面向“卓越計劃”的機械原理教學改革思考與實踐

沈 瑜 賈 妍 張改萍 李 晶

（西安工程大學，西安 710048）

面向“卓越計劃”的機械原理教學改革思考與實踐

沈 瑜 賈 妍 張改萍 李 晶

（西安工程大學，西安 710048）

“卓越工程師”計劃是一項重大教育改革項目，突出教育的工程實踐性的要求。通過對機械原理課程教學內容和方法的改革，構建了理論教學和工程實踐并重的教學模式。教學中以學生為主體，突出機械原理的工程實踐性，理論緊密聯(lián)系實際，著力提高學生的工程意識，培養(yǎng)學生的工程素質和工程實踐能力。結果表明，此改革在一定程度上加強了學生的工程實踐能力，提升了機械原理教學質量。

機械原理；卓越工程師；工程實踐；教學改革

“卓越工程師”計劃是我國2010-2020年期間的一項重大教育改革項目，突出以實際工程為背景，以工程技術為主線，著力培養(yǎng)具有良好創(chuàng)新意識和工程實踐能力的新時代工程人才[1]，以適應經(jīng)濟社會發(fā)展需要。為適應"卓越工程師"培養(yǎng)要求，學院對相關課程進行改革。其中，機械原理是專業(yè)課程中一門重要的技術基礎課，也是機械類學生由基礎課學習向專業(yè)課學習過渡過程中的重要銜接課程，在培養(yǎng)創(chuàng)新思維和鍛煉工程實踐能力中有著非常重要的地位。但在現(xiàn)有的機械原理課程教學過程中，存在一些問題，如：課程教學內容與工程實際有脫節(jié)，重理論輕應用，工程應用中常用的機構設計部分主導地位不夠突出；課程理論教學占主導地位，工程實踐能力的培養(yǎng)較弱；教學中仍以教師為主，學生被動參與，學習積極性不夠；實踐教學環(huán)節(jié)中學生思考探究不夠等。大學的學習，不僅要培養(yǎng)學生熟練掌握專業(yè)基礎理論知識的能力，還要注重培養(yǎng)學生的實踐應用能力、思維開創(chuàng)性和創(chuàng)新能力[2]。

為了緊密配合“卓越工程師計劃”，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和工程實踐能力，結合機械原理的課程特點，本文從理論教學、實驗教學及課程設計環(huán)節(jié)，對課程教學體系進行了初步的思考和探索。

一、基于“卓越工程師”的理論教學改革

機械原理課程教學包括理論教學環(huán)節(jié)和實踐教學環(huán)節(jié)兩部分。傳統(tǒng)的機械原理教學以理論教學為主，實踐教學為輔。為突出“卓越工程師”計劃的重要目標，在卓越班的機械原理教學中，將部分理論知識的教學根據(jù)其內容特點將其融入到實踐教學中，通過這種理論與實踐的相輔相融形成教學模式的構建，用實踐補充了理論，實現(xiàn)了理論與實踐并重的目的。面向“卓越工程師”的機械原理教學體系改革主要從以下方面展開。

1．精選教學內容，減少重復性，加強內容的系統(tǒng)性

為使學生能夠從機械產(chǎn)品設計的總體出發(fā)，系統(tǒng)地掌握本課程所講述的基本理論知識，順利完成簡單機械系統(tǒng)的運動方案設計，同時考慮傳統(tǒng)設計方法與現(xiàn)代設計方法、手段的融合[3]，應精選強化重點教學內容，強化理論教學與實踐教學的相輔相融。

機構的運動分析章節(jié)，是機械原理學習的重點和難點之一，也是理論力學的運動分析向工程應用轉化的環(huán)節(jié)，學生往往覺得已學過為什么在這里還要學習，有什么不同呢？考慮已有先修知識，縮短圖解法進行機構的運動分析的學時，借力學中的相關知識使學生轉向如何快速便捷的解決機械工程實際問題，突出解決問題的方法和手段；用解析法進行運動分析時，結合先修知識以介紹方法為主。本章布置大作業(yè)，要求用解析法對典型機構的運動進行分析，要求有程序、有結果、有線圖，為后期的課程設計做好鋪墊。

