新工科背景下中國古代機械文明融入機械原理課程專業教學與思政教育方法探討*

安達 王春華 王志堅 于蘇洋 丁建

沈陽航空航天大學機電工程學院 沈陽 110135

0 引言

近年來，教育部大力發展新工科建設，積極探索適用于中華民族的新工科教育模式與方法。新工科教育理念涵蓋以學生中心，樹立創新型、綜合化教育理念，注重學生文化熏陶、工文滲透，思政建設，形成中國特色教育體系，培養以造福人類和可持續發展為理念的現代工程師。新工科的教育理念有很多起源或者關聯我國優秀的文化傳統與文明智慧，給新工科建設提供豐富的滋養與促進[1]。

新工科背景下，機械原理作為機械學科最重要的專業基礎課，主要研究機械的一般共性問題，在培養學生的機械綜合設計能力和創新能力所需的知識結構中占有十分重要的地位，不僅為學生學習相關技術基礎課程和專業課程起承前啟后的作用，而且為學生今后從事機械設計、研究和開發創新奠定必要的基礎。目前課程中對相關中國古代機械智慧文明的講解、探究與挖掘相對較少[1-2]。為此，本文基于新工科的教育理念與中國古代機械豐富的智慧文化，探索將中國古代機械文明智慧有機融入現代機械原理課程的專業教學與思政教育方法，深入歸納整理、挖掘分析古代機械文明中適用的專業理論與寶貴的觀念、精神、情懷，探索將其有機融入機械原理課程的實現方法途徑及其教學效果評價方法。

1 中國古代機械文明融入機械原理課程專業教學與思政教育總體方法

首先梳理挖掘、分析塑造中國古代機械文明蘊含的適用于機械原理課程的專業知識和思政元素，以此為基礎，進一步探究其有機融合與促進機械原理課程專業教學與思政教育的方法途徑，同時構建有效的教學效果評價反饋方法。將中國古代機械文明融入機械原理課程專業教學與思政教育總體方法，如圖1 所示。

圖1 古代機械文明融入機械原理課程專業教學與思政教育總體方法

2 中國古代機械文明蘊含機械原理課程專業知識分析歸納

首先對豐富的中國古代機械理論知識進行梳理，以機械原理課程的結構學、運動學、機構學（連桿機構、凸輪機構、齒輪機構和輪系機構）和綜合設計四大知識體為主干脈絡，通過歸類整理，形成歷史脈絡清晰、來源考證可靠、結構特點鮮明突出、對應關聯性強的適用于機械原理課程專業教學的古代機械案例庫。深入分析古代機械案例知識要點，類比拓展機械原理課程知識要點，例如在《天工開物》中所記錄的制糖機械，就是利用機械原理課程中的齒輪機構、斜齒輪機構傳動，來實現軋蔗取漿的。通過齒輪機構的運用，不僅實現了傳動，還大大提高了傳動的平穩性，更值得大書特書的是，當時對于齒輪的設計已經具有了現在課程中齒輪模數的初步概念與思想[3]；同樣的，根據《天工開物》等書記載，有一種稱作“礱”的機械，描述為“凡既礱，則風扇以去糠秕”，是一種去掉稻殼的工具，根據它的結構可以看出已經是一種現代機械原理課程中所講授的曲柄連桿機構。類似的蘊含機械原理課程知識的古代機械案例有很多，在此不一一列舉。

3 中國古代機械文明蘊含機械原理課程思政元素挖掘塑造

通過對中國古代機械發展歷史與精神文化的系統分析，把握古代機械思想的由來和發展演變，進而深入挖掘其中蘊含的適用于機械原理課程的思政元素，如農耕機械的不斷改進發展實際上蘊含了古人循序漸進的思想、勤勞創新的精神；我國古代機械發明具備當時世界領先水平，如四大發明、水運儀象臺、木牛流馬等等，其中指南車是具有自動調節轉向的反饋機構，《西京雜記》記載了西漢時期的指南車：“車雖回運而手常指南”。利用車上的木人指示方向，不論車子轉向何方，木人的手始終指向出發前設置的南方，巧妙地運用了齒輪機構，英國學者李約瑟稱其為“所有的控制論機器的祖先”[4]，其中無不蘊含著中華民族自信心和家國自豪感。

4 中國古代機械專業知識、思政元素融入機械原理課程教學方法探究

為將中國古代機械專業知識、思政元素有機地融入機械原理課程專業教學與思政教育當中，采用背景引入、遷移拓展、案例融合、故事啟迪、情感共鳴等一系列多元化教學教育方法，具體如講解齒輪章節時可以以漢文帝霸陵出土的神秘青銅齒輪為背景導入，既引起學生的興趣，又帶來了直觀的認識。在講解齒輪的模數時可以遷移拓展到《考工記》所記錄的在春秋戰國時期，古人利用模數進行設計的思想及其運用已經十分明確而完備。當講解到機構運動學時，可以穿插簡短的指南車小故事給學生帶來啟迪和情感的共鳴，樹立民族自信心和家國自豪感，努力學習科技報國，以趕超西方機械強國。通過一系列方法進行有機融入，實現對機械原理課程專業教學與思政教育的促進與提高。

5 中國古代機械專業知識、思政元素融入機械原理課程教學效果評價方法構建

對中國古代機械融入機械原理專業、思政教學教育效果有效的評價方法是課程改革質量閉環反饋和持續改進的重要依據，項目總體以學生課程學習效果為目標，通過課堂互動交流，讓學生積極討論表達對古代機械融入教學內容觀點、感想以及收獲，同時課后布置學生準備古代機械與機械原理融合的開放興趣話題，在后續課堂上由學生進行講解探討，考查學生融會貫通、舉一反三的接受效果。另外通過在考試試卷中少量適當地加入開放討論測試問題，檢驗專業教學和思政教育的學習效果，并作適當的達成度分析，最后以教學效果評價為依據，進行動態反饋調整。

6 結束語

構建將中國古代機械文明融入機械原理課程專業教學與思政教育有效的方法，在機械原理課程的專業教學上，將有助于加深學生對機器、機構的原理、結構、設計等方面的感性認知與深入理解，提高學生對知識遷移拓展、融會貫通能力，感受機械魅力、提升機械美感；在機械原理課程思政教育方面，將有助于學生陶冶情操、培養創新意識、增強民族自信與自豪感，激發其勤奮學習、科技報國遠大志向與情懷。最終達到溫故而知新、古為今用、傳承創新的目的，為更好地服務國家新工科建設和社會需求，助力民族復興貢獻力量。