面向工程能力培養(yǎng)的機(jī)械原理混合式課程教學(xué)改革研究

彭翔 秦寶榮 李吉泉 羅路平 王晨

[摘 要] 該文認(rèn)為，工程能力培養(yǎng)是高校工科類專業(yè)本科生培養(yǎng)的關(guān)鍵能力之一，為此在OBE改革的背景下，開展了機(jī)械原理課程的混合式課堂教學(xué)改革研究。以工程問題的引入及解決為主線重新組織教學(xué)內(nèi)容，以學(xué)生為中心改革傳統(tǒng)授課方式，進(jìn)行混合式課堂教學(xué)，并與機(jī)械設(shè)計(jì)競(jìng)賽相結(jié)合進(jìn)行理論知識(shí)的工程化應(yīng)用，通過多元化的評(píng)價(jià)方式進(jìn)行課程達(dá)成度分析。實(shí)踐證明，通過這種課程改革，有效提高了學(xué)生的工程問題解決能力。

[關(guān)鍵詞] 機(jī)械原理;工程能力;教學(xué)改革

[基金項(xiàng)目] 浙江省高等教育“十三五”第一批教學(xué)改革研究項(xiàng)目（JG20180042）;浙江工業(yè)大學(xué)本科核心課程建設(shè)項(xiàng)目;浙江工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院課堂教學(xué)改革項(xiàng)目

[作者簡(jiǎn)介] 彭 翔（1989—），男，河南信陽(yáng)人，博士，浙江工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副研究員（通信作者），主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)及理論研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2020）23-0182-02? ? [收稿日期] 2019-12-03

一、前言

將工程能力培養(yǎng)融入到課程體系中，改革課程內(nèi)容，創(chuàng)新課程教學(xué)方法，是提高高校工科類畢業(yè)生的工程實(shí)踐能力、為社會(huì)培養(yǎng)高質(zhì)量工程科技人才的有效途徑[1]。隨著科技產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，新技術(shù)、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)和新模式的蓬勃新起，產(chǎn)業(yè)升級(jí)對(duì)工科類專業(yè)本科生的需求日益增加，也對(duì)工科類專業(yè)本科生的工程能力要求不斷提高[2-3]。通過全面落實(shí)學(xué)生的工程能力培養(yǎng)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極主動(dòng)性，提高學(xué)生的主動(dòng)發(fā)現(xiàn)和解決實(shí)際工程問題的能力，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的持續(xù)改進(jìn)，提升工程教育人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

機(jī)械原理課程是機(jī)械類各專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要研究各種機(jī)械的一般共性問題，即研究機(jī)構(gòu)的組成原理、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)及機(jī)器動(dòng)力學(xué)等;研究各種機(jī)器中常用機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力性能分析與設(shè)計(jì)方法和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的問題。目前的機(jī)械原理課程大多通過傳統(tǒng)的課堂講授與大作業(yè)相結(jié)合的方式，整個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)只是重復(fù)性的模仿，缺乏主觀能動(dòng)性的發(fā)揮，導(dǎo)致學(xué)生做課程設(shè)計(jì)的過程是一個(gè)被動(dòng)學(xué)習(xí)的過程。為此，立足新工科建設(shè)對(duì)人才培養(yǎng)的需求，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和工程能力為目標(biāo)，以浙江工業(yè)大學(xué)的機(jī)械原理課程為改革對(duì)象，借鑒OBE教學(xué)理念，通過多途徑的教學(xué)改革，提升學(xué)生的工程能力。

二、面向工程能力培養(yǎng)的機(jī)械原理課程體系總體設(shè)計(jì)

基于OBE理念，以學(xué)生為本，以預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出為中心、以工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)組織機(jī)械原理課程體系，確定機(jī)械原理課程的培養(yǎng)目標(biāo)為：

1.掌握機(jī)構(gòu)學(xué)和機(jī)器動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)理論與基本知識(shí)，掌握常用機(jī)構(gòu)性能分析和設(shè)計(jì)的基本方法，初步具有擬定機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的能力。

