機(jī)械原理課程思政教學(xué)改革探索與實(shí)踐

0 引言

《中國制造2025》提出了將我國從制造大國轉(zhuǎn)變?yōu)橹圃鞆?qiáng)國的明確目標(biāo)。隨著“三步走”戰(zhàn)略的推進(jìn)，我國迫切需求自主創(chuàng)新、綠色發(fā)展、智能制造等方面的優(yōu)秀人才[]。當(dāng)前，為適應(yīng)時代需求，新工科建設(shè)成為推動工程教育創(chuàng)新的重要戰(zhàn)略舉措，旨在培養(yǎng)具備新型產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的工科專業(yè)人才[2]。為了滿足智能制造工程、機(jī)械電子工程等新工科專業(yè)跨學(xué)科、重實(shí)踐、強(qiáng)創(chuàng)新的人才培養(yǎng)目標(biāo)，專業(yè)核心課程和方向課程的教學(xué)改革勢在必行。機(jī)械原理是機(jī)械類和近機(jī)械類專業(yè)的一門核心專業(yè)基礎(chǔ)課程，與時俱進(jìn)的課程改革和內(nèi)涵式建設(shè)是實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心具備“兩性一度”金課目標(biāo)的重中之重，也是完善新工科專業(yè)育人體系的重要支撐[3-4]。

近年來，各大高校教師針對課程開展了教學(xué)改革。一方面，立德樹人是教育的核心環(huán)節(jié)，課程思政建設(shè)在人才培養(yǎng)中舉足輕重。李振宇等[5對新工科建設(shè)中機(jī)械類課程思政教育提出了思政元素挖掘、融入和評價等實(shí)施策略。葉妮佳[將思政元素融入機(jī)械原理課程，從理論、實(shí)驗(yàn)到三級項(xiàng)目通過線上線下授課、開展討論、案例分析等舉措，將思政元素滲透至教學(xué)環(huán)節(jié)。劉春輝等[設(shè)計(jì)了工程案例并融入思政元素，課程思政貫穿思政點(diǎn)的融入、問題引導(dǎo)、分析過程和解決方法等教學(xué)環(huán)節(jié)。

另一方面，隨著互聯(lián)網(wǎng)和人工智能的發(fā)展，教學(xué)手段的創(chuàng)新是實(shí)現(xiàn)教學(xué)改革的重要途徑。李堅(jiān)等[8]基于“互聯(lián)網(wǎng)+”和智能制造的現(xiàn)實(shí)需求，采用共享課堂、混合教學(xué)設(shè)計(jì)、競賽和科研激勵的方式開展教學(xué)改革。古妮娜等[9采用項(xiàng)目任務(wù)和學(xué)科競賽雙核驅(qū)動，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容、豐富教學(xué)活動、重建評價體系，在MOOC、學(xué)習(xí)通、大學(xué)生實(shí)踐基地等多平臺資源的支持下，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)課堂在時間和空間維度上的外延。于靖軍等[10]通過理論與實(shí)踐結(jié)合、經(jīng)典與前沿結(jié)合、科學(xué)與工程結(jié)合，從分析仿真、性能評價和創(chuàng)新設(shè)計(jì)三個層次挖掘機(jī)械原理課程的重要知識點(diǎn)并對學(xué)生進(jìn)行高階思維訓(xùn)練。

上述改革主要圍繞課程思政協(xié)同育人、借助網(wǎng)絡(luò)平臺開展混合式教學(xué)、利用項(xiàng)目任務(wù)或?qū)W科競賽驅(qū)動教學(xué)創(chuàng)新、采用案例引導(dǎo)分析討論等激發(fā)教學(xué)主體主動性進(jìn)行，改革者的思考和措施都具備足夠的借鑒性。但是，改革中仍然存在一些問題：1）課程思政的融入和知識內(nèi)容呈現(xiàn)“兩張皮”現(xiàn)象，如穿插突兀的古詩詞、名人名言等；2）高階案例與知識內(nèi)容銜接設(shè)計(jì)欠缺，如案例僅作引入，與教材知識相對獨(dú)立；3）針對學(xué)生設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)度課堂不夠全面，豐富的網(wǎng)絡(luò)平臺并不能與良好的學(xué)習(xí)效果等價。

