一流課程背景下機(jī)械原理課程體系改革與探索——以河北大學(xué)為例

王 青，董小平，楊麗穎，王翠表，孫 輝

一流課程背景下機(jī)械原理課程體系改革與探索——以河北大學(xué)為例

王 青1,2，董小平1,2，楊麗穎1,2，王翠表1,3，孫 輝1,3

（1.河北大學(xué)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督學(xué)院，河北 保定 071002；2.河北省新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)輕量化技術(shù)創(chuàng)新中心（籌），河北 保定 071002；3.保定市新能源車輛動(dòng)力工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071002）

教育部實(shí)施的高等院校本科“雙萬(wàn)計(jì)劃”促進(jìn)高校課程內(nèi)容與教學(xué)的改革，為此，作者結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以機(jī)械原理課程體系為例，探究符合“金課、金師、金生”的教學(xué)模式。首先對(duì)學(xué)生的學(xué)情以及課程特點(diǎn)進(jìn)行分析，對(duì)課程體系內(nèi)容進(jìn)行了組合-優(yōu)化-模塊化。采用學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作、線上線下結(jié)合或無(wú)縫切換、借助圖書館全文數(shù)據(jù)庫(kù)、公眾號(hào)、視頻號(hào)等推送文獻(xiàn)資料與視頻，以及以競(jìng)賽為契機(jī)的拔尖學(xué)生培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)以點(diǎn)帶面等模式進(jìn)行教學(xué)，引領(lǐng)學(xué)生主動(dòng)參與教學(xué)活動(dòng)中。以上措施有助于提升學(xué)生的機(jī)械綜合設(shè)計(jì)與分析能力，并挖掘?qū)W生的自驅(qū)力學(xué)習(xí)能力，以達(dá)到初步實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)并解決復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)等工程問(wèn)題的目的。這為其他課程提供可實(shí)施性的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)具有教學(xué)研究的實(shí)際意義。

機(jī)械原理；自驅(qū)力學(xué)習(xí)；實(shí)踐教學(xué)；課程體系

2019年國(guó)家教育部相繼出臺(tái)《教育部關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見(jiàn)》《深化新時(shí)代教育評(píng)價(jià)改革總體方案》等文件，在全國(guó)高等院校的本科課程上實(shí)施“雙萬(wàn)計(jì)劃”，分別認(rèn)定并建設(shè)1萬(wàn)門左右的國(guó)家級(jí)和省部級(jí)課程，即為一流本科課程，包括理論類課程、實(shí)踐類課程與二者融合課程，采用線下、線上與線下結(jié)合等教學(xué)形式[1]。因此，高等院校結(jié)合專業(yè)特色，打造并實(shí)現(xiàn)“金專、金課和金師、金生”[2-3]。當(dāng)然，對(duì)于一流本科課程建設(shè)，以學(xué)生為中心，培養(yǎng)并提升其實(shí)踐創(chuàng)新能力更為重要。本文以河北大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的核心課程——機(jī)械原理為例，結(jié)合現(xiàn)狀，分析學(xué)情與課程特點(diǎn)，并提出可實(shí)施的具體措施和思路，這對(duì)教學(xué)探索與改革具有實(shí)際意義。

1 學(xué)情與課程特點(diǎn)

筆者講授機(jī)械原理課程已有20余年，在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)不同時(shí)期的學(xué)生均具有不同的學(xué)情。現(xiàn)階段師生在“教”與“學(xué)”過(guò)程中存在一些不足：

1）教師知識(shí)儲(chǔ)備不足。青年教師缺乏企業(yè)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在理論課講授過(guò)程中無(wú)法體現(xiàn)企業(yè)實(shí)際案例，同時(shí)沒(méi)有深度與廣度。

2）學(xué)生自驅(qū)力不足。機(jī)械原理理論比較抽象與深?yuàn)W，學(xué)生思想上認(rèn)識(shí)較欠缺，導(dǎo)致其自驅(qū)力較低，嚴(yán)重影響其學(xué)習(xí)探索能力的培養(yǎng)與提升。

3）學(xué)生設(shè)計(jì)能力不足。在機(jī)構(gòu)理論分析設(shè)計(jì)中，學(xué)生還處于基礎(chǔ)課的問(wèn)題回答式或計(jì)算式模式，在分析設(shè)計(jì)上無(wú)處下手、找不到分析設(shè)計(jì)的切入點(diǎn)，在該狀態(tài)下，學(xué)生的機(jī)構(gòu)理論分析、設(shè)計(jì)能力處于低級(jí)階段，部分學(xué)生沒(méi)有獲得實(shí)質(zhì)性有效提升。

