基于工程教育專業(yè)認(rèn)證的“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”教學(xué)方法探索

羅曉蘭++張鳳麗++張仕民

以工程專業(yè)認(rèn)證為標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合工程專業(yè)認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)中對高等工科學(xué)生的12條畢業(yè)要求，從“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的教學(xué)方法改革入手，通過讓學(xué)生明確所學(xué)知識的應(yīng)用方向，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的方式，構(gòu)建“以學(xué)生為本”的教學(xué)形態(tài)；通過引入機(jī)構(gòu)的功能性、效率性及經(jīng)濟(jì)性等條件，以“機(jī)構(gòu)組合和創(chuàng)新設(shè)計(jì)”為主題，創(chuàng)建多層次的工程實(shí)踐教學(xué)平臺；通過有針對性地引入科研項(xiàng)目為綜合訓(xùn)練模式和多元化的課程考核評價(jià)方式，探索工程教育與創(chuàng)新教育并重的“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的新教學(xué)方法。

專業(yè)認(rèn)證機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)高等工程技術(shù)人才教學(xué)方法我國于2013年6月19日獲得《華盛頓協(xié)議》全會全票通過，成為該協(xié)議第21個(gè)成員（預(yù)備成員）。加入《華盛頓協(xié)議》，表明我國高等工程教育專業(yè)認(rèn)證工作將成為今后高等工程教育的工作重點(diǎn)。其主要目的就是為經(jīng)過我國專業(yè)認(rèn)證的工程類學(xué)生走向世界提供國際質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的“通行證”，為我國實(shí)施職業(yè)工程師制度打下基礎(chǔ)，為我國職業(yè)工程師的國際流動打下基礎(chǔ)，為我國制造業(yè)總體實(shí)力和國際競爭力提升打下基礎(chǔ)。

“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程是機(jī)械及相關(guān)專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門多學(xué)科復(fù)合，工程實(shí)踐很強(qiáng)、涉及面很廣的課程。它在培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)械綜合設(shè)計(jì)能力和提高學(xué)生解決工程實(shí)際問題、工程創(chuàng)新能力方面，特別是在專業(yè)認(rèn)證要求的強(qiáng)化工程實(shí)踐訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程實(shí)際問題的訓(xùn)練中占有十分重要的地位。但現(xiàn)行的“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”教學(xué)模式已不能適應(yīng)新形勢的發(fā)展，主要表現(xiàn)在：

1.以理論教學(xué)為主旨，缺少對學(xué)生應(yīng)用本學(xué)科知識進(jìn)行解決工程問題能力的培養(yǎng)。

2.課程教學(xué)總是以教師為核心，學(xué)生被動聽課，特別是由于學(xué)生學(xué)習(xí)過程中，不知道課程知識用于何處，造成學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)主動性，教學(xué)效率不高。

3.在課堂學(xué)時(shí)和實(shí)驗(yàn)條件的限制下，學(xué)生缺少實(shí)際操作的機(jī)會，限制了學(xué)生解決工程問題能力和創(chuàng)新能力的提高。所有這些都與專業(yè)認(rèn)證要求的，培養(yǎng)學(xué)生具有理解和評價(jià)工程領(lǐng)域內(nèi)復(fù)雜工程問題的能力的要求存在很大差距。因此，提高“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課堂教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)高等工程專業(yè)人才的培養(yǎng)，必須對現(xiàn)行的課程教學(xué)方法進(jìn)行改革。通過基于滿足專業(yè)認(rèn)證要求的教學(xué)方式的探索，努力引導(dǎo)學(xué)生個(gè)性思考、自主學(xué)習(xí)，在教師精心組織的工程案例和工程設(shè)計(jì)方法引導(dǎo)下，培養(yǎng)掌握機(jī)械工程的基本理論、設(shè)計(jì)方法和基本技能的工程技術(shù)人才。

一、以專業(yè)認(rèn)證要求為目標(biāo)，構(gòu)建“以學(xué)生為本”的教學(xué)形態(tài)

教學(xué)的根本目的是為了學(xué)生更好地學(xué)。因此，在課程教學(xué)中，教師必須創(chuàng)造條件，努力引導(dǎo)學(xué)生建立起課程知識與工程實(shí)踐或工程復(fù)雜問題之間的聯(lián)系，讓學(xué)生明確所學(xué)知識的應(yīng)用方向，通過明確的工程應(yīng)用目的，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。為此，課堂上教師充當(dāng)“導(dǎo)演”，讓學(xué)生成為“主角”，通過精心設(shè)計(jì)課堂情景，以提問、討論等互動方式，引導(dǎo)學(xué)生通過探求、分析、辨析等手段，消化知識，應(yīng)用知識及形成解決工程問題的思路。

