關(guān)于城市軌道交通車輛專業(yè)機(jī)械原理課程體系的教學(xué)模式探討

彭 全,羅 楊

（1.內(nèi)江師范學(xué)院,四川 內(nèi)江 641000; 2.重慶工商職業(yè)學(xué)院,重慶 401520）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快，我國城市軌道交通行業(yè)也得以快速發(fā)展，應(yīng)運(yùn)而生的相關(guān)高校專業(yè)也越來越多，城市軌道交通車輛專業(yè)就是其中之一。城市軌道交通車輛專業(yè)主要培養(yǎng)學(xué)生從事城市軌道交通車輛制造、檢修、運(yùn)用等專業(yè)技能，主要學(xué)習(xí)機(jī)械工程系列基礎(chǔ)知識和城市軌道車輛專業(yè)系列知識。機(jī)械工程系列基礎(chǔ)知識貫穿整個軌道交通系統(tǒng)，比如列車設(shè)計(jì)與制造、軌道系統(tǒng)設(shè)計(jì)與維護(hù)、信號系統(tǒng)設(shè)計(jì)與維護(hù)以及列車的維修及保養(yǎng)。整個交通系統(tǒng)的運(yùn)行效率和可持續(xù)發(fā)展都離不開機(jī)械工程，所以機(jī)械系列基礎(chǔ)知識是軌道交通必不可少的部分。

學(xué)生們通過機(jī)械原理的學(xué)習(xí)，可以從中了解生活或生產(chǎn)機(jī)器的基本機(jī)構(gòu)組成，同時也可以利用所學(xué)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)或運(yùn)動分析來設(shè)計(jì)大型或小型機(jī)器。機(jī)械原理在培養(yǎng)高級技術(shù)人才的全局中，具有增強(qiáng)學(xué)生對機(jī)械技術(shù)工作的適應(yīng)能力和開發(fā)創(chuàng)新能力的作用。在教學(xué)中，往往不只會學(xué)習(xí)機(jī)械原理的理論知識，還會結(jié)合相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)進(jìn)行教學(xué)，力求達(dá)到“認(rèn)識機(jī)構(gòu)”到“設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)”到“設(shè)計(jì)機(jī)器”的綜合效果。

鑒于機(jī)械原理課程體系對軌道交通專業(yè)的重要作用，該文將分析傳統(tǒng)機(jī)械原理課程體系的弊端，并提出一種新的機(jī)械原理課程體系教學(xué)模式。

1 傳統(tǒng)機(jī)械原理教學(xué)弊端

如圖1 所示，傳統(tǒng)的機(jī)械原理課程體系一共包含三大內(nèi)容：理論教學(xué)、認(rèn)知實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)。

圖1 傳統(tǒng)的機(jī)械原理課程體系

1.1 理論教學(xué)的弊端

傳統(tǒng)的理論教學(xué)中，教學(xué)方法不夠創(chuàng)新、教學(xué)內(nèi)容有待完善、教學(xué)評價不夠全面。以往的教學(xué)以教師為主體，教學(xué)形式多以教師講授、學(xué)生聽講、偶爾互動和課后作業(yè)組成。同時在教學(xué)內(nèi)容上，不管是機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動分析、力學(xué)分析或是三大機(jī)構(gòu)（凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)）的設(shè)計(jì)大都以“圖解法”為主，其體現(xiàn)出來的問題就是繪圖工作量大且學(xué)生反映難學(xué)。長此以往，學(xué)生對于機(jī)械原理則失去興趣，學(xué)習(xí)效果也更差。

所以改善傳統(tǒng)的理論教學(xué)模式顯得尤為重要。

1.2 認(rèn)知實(shí)驗(yàn)的弊端

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)方法僵化、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不豐富、實(shí)驗(yàn)評價片面。機(jī)械原理的認(rèn)知實(shí)驗(yàn)中通常以分組實(shí)驗(yàn)為主要形式，部分不愿學(xué)習(xí)的學(xué)生可能無法參與其中。同時，內(nèi)容大部分集中于課堂所講的簡圖繪制、平衡實(shí)驗(yàn)以及運(yùn)動參數(shù)的測定，內(nèi)容稍顯單一。在評價認(rèn)知實(shí)驗(yàn)時，多以報告的方式呈現(xiàn)，評價方式較片面。所以，完善、增強(qiáng)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和評價模式更加重要。

