“機(jī)械基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革及應(yīng)用效果分析

胡勇，陳云，黃超

廣東藥科大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院（中山 528458）

“機(jī)械基礎(chǔ)”是食品科學(xué)與工程專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。課程在學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)鏈上起到承上啟下的作用，也是學(xué)生由理論學(xué)習(xí)向工程實(shí)踐學(xué)習(xí)的過渡和轉(zhuǎn)折點(diǎn)。但在傳統(tǒng)“機(jī)械基礎(chǔ)”教學(xué)過程中師生之間缺乏足夠的課堂互動(dòng)，不能有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣和積極性，很難做到學(xué)以致用。因此，迫切需要通過教學(xué)改革來提高該課程的教學(xué)質(zhì)量。

人才培養(yǎng)模式改革是教學(xué)改革的關(guān)鍵。翻轉(zhuǎn)課堂以微視頻為載體，讓學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，課堂上以交流與探究達(dá)到知識(shí)內(nèi)化，注重培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、協(xié)作學(xué)習(xí)能力及知識(shí)遷移能力，從而增加學(xué)生和教師互動(dòng)和溝通，并強(qiáng)調(diào)自主學(xué)習(xí)和個(gè)性化教育[1-3]。項(xiàng)目化教學(xué)以“項(xiàng)目完成”這一動(dòng)態(tài)過程作為教學(xué)載體，通過師生共同實(shí)施一個(gè)完整的項(xiàng)目工作而進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生通過完成項(xiàng)目活動(dòng)展示學(xué)到的知識(shí)和技能，不斷強(qiáng)化知識(shí)的應(yīng)用，并提高自身獨(dú)立思考的能力、協(xié)作學(xué)習(xí)的能力及動(dòng)手實(shí)踐的能力[3-4]。由此可見，將翻轉(zhuǎn)課堂和項(xiàng)目化教學(xué)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式，可以強(qiáng)化理論與實(shí)踐之間的關(guān)聯(lián)，并逐漸形成較為完善的教學(xué)閉環(huán)，從而有效提高課堂教學(xué)效果。

1 教學(xué)改革實(shí)踐

教學(xué)改革實(shí)踐結(jié)合廣東藥科大學(xué)實(shí)際情況，對(duì)“機(jī)械基礎(chǔ)”課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)和整合，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行貼合實(shí)際、可操作性強(qiáng)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，在理論教學(xué)過程中引入翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式。

1.1 重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)模式

將 “機(jī)械基礎(chǔ)”課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行項(xiàng)目化調(diào)整及重構(gòu)，整合為力學(xué)基礎(chǔ)、常用機(jī)構(gòu)、聯(lián)接、傳動(dòng)、軸與軸承五大項(xiàng)目主題，各主題中再分別按照難度、類別、功能等不同的分類細(xì)分教學(xué)項(xiàng)目，并將學(xué)科最新發(fā)展成果引入教學(xué)中，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，保證教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性。在課前自主學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，提供與教學(xué)主題相關(guān)的素材、課件、微課、VR動(dòng)畫等教學(xué)資源，并準(zhǔn)備參考書籍、電子課件和教案、專題學(xué)習(xí)網(wǎng)站等教學(xué)素材，同時(shí)增加與專業(yè)相關(guān)的項(xiàng)目實(shí)踐案例，在上課前1周全部上傳到學(xué)校的超星網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，便于學(xué)生完成課程知識(shí)與應(yīng)用的內(nèi)化。在課中知識(shí)內(nèi)化環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)集中答疑、鞏固練習(xí)及探究討論3個(gè)環(huán)節(jié)。通過集中答疑環(huán)節(jié)，了解學(xué)生在自學(xué)過程中遇到的問題和難點(diǎn)。其次教師對(duì)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)詳細(xì)講解，鞏固練習(xí)課程內(nèi)容重難點(diǎn)。教師就目標(biāo)內(nèi)容給出機(jī)械運(yùn)動(dòng)實(shí)例，組織學(xué)生分組進(jìn)行討論，并為每個(gè)小組解答疑惑，引導(dǎo)學(xué)生積極思考。在課后拓展環(huán)節(jié)，以實(shí)際工程問題為基礎(chǔ)，將知識(shí)點(diǎn)融入案例中，并引導(dǎo)學(xué)生找到它們與“機(jī)械基礎(chǔ)”知識(shí)點(diǎn)的“契合點(diǎn)”，從而拓展理論知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用。