4）內(nèi)容安排碎片化。按學(xué)習(xí)理論—實(shí)驗(yàn)—實(shí)踐順序進(jìn)行，每一階段具有間隔期，一旦時(shí)間間隔較長(zhǎng)，學(xué)生的知識(shí)出現(xiàn)貶值性和衰減性，積累能力明顯減弱。

機(jī)械原理課程體系主要包括機(jī)械原理、機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)和機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)等3部分課程。具體教學(xué)內(nèi)容如圖1所示。該課程體系的理論、實(shí)驗(yàn)以及綜合設(shè)計(jì)等具體知識(shí)較多、分散性與實(shí)踐性較強(qiáng)，但每一章節(jié)的關(guān)聯(lián)比較緊密，互相緊扣。另外，對(duì)學(xué)生的先修課程掌握程度要求高。在學(xué)習(xí)中，學(xué)生在某一章節(jié)上知識(shí)掌握程度較低或理解不透徹，直接影響后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)；先修課程理論力學(xué)知識(shí)沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的掌握，直接導(dǎo)致學(xué)習(xí)難度劇增，處于課程進(jìn)度拖著被動(dòng)學(xué)習(xí)，其知識(shí)掌握與理解程度明顯減弱。

2 以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心、教師引領(lǐng)的教學(xué)模式

2.1 課程內(nèi)容的模塊化與優(yōu)化

如圖1所示，首先對(duì)理論進(jìn)行模塊化，在原有內(nèi)容基礎(chǔ)上，確定3大模塊：理論知識(shí)模塊、典型機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊和機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)模塊。在每一模塊中以知識(shí)點(diǎn)為主線，分析某一主題詞或關(guān)鍵詞，利用學(xué)校圖書館資源如CNKI-中國(guó)知網(wǎng)總庫(kù)平臺(tái)、Elsevier期刊全文庫(kù)ScienceDirect等查閱期刊論文、碩博士論文、專利、標(biāo)準(zhǔn)、科技成果等文獻(xiàn)資料，經(jīng)過(guò)閱讀與篩選，總結(jié)并提煉出有價(jià)值的研究結(jié)果或結(jié)論，無(wú)縫融入課程知識(shí)點(diǎn)的講授中。如連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法章節(jié)，融入李志剛等[4]在給定連桿上某點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的前提下，采用Pro/E建立曲柄搖桿機(jī)構(gòu)參數(shù)化模型，將其導(dǎo)入ADAMS進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，通過(guò)采用優(yōu)化軟件Isight集成Pro/E和ADAMS，構(gòu)建基于Isight的優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)，選取自適應(yīng)模擬退火算法對(duì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的連桿長(zhǎng)度和角度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終得到使其運(yùn)動(dòng)軌跡誤差最小的設(shè)計(jì)結(jié)果。該優(yōu)化設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單、快捷、高效，為平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了一種全新的設(shè)計(jì)方法。

在實(shí)驗(yàn)課程上，結(jié)合理論課程模塊，把原本分散的8個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行整合并優(yōu)化成4個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。項(xiàng)目有：1）機(jī)械結(jié)構(gòu)學(xué)實(shí)驗(yàn)；2）機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)；3）機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)；4）典型機(jī)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。在課程設(shè)計(jì)上，采用綜合運(yùn)用理論知識(shí)進(jìn)行典型機(jī)器設(shè)計(jì)，根據(jù)給定機(jī)器參數(shù)及要求達(dá)到的功能，完成機(jī)器的原理設(shè)計(jì)，并對(duì)機(jī)器結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力等進(jìn)行分析，完成機(jī)構(gòu)尺寸綜合，最后形成機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，同時(shí)撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書，總結(jié)運(yùn)用的理論知識(shí)點(diǎn)及計(jì)算過(guò)程。

2.2 線上與團(tuán)隊(duì)教學(xué)探索

該體系課程曾以課堂講授為主，在教學(xué)中，教師列舉工程案例、深入淺出講授與驗(yàn)證知識(shí)點(diǎn)，部分學(xué)生因自身儲(chǔ)備相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)薄弱，在聽(tīng)課時(shí)如同類似文藝表演觀看老師表演，課后收效甚微，更難以談及實(shí)驗(yàn)操作、機(jī)構(gòu)分析以及課程設(shè)計(jì)。