執(zhí)行機構的選型和設計也是機械原理課程中的重點，考慮機器往往是多種機構的組合，增加組合機構介紹；增加原理分析、機構選型等有關機械系統(tǒng)運動方案設計內容的講解等。這使學生在學習完機械原理課程的學習后，對機械設計過程中方案設計的基本原理和方法有初步的系統(tǒng)的認知，而不是各種知識及機構在頭腦中以“片段”形式存在。

2．增強學生的感性認識，嘗試部分理論教學在實驗室進行的教學模式

在機構的運動簡圖的繪制學習中，經(jīng)常是老師在課堂中講授，過后再安排學生在實驗室進行實驗。由于時間上的不連續(xù)，實驗時學生已忘記課堂的講授內容，又要重新進行學習回顧。為了解決這個問題，將這部分的理論講授改在實驗室進行，在機構運動簡圖繪制的理論教學完成后，直接開始機構運動簡圖測繪實驗。這樣，通過在實驗室的感知，學生能夠了解機構運動簡圖繪制的必要性，也能很快掌握機構運動簡圖的繪制要領，達到識圖、繪圖以及對機構的感性認知的統(tǒng)一。

機械的平衡、機械的運轉及速度波動的調節(jié)是機械設計中的重要環(huán)節(jié)，內容的理論性和工程實踐性都非常強，傳統(tǒng)的教學方式枯燥而且抽象。若將此教學內容改在實驗室進行，基本理論講解后，隨即進行實驗演示，增強學生的感性認知，并提出問題，留給學生思考以在實驗環(huán)節(jié)中回答。這種教學方式，學生不僅學習了相關的理論知識，更能夠深入理解機械平衡的概念和設計原理，以及機械的速度波動和調節(jié)等工程實際問題。

3．用“身邊的機械原理”豐富理論內容

大學的學習階段，學生正處在積極向上的年齡，為調動學生學習的積極性，在教學課堂上設置一些分組討論和提問答疑環(huán)節(jié)。如：講到自由度的計算，以人體為例，討論手指、手臂、關節(jié)的自由度，思考并作出小結；討論家用電風扇的搖頭裝置的工作原理等。這樣結合“身邊的機械原理”，豐富課堂內容，增強學生上課的主動性。

二、實踐教學的改革

實踐教學環(huán)節(jié)是機械原理課程教學中極其重要的環(huán)節(jié)，是課程理論教學必要的補充。目的是加深學生對課程內容的理解，使其能掌握和應用所學知識并在實踐中激發(fā)創(chuàng)新意識，培養(yǎng)工程意識和團隊協(xié)作能力[4]。因此在機械原理教學中要注重工程實踐性，結合工程學習，建立工程觀念，并理解理論在工程實踐中的應用。

好的實驗內容和實驗過程，不僅可以加深學生對課程基本概念、基本理論的理解，還能掌握基本的實驗技能和方法，提高分析和解決問題的能力。在保證實驗環(huán)節(jié)的基本要求、適應“面向卓越工程師”的改革需求之下，為了培養(yǎng)學生開發(fā)創(chuàng)新能力，將實驗環(huán)節(jié)分為三類：面向生活的機械認知、面向基礎的課程實驗、綜合創(chuàng)新實驗。通過對傳統(tǒng)實驗教學內容和項目的重新組合，增加綜合性、創(chuàng)新性實驗項目，分類設置實驗項目和內容，使實踐教學效果最佳化[5]。

