互割裂開來獨(dú)立進(jìn)行講學(xué)而不建立起聯(lián)系，則學(xué)生很容易造成“知道了后面的又忘記前面的”，這在我們的教學(xué)中經(jīng)常發(fā)生，究其原因，主要是理論與實(shí)踐的聯(lián)系太少，學(xué)生無法建立起感性的認(rèn)識(shí)。即使進(jìn)行相關(guān)的課程設(shè)計(jì)，也由于缺乏感性的認(rèn)識(shí)，學(xué)生根本不知道或者不能建立起理論設(shè)計(jì)到工程應(yīng)用的概念。因此，最為可行的辦法是在實(shí)際教學(xué)中引入案例教學(xué)，將學(xué)生設(shè)計(jì)作品的思路和采取的辦法，結(jié)合理論重點(diǎn)予以講解，并在講解中針對(duì)機(jī)構(gòu)的裝配和調(diào)試探討工程問題的出現(xiàn)和解決，這樣教學(xué)的效果比單純做一個(gè)課程設(shè)計(jì)要有效得多。例如在《機(jī)械原理》教學(xué)中就可以引入本次學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)的一個(gè)作品“凸輪從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律測(cè)繪儀”，如圖1所示。

圖1 凸輪從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律繪制儀

這個(gè)作品涉及連桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等純機(jī)械原理的方法，將凸輪運(yùn)動(dòng)時(shí)從動(dòng)件的位移曲線、速度曲線和加速度曲線用多連桿機(jī)構(gòu)繪制出來。這個(gè)案例可以從兩個(gè)方面來進(jìn)行教學(xué)演示，一是，引導(dǎo)學(xué)生深入理解相關(guān)機(jī)械原理課程的知識(shí)點(diǎn)，連桿機(jī)構(gòu)如何在實(shí)際中演變、執(zhí)行桿件如何與函數(shù)構(gòu)成關(guān)聯(lián)、齒輪傳動(dòng)如何實(shí)現(xiàn)同步作圖等。二是，啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生處理在制造裝配中所遇到的問題，以及如何來分析和解決這些問題，這就與《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程的傳動(dòng)、《互換性》中的配合、《機(jī)械制造》中的測(cè)試與工藝等知識(shí)點(diǎn)交叉關(guān)聯(lián)。這種以學(xué)科競(jìng)賽作品案例教學(xué)的方式，由于本身是學(xué)生的設(shè)計(jì)作品，因此很能讓學(xué)生接收，不覺得原理基礎(chǔ)性的知識(shí)掌握起來困難，在學(xué)生的心理上建立起了興趣。

2）結(jié)合案例進(jìn)行提問式教學(xué)，沒有提問就沒有思考。

被動(dòng)的接受知識(shí)有如填鴨式教學(xué)，學(xué)得快忘得更快，而經(jīng)過思考和實(shí)踐解決的問題會(huì)很深刻地記憶在腦海里，這就是需要進(jìn)行提問式教學(xué)的主要原因。針對(duì)一個(gè)問題有很多種解決的辦法，而工程問題解決的方案往往不止一種，只要符合當(dāng)時(shí)的實(shí)際條件就具有合理性，這也就鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行積極的思考和探究，在學(xué)習(xí)中找到工程問題被解決的成就感和滿足感。例如我校學(xué)生設(shè)計(jì)作品“六自由度可調(diào)書桌”就是采用超越離合器來實(shí)現(xiàn)位置變換，如圖2所示，那么還有沒有更簡(jiǎn)單的方法呢？還有沒有更貼近人們習(xí)慣的設(shè)計(jì)想法呢？這些問題的解決在學(xué)生所涉及的現(xiàn)階段學(xué)習(xí)中完全可以找到滿意的答案，關(guān)鍵是課堂的引導(dǎo)式提問，鼓勵(lì)學(xué)生積極地思考，運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)來解決問題。這種方式的教學(xué)在以往也經(jīng)常采用，但是案例往往離學(xué)生比較遠(yuǎn)，看不到實(shí)例，而結(jié)合學(xué)科競(jìng)賽的學(xué)生自己設(shè)計(jì)的作品，就會(huì)給學(xué)生帶來競(jìng)爭(zhēng)性創(chuàng)新思維激發(fā)，學(xué)生們就會(huì)競(jìng)相提出自己的思路和解決辦法。答案并不是我們追究的最終目標(biāo)，在討論分析的過程中學(xué)生就會(huì)自發(fā)的對(duì)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行消化吸收，學(xué)習(xí)效果往往事半功倍。

圖2 六自由度可調(diào)書桌

3）基礎(chǔ)課程不局限于本專業(yè)，而應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生跨專業(yè)多方位涉獵，使自身知識(shí)結(jié)構(gòu)更豐富。