2.綜合培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用課程知識(shí)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和自主學(xué)習(xí)的意識(shí)，掌握將實(shí)際的機(jī)械系統(tǒng)抽象為機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析的方法，初步建立針對(duì)工程中的實(shí)際問題擬定機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)方案的能力。

3.學(xué)會(huì)操作實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備進(jìn)行機(jī)構(gòu)性能參數(shù)測(cè)定，能對(duì)典型機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析和建立典型機(jī)構(gòu)系統(tǒng)原型。

4.具有一定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理能力，書寫完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告的，思考分析判斷實(shí)驗(yàn)結(jié)果，具備實(shí)驗(yàn)結(jié)果的綜合分析和表述能力的培養(yǎng)。

5.綜合培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用課程知識(shí)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和自主學(xué)習(xí)的意識(shí)，掌握將實(shí)際的機(jī)械系統(tǒng)抽象為機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析的方法，初步建立針對(duì)工程中的實(shí)際問題擬定機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)方案的能力。

通過以學(xué)生為中心的課堂教學(xué)、與機(jī)械競(jìng)賽相結(jié)合的工程問題案例式教學(xué)等方式，構(gòu)建機(jī)械原理課程教學(xué)體系，通過課堂授課、課堂分組討論、課堂測(cè)試、平時(shí)作業(yè)、團(tuán)隊(duì)大作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、期末考試等多種途徑，將工程能力培養(yǎng)融于機(jī)械原理課程的多個(gè)環(huán)節(jié)，通過多元化教學(xué)評(píng)價(jià)，完成學(xué)生工程能力培養(yǎng)。

三、機(jī)械原理課程教學(xué)改革的具體做法

借鑒OBE教學(xué)理念，以理論知識(shí)與工程能力并重為原則，采用基于工程實(shí)例的案例式授課方法，運(yùn)用與機(jī)械原理競(jìng)賽相結(jié)合的工程能力鍛煉方法，設(shè)置多元化的課程評(píng)價(jià)體系，從多個(gè)角度對(duì)學(xué)生的理論知識(shí)、工程能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

（一）面向新工科的機(jī)械原理案例式課堂教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

從新工科對(duì)機(jī)械專業(yè)畢業(yè)生的能力要求入手，以學(xué)生工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)，進(jìn)行課程內(nèi)容的合理取舍，并以“工程問題的引入—相關(guān)知識(shí)講解—工程問題的解決”為框架進(jìn)行案例式的課程內(nèi)容安排，通過課堂討論的形式進(jìn)行講授內(nèi)容的回顧和拓展，完善機(jī)械原理課堂教學(xué)內(nèi)容體系的設(shè)計(jì)。

（二）機(jī)械原理混合式課堂教學(xué)方法探索

借助微助課等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)開展線上課堂和線下課堂的融合教學(xué)。在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上傳課件、作業(yè)、關(guān)鍵問題分析等內(nèi)容，采集學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)間、重看次數(shù)、錯(cuò)誤率等數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析獲取學(xué)生的易錯(cuò)點(diǎn)、疑難點(diǎn)等信息，針對(duì)性地改善線下課堂教學(xué)內(nèi)容;在線下課堂教學(xué)過程中，將學(xué)生的實(shí)物作品、分析問題等進(jìn)行整理，上傳到線上課程，進(jìn)行線上教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整與組織實(shí)施;通過線上與線下教學(xué)的互動(dòng)，提高學(xué)生對(duì)機(jī)械原理課程的學(xué)習(xí)興趣與知識(shí)掌握情況。

（三）面向工程能力培養(yǎng)的案例式課堂教學(xué)

從工程問題出發(fā)安排每一節(jié)課堂教學(xué)的內(nèi)容，以具體工程問題的分析作為課堂教學(xué)的引入點(diǎn)，進(jìn)行機(jī)械原理課堂內(nèi)容的講授，并引入各類先進(jìn)的機(jī)械設(shè)計(jì)理論方法以及相關(guān)的科研項(xiàng)目案例，啟發(fā)學(xué)生思考和運(yùn)用課堂所學(xué)知識(shí)，將機(jī)械原理理論知識(shí)在工程案例中進(jìn)行運(yùn)用。