三類實驗中，認知實驗為課后實驗；課程實驗分為基礎實驗和提高實驗，為常規(guī)實驗；綜合創(chuàng)新實驗為開放性實驗。學生可以在基礎實驗和提高實驗項目中選作2個，綜合創(chuàng)新實驗選作1個，實驗總學時不少于6學時。考慮到實際工程的應用性，增加了漸開線齒輪的參數(shù)測量實驗、典型機構運動參數(shù)測試實驗等。學生根據(jù)任務書，自行研究和實施實驗方案，根據(jù)實驗測試與分析，撰寫實驗報告。從實驗方案的設計訓練，到測量測試的完成，以及實驗結果的分析等，通過這種實驗環(huán)節(jié)鞏固課堂教學效果，拓展了基礎知識，并將所學知識融會貫通，掌握基本的實驗技能和方法，提高觀察、分析和解決問題的能力，增強了工程實踐能力和綜合創(chuàng)造能力，也培養(yǎng)了學生應用現(xiàn)代測試手段獲取科研數(shù)據(jù)的能力[6]。

對于學有余力的學生允許在開放實驗室進行更深的項目研究與實驗。目前，學院提供了機構創(chuàng)意組合、“慧魚組合模型”開放性實踐平臺，以興趣為導向、以專業(yè)為根本、以創(chuàng)新為動力，分層次、有系統(tǒng)的為學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動盡可能提供平臺和機會。

三、課程設計改革

課程設計是本課程教學環(huán)節(jié)的重要組成，是訓練學生機械設計基本技能的重要途徑。通過課程設計使學生掌握機械設計的正確設計思想，培養(yǎng)學生綜合應用機械原理及其他先修課程的知識分析、解決機械設計問題的能力，初步掌握機械產(chǎn)品的原理、設計、步驟和規(guī)律。

為了增強課程設計的效果，加強學生課程設計的能動性，做了如下一些改革。

1．改革原理課程設計的任務

結合學校特點以及專業(yè)特點，對機械原理課程設計的題目進行補充與改進，同時將機械原理的課程設計與設計大賽選題結合起來，豐富課程設計的選題。例如，與全國大學生機械設計創(chuàng)新大賽相結合，將歷屆的大賽主題及內容引入課程設計選題中，學生有了選題的自主性，也能開拓學生的設計思路，還具有一定的現(xiàn)實意義；再如，與全國大學生工程訓練綜合能力競賽的選題相結合，但又根據(jù)機械原理課程設計的要求，對任務加以改進。課程設計選題與一些賽事的結合，不僅提高了學生的學習主動性，激發(fā)了學生的創(chuàng)新思維和掌握創(chuàng)新理論，也為機械創(chuàng)新活動的展開提供了基礎和儲備。

2．改變課程設計的命題方式

將課程設計的命題分為兩類：第一類要求學生依據(jù)所給機械系統(tǒng)的任務要求，進行功能分析，構思幾個可行的運動方案，再進行分析比較，從中選擇一個較好的方案進行機構分析和設計，如s型無碳小車、糖果包裝機、旋轉灌裝機等。第二類題目要求學生對機械系統(tǒng)進行分析和設計，并按要求對主機構進行運動和動力分析，如牛頭刨床的主運動設計及分析。第一類題目偏重與方案設計，通過該階段的訓練，使學生掌握方案設計階段的重要性以及一般設計方法；第二類題目偏重機構的分析。通過不同的命題方式，讓學生發(fā)揮想象，從各自的興趣點入手，增強機械原理課程設計的靈活性與多樣性。

3．改革課程設計的進行方式

通常，機械原理課程設計環(huán)節(jié)是在課程理論教學結束后作為集中實踐環(huán)節(jié)進行，但是這種課程設計方式往往不能達到預期的效果。學生常常在課程設計中期才能真正理解課程設計的要求和任務，此時若要修正構思和方案，時間卻不允許了，不能真正反映學生的思考設計過程。為此，將課程設計的“集中式”進行變?yōu)椤胺侄问健边M行，穿插在課程理論教學的過程中。根據(jù)理論教學的進行程度，適機布置“研究題目及任務”、“研究小報告”等階段性任務，到了課程設計的集中環(huán)節(jié)時間，學生已理解題目的任務，完成功能分析，可以直接開始方案的設計、選型，還可以有時間在實驗室按自己的設計方案進行模擬搭建，驗證設計方案的可行性和合理性。

