面向工程能力培養的機械原理混合式課程教學改革研究

彭翔 秦寶榮 李吉泉 羅路平 王晨

[摘 要] 該文認為，工程能力培養是高校工科類專業本科生培養的關鍵能力之一，為此在OBE改革的背景下，開展了機械原理課程的混合式課堂教學改革研究。以工程問題的引入及解決為主線重新組織教學內容，以學生為中心改革傳統授課方式，進行混合式課堂教學，并與機械設計競賽相結合進行理論知識的工程化應用，通過多元化的評價方式進行課程達成度分析。實踐證明，通過這種課程改革，有效提高了學生的工程問題解決能力。

[關鍵詞] 機械原理;工程能力;教學改革

[基金項目] 浙江省高等教育“十三五”第一批教學改革研究項目（JG20180042）;浙江工業大學本科核心課程建設項目;浙江工業大學機械工程學院課堂教學改革項目

[作者簡介] 彭 翔（1989—），男，河南信陽人，博士，浙江工業大學機械工程學院副研究員（通信作者），主要從事機械設計及理論研究。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）23-0182-02? ? [收稿日期] 2019-12-03

一、前言

將工程能力培養融入到課程體系中，改革課程內容，創新課程教學方法，是提高高校工科類畢業生的工程實踐能力、為社會培養高質量工程科技人才的有效途徑[1]。隨著科技產業的飛速發展，新技術、新產品、新業態和新模式的蓬勃新起，產業升級對工科類專業本科生的需求日益增加，也對工科類專業本科生的工程能力要求不斷提高[2-3]。通過全面落實學生的工程能力培養，調動學生的積極主動性，提高學生的主動發現和解決實際工程問題的能力，促進教學質量的持續改進，提升工程教育人才的培養質量。

機械原理課程是機械類各專業的專業基礎課程，主要研究各種機械的一般共性問題，即研究機構的組成原理、機構運動學及機器動力學等;研究各種機器中常用機構的運動及動力性能分析與設計方法和機械傳動系統方案設計的問題。目前的機械原理課程大多通過傳統的課堂講授與大作業相結合的方式，整個設計環節只是重復性的模仿，缺乏主觀能動性的發揮，導致學生做課程設計的過程是一個被動學習的過程。為此，立足新工科建設對人才培養的需求，以培養學生的創新思維、提升學生的自主學習和工程能力為目標，以浙江工業大學的機械原理課程為改革對象，借鑒OBE教學理念，通過多途徑的教學改革，提升學生的工程能力。

二、面向工程能力培養的機械原理課程體系總體設計

基于OBE理念，以學生為本，以預期學習產出為中心、以工程能力培養為目標組織機械原理課程體系，確定機械原理課程的培養目標為：

1.掌握機構學和機器動力學的基礎理論與基本知識，掌握常用機構性能分析和設計的基本方法，初步具有擬定機械運動方案的能力。

2.綜合培養學生運用課程知識能力、團隊合作能力和自主學習的意識，掌握將實際的機械系統抽象為機構進行分析的方法，初步建立針對工程中的實際問題擬定機械系統傳動方案的能力。

3.學會操作實驗儀器設備進行機構性能參數測定，能對典型機構進行分析和建立典型機構系統原型。

4.具有一定的實驗數據分析處理能力，書寫完整的實驗報告的，思考分析判斷實驗結果，具備實驗結果的綜合分析和表述能力的培養。

5.綜合培養學生運用課程知識能力、團隊合作能力和自主學習的意識，掌握將實際的機械系統抽象為機構進行分析的方法，初步建立針對工程中的實際問題擬定機械系統傳動方案的能力。

通過以學生為中心的課堂教學、與機械競賽相結合的工程問題案例式教學等方式，構建機械原理課程教學體系，通過課堂授課、課堂分組討論、課堂測試、平時作業、團隊大作業、實驗、期末考試等多種途徑，將工程能力培養融于機械原理課程的多個環節，通過多元化教學評價，完成學生工程能力培養。

三、機械原理課程教學改革的具體做法

借鑒OBE教學理念，以理論知識與工程能力并重為原則，采用基于工程實例的案例式授課方法，運用與機械原理競賽相結合的工程能力鍛煉方法，設置多元化的課程評價體系，從多個角度對學生的理論知識、工程能力進行評價，從而培養學生分析問題、解決問題的能力。

