工程教育認證背景下機械原理課程教學改革探討

祝志芳　曾宇露　劉國亮　王歡　鄧小珍

【摘要】本文論述機械原理課程的教學改革，以工程教育認證為引領(lǐng)，以科技競賽為載體，針對機械原理課程教學中存在的問題，提出依托科技競賽的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，對機械原理課程進行教學改革，從明確課程教學目標、多樣化課程教學方式、改革課程實驗教學體系等方面綜合探索培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的對策。

【關(guān)鍵詞】工程教育認證 科技競賽 創(chuàng)新能力 教學改革

【中圖分類號】G? 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2020）27-0058-02

近年來，工程教育專業(yè)認證作為國際公認的工程教育質(zhì)量保障制度，越來越受到國內(nèi)各高等院校的重視，工程教育專業(yè)認證的核心理念是“以學生為中心”，在這過程中對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)更是重中之重。機械類專業(yè)課程體系較為寬廣，而機械原理課程作為機械類專業(yè)的一門主干基礎(chǔ)課，同時也是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的核心課程，在當今機械工業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)過程中起著承上啟下的關(guān)鍵作用。目前國內(nèi)高校機械原理課程的講授多以理論講解為主，輔以一定的實驗教學，課程內(nèi)容知識點相對抽象，學生在學習過程中普遍感覺較為吃力，而創(chuàng)新能力的培養(yǎng)放在課程教學中的效果更是甚微，無法適應(yīng)新時代高等教育工程專業(yè)認證課程教學目標對人才培養(yǎng)的要求。因此，在工程教育認證背景下，探索機械原理課程的教學改革，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，具有現(xiàn)實意義。

一、機械原理課程教學現(xiàn)狀

機械原理課程作為機械類工科專業(yè)的一門重要主干課程，目前多以理論講解為主，輔以一定的實驗教學，在課程教學內(nèi)容、課程授課方式、實驗教學體系等方面均不能適應(yīng)工程教育認證對創(chuàng)新能力培養(yǎng)的新要求，盡管很多高校進行了一定的教學改革，但仍然存在很多問題。

（一）理論教學現(xiàn)狀分析

該課程的主要內(nèi)容是介紹機械的工作原理，運用圖解法和解析法分析一般機械的運動和設(shè)計過程。目前課程的教學重心還是在基本知識的講解，而課程的基本知識相對陳舊，國內(nèi)傳統(tǒng)機械原理教材歷來重視課程體系的獨立，對各種傳統(tǒng)機械的詳細講解往往占據(jù)了大量篇幅，而與新興科技相結(jié)合能反映現(xiàn)代科技發(fā)展進步的內(nèi)容卻偏少。由于高等學校教學改革，專業(yè)基礎(chǔ)課程的學時在逐步減少，而教學內(nèi)容并沒有減少，導(dǎo)致教師在授課過程講授內(nèi)容多局限于教材范圍，對于培養(yǎng)學生綜合設(shè)計能力的設(shè)計類知識（如四桿機構(gòu)設(shè)計、凸輪機構(gòu)設(shè)計）卻往往是一帶而過，更沒有實例分析和設(shè)計過程的講解。這種局限于課本知識的授課內(nèi)容難以調(diào)動學生的學習主觀能動性，更不能培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力。

（二）實驗教學現(xiàn)狀分析

實驗教學方面，通常都是按照規(guī)定實驗項目內(nèi)容開展實驗教學，這種理論與實驗相互分離的教學模式導(dǎo)致學生對實驗教學環(huán)節(jié)不重視，上實驗課的積極性不高。目前高等院校實驗教學無論是教學管理還是教學過程，都不像理論教學要求那么嚴格，且仍多采用“以教師為中心”的教學模式，學生被動式地接受教學內(nèi)容，缺乏對教學內(nèi)容的深刻思考，忽視了學生的主體作用。實驗教學項目也以驗證性、演示性居多，對于訓練學生獨立思考和創(chuàng)新設(shè)計能力的綜合性、設(shè)計性實驗項目比例偏少，導(dǎo)致實驗教學內(nèi)容僅停留在課堂理論知識的補充上，沒有起到進一步拓展知識的作用。