1.3 課程設(shè)計(jì)的弊端

傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)教學(xué)中，課程設(shè)計(jì)題目單一、實(shí)踐效果差、缺乏學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)。機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的授課模式大部分為教師出題、學(xué)生計(jì)算，然后形成報告，最后教師評價的教學(xué)流程。學(xué)生在做設(shè)計(jì)和計(jì)算時往往局限于教師所給的題目，而這些題目大多是用過很久的題目，對于網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)的現(xiàn)在，學(xué)生很容易出現(xiàn)抄襲現(xiàn)象，甚至寫成報告后都沒有弄懂自己所設(shè)計(jì)的內(nèi)容。所以，應(yīng)該豐富課程設(shè)計(jì)內(nèi)容，改變課程設(shè)計(jì)教學(xué)和評價模式。

2 新的機(jī)械原理課程體系教學(xué)模式

如圖2 所示，為改善傳統(tǒng)的機(jī)械原理課程體系，新的機(jī)械原理課程體系新增加了一些內(nèi)容，改變了一些教學(xué)方式和評價方式，總的內(nèi)容也主要包括三個：理論教學(xué)、課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)。

圖2 新的機(jī)械原理課程體系

2.1 理論教學(xué)方式的更新

理論教學(xué)分為課前、課中、課后三個階段，具體教學(xué)方式如表1。

表1 理論教學(xué)方式

2.1.1 課前

借助網(wǎng)絡(luò)平臺，教師在課前應(yīng)確定好一個課時的授課內(nèi)容，制作微課。一個微課最好包括一個知識點(diǎn)的內(nèi)容，時間上應(yīng)控制在10 min 以內(nèi)，所以需要教師非常明確該微課的詳細(xì)內(nèi)容，做好腳本，不可有多余重復(fù)的話語，并且微課制作時應(yīng)配以字幕且教師盡量不出鏡，讓學(xué)生更容易關(guān)注教學(xué)內(nèi)容，而非教師。一個課時的微課量盡量保證在兩個知識點(diǎn)，其余時間可用于討論教學(xué)。

在制作微課、確定教學(xué)內(nèi)容的時候，教師應(yīng)注意將三維軟件運(yùn)用到機(jī)械原理的機(jī)構(gòu)教學(xué)中，讓學(xué)生更直觀地清楚三大機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行狀態(tài)。同時，教師應(yīng)制定好學(xué)生課前預(yù)習(xí)的問題，以便學(xué)生在預(yù)習(xí)時具有針對性，并能做好資料的搜集。

2.1.2 課中

教學(xué)時，教師應(yīng)提前分組，每組確定組長，負(fù)責(zé)每組的相關(guān)事務(wù)（收取作業(yè)、發(fā)放任務(wù)等）。在教學(xué)中，讓學(xué)生了解清楚基本的知識點(diǎn)內(nèi)容時，教師再通過智慧課堂平臺，發(fā)布課堂討論問題，同時學(xué)生也可通過平臺提出問題，教師一一解答。對于提出問題和回答問題的學(xué)生，可進(jìn)行智慧課堂平臺加分。

教師要從原來的講授者逐漸轉(zhuǎn)變成助學(xué)者和管理者。學(xué)生們在其中也鍛煉了自己的自述能力、知識掌握能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

2.1.3 課后

在每個課時結(jié)束時，借助智慧課堂，學(xué)生要自評，組內(nèi)學(xué)生要互評，老師根據(jù)每個學(xué)生回答問題和提出問題以及完成作業(yè)的情況，給出每組的分?jǐn)?shù)和每位同學(xué)的分?jǐn)?shù)，這些分?jǐn)?shù)都作為平時成績記錄歸案。促使學(xué)生能積極參與課堂中來[1]。一個學(xué)生一個課時的平時分?jǐn)?shù)如下式：

