美國克萊姆森大學機械工程專業(yè)本科教學探析

范書宇

摘要：本文在簡介美國五所著名大學機械工程專業(yè)特色的基礎(chǔ)上，以克萊姆森大學為例，分析了機械工程專業(yè)本科教學的培養(yǎng)模式、課程體系及實踐性教學的特色。主要分析的內(nèi)容如下：美國大學重視對學生溝通與表達能力的培養(yǎng)，重視對數(shù)學與物理等基礎(chǔ)課程的教學，實驗課統(tǒng)一編排，實踐性教學形式多樣化，等等。

關(guān)鍵詞：機械工程；教學；本科；課程體系

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）45-0038-02

一、引言

機械工程專業(yè)（Mechanical Engineering）是以相關(guān)的自然科學及技術(shù)科學作為理論基礎(chǔ)，結(jié)合生產(chǎn)實踐中積累的技術(shù)經(jīng)驗，研究和解決在開發(fā)、設(shè)計、制造、安裝、運用和修理各種機械中的全部理論和實際問題的應(yīng)用學科。現(xiàn)代機械工程專業(yè)教育的任務(wù)是在實踐性、綜合性、創(chuàng)新性及人文化等現(xiàn)代工程理念的指導(dǎo)下，培養(yǎng)能綜合運用現(xiàn)代機械制造理論和技術(shù)手段，懂經(jīng)營、會管理，兼?zhèn)淙宋木窈涂茖W精神，能從事機械產(chǎn)品設(shè)計制造、科技開發(fā)、應(yīng)用研究、設(shè)備管理和經(jīng)營銷售等方面工作的高素質(zhì)應(yīng)用型高級工程技術(shù)人才。機械工程專業(yè)在我國綜合類及理工科大學中普遍設(shè)置，國外很多大學也設(shè)置了機械工程專業(yè)。根據(jù)2017年QS世界大學排名，以下5所大學榜上有名：麻省理工學院、斯坦福大學、哈佛大學、加利福利亞大學伯克利校區(qū)及密歇根大學。今年，筆者有幸去美國走訪了這5所大學中的前4所。此外，筆者還在美國東南部、全美公立學校排名前20的克萊姆森大學生活與學習了近1個月。這段經(jīng)歷為筆者深入了解美國大學的本科教學提供了極好的機會。

二、美國五所大學機械工程專業(yè)簡介

美國的機械工程專業(yè)一般以工程學院下設(shè)的一個系為單位進行教學，系以下不再細分專業(yè)。例如，麻省理工學院、斯坦福大學及加利福利亞大學伯克利校區(qū)的機械工程專業(yè)都隸屬于工程學院，哈佛大學的機械工程系隸屬于工程及應(yīng)用科學學院，克萊姆森大學的機械工程專業(yè)隸屬于工程、計算及應(yīng)用科學學院。與國內(nèi)的機械工程專業(yè)相比，美國的機械工程專業(yè)涉及的領(lǐng)域要寬廣得多。它既包含了我國傳統(tǒng)的機械工程內(nèi)容，又包含了能源、生物、材料等工程。從航空、航海到納米科學，從新材料、能源到傳統(tǒng)的機械設(shè)計及制造，都是機械工程的研究對象。美國大學注重培養(yǎng)具有廣泛專業(yè)基礎(chǔ)的通才，而國內(nèi)大學的專業(yè)劃分則比較細，更注重對專門人才的培養(yǎng)。

三、克萊姆森大學機械工程專業(yè)簡介

克萊姆森大學的機械工程專業(yè)隸屬工程、計算及應(yīng)用科學學院（簡稱工程學院），該學院由12個系組成。各系的大一新生入學后，首先在工程學院進行一年的通識課程學習，學滿規(guī)定學分且成績合格后，才有資格進入各系進行后續(xù)的學位課程學習。

1.機械工程專業(yè)的培養(yǎng)模式及課程體系。克萊姆森大學的標準學制是4年。學生可以彈性選課，多數(shù)本科生的學習年限是4.5年左右。該校的本科教學分為3個學期，分別是秋季學期、春季學期和夏季學期，歷時分別約為4個月、4個月及3個月。其中，春季和秋季學期是必須參加的，而夏季學期則不是強制的。各學年的課程簡介如下：大一上學期：普通化學、單變量微積分1、寫作、工程規(guī)范訓練、藝術(shù)、人文或社會科學。大一下學期：編程、問題求解及應(yīng)用、單變量微積分2、物理與微積分1、物理實驗、工程圖學及計算機應(yīng)用、藝術(shù)、人文或社會科學。大二上學期：研討班、機械工程的統(tǒng)計及動力學、多變量微積分、物理與微積分2、材料科學導(dǎo)論。大二下學期：材料力學、熱與流體系統(tǒng)基礎(chǔ)、常微分方程導(dǎo)論、電氣工程基礎(chǔ)電工實驗、機械工程實驗1。大三上學期：機械系統(tǒng)基礎(chǔ)、熱力學、流體力學、數(shù)值分析、科技寫作、機械工程實驗2。大三下學期：熱傳導(dǎo)、動力系統(tǒng)的模擬與分析、機械設(shè)計基礎(chǔ)、機械制造及應(yīng)用、數(shù)理統(tǒng)計。大四上學期：機械工程設(shè)計、多域動態(tài)系統(tǒng)的控制與集成、藝術(shù)、人文或社會科學、機械工程實驗3、專業(yè)選修課1。大四下學期：高級研討班、機械工程設(shè)計實習、藝術(shù)、人文或社會科學、專業(yè)選修課2、專業(yè)選修課3。