二、機械原理課程教學改革

基于工程教育專業(yè)認證，為滿足制造強國新形勢下對創(chuàng)新人才的培養(yǎng)要求，對機械原理課程在課程教學目標、課程教學方式、實驗教學體系等方面進行一系列的改革，以適應(yīng)工程教育認證人才培養(yǎng)要求，為培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和實踐動手能力奠定基礎(chǔ)。

（一）明確課程教學目標

課程目標作為課程教學過程對學生能力培養(yǎng)的制度化要求，是課程內(nèi)容設(shè)計、教學過程實施和課程體系綜合評價的重要依據(jù)。工程教育認證要求課程必須有明確、可衡量的畢業(yè)要求，教學目標應(yīng)與畢業(yè)生畢業(yè)要求高度匹配。在工程教育專業(yè)認證背景下適應(yīng)人才培養(yǎng)的要求，機械原理課程教學目標能否匹配畢業(yè)要求的相關(guān)指標點，對教學質(zhì)量起到關(guān)鍵作用。根據(jù)工程教育專業(yè)認證標準，結(jié)合我校應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標，并通過對畢業(yè)生就業(yè)單位的跟蹤調(diào)查，與企業(yè)就業(yè)需求進行對接，了解畢業(yè)生能力要求及當前社會需求，經(jīng)過課程教學單位及教學團隊教師的研討，確定本課程教學目標對應(yīng)工程教育專業(yè)認證中的工程知識、問題分析、設(shè)計開發(fā)及研究探索等四個方面要求，并分別具體對應(yīng)畢業(yè)要求的各項二級指標點。這樣就可以實現(xiàn)工程教育認證中畢業(yè)要求與課程目標之間的有效銜接，從而使畢業(yè)要求達成度的評價可具體轉(zhuǎn)換成對相應(yīng)課程目標的達成度評價，可操作性強。將課程章節(jié)內(nèi)容分解落實，對應(yīng)到各項二級指標點的教學中，可以使得課程教學目標更加清晰，任務(wù)更加明確。同時通過設(shè)計課程教學內(nèi)容，使得課程每一章節(jié)內(nèi)容都能對應(yīng)一定的課程目標，從而確保所有設(shè)定的課程目標都有相應(yīng)的課程教學章節(jié)作為支撐，適應(yīng)工程教育專業(yè)認證人才培養(yǎng)的要求。

（二）多樣化教學方式

機械原理課程由于知識點相對抽象、機構(gòu)的運動較為復(fù)雜、解析法分析機構(gòu)運動原理的數(shù)學知識要求較高，學生在學習過程中感覺內(nèi)容枯燥、難以理解，學習興趣不高，導(dǎo)致學習效果欠佳。改革傳統(tǒng)的課程授課方法，結(jié)合現(xiàn)代化教學技術(shù)，采用先進的教學手段，充分利用計算機技術(shù)及相關(guān)專業(yè)軟件輔助教學，將Solidworks、Adams、Matlab等工程軟件引入課堂教學，可建立機構(gòu)三維模型并進行仿真研究，借助計算機對復(fù)雜問題進行精準化直觀呈現(xiàn)，使學生能夠更容易地理解相關(guān)知識內(nèi)容。采用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，結(jié)合MOOC、雨課堂、學習通等網(wǎng)絡(luò)教學手段開展個性化教學。我校具有較豐富的網(wǎng)絡(luò)教學平臺，基于平臺基礎(chǔ)授課，教師可將豐富的教學資料共享到教學平臺，制作一系列的網(wǎng)絡(luò)課程。建立機械原理校級網(wǎng)絡(luò)課程，搜集歷屆優(yōu)秀的科技競賽作品視頻及動畫，可以利用網(wǎng)絡(luò)豐富的動畫資源，對課程授課中學生難以理解的抽象問題進行直觀呈現(xiàn)，完善每一章節(jié)對應(yīng)的課外習題并補充機械原理相關(guān)的課外知識。教師在網(wǎng)絡(luò)平臺可實時與學生進行互動教學，及時解答學生在學習過程中遇到的疑問，可有效提高學生的學習興趣和積極性，提升教學效果。