基于當(dāng)前機(jī)械原理課程教學(xué)改革現(xiàn)狀和進(jìn)展，機(jī)械原理教研室經(jīng)過近十年的探索和實(shí)踐，通過分析教學(xué)痛點(diǎn)，從教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)策略、教學(xué)方法和評價模式五個角度開展課程改革和內(nèi)涵式建設(shè)，提出學(xué)科交叉思政案例貫穿的“理論一實(shí)踐一創(chuàng)新”教學(xué)改革模式，促進(jìn)了以學(xué)生為中心，同時具備“兩性一度”的金課建設(shè)。

1機(jī)械原理教學(xué)中存在的痛點(diǎn)

在機(jī)械類專業(yè)培養(yǎng)體系中，機(jī)械原理課程是銜接基礎(chǔ)課和專業(yè)課的橋梁，因此，機(jī)械原理的教學(xué)不僅需要培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)械綜合分析和設(shè)計(jì)能力，還需肩負(fù)起培養(yǎng)創(chuàng)新能力、工程實(shí)踐能力和工程師素養(yǎng)的責(zé)任。但是，在授課過程中，機(jī)械原理教學(xué)存在著課程知識的價值認(rèn)同度低、創(chuàng)新期望與能力不足的矛盾和參與式課堂成效欠佳三大痛點(diǎn)?；诖?，結(jié)合當(dāng)代學(xué)生多樣化和差異性的特點(diǎn)，提出通過設(shè)計(jì)學(xué)科交叉思政案例，梳理專業(yè)知識體系，輔助學(xué)生健全知識圖譜，凸顯專業(yè)知識的重要性；建立課內(nèi)外和校內(nèi)外育人機(jī)制，以創(chuàng)新需求為引導(dǎo)，提升高需求學(xué)生的比例，化解創(chuàng)新期望和能力不足之間的矛盾；精心設(shè)計(jì)含反饋的F（Feedback）-BOPPPS教學(xué)課堂，通過高效課堂設(shè)計(jì)，提高參與式課堂上能力培養(yǎng)和素質(zhì)塑造的成效。

2教學(xué)改革理念與框架

改革中，秉承立德樹人的育人宗旨，結(jié)合課程內(nèi)容、學(xué)生特點(diǎn)和創(chuàng)新人才培養(yǎng)需求，以學(xué)生為中心，重構(gòu)學(xué)科交叉案例全貫穿的知識體系，創(chuàng)造性地在“理論一實(shí)踐一創(chuàng)新”模式驅(qū)動下，完善教學(xué)策略和評價機(jī)制，高質(zhì)量地實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)。

首先，以課程思政引領(lǐng)，利用精心設(shè)計(jì)蘊(yùn)含學(xué)科交叉元素的思政案例重構(gòu)知識圖譜，形成“知識一能力一素養(yǎng)”三譜合一的課程圖譜，從專業(yè)價值引領(lǐng)的角度提高學(xué)生對專業(yè)知識價值的認(rèn)同；其次，通過成果導(dǎo)向，落實(shí)科教賽創(chuàng)等實(shí)踐項(xiàng)目的實(shí)施，提高學(xué)生的協(xié)作創(chuàng)新能力，縫合學(xué)生創(chuàng)新期望和能力之間的差距；再次，設(shè)計(jì)全貫穿的F-BOPPPS參與式課堂，將“兩性一度”的元素注入課堂，在提高課堂參與度的同時，通過課上表現(xiàn)評價提高和檢驗(yàn)課堂參與成效；最后，通過過程性評價機(jī)制融合剛?cè)岵?jì)的課內(nèi)外考評機(jī)制，建立知識的客觀評價和能力、素養(yǎng)的主客觀評價的多元化綜合評價模式。

