基于PBL科技創新實踐的機械原理教學模式研究

徐向陽　董紹江　曹源文　潘雪嬌

摘 要：機械原理課程是機械專業卓越工程師培養的骨干課程。該文從機械原理理論教學與PBL教學的科技創新實踐相結合的角度，結合交通機械類大學生的機械原理學習實際情況，探討目前國內高校機械原理理論教學與PBL創新實踐相結合的可行性，提出具體的結合措施以實現學生PBL科技創新培養與機械原理課程學習二者之間的融合，達到提高交通機械類專業的機械原理課程教學效果之目的。研究成果對交通機械類專業的卓越工程師培養具有積極意義。

關鍵詞：機械原理教學 PBL科技創新 實踐訓練 卓越工程師 素質培養

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（a）-0231-02

當代世界各國競爭的核心是創新型人才的競爭，世界各國均在制定本國的工程創新型人才發展策略，美國提出加強科學、工程和技術教育，引領世界創新的國家戰略，歐盟提出三項大型工程教育改革計劃，日本也把發展創新型工程教育作為實現經濟持續增長的重要措施以確保競爭優勢。我國提出的中國制造2025以及“卓越工程師教育培養計劃”要求高校注重培養學生的實踐能力、設計能力、創新能力和綜合素質[1]。大學機械原理課程是機械專業卓越工程師培養的骨干課程，也是后繼其他機械類課程的基礎。PBL（提出問題型教學）是一種基于問題的教學，是通過發現并解決問題的模式達到理論課學習的目的。而以“挑戰杯”為代表的各類大學生課外科技創新實踐活動正可作為機械原理理論教學與PBL科技創新實踐相結合的嘗試載體，為探索目前培養大學學生科技創新能力的有效途徑提供優良的研究樣本。

1 機械原理教學和PBL科技創新實踐結合的可行性分析

從學生開展PBL實踐的硬件設施可行性來看，目前高校的實驗室條件可較高程度滿足PBL科技創新實踐。目前開設有機械類專業的高校均建有綜合實驗實驗室、工程實訓中心等必要的教學實驗室，可為學生開展各類科技實踐活動提供所需的實驗場所及硬件條件。它們不僅具有實驗教學的功能，而且具有開展科技創新實踐的條件，因此，它們是學生開展PBL教學的科技創新活動的最佳場所。

從學生的學習階段與空閑時間來看，基于“機械原理”課程的PBL科技創新實踐活動是本科生的最佳選擇。這是因為機械原理課程均開在大二、大三階段，而學生在大一階段由于缺乏必要的理論知識和實踐技能而難以開展科技創新實踐活動，大四學習階段又需要花費大部分精力找工作或考研。因此，大二、大三的學生最適合進行科技創新實踐活動，既具有一定的專業知識，又具有較多的閑余時間。從重慶交通大學機械專業調查結果來看，有70%多的大二、大三被調查學生認為有充足知識儲備和充裕時間來開展科技創新實踐活動，其中卓越工程師班更是有95%以上的學生愿意參加。

從學校現有資金條件來看，機械原理與PBL科技創新實踐結合的教改活動是現有資金支持力度下的最佳選擇。這是因為目前國內高校的教學改革資金支持力度與其他學校建設相比普遍較少。充分利用現有資金支持力度及現有設施條件是進行教改創新成敗的關鍵。把機械原理教學和學生PBL教學的科技創新實踐活動相結合，在充分利用現有資金支持力度與學校現有實驗室條件的基礎上，既能完成學生的創新實踐活動，又能起到通過PBL創新實踐完成機械原理理論課程教學。

2 機械原理教學和PBL科技創新實踐結合的具體措施

結合交通機械類專業機械原理教學要求及教學特點，可從以下幾方面措施開展PBL創新實踐下的機械原理理論課教學。

在教學大綱的框架內，根據專業培養特色，有針對性的對機械原理課程，以實踐和工程應用為目標，依據“基礎、必需”的原則，精簡繁雜的理論分析、公式推導，力求設計方法簡明實用，著重突出應用性、實用性，并增加了交通機械類典型設備所學的基本設計、使用與維護方面的常識和PBL創新基礎等新知識。

在教學內容上適當做出調整，引進先進的PBL問題型教學方法。目前機械原理教材的教學內容仍然以傳統知識介紹為主，學生在上課的過程中會對所學知識產生疑慮，產生所學都是過時知識的感覺。為改變學生對課程的疑慮，在教學中需結合具體教學內容和不同專業后續課程介紹一些相關的現代較流行的機械原理相關內容，如，工程機械機構創新、計算機優化技術、綠色設計等等，以提高學生的學習興趣、開拓學生的視野，加強課程的吸引力。

通過學生項目引導PBL創新實踐。目前高校均設置有各類實驗室課程教學建設或學生創新實踐項目，結合該校的專業特點與機械原理課程實踐的需要，有針對性的設置一些學生創新項目。比如：當機械原理中典型的桿件和傳動件及機構運動系統缺乏時，可相應設立“機械原理實驗教學儀器創新項目”，組織學生根據機械原理課程需要，在老師指導下針對相關教學實驗儀器自己申報并開展課題研究。在滿足學校機械原理教學設備需要的同時，培養學生的創新思維能力，加深卓越工程師教育培養的深度。

形成幫帶效應的創新氛圍，并起到榜樣作用。學院應把專業背景相同的教師、研究生、本科生組織到一起，開展師生“專業小組”的學術交流、創新結對，形成幫帶效應，使學生積極地參與PBL科技創新活動。卓越班學生在自信心、榮譽感方面具有較強的自我意識，應充分調動學生積極性，使機械原理課的學生在機械創新能力方面保持較高的參與率，同時組織由教授與任課教師帶隊為學生進行專業培訓指導，提高其綜合創新素質，并為其他班級起到很好地帶頭作用。

充分利用校內外實踐活動基地。合理利用校內外的實踐基地，一方面可以提高現有設施利用率；另一方面可以避免重復投入。各高校的機械類校內外實踐基地都帶有較強的該校專業背景，重新投入勢必造成浪費，而且資金也不允許。因此，合理利用現有設施與現有實驗條件開展基于PBL的創新實踐的機械原理教學模式研究，是保障教學改革成敗的關鍵。充分利用現有條件，讓學生在現有專業實驗室或創新基地中利用科技創新完成機械原理學習，達到機械原理課程高效教學的目的。

3 結語

該文根據交通機械類卓越工程師工程素質培養的需要，通過以“挑戰杯”為代表的各種大學生競賽活動，把PBL科技創新實踐與機械原理理論進行有機結合，起到以工程問題為導向的理論課創新教學模式，并借鑒國外PBL先進教學經驗與做法，結合國內高校實際情況，研究基于PBL科技創新實踐的機械原理教學改革的可行性，并探討把機械原理實驗教學和學生PBL教學的科技創新實踐活動相結合的具體有效措施，對交通機械專業的卓越工程師培養具有重要的積極意義。

參考文獻

[1] 林健.“卓越工程師教育培養計劃”通用標準研制[J].高等工程教育研究，2010（4）：21-28.

[2] E. Tempelman and A.Pilot. Strengthening the link between theory and practice in teaching design engineering：an empirical study on a new approach[J].Int J Technol Des Educ 2011（21）：261-275.

[3] Bridget Bero and Alana Kuhlman.Teaching Ethics to Engineers：Ethical Decision Making Parallels the Engineering Design Process[J]. Sci Eng Ethics，2011（17）：597-605.