式中，A——學(xué)生自評分?jǐn)?shù)；B——組內(nèi)成員評價分?jǐn)?shù)平均值；C——教師課堂評價分?jǐn)?shù)；D——課后作業(yè)分?jǐn)?shù)。

2.2 課程實(shí)驗(yàn)的更新

新的機(jī)械原理課程實(shí)驗(yàn)包含三個方面內(nèi)容：認(rèn)知實(shí)驗(yàn)、提高實(shí)驗(yàn)和開放實(shí)驗(yàn)。認(rèn)知實(shí)驗(yàn)主要以課本知識為基礎(chǔ)，所做的實(shí)驗(yàn)部分是為鞏固課本知識。提高實(shí)驗(yàn)是以認(rèn)知實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，拓寬知識結(jié)構(gòu)面，增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)知識綜合能力，譬如PLC 控制實(shí)驗(yàn)、機(jī)械傳動性能測試實(shí)驗(yàn)、軌道交通轉(zhuǎn)轍機(jī)的仿真實(shí)驗(yàn)。開放實(shí)驗(yàn)是在學(xué)生都掌握好認(rèn)知實(shí)驗(yàn)和提高實(shí)驗(yàn)后，用以提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，譬如慧魚機(jī)器人設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

2.2.1 改進(jìn)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)

機(jī)構(gòu)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)不僅僅是參觀各類機(jī)構(gòu)模型，不只是學(xué)習(xí)和參觀單列的機(jī)構(gòu)，還需清楚其機(jī)構(gòu)在各類加工設(shè)備中的實(shí)際應(yīng)用，使學(xué)生們更深刻地認(rèn)識機(jī)構(gòu)。比如連桿機(jī)構(gòu)，一種常見的傳動機(jī)構(gòu)，在生活中運(yùn)用在窗戶開啟、手機(jī)滑蓋、軌道交通車輛車門以及轉(zhuǎn)向架、雨傘、縫紉機(jī)；在工廠中運(yùn)用于發(fā)動機(jī)、壓力機(jī)、磨床、鍛造機(jī)等。在教學(xué)過程中，可以通過視頻、實(shí)物或直接進(jìn)入工廠進(jìn)行機(jī)構(gòu)認(rèn)知。

2.2.2 增加提高實(shí)驗(yàn)

認(rèn)知實(shí)驗(yàn)只是做到認(rèn)識和了解，而提高實(shí)驗(yàn)則需要探究其中原理，除了要求學(xué)生測量模型尺寸、繪制簡圖，還需要求學(xué)生拆卸機(jī)構(gòu)、測量構(gòu)件，并借助各類3D 軟件制作運(yùn)動仿真視頻，從中進(jìn)一步鞏固對機(jī)構(gòu)類型和自由度的認(rèn)識，提高機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖繪制能力，也熟悉了相關(guān)軟件的操作和應(yīng)用[2]。

2.2.3 鼓勵開放實(shí)驗(yàn)

隨著新工科建設(shè)和OBE 教學(xué)改革的推進(jìn)，學(xué)生的創(chuàng)新能力越來越得到重視。每年舉辦的全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)比賽也激發(fā)了學(xué)生對機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的熱情。“以賽促學(xué)，以賽促教”的方式在機(jī)械原理課程中起到了重要作用。所以在機(jī)械原理教學(xué)中增設(shè)機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新、設(shè)計(jì)以及動手能力，充分發(fā)揮學(xué)生的想象力，對機(jī)構(gòu)進(jìn)行綜合、變異或改進(jìn)，通過計(jì)算可設(shè)計(jì)構(gòu)件的3D 模型，通過3D 打印機(jī)打印。在這個實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生得到了綜合訓(xùn)練，也為機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)比賽做好了準(zhǔn)備。