3學(xué)科交叉課程思政案例設(shè)計(jì)與實(shí)施

3.1學(xué)科交叉案例重構(gòu)知識圖譜

案例教學(xué)法是機(jī)械原理教學(xué)中常用且有效的方法。經(jīng)典的教學(xué)內(nèi)容嫁接上精心設(shè)計(jì)的案例，可以啟迪學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)思維，發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造能力，輔助學(xué)生挖掘?qū)I(yè)價值。筆者在機(jī)械原理課程教學(xué)中，精心設(shè)計(jì)了10項(xiàng)具備學(xué)科交叉特色的思政案例，將課程中的專業(yè)知識與歷史、健康、生物、航天、醫(yī)療、流體、能源、生活和實(shí)踐活動交融起來，實(shí)現(xiàn)知識價值的引領(lǐng)，如圖1所示。學(xué)生從案例分析或需求出發(fā)，以發(fā)現(xiàn)問題、解釋問題、尋找辦法、解決問題的思路，獲得課程知識和提升實(shí)踐能力。高階性的案例設(shè)計(jì)不僅保證了課堂知識的新穎性，而且提升了學(xué)生對專業(yè)知識的價值認(rèn)同。

以平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)為例，通過設(shè)計(jì)“機(jī)械 + 醫(yī)療”的案例，將疫苗的封蓋機(jī)構(gòu)作為研究對象貫穿機(jī)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)的全過程，如圖2所示。1）通過注射疫苗的生活常識，引導(dǎo)學(xué)生思考機(jī)械學(xué)科如何助力醫(yī)藥生產(chǎn)，通過生命健康體現(xiàn)專業(yè)價值。2）通過疫苗封盒生產(chǎn)線，讓學(xué)生觀察疫苗生產(chǎn)線上的封盒機(jī)構(gòu)，繪制封盒機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。3）通過引學(xué)的方式帶領(lǐng)學(xué)生分析鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本特性，如存在曲柄的條件、急回特性、傳動角、死點(diǎn)等。4）學(xué)生通過分組自學(xué)的方式分析曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的基本特性。5）提高設(shè)計(jì)需求：正常疫苗封蓋生產(chǎn)線采用的是兩側(cè)對稱封蓋，如何設(shè)計(jì)一個原動件驅(qū)動下的連桿傳動鏈并滿足同步性要求？6）以討論和拓展的形式發(fā)布任務(wù)，學(xué)生小組提供設(shè)計(jì)方案。

3.2課程思政牽引塑造高效課堂

1）在案例全貫穿的知識體系中，通過案例中融入的思政元素塑造學(xué)生的工程意識和專業(yè)使命感，培養(yǎng)其愛國情懷和責(zé)任意識。例如：學(xué)習(xí)緒論時，由我國機(jī)械發(fā)展史強(qiáng)化學(xué)生的文化自信和民族自信；在奶茶封蓋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)討論中培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的思維；在仿生鳥翅膀運(yùn)動分析和工程訓(xùn)練競賽中塑造學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)造力；通過航空航天和疫苗生產(chǎn)線的討論，幫助學(xué)生樹立強(qiáng)國有我和科技報(bào)國的信念，等等。案例中蘊(yùn)含的思政元素能夠深層次地觸動學(xué)生的內(nèi)心，喚起他們的主觀能動性，實(shí)現(xiàn)無聲鑄魂育人。

2）構(gòu)建新型課堂教學(xué)組織方式，多元并舉改革課堂教法與學(xué)法。結(jié)合融入思政元素的教學(xué)案例，綜合采用 F-BOPPPS+ 多教學(xué)法融合的模式建設(shè)高階課堂。例如，在齒輪系及其設(shè)計(jì)章節(jié)，通過“機(jī)械 + 能源”的案例將課堂的知識和能力目標(biāo)滲透于教學(xué)環(huán)節(jié)。通過案例和任務(wù)的教學(xué)環(huán)節(jié)層層設(shè)計(jì)，如課前測試、問題驅(qū)動、講練結(jié)合、開展討論等教學(xué)環(huán)節(jié)，尤其是通過兩重身份（公民和工程師）的設(shè)定，讓學(xué)生的思想和行動在課上同時“忙”起來，提高課堂上學(xué)生的參與成效，強(qiáng)化理論價值育人。