機(jī)械專業(yè)離不開電子、自動(dòng)化、通信和材料等學(xué)科緊密聯(lián)系，目前學(xué)生的學(xué)習(xí)更多的關(guān)注于自身專業(yè)，而對(duì)其他專業(yè)知識(shí)則抱有屬于選修或可學(xué)可不學(xué)的態(tài)度。從目前的學(xué)科競(jìng)賽形式和社會(huì)工程發(fā)展趨勢(shì)來看，單一專業(yè)知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，一個(gè)作品往往涉及到機(jī)械和電（液）控制，甚至還有自動(dòng)化要求，因此往往需要學(xué)生同時(shí)具備幾個(gè)專業(yè)學(xué)習(xí)背景。這次我校競(jìng)賽作品中就有“零件三視圖投影儀”和“P-V方程演示作圖儀”，這些作品就不僅僅是機(jī)械制作設(shè)計(jì)，還涉及到液壓控制和PLC控制。因此，在基礎(chǔ)課程教學(xué)中，教師應(yīng)該對(duì)其他專業(yè)知識(shí)有所儲(chǔ)備，并啟發(fā)學(xué)生如何將機(jī)械和控制方法結(jié)合起來，進(jìn)行有關(guān)機(jī)電一體化設(shè)計(jì)指導(dǎo)。這種教學(xué)方法可以極大拓寬學(xué)生的視野，讓學(xué)生站在一個(gè)廣泛的工程問題角度思考解決問題的可能性和具體方法，同時(shí)，也向?qū)W生傳遞出重要的信息，就是專業(yè)之間從來都是互補(bǔ)和互成，不要只滿足于現(xiàn)有的知識(shí)，而要主動(dòng)的去豐富自己的學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)，提高了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

3. 教改的成效和發(fā)展方向

學(xué)科競(jìng)賽確實(shí)使我校學(xué)生工程實(shí)踐能力得到了極大的提升，學(xué)生踴躍報(bào)名參與，以及參賽作品的突出表現(xiàn)，都說明了這一點(diǎn)。2014年我校獲得了全國(guó)大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)參賽資格一個(gè)，獲得省級(jí)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽一等獎(jiǎng)2項(xiàng)，二等獎(jiǎng)3項(xiàng)，這是我校歷年來成績(jī)最好的一次。這個(gè)成績(jī)說明了圍繞學(xué)科競(jìng)賽推動(dòng)基礎(chǔ)課程教學(xué)體系的優(yōu)化改革已經(jīng)取得初步成效，參賽作品中學(xué)生的很多想法和實(shí)踐水平讓指導(dǎo)教師們都稱贊，目前準(zhǔn)備將其中3個(gè)參賽作品直接進(jìn)行專利申報(bào)保護(hù)和教具開發(fā)應(yīng)用，直接搬上講臺(tái)進(jìn)行分拆講解。

教改方向可以在三個(gè)方面展開：一是，充分利用學(xué)科競(jìng)賽培育平臺(tái)，以賽促改，以賽促建，即圍繞當(dāng)前學(xué)科競(jìng)賽和工程發(fā)展的主題，以案例式教學(xué)模式，將理論知識(shí)點(diǎn)穿插在案例中對(duì)學(xué)生進(jìn)行傳授。二是，以解決實(shí)際工程問題的方式對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行剖析，引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行思維訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)的能力，將外部知識(shí)內(nèi)化為自己的自覺思維，在不自覺中已經(jīng)在運(yùn)用著工程思維方式解決實(shí)際的工程問題。三是，競(jìng)賽不是目的，關(guān)鍵是以競(jìng)賽形式作為學(xué)生學(xué)習(xí)-創(chuàng)新-實(shí)踐過程的興趣點(diǎn)，教師引導(dǎo)-啟發(fā)-推動(dòng)式的教學(xué)模式無疑會(huì)給學(xué)生耳目一新的學(xué)習(xí)感受和學(xué)習(xí)體驗(yàn)，為基礎(chǔ)和專業(yè)學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)學(xué)科競(jìng)賽和基礎(chǔ)課程建設(shè)的互促 “雙贏”。

參考文獻(xiàn)：

[1]李成. 機(jī)械類學(xué)生工程實(shí)踐與創(chuàng)新競(jìng)賽能力培養(yǎng)研究. 教育理論與心理學(xué)， 2012， 11： 279-280.

[2]國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010年-2020年）.

[3]云忠， 王艾倫， 湯曉燕. 基于創(chuàng)新大賽的機(jī)械工程拓展型人才培養(yǎng)模式的研究與實(shí)踐. 高等教育研究學(xué)報(bào)， 2010， 33： 172-178.

[4]尹仕， 肖看. 構(gòu)建大學(xué)生多學(xué)科競(jìng)賽體系-培養(yǎng)新型拔尖人才. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理， 2009， 26（5）： 121-124.

[5]張瑞成， 陳至坤， 王福斌. 學(xué)科競(jìng)賽內(nèi)容向大學(xué)生實(shí)踐教學(xué)轉(zhuǎn)化的探討. 實(shí)驗(yàn)室研究， 2010， 27（7）： 130-132.

作者簡(jiǎn)介：

廖凱 （1977-），男，博士，副教授，主要從事大學(xué)生機(jī)械基礎(chǔ)課程和工程訓(xùn)練教學(xué)工作。