課程實(shí)驗(yàn)的評價也需要進(jìn)一步改進(jìn)，認(rèn)知實(shí)驗(yàn)、提高實(shí)驗(yàn)以及開放實(shí)驗(yàn)做好占比。并且每個實(shí)驗(yàn)的成績組成除了提交的報告成績以外，應(yīng)該增加課堂的平時成績以及學(xué)生小組的互評成績，不再單純地以報告形式體現(xiàn)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績，更能避免出現(xiàn)抄襲等現(xiàn)象，總體評價公式如下：

式中，A1——認(rèn)知實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報告分?jǐn)?shù)；B1——認(rèn)知實(shí)驗(yàn)組內(nèi)成員評價分?jǐn)?shù)平均值；C1——認(rèn)知實(shí)驗(yàn)教師課堂評價分?jǐn)?shù)；A2——提高實(shí)驗(yàn)報告分?jǐn)?shù)；B2——提高實(shí)驗(yàn)組內(nèi)成員評價分?jǐn)?shù)平均值；C2——提高實(shí)驗(yàn)教師課堂評價分?jǐn)?shù)；A3——開放實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報告分?jǐn)?shù)；B3——開放實(shí)驗(yàn)組內(nèi)成員評價分?jǐn)?shù)平均值；C3——開放實(shí)驗(yàn)教師課堂評價分?jǐn)?shù)。

2.3 課程設(shè)計(jì)的更新

課程設(shè)計(jì)作為理論課程后的綜合類課程，其作用主要是有利于對基礎(chǔ)知識的理解；有利于邏輯思維的運(yùn)用；有利于與其他學(xué)科的融合；有利于治學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)。傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)改革力度較小，無非是新增題目類型和數(shù)量，所以需要從多個角度著手更新[3]。

2.3.1 結(jié)合傳統(tǒng)性題目，增設(shè)創(chuàng)新型題目

固定選擇課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書中的傳統(tǒng)性題目，自由選擇教師科研項(xiàng)目、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽題目、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目。通過固定選擇和自由選擇兩種方式，給予學(xué)生選擇空間，提高學(xué)生創(chuàng)新思維能力，也提高學(xué)生的課程學(xué)習(xí)積極性和探索能力。

2.3.2 以分散為主，集中為輔的設(shè)計(jì)指導(dǎo)

在課程設(shè)計(jì)題目準(zhǔn)備好后，可提前幾周將題目分配給學(xué)生，以供學(xué)生收集資料。在伴隨機(jī)械原理的理論教學(xué)過程中，學(xué)生不斷增加對自己課程設(shè)計(jì)題目的理解，最后集中用一周時間在固定場所接受指導(dǎo)，此種方式可提高了學(xué)生自主思考能力。

2.3.3 多元評價形式

傳統(tǒng)的評價形式包括平時評價和設(shè)計(jì)作品評價，但為避免抄襲現(xiàn)象或?qū)W生沒有真實(shí)掌握課程設(shè)計(jì)內(nèi)容，可增加答辯評價。用平時評價衡量學(xué)習(xí)態(tài)度，用設(shè)計(jì)作品衡量學(xué)習(xí)能力，用答辯情況衡量學(xué)生對課程內(nèi)容的真實(shí)掌握情況，盡力做到全面考核評價?？傮w評價公式如下：

式中，a——設(shè)計(jì)作品分?jǐn)?shù)；b——平時課堂表現(xiàn)分?jǐn)?shù)；c——答辯分?jǐn)?shù)。

對于優(yōu)秀設(shè)計(jì)作品，還可收集進(jìn)行展覽，用于理論教學(xué)中。

3 結(jié)語

在實(shí)施科教興國戰(zhàn)略的背景下，積極開展新工科建設(shè)，如何做好工科課程教學(xué)體系是急需探討的問題。機(jī)械原理在車輛動力輸出、行駛、制動等方面都有廣泛應(yīng)用，所以機(jī)械原理課程體系的改善對城市軌道交通車輛專業(yè)的發(fā)展尤為重要。只有不斷去探索，改進(jìn)教學(xué)模式，從理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)到課程設(shè)計(jì)做到全面提升，才能將知識融于學(xué)生血液，讓學(xué)生對其產(chǎn)生興趣，從而提高其創(chuàng)新實(shí)踐能力。