3）帶著創(chuàng)意進(jìn)課堂，讓學(xué)生進(jìn)發(fā)靈感。任課教師把創(chuàng)意需求帶到課堂，如折疊傘的傘面收齊器、瓷磚鋪設(shè)機(jī)、老破小電梯改造新創(chuàng)意、軸傳動變速自行車、凸輪反轉(zhuǎn)法的實(shí)驗(yàn)裝置這些新的靈感會形成創(chuàng)意方案，被學(xué)生作為校級、省級或國家級創(chuàng)新大賽方案，落實(shí)實(shí)踐創(chuàng)新育人。

3.3實(shí)踐成果導(dǎo)向匹配學(xué)生創(chuàng)新期望

1）為激發(fā)學(xué)生的自學(xué)能力和主觀能動性，通過內(nèi)設(shè)實(shí)踐項(xiàng)目、外聯(lián)科教創(chuàng)賽，多管齊下激活課外實(shí)踐。以產(chǎn)出為導(dǎo)向，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源、科技活動、科研項(xiàng)目、學(xué)科競賽、創(chuàng)新訓(xùn)練等，讓學(xué)生行動忙起來、思維活起來、精神面貌好起來。以成果作為激勵，以科教創(chuàng)賽為牽引，喚醒學(xué)生的內(nèi)驅(qū)力。2）組建創(chuàng)新實(shí)踐團(tuán)隊(duì)。充分考慮專業(yè)知識架構(gòu)和實(shí)踐育人的軟硬件需求，在教師團(tuán)隊(duì)的帶領(lǐng)下，建立以工程訓(xùn)練競賽和機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽為依托的學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。在實(shí)踐創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)中組建優(yōu)秀學(xué)長后援團(tuán)，讓學(xué)生在創(chuàng)新實(shí)踐過程中能夠及時獲得幫助，堅(jiān)定持續(xù)學(xué)習(xí)的信念。

3.4多元評價體系支撐教學(xué)目標(biāo)

構(gòu)建課內(nèi)外、理實(shí)創(chuàng)多方評價機(jī)制，進(jìn)行課堂上的全過程教學(xué)評價和課外實(shí)踐創(chuàng)新的綜合評價，以剛?cè)岵?jì)的措施實(shí)現(xiàn)全過程的知識、能力、素養(yǎng)多方評價。

1）課堂上全過程性剛性評價。結(jié)合F-BOPPPS模式的參與式課堂各環(huán)節(jié)，設(shè)置課堂表現(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)平臺的得分，并進(jìn)行階段性的期中測試和期末測試，強(qiáng)化對學(xué)生知識和能力的剛性評價。

2）課內(nèi)外項(xiàng)目的柔性綜合評價。以工程實(shí)踐項(xiàng)目、學(xué)科競賽、創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目為驅(qū)使，評價學(xué)生的實(shí)踐能力和工程素養(yǎng)，以獎勵加分的形式鼓勵學(xué)生積極參與。

4結(jié)束語

在課程思政牽引下，通過學(xué)科交叉案例設(shè)計(jì)與實(shí)施，幫助學(xué)生從多角度、多方位認(rèn)識“機(jī)械+”的世界，打開學(xué)生的專業(yè)思維，提升學(xué)生對專業(yè)價值的認(rèn)同，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)情感，把學(xué)生引向樂學(xué)之路。思政牽引和成果導(dǎo)向的教學(xué)策略，不僅培養(yǎng)了學(xué)生的機(jī)械創(chuàng)新思維、團(tuán)隊(duì)合作能力、表達(dá)溝通能力，而且顯著提升了學(xué)生的實(shí)踐能力與專業(yè)素養(yǎng)。

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