（四）多元化課程評(píng)價(jià)體系設(shè)計(jì)

從工程能力培養(yǎng)和學(xué)生畢業(yè)要求出發(fā)，充分考慮學(xué)生學(xué)習(xí)過程的主動(dòng)性和努力程度，把學(xué)習(xí)成效作為反映教學(xué)效果的考核對(duì)象，采用平時(shí)作業(yè)、課內(nèi)測(cè)試、課程實(shí)驗(yàn)、綜合報(bào)告、期終考試等多元化的手段進(jìn)行考核。具體考核指標(biāo)如表所示。

四、效果評(píng)價(jià)

面向工程能力培養(yǎng)的混合式課堂教學(xué)改革，在浙江工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理課程的教學(xué)實(shí)踐中取得了良好的效果。

以2018～2019學(xué)年第二學(xué)期為例，通過引入工程實(shí)例的教學(xué)方法，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性明顯提高，有效提高了教學(xué)質(zhì)量，也提高了學(xué)生的復(fù)雜工程問題解決能力。4個(gè)教學(xué)班的180余名同學(xué)在課堂討論中進(jìn)行了多類型工程實(shí)例的討論分析，并申請(qǐng)了電動(dòng)晾衣架、多功能面包機(jī)、多功能伐木機(jī)等20余份國(guó)家發(fā)明專利，在本課程學(xué)習(xí)內(nèi)容基礎(chǔ)上，學(xué)生獲得全國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)競(jìng)賽一等獎(jiǎng)、浙江省大學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)競(jìng)賽一等獎(jiǎng)等國(guó)家級(jí)、省部級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)多項(xiàng)。同學(xué)還參與到具體的科研項(xiàng)目中，參與并完成了多功能椅子的設(shè)計(jì)、大型空分裝備設(shè)計(jì)等實(shí)際復(fù)雜工程問題的解決。

綜上所述，在工程教育認(rèn)證和OBE教學(xué)改革的背景下，面向工程能力培養(yǎng)的課堂教學(xué)改革，以學(xué)生為中心、以實(shí)際工程問題為引線組織課堂教學(xué)內(nèi)容，通過混合式課堂教學(xué)、與機(jī)械設(shè)計(jì)競(jìng)賽相結(jié)合的大作業(yè)訓(xùn)練，提高了學(xué)生的復(fù)雜工程問題解決能力，在機(jī)械原理課程教學(xué)實(shí)踐中取得了良好效果。

參考文獻(xiàn)

[1]陳靜，張烈平，趙虹.強(qiáng)化工程能力培養(yǎng)的地方高校機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程改革[J].高教論壇，2016，3：72-75.

[2]華爾天，計(jì)偉榮，吳向明.中國(guó)加入《華盛頓協(xié)議》背景下工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)的探索與實(shí)踐[J].中國(guó)高教研究，2017（1）：82-85.

[3]郭紅利，張李嫻，劉洪萍，等.基于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育背景下的機(jī)械原理課程教學(xué)改革分析[J].教育教學(xué)論壇，2019，5（18）：132-133.

Research on Mixed Teaching Reform of Mechanical Principle Course for Engineering Ability Training

PENG Xiang，QIN Bao-rong，LI Ji-quan，LUO Lu-ping，WANG Chen

（College of Mechanical Engineering，Zhejiang University of Technology，Hangzhou，Zhejiang 310014，China）

Abstract：Engineering ability is one of the key abilities for undergraduates majoring in engineering.Under the background of OBE reform，the research on mixed classroom teaching reform of the Mechanical Principle course is carried out.With the introduction and solution of engineering problems as the main line，the teaching content is reorganized，the traditional teaching method is reformed with students as the center，the mixed classroom teaching is carried out，the engineering application of theoretical knowledge is carried out in combination with the mechanical design competition，and the course achievement analysis is carried out through multiple evaluation methods.It has turned out that through curriculum reform，students' ability to solve engineering problems has been effectively improved.

Key words：Mechanical Principle;engineering ability;teaching reform