基于此，在該課程體系中，教師先梳理出概念性的知識(shí)點(diǎn)，通過(guò)學(xué)習(xí)通放置于學(xué)習(xí)區(qū)，供學(xué)生自學(xué)完成，在自學(xué)過(guò)程中遇到問(wèn)題，以微信、QQ、線上答疑區(qū)等網(wǎng)絡(luò)通訊進(jìn)行留言，教師及時(shí)反饋。同時(shí)，課前線上發(fā)布閱讀材料及其測(cè)試，在課堂上預(yù)留一定時(shí)間進(jìn)行討論與分析，其間要求學(xué)生帶著問(wèn)題進(jìn)行答疑，以學(xué)生自行組成小組進(jìn)行討論與分析為主，教師引導(dǎo)并完善答案要點(diǎn)。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生自行組合形成實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)，并推選出1名組長(zhǎng)，在組長(zhǎng)主持下，成員完成實(shí)驗(yàn)，一旦遇到問(wèn)題，組長(zhǎng)與成員或組長(zhǎng)之間互相交流解決、互相共享問(wèn)題與解決要點(diǎn)。另外，當(dāng)組長(zhǎng)無(wú)法解決時(shí)，問(wèn)題進(jìn)行集中匯總，然后請(qǐng)教教師，待教師解決后，組長(zhǎng)向成員傳達(dá)。在課程設(shè)計(jì)時(shí)，基于課程內(nèi)容，教師提供一些設(shè)計(jì)題目，學(xué)生組建團(tuán)隊(duì)對(duì)題目功能要求進(jìn)行分析，每組提出三種以上解決問(wèn)題的機(jī)構(gòu)方案，然后以團(tuán)隊(duì)形式進(jìn)行方案匯報(bào)，當(dāng)然，團(tuán)隊(duì)成員既要全程參與機(jī)器原理分析與設(shè)計(jì)，又要分工明確，每名成員均有設(shè)計(jì)重點(diǎn)，組內(nèi)成員的設(shè)計(jì)方案不得重復(fù)。之后，設(shè)計(jì)完成后，以小組形式答辯，小組間互相點(diǎn)評(píng)，教師做最終點(diǎn)評(píng)，指出每一小組完成情況的優(yōu)點(diǎn)與不足。

在教學(xué)途徑上，除了常規(guī)的線下教學(xué)外，本體系課程采用了線上線下相結(jié)合以及線上線下無(wú)縫切換方式。線上教學(xué)時(shí)，為了克服教師與學(xué)生沒(méi)有面對(duì)面的表情交流，學(xué)生自選內(nèi)容并制作PPT或課程設(shè)計(jì)階段性內(nèi)容，采用騰訊會(huì)議、QQ屏幕分享等形式進(jìn)行講授，時(shí)間不超過(guò)5分鐘。之后，學(xué)生自行點(diǎn)評(píng)，教師總結(jié)并與學(xué)生共享。或推薦中國(guó)大學(xué)慕課國(guó)家精品課程在線學(xué)習(xí)平臺(tái)學(xué)生在線學(xué)習(xí)，學(xué)生學(xué)習(xí)后總結(jié)知識(shí)點(diǎn)，發(fā)布于學(xué)習(xí)通平臺(tái)，教師點(diǎn)評(píng)。除此之外，教師還向?qū)W生發(fā)布機(jī)械原理相關(guān)的文獻(xiàn)資料，如高教學(xué)刊期刊發(fā)表的“TRIZ理論在機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究”[5]、“多操作模式折展機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及性能分析[6]”等。

2.3 培養(yǎng)拔尖學(xué)生，實(shí)現(xiàn)以點(diǎn)帶面

教師在該體系課程教學(xué)過(guò)程中，與學(xué)生進(jìn)行多方位交流，挖掘出實(shí)踐能力強(qiáng)、思維開闊且上進(jìn)的學(xué)生組建團(tuán)隊(duì)。以機(jī)械創(chuàng)新大賽為契機(jī)，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法激勵(lì)學(xué)生在設(shè)計(jì)—調(diào)整—修改—制作—競(jìng)賽的每個(gè)環(huán)節(jié)獨(dú)立完成。無(wú)疑，學(xué)生為主體，參加幾次競(jìng)賽后掌握精髓可運(yùn)用自如，實(shí)現(xiàn)了拔尖學(xué)生的培養(yǎng)，然后這些學(xué)生分別組建團(tuán)隊(duì)引領(lǐng)學(xué)生參加后續(xù)競(jìng)賽，以傳帶幫的形式促進(jìn)學(xué)生的自驅(qū)力學(xué)習(xí)該體系課程，以此實(shí)現(xiàn)了以點(diǎn)帶面的學(xué)習(xí)局面。近3年來(lái)，以樂(lè)凱醫(yī)療科技有限公司合作項(xiàng)目為例，在教師的引領(lǐng)下，學(xué)生組建團(tuán)隊(duì)對(duì)醫(yī)學(xué)核磁共振用的膠片打印機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)，已獲得初步結(jié)果并得到企業(yè)技術(shù)人員的認(rèn)可。同時(shí)本專業(yè)學(xué)生獲得國(guó)家級(jí)/省部級(jí)等機(jī)械創(chuàng)新大賽獎(jiǎng)勵(lì)30余項(xiàng)，其中不乏一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)等。