例如，在講解“曲柄存在條件”“四連桿機(jī)構(gòu)急回特性”等基礎(chǔ)知識時(shí)，將其運(yùn)動機(jī)構(gòu)與工程實(shí)際當(dāng)中的活塞壓縮機(jī)運(yùn)動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)床工作行程設(shè)計(jì)等工程問題相聯(lián)系。通過討論、提問及學(xué)生課下查找資料并撰寫小論文的形式，解剖兩、三種常見工程機(jī)械的運(yùn)動機(jī)構(gòu)；將這些工程機(jī)械通過與“曲柄存在條件”和“急回特性”等知識點(diǎn)相聯(lián)系，講解機(jī)構(gòu)工作行程和機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思路、方法。這種教學(xué)方式一方面，讓學(xué)生明確所學(xué)知識的應(yīng)用方向，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；另一方面，通過將本章知識與工程問題有機(jī)結(jié)合，拓展學(xué)生解決工程問題的視野、活躍學(xué)生思維，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生解決工程問題能力的目的。

二、以自主學(xué)習(xí)為目標(biāo)，創(chuàng)建多層次的工程實(shí)踐教學(xué)平臺

按照專業(yè)認(rèn)證的畢業(yè)要求，學(xué)生除了必須具備利用專業(yè)知識解決復(fù)雜工程問題的能力，還必須具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識，有不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力。為此，以課程教學(xué)內(nèi)容為引導(dǎo)，激勵(lì)學(xué)生養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)的能力就具有深遠(yuǎn)的意義。所謂自主學(xué)習(xí)，就是學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，通過獨(dú)立地分析、探索、實(shí)踐、創(chuàng)造等方法來實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)。因此，教師在完成基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)之外，必須構(gòu)建學(xué)生自主學(xué)習(xí)的平臺，并通過這個(gè)平臺教會學(xué)生自主學(xué)習(xí)的方法，并通過自主學(xué)習(xí)讓學(xué)生嘗到自主分析、探索、實(shí)踐、創(chuàng)造的樂趣。

第一，可以通過“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”教學(xué)平臺，以“傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)”不同背景為題目，將課程中的“傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)”與工程問題緊密結(jié)合，從工程問題中的不同需求如功能性、效率性及經(jīng)濟(jì)性等各個(gè)方向提供“傳動機(jī)構(gòu)”的不同設(shè)計(jì)思路，營造出“設(shè)計(jì)”沒有標(biāo)準(zhǔn)答案的實(shí)際案例，激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲和積極的自主學(xué)習(xí)心態(tài)。

第二，注重“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的改革和提升，有針對性地設(shè)計(jì)與工程知識相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)大綱、訓(xùn)練計(jì)劃、訓(xùn)練方式和訓(xùn)練手段等，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的建設(shè)，強(qiáng)化學(xué)生工程能力、創(chuàng)新能力和自主學(xué)習(xí)意識的培養(yǎng)。如通過“機(jī)構(gòu)的組合和創(chuàng)新設(shè)計(jì)”實(shí)驗(yàn)，一方面，強(qiáng)化學(xué)生對常用傳動機(jī)構(gòu)傳動原理和設(shè)計(jì)方法等課程大綱要求的基本知識和基本概念的理解；另一方面，通過不同的工程設(shè)計(jì)條件，再加上傳動效率，機(jī)械動力學(xué)、經(jīng)濟(jì)性等工程條件，讓學(xué)生自主搭建不同功能要求所需“組合機(jī)構(gòu)”，并對此“組合機(jī)構(gòu)”進(jìn)行相關(guān)性能分析。以此培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)和實(shí)踐創(chuàng)新能力更好地實(shí)現(xiàn)青年學(xué)生的精神追求和自身價(jià)值，多層次構(gòu)建培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的工程實(shí)踐教學(xué)平臺。

三、以科研項(xiàng)目為引領(lǐng)作用，構(gòu)建培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的教學(xué)模式

專業(yè)認(rèn)證的主要建設(shè)思路之一就是加強(qiáng)高等工科教育應(yīng)用基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識解決領(lǐng)域內(nèi)復(fù)雜工程問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識，創(chuàng)新能力，使學(xué)生具有組織管理能力、表達(dá)能力和人際交往能力、終身學(xué)習(xí)能力、國際視野和跨文化的交流、競爭與合作的能力等工程基本能力和創(chuàng)新素質(zhì)。有意識有目地將科研課題引入課堂，是培養(yǎng)上述專業(yè)認(rèn)證要求能力和素質(zhì)的很好途徑。因?yàn)榭蒲姓n題具有密切結(jié)合工程實(shí)際，解決的是復(fù)雜的工程技術(shù)大問題，科研課題的答案是未知的，而且科研課題的研究內(nèi)容或研究成果又是當(dāng)今科技發(fā)展的前沿。因此，可以利用科研課題的這些特點(diǎn)，構(gòu)建培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力新的教學(xué)模式。