（三）改革課程實驗教學體系

機械原理實驗是機械原理課程的重要組成環(huán)節(jié)，學生在實驗的過程中可以綜合應(yīng)用所學理論知識，分析和解決工程實際問題，對于培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和動手能力具有十分重要的作用。

1.優(yōu)化實驗內(nèi)容設(shè)置。傳統(tǒng)的機械原理實驗教學大多數(shù)指定了實驗內(nèi)容和實驗項目，學生進入實驗室后無需過多思考，只需參照實驗指導(dǎo)書的要求和步驟按部就班地模仿，學生在這過程中的實驗操作大同小異，實驗結(jié)果相差微乎其微，最為關(guān)鍵的是學生實驗過程沒有發(fā)揮主觀能動性，沒有去認真思考實驗內(nèi)容和理論課程之間的聯(lián)系，對于實驗結(jié)果不能給出合理正確的解釋。為了彌補上述實驗教學過程存在的不足，培養(yǎng)學生在實驗操作中獨立思考和分析問題、解決問題的能力，切實增強學生的創(chuàng)新設(shè)計能力。在實驗項目設(shè)置時增加綜合性、設(shè)計性實驗，進一步減少和弱化認識性、驗證性實驗項目，摒棄既定的實驗題目，選擇與課程內(nèi)容緊密相關(guān)的具有代表性的科技競賽作品進行深度剖析。對機構(gòu)運動方案反求設(shè)計，分析機構(gòu)運動原理并重新繪制機構(gòu)運動簡圖，理解相關(guān)機構(gòu)運動過程中所蘊含的理論知識，在此基礎(chǔ)上再進行機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計，可將理論與實踐很好地相結(jié)合，大大提高學生的創(chuàng)新設(shè)計能力和實踐動手能力。

2.依托科技競賽創(chuàng)建開放創(chuàng)新實驗室。為了進一步提高學生的創(chuàng)新能力，充分利用我院大學生機械創(chuàng)新基地，創(chuàng)建開放實驗室，開展與機械類學科相關(guān)的科技競賽活動，如“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術(shù)科技作品競賽、機械創(chuàng)新設(shè)計大賽等，定期根據(jù)比賽要求，結(jié)合課程所學內(nèi)容完成一些創(chuàng)新項目，可完整地完成項目從構(gòu)思、設(shè)計、分析、制作到加工實物的過程，將理論與實踐相結(jié)合，在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，大大提升學生綜合素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。同時利用好我校創(chuàng)新實驗室的慧魚工坊，通過慧魚模型巧妙搭建各種機械結(jié)構(gòu)并實現(xiàn)一定功能，學生能夠綜合利用機械設(shè)計知識和自動控制相關(guān)學科知識，將多學科多領(lǐng)域的理論知識融會貫通于實踐過程中。創(chuàng)新實驗室具有專門的場地和優(yōu)良的設(shè)備資源，學生可以根據(jù)自己的興趣設(shè)計和制造一些創(chuàng)新型作品，在設(shè)計和制作創(chuàng)新作品的過程中，潛移默化地培養(yǎng)了創(chuàng)新思維，提高了工程實踐能力，激發(fā)學習興趣。

基于工程教育專業(yè)認證，以學生為中心的教育理念，結(jié)合當前國際工程教育發(fā)展趨勢對學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的要求，以科技競賽為載體，開展基于工程教育認證理念的創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機械原理課程教學改革，明確課程教學目標、多樣化課程教學方式、改革課程實驗教學體系，對提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，提升學生實踐動手能力和增強創(chuàng)新能力具有十分重要的意義。

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【基金項目】江西省高等學校省級教改課題（JXJG-18-18-5，JXJG-18-18-2）;南昌工程學院校級教改課題（2017JG006，2019JG022）

【作者簡介】祝志芳（1984— ），男，南昌工程學院副教授，研究方向：機械類教學。

（責編 丁 夢）