3 結(jié)束語(yǔ)

為了使機(jī)械原理課程體系教學(xué)效果能良好地持續(xù)，以及學(xué)生在“學(xué)”上改革和老師在“教”上獲得更好的質(zhì)量，本課程體系基于教改內(nèi)容以開環(huán)與閉環(huán)相結(jié)合的方式進(jìn)行進(jìn)一步提煉與優(yōu)化，逐步修改與調(diào)整，逐漸減少講授、實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)實(shí)施中出現(xiàn)的問(wèn)題；與兄弟院校該課程體系講授教師進(jìn)行溝通與交流，互相吸取優(yōu)秀的教學(xué)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并共享，并賦予實(shí)施中。經(jīng)過(guò)數(shù)次教學(xué)循環(huán)后引導(dǎo)學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、選擇設(shè)備、自我管理實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)實(shí)踐、自我完成實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)，同時(shí)融入課程思政內(nèi)容，以此逐步實(shí)現(xiàn)“以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心，教師為引導(dǎo)”的可持續(xù)改進(jìn)的教學(xué)新模式。

[1] 宋憲臣,黃偉莉,林亮華,等.工程認(rèn)證背景下“機(jī)械原理”課程“線上+線下”混合式教學(xué)研究[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版). 2022,41(1):76-78,96.

[2] 葉雨婷.教育部高等教育司司長(zhǎng)吳巖:打造“金?！薄敖鹫n”,鍛造中國(guó)“金師”[N].中國(guó)青年報(bào),2022-08-08 (5).

[3] 鄭華林,李炳林,李本杰,等.線上線下混合“金課”教學(xué)模式研究與實(shí)踐:以機(jī)械制造基礎(chǔ)課程為例[J].高教學(xué)刊.2022,8(21): 25-28.

[4] 李志剛,賈慧芳,張文亮,等.給定運(yùn)動(dòng)軌跡的連桿機(jī)構(gòu)新型設(shè)計(jì)方法[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2013(11):47-49.

[5] 單泉,陳硯,馬廉潔.TRIZ理論在機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].高教學(xué)刊,2022(22):144-147.

[6] 趙福群.多操作模式折展機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及性能分析[D].北京:北京交通大學(xué),2021.

Reform and Exploration of Mechanical Principle System under the Background of First-class Courses —Take Hebei University as an Example

WANG Qing1,2, DONG Xiaoping1,2, YANG Liying1,2, WANG Cuibiao1,3, SUN Hui1,3

( 1.College of Quality and Technical Supervision, Hebei University, Baoding 071002, China; 2.Hebei New EnergyVehicle Power System Lightweight Technology Innovation Center (Under Preparation), Baoding 071002, China;3.Baoding New Energy Vehicle Power Engineering Technology Research Center, Baoding 071002, China )

The "Double 10000 Plan" implemented by the Ministry of Education for undergraduates in colleges and universities promotes the reform of curriculum content and teaching in colleges and universities. For this reason, the author combines many years of teaching experience and takes the mechanical principle course system as an example to explore the teaching mode that conforms to the "golden course, golden teacher and golden student". This paper first analyzes the students' learning situation and the characteristics of the curriculum. Based on this, the course system content has been combined, optimized and modularized. By means of student team cooperation, online and offline combination or seamless switching, pushing literature and video with the help of library full-text database, public account, video number and other ways, and taking competition as an opportunity to cultivate top students, teaching can be carried out from point to area, leading students to actively participate in teaching activities. Based on the above, it is helpful to improve students' ability of structural design and analysis and to tap students' ability of self-driving learning, so as to achieve the goal of preliminary design and solve complex mechanical structure engineering problems. This provides practical teaching experience for transfer to other courses, and has practical significance for teaching research.

Mechanical principle; Self-driven learning; Practical teaching; Curriculum system

G623

A

1671-7988(2023)11-192-04

王青（1966－），女，碩士，副教授，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)及機(jī)構(gòu)學(xué)研究及教學(xué)探索，E-mail:lucy-wq163.com。

本文依托項(xiàng)目為河北大學(xué)第九批教學(xué)改革研究項(xiàng)目（XJGYB078、XJGYB077）、河北大學(xué)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督學(xué)院第二批教學(xué)改革研究項(xiàng)目：基于慧魚模型的以比賽為導(dǎo)向的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革魚探索；基于學(xué)生科技創(chuàng)新競(jìng)賽的實(shí)踐教學(xué)改革與探索——以《金工實(shí)習(xí)》為例。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.011.036