新工科背景下《機械原理》課程教學的探索

陳 磊 楊長牛 黃文權 孫澤剛 劉郁蔥

四川輕化工大學 四川 自貢643000

為推動工程教育改革創新，“新工科”建設復旦共識已經達成[1]，快速推動全國高校在工程教育領域掀起了一場教學模式的改革。新工科是在新經濟和新產業的背景下，以科技創新為核心，在新興領域實際應用中形成創新創業機制，新工科建設通過設置和發展新興工科專業來完成，也可以是傳統工科專業應對新科技的革新[2][3]。《機械原理》課程作為高校機械類專業人才培養中的一門重要的專業基礎課，銜接著前面基礎課程與后續專業課程，起到承前啟后的作用，在新工科背景下必須快速適應新工科對高校人才培養的要求，主動改革。由于目前關于《機械原理》課程在新工科背景下如何改革的研究較少，故本文結合我校機械工程學院開設的《機械原理》課程教學現狀進行研究。通過前期調查，發現《機械原理》課程存在學時減少、教學內容、評價方式、與相關課程體系與內容的銜接等現象，與教學改革要求存在的差距較大。譬如傳統的“死板八股文”教學模式，導致學生對學習無興趣；“標準答案”的考試方式，限制了學生的創新思維等。針對我校機械原理課程教學中存在的不足，提出一種基于智能機械的機械原理課程改革與實踐的方法。以新工科理念為指導，以學生為中心，開展以智能機械為載體的課程教學內容再設計和課程教學環節邊界再設計，以促進學生創新思維的意識，主動實踐，激發學生的求知欲望，提高學生獨立工作和解決實際問題的能力，培養學生在開拓性與原創性上的能力和快速學習新事物的能力。

1 轉變教學理念

傳統機械原理教學理念測重于“傳道授業解惑”，強調對知識的接受、汲取和運用，以教師為主體，對學生最終的掌握程度進行模糊評價，但學生存在的問題沒有從根本上解決。新工科建設背景下，機械原理課程重點在以學習結果為導向，以學生為中心，讓學生理解專業和道德責任，將來能做什么。因此，轉變教學理念對課程建設與發展、培養滿足新工科要求的機械類專業人才具有重要意義。

以智能機械為載體，進行課程體系改革與理論課程和實踐教學環節評價環節邊界再設計。側重于機器人(智能機械)的結構、新型傳動與機構學設計及應用；通過對幾種主流工業機器人與服務機器人基本功能的分析及機構設計來實現多學科知識的融合，建立一套以方案設計能力、機構設計能力、創新思維能力、綜合設計能力為依據的學生課程學習評價機制，以達到培養學生在開拓性與原創性上學生的能力和快速學習新事物的能力。

2 優化教學內容

在現有人才培養方案下，機械原理課程內容抽象、難懂、各章節之間邏輯性較強，學生僅靠強化記憶和習題練習難以達到調動學生學習積極性和興趣。為了提高課程的教學質量和效率，優化教學內容顯得十分重要。第一，調整理論課程內容。機械原理理論課程分為四大板塊，分別為機構的結構分析、運動學分析、動力學分析、常見機構的分析及其設計。其中，運動學與動力學部分內容在實際應用中較少，可對其進行部分優化。第二，教學內容再設計和教學環節邊界再設計。主要體現在：通過分析機器人(智能機械)的主要結構與組成特點，調整教學內容。減少解析內容和一般比較容易理解且能自學的內容(包括理論力學重復部分)；在相應章增加機器人設計的內容。第三，課程教學環節邊界再設計。①課堂教學講授基本概念與設計方法②課外通過現代教學手段理解教學內容③課程設計培養創新思維能力與工程實踐能力④創新實踐活動訓練工程實踐動手能力。

3 教學手段多樣化

首先，應用現代多媒體對課堂教學進行教學手段優化，即利用計算機輔助教學。以可視、可動的方式部分替代傳統板書講授教學，將直觀的機構運動和課程相關的理論知識相結合，通過Solidworks、Proe、UG 等三維CAD軟件呈現給學生，實現大量難懂的知識點變得直觀生動。其次，以學生為中心，開展學生講，教師聽的模式，尤其是相對簡單的章節。將班級分為若干個小組，進行討論總結，教師進行點評指正，訓練學生的語言表達能力和組織能力，培養團隊精神。

4 基于專業認證標準的課程評價體系

依據教育部專業認證標準，課程考核采用平時考核和考試考核。課程考核成績由平時成績和考試成績構成。課程采用定量分析方法，數據來源于學習該門課程的所有學生在各考核環節取得的成績。采用課程達成情況分析統計表，以課程目標為分析對象，確定各課程目標對應的考核環節及分值比例，錄入學生在各考核環節取得的學習成績，經統計后得到各課程目標的達成情況、畢業要求指標點達成情款以及學生個體的課程達成情況，并分別針對達成情況進行分析評價。

5 結論

根據新工科建設的要求，結合機械原理課程的特點，圍繞機械類專業培養目標，在教學理念、教學內容、教學手段、課程評價體系上進行適當變化，適時引入相關領域最新知識與技術，緊跟學科發展方向，探索出一套適合本課程的有效的教學方法和手段，在一定程度上提高學生在開拓性與原創性上學生的能力和快速學習新事物的能力。