（一）面向新工科的機械原理案例式課堂教學內容設計

從新工科對機械專業畢業生的能力要求入手，以學生工程能力培養為目標，進行課程內容的合理取舍，并以“工程問題的引入—相關知識講解—工程問題的解決”為框架進行案例式的課程內容安排，通過課堂討論的形式進行講授內容的回顧和拓展，完善機械原理課堂教學內容體系的設計。

（二）機械原理混合式課堂教學方法探索

借助微助課等網絡教學平臺開展線上課堂和線下課堂的融合教學。在網絡教學平臺上傳課件、作業、關鍵問題分析等內容，采集學生學習時間、重看次數、錯誤率等數據，通過大數據分析獲取學生的易錯點、疑難點等信息，針對性地改善線下課堂教學內容;在線下課堂教學過程中，將學生的實物作品、分析問題等進行整理，上傳到線上課程，進行線上教學內容的調整與組織實施;通過線上與線下教學的互動，提高學生對機械原理課程的學習興趣與知識掌握情況。

（三）面向工程能力培養的案例式課堂教學

從工程問題出發安排每一節課堂教學的內容，以具體工程問題的分析作為課堂教學的引入點，進行機械原理課堂內容的講授，并引入各類先進的機械設計理論方法以及相關的科研項目案例，啟發學生思考和運用課堂所學知識，將機械原理理論知識在工程案例中進行運用。

（四）多元化課程評價體系設計

從工程能力培養和學生畢業要求出發，充分考慮學生學習過程的主動性和努力程度，把學習成效作為反映教學效果的考核對象，采用平時作業、課內測試、課程實驗、綜合報告、期終考試等多元化的手段進行考核。具體考核指標如表所示。

四、效果評價

面向工程能力培養的混合式課堂教學改革，在浙江工業大學機械原理課程的教學實踐中取得了良好的效果。

以2018～2019學年第二學期為例，通過引入工程實例的教學方法，學生學習積極性明顯提高，有效提高了教學質量，也提高了學生的復雜工程問題解決能力。4個教學班的180余名同學在課堂討論中進行了多類型工程實例的討論分析，并申請了電動晾衣架、多功能面包機、多功能伐木機等20余份國家發明專利，在本課程學習內容基礎上，學生獲得全國機械設計競賽一等獎、浙江省大學生機械設計競賽一等獎等國家級、省部級獎項多項。同學還參與到具體的科研項目中，參與并完成了多功能椅子的設計、大型空分裝備設計等實際復雜工程問題的解決。

綜上所述，在工程教育認證和OBE教學改革的背景下，面向工程能力培養的課堂教學改革，以學生為中心、以實際工程問題為引線組織課堂教學內容，通過混合式課堂教學、與機械設計競賽相結合的大作業訓練，提高了學生的復雜工程問題解決能力，在機械原理課程教學實踐中取得了良好效果。

參考文獻

[1]陳靜，張烈平，趙虹.強化工程能力培養的地方高校機械設計系列課程改革[J].高教論壇，2016，3：72-75.

[2]華爾天，計偉榮，吳向明.中國加入《華盛頓協議》背景下工程創新人才培養的探索與實踐[J].中國高教研究，2017（1）：82-85.

[3]郭紅利，張李嫻，劉洪萍，等.基于創新創業教育背景下的機械原理課程教學改革分析[J].教育教學論壇，2019，5（18）：132-133.

Research on Mixed Teaching Reform of Mechanical Principle Course for Engineering Ability Training

PENG Xiang，QIN Bao-rong，LI Ji-quan，LUO Lu-ping，WANG Chen

（College of Mechanical Engineering，Zhejiang University of Technology，Hangzhou，Zhejiang 310014，China）

Abstract：Engineering ability is one of the key abilities for undergraduates majoring in engineering.Under the background of OBE reform，the research on mixed classroom teaching reform of the Mechanical Principle course is carried out.With the introduction and solution of engineering problems as the main line，the teaching content is reorganized，the traditional teaching method is reformed with students as the center，the mixed classroom teaching is carried out，the engineering application of theoretical knowledge is carried out in combination with the mechanical design competition，and the course achievement analysis is carried out through multiple evaluation methods.It has turned out that through curriculum reform，students' ability to solve engineering problems has been effectively improved.

Key words：Mechanical Principle;engineering ability;teaching reform