為此，在組織“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”教學(xué)內(nèi)容中，在講解課程大綱要求的基礎(chǔ)知識的同時(shí)，有目的有針對性地將相關(guān)的科研課題或?qū)嶋H案例引入教學(xué)中。比如，在講解“錐齒輪傳動機(jī)構(gòu)”這章節(jié)時(shí)，將“錐齒輪傳動機(jī)構(gòu)”與國家“十二五”重大科技專項(xiàng)“深水水下管匯連接器”中連接器的“二次鎖緊裝置”結(jié)合起來。通過布置學(xué)生課后查找資料，課堂小組討論，教師引導(dǎo)等方式，首先可以啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行開放式思維，尋找如何將錐齒輪傳動應(yīng)用于“二次鎖緊機(jī)構(gòu)”的思路和方法，以達(dá)到提高學(xué)生應(yīng)用基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識解決領(lǐng)域內(nèi)復(fù)雜工程問題的能力。其次，在英文資料查閱、小組討論和課堂啟發(fā)互動環(huán)節(jié)中，可以綜合培養(yǎng)學(xué)生組織管理能力、表達(dá)能力、國際視野和跨文化的交流能力。最后，可以通過科研項(xiàng)目的引導(dǎo)，激發(fā)出學(xué)生運(yùn)用聯(lián)想、猜想、推理等拓展性思路，從問題的多個(gè)角度，多個(gè)層次進(jìn)行思考。培養(yǎng)學(xué)生縱向、橫向的靈活思維方式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和演繹推理能力，實(shí)現(xiàn)課程基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)朝創(chuàng)新能力培養(yǎng)這個(gè)高層次跨越。

四、以教學(xué)評價(jià)多元性為基礎(chǔ)，構(gòu)建合理的課程考核體系

在本科專業(yè)認(rèn)證的引領(lǐng)下，在新的高等工科教育改革的形勢下，以一張考卷分?jǐn)?shù)作為學(xué)生學(xué)習(xí)能力的唯一考核標(biāo)準(zhǔn)，顯然是不合適的。因?yàn)椋粡埧季碇荒芸己藢W(xué)生對教學(xué)大綱要求的基本概念和基本知識的掌握情況，不能準(zhǔn)確反映專業(yè)認(rèn)證要求的解決復(fù)雜工程問題的工程和創(chuàng)新能力，更不能準(zhǔn)確反映學(xué)生的管理能力、表達(dá)能力和交流能力。而且這樣的考核方式，時(shí)間長了學(xué)生會把重心用于追求分?jǐn)?shù)上，只重視課本中有考點(diǎn)的基本概念和基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，忽略如工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力等其他能力的培養(yǎng)。為此，構(gòu)建合理的課程考核體系，對促進(jìn)專業(yè)認(rèn)證目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，促進(jìn)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和工程素質(zhì)的達(dá)成具有重要意義。

課程考核評價(jià)體系除了側(cè)重對基礎(chǔ)知識、基本原理的記憶與再現(xiàn)的考試內(nèi)容，還應(yīng)該體現(xiàn)學(xué)生獨(dú)立思考和創(chuàng)新性能力的考核。所以，根據(jù)“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的特點(diǎn)，最終的考試成績的構(gòu)成可以采取“平時(shí)成績+創(chuàng)新活動+課程大作業(yè)+期末考試”的方式。其中平時(shí)成績注重考查學(xué)生的平時(shí)學(xué)習(xí)情況，包括課堂提問、小組討論、實(shí)驗(yàn)成績和作業(yè)完成情況等；創(chuàng)新活動成績是指任課教師在教學(xué)過程中，根據(jù)引入的科研項(xiàng)目，要求學(xué)生通過查找資料情況，撰寫的項(xiàng)目解決思路、項(xiàng)目成果分析小論文及其小組協(xié)作交流情況匯報(bào)等，由課題學(xué)生小組長計(jì)分。課程大作業(yè)是教師在課程內(nèi)容講解過程中，根據(jù)課程內(nèi)容進(jìn)展，結(jié)合工程實(shí)例要求學(xué)生撰寫的包含工程應(yīng)用案例在內(nèi)的報(bào)告等；期末考試主要根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教學(xué)大綱要求，考察學(xué)生知識點(diǎn)的掌握情況及基本工程應(yīng)用能力。這樣的考試計(jì)分方式，可以考察學(xué)生基礎(chǔ)知識的掌握程度，更重要的可通過這樣考核體系，學(xué)生獲取高分不能局限于死記硬背，不能進(jìn)行考前的突擊，以此逼迫和激發(fā)學(xué)生自覺地進(jìn)行工程能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，全面考核學(xué)生的工程素質(zhì)，促進(jìn)專業(yè)認(rèn)證目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

五、結(jié)論

綜上，打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，更新教學(xué)理念，以我國加入《華盛頓條約》為契機(jī)，開展工程專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)下的《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程的教學(xué)方法研究，培養(yǎng)具有工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的新一代工程人才，提升工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量具有緊迫性和深遠(yuǎn)的意義。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：中國石油大學(xué)（北京）教改項(xiàng)目“基于專業(yè)認(rèn)證的《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教學(xué)方法探索”，項(xiàng)目編號：23G16001。