上述課程共計125學分，該課程體系具有如下特點：（1）人文類及寫作課程累計23學分。克萊姆森大學注重對學生溝通與表達能力的培養(yǎng)。在大一上學期就開設(shè)了寫作課程，在大三上學期又開設(shè)了科技寫作課程，兩者共計6個學分。此外，還分別在大一與大四開課了藝術(shù)、人文與社會科學類課程，該類課程累計15個學分。（2）數(shù)學、物理及化學類課程累計32個學分。克萊姆森大學的機械工程專業(yè)非常重視數(shù)學及物理課程在機械工程專業(yè)教學中的重要作用，這兩類課程共計28個學分。此外，為了拓寬學生的知識面，還設(shè)有普通化學課程，這與國內(nèi)多數(shù)機械工程專業(yè)的課程設(shè)置有明顯的區(qū)別。（3）實驗、設(shè)計與實習類課程累計14個學分。除了物理實驗及電工實驗，該專業(yè)的其他實驗課統(tǒng)一編排為機械工程實驗課，并分別在大二、大三及大四開設(shè)。這樣設(shè)置能使各種實驗形成統(tǒng)一的整體，便于學生對其所學知識的融會貫通。（4）專業(yè)類課程累計56個學分，其中，專業(yè)選修課有3門，占9個學分。這2門專業(yè)選修課中，有2門必須從機械工程專業(yè)列出的22門開課清單中選擇，另外1門可以是全校范圍內(nèi)開設(shè)的創(chuàng)新試驗。學生亦可以用一系列創(chuàng)新試驗來替代這3門專業(yè)選修課，但有嚴格的前提條件。這一系列嚴格的條件為提高學生進行創(chuàng)新試驗研究的質(zhì)量提供了有力的保證。此外，這3門專業(yè)先修課亦可由相同名稱的研究生課程來代替，這為部分優(yōu)秀學生提供了學習先進科技的良好機會。

2.實踐性教學方法。（1）實驗。實驗課采用小班教學的形式開設(shè)，每個教學班十多個人。學生可以根據(jù)自己的時間靈活選擇參加某個小班的實驗課。實驗課前，教師指定相關(guān)的資料供學生閱讀。實驗課上，教師先講解基本原理，接著進行小測驗，檢測學生的預(yù)習效果。小測驗之后，學生分組進行實驗，一般3—4人一組。學生們對照實驗指導(dǎo)書自己摸索儀器的使用方法并完成實驗。助教在實驗室巡視，隨時回答學生提出的問題。實驗結(jié)束后，學生需要及時處理實驗數(shù)據(jù)，并獨立完成實驗報告。這種每節(jié)課都對學生進行考評的方式對提高學生的預(yù)習效果起到了良好的促進作用，而小班教學的方式又能使教師顧及到所有的學生。（2）實習。實習一般安排在春季或秋季學期的第14—16周，或者是夏季學期的第11—14周。學生可以兼職或全日制形式參與實習。機械工程設(shè)計及機械工程設(shè)計的實習課程分別在大四第一、第二學期開課，二者是一個統(tǒng)一的整體。要求全系所有學生參加實習，由教師及行業(yè)贊助商進行指導(dǎo)。對于機械工程設(shè)計課程，要求學生能設(shè)計和制造用于課堂上現(xiàn)場演示的儀器；而對于機械工程設(shè)計的實習，則要求學生能完成工程界導(dǎo)師提出的任務(wù)，發(fā)明、設(shè)計或改進某個實際問題。（3）合作教育。合作教育項目是克萊姆森大學的特色之一，它為本科生提供了參與式學習的機會。參與這個項目的學生被公司全日制雇傭，學生親自參與動手實踐，有工資報酬，公司方面提供專業(yè)人員對學生進行指導(dǎo)。合作教育的學期與學校的教學學期相交替，滾動進行，保證學生“全日制”地投入?yún)⑴c式學習。學生必須參加滿春季、秋季及夏季共三個學期的參與式學習，這是合作教育項目與實習的最大區(qū)別。（4）創(chuàng)新性研究。創(chuàng)新性研究性學習是本科生的小組式研究性學習，研究問題來源于學生的探究、教師的挑戰(zhàn)性任務(wù)或當前社會的迫切需求。學校的網(wǎng)站上有教師、研究生及學校的合作單位提出的探究性問題及具體要求，學生可以組成小組自由申請。整個創(chuàng)新性研究由專業(yè)導(dǎo)師指導(dǎo)，一般跨越2—4個學期。學校還會定期舉辦活動，展示學生的研究成果。這種研究有助于培養(yǎng)學生的思維能力、解決任務(wù)的能力、團隊合作能力及表達能力。

四、結(jié)論

通過實地考察、深入體驗及資料查閱等方式，本文對美國機械工程專業(yè)的本科教學進行了探析。在簡要分析美國5所大學機械工程專業(yè)特色的基礎(chǔ)上，以克萊姆森大學為例，分析了機械工程專業(yè)本科教學的培養(yǎng)模式、課程體系及實踐性教學的特色。美國大學開設(shè)有寫作課，重視對學生溝通與表達能力的培養(yǎng)；重視對數(shù)學與物理等基礎(chǔ)課程的教學；實驗課統(tǒng)一編排；實踐性教學形式較多，與企業(yè)的聯(lián)系較為密切，這樣能更好地促使學生將所學理論與工程實踐相結(jié)合。

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[3]克萊姆森大學機械工程系[EB/OL].https：//www.clemson.edu/cecas/departments/me/