四、教學考核方式的改革

以往的課程考核以考試為主，造成了學生“輕課堂”、“輕作業(yè)”、“輕實驗”等狀況。為提高機械原理的教學質量，改變學生的學習方法及提高工程意識，改革課程評價方式，從考試形式、時間和內容等方面進行嘗試：將實驗環(huán)節(jié)的完成情況引入課程的考核評價中，激發(fā)學生學習的積極性主動性，提高學習效果。如課程考核包含卷面成績、作業(yè)、實驗操作以及課堂問答及小練習完成情況等，各按一定比例形成綜合評定；課程設計考核中，根據(jù)學生的階段性“工作表”完成情況和提交大作業(yè)質量進行評價。最終形成一種注重學習過程的綜合評價考核制度。

五、結束語

瑞士著名教育學家皮亞杰的建構主義理論認為，學生是學習的主體，教師則是學習過程的引導者，而學生的學習動力則源于興趣。綜上所述，面向“卓越工程師計劃”的機械原理課程教學改革，以學生為主體，老師引導，構建理論教學和實踐教學并重的教學模式，突出了實際工程背景，著力提高學生的工程意識和工程實踐能力。通過加強機械原理教學過程的工程實踐性，使學生感悟到作為一名卓越工程師應有的基本工程能力和職業(yè)素質，以適應企業(yè)發(fā)展需要，適應我國現(xiàn)代制造業(yè)對工程師的要求，以及技術進步和社會發(fā)展的要求，做一名合格的“卓越工程師”。

面向“卓越工程師”計劃的機械原理課程教學改革，經(jīng)過在機械工程專業(yè)的試點運行，學生的平均成績有一定提高，特別是在實驗及課程設計階段，學生的積極性與能動性有了明顯提升，教學取得了良好的效果。

[1]趙中敏.探索“卓越工程師培養(yǎng)計劃”的工程實踐人才培養(yǎng)模式[J].中國教育技術裝備，2011（26）：25-27.

[2]李延斌，高有華，田方，等.面向培養(yǎng)卓越工程師的機械設計基礎課程改革[J].實驗室技術與管理，2012，29（4）：231-233.

[3]王聰慧，熊健.機械原理課程教學內容改革的探索與實踐[J].長春大學學報，2013（23）：776-777.

[4]周傳喜，管鋒，彭三河.基于工程實踐能力培養(yǎng)的機械設計類系列基礎課程教學改革研究與實踐[J].長江大學學報（自科版），2015，12（16）：77-80.

[5]申燚，李平正，王明強，等.機械原理與設計的實踐環(huán)節(jié)體系改革與實踐[J].機械制造，2013，42（4）：101-103.

[6]佟瑞宏，董炯，呂奕.機械原理實踐教學的改革探索[J].遼東學院學報（自然科學版），2013，20（3）：211-214.

（責任編輯：張華凡）

Teaching Reform of Mechanisms and Machine Theory for the Excellent Engineers Education Training Plan

SHEN Yu,JIA Yan,ZHANG Gaiping,LI Jing
（Xi’an Polytechnic University,Xi’an 710048,China）

The Excellent Engineers Education Training Plan is a very important teaching reform.I put stress on engineering practice.By reforming teaching mode and optimizing teaching contents,a new teaching model was constructed and the theoretical teaching and engineering practice are of the same importance.In the new student-centered teaching model,engineering practice of mechanisms is closely related to machine theories and the cultivation of students’ engineering consciousness,qualities and practice abilities are given a lot of attention.The result shows that to a certain extent,the reform has improved teaching quality,and enhanced the students’engineering practice ability.

mechanisms and machine theory;the excellent engineers education training plan;engineering practice;teaching reform

G642.0

沈瑜（1973—），女，高級工程師，研究方向：機械設計基礎課的教學和機電一體化。

西安工程大學2015公共基礎課質量提升項目。