1.2 加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，提升動(dòng)手能力

“機(jī)械基礎(chǔ)”實(shí)驗(yàn)對(duì)提高學(xué)生綜合設(shè)計(jì)與分析、實(shí)踐與創(chuàng)新能力有重要作用[5]。構(gòu)建建立前后銜接、層次分明、相對(duì)獨(dú)立的“認(rèn)知實(shí)驗(yàn)—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)—開放實(shí)踐”的多維遞進(jìn)式實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。在認(rèn)知實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，通過學(xué)生在線上自主觀看機(jī)械運(yùn)動(dòng)的二維圖例及三維動(dòng)畫演示，讓學(xué)生產(chǎn)生興趣，引發(fā)思考。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，教師講解常用機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程及先進(jìn)的設(shè)計(jì)分析手段，以一定原則將學(xué)習(xí)者分成幾個(gè)小組，各小組分別完成不同運(yùn)動(dòng)特性的機(jī)械構(gòu)件的設(shè)計(jì)任務(wù)。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、繪圖和對(duì)結(jié)果的分析，以及學(xué)生之間的交流和匯報(bào)總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的組織能力和分析解決問題的表達(dá)能力。在開發(fā)實(shí)踐環(huán)節(jié)，教師就來源生活的實(shí)際機(jī)械提出具體的實(shí)踐內(nèi)容，如壓水井裝置的改裝，如圖1所示。指導(dǎo)學(xué)生從平面機(jī)構(gòu)自由度的角度分析圖1（A）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理（即機(jī)構(gòu)自由度數(shù)值是否與原動(dòng)力數(shù)目一致）？假如該平面機(jī)構(gòu)不合理，則怎樣進(jìn)行改造？布置任務(wù)后，組織學(xué)生分組討論并制定改造方案。任務(wù)下達(dá)后，各個(gè)小組在課堂上討論非常熱烈，紛紛給出各自認(rèn)為較為合理的改造方案。最后，經(jīng)過從簡(jiǎn)單、適用、經(jīng)濟(jì)等方面進(jìn)行對(duì)比分析，學(xué)生一致認(rèn)為其中的圖1（B）即增加一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副是較為切實(shí)可行的改造方案。

圖1 壓水井裝置的運(yùn)動(dòng)特性分析及其改裝效果圖

1.3 開展項(xiàng)目設(shè)計(jì)，促進(jìn)工程意識(shí)

項(xiàng)目設(shè)計(jì)目的在于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用“機(jī)械基礎(chǔ)”課程知識(shí)，掌握分析和解決工程實(shí)際問題的能力，以及培養(yǎng)足踏實(shí)地的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。采用多媒體課件對(duì)國(guó)內(nèi)一些知名高校的機(jī)械基礎(chǔ)設(shè)計(jì)案例進(jìn)行循序漸進(jìn)的分析，讓學(xué)生在充分理解設(shè)計(jì)案例的基礎(chǔ)上完成對(duì)該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的整體認(rèn)知。設(shè)計(jì)題目可以選擇傳統(tǒng)的帶式輸送機(jī)傳動(dòng)裝置或螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)，還可以選擇具體的項(xiàng)目如發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿設(shè)計(jì)，同時(shí)也鼓勵(lì)學(xué)生自選在日常生活中具有一定趣味性和實(shí)用性的設(shè)計(jì)內(nèi)容如“自動(dòng)式紅酒啟瓶器”。選定項(xiàng)目題目后，引導(dǎo)學(xué)生制定具體的項(xiàng)目實(shí)施方案。值得注意的是，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中涉及眾多的難以理解的計(jì)算公式，如零件的疲勞能力計(jì)算，機(jī)械運(yùn)行壽命的估算等涉及“工程力學(xué)”“工程材料學(xué)”等晦澀難懂的內(nèi)容。因此，在平時(shí)的理論教學(xué)中有意識(shí)地提前融入項(xiàng)目設(shè)計(jì)中的需要用到的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，在指導(dǎo)過程中則盡可能減少繁瑣的公式推導(dǎo)過程，而著重講解公式的運(yùn)用注意事項(xiàng)及闡明各參數(shù)的物理意義。

1.4 引入思政元素，激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)力

“機(jī)械基礎(chǔ)”課程內(nèi)容不僅涉及大量的原理、公式、圖紙等專業(yè)內(nèi)容，同時(shí)也蘊(yùn)含中國(guó)制造和工匠精神的思政內(nèi)涵。因此，在課堂中需要對(duì)教學(xué)內(nèi)容中存在的思政元素進(jìn)行深入挖掘，并進(jìn)行精心組織與巧妙融入，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度以及堅(jiān)持不懈的創(chuàng)新精神，如：在講解“課程研究的對(duì)象和內(nèi)容”時(shí)，通過視頻介紹東漢時(shí)期齒輪傳動(dòng)的指南車，民國(guó)時(shí)期的腳踏車床，現(xiàn)代的汽車、高鐵、飛機(jī)、輪船等機(jī)械，展示中國(guó)機(jī)械的發(fā)展歷史，以增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感以及探索未知、追求真理的責(zé)任感和使命感，向?qū)W生指出常用機(jī)構(gòu)和零件是課程的主要研究對(duì)象，機(jī)構(gòu)的組成及其工作原理和零（部）件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與使用維護(hù)是課程的主要研究?jī)?nèi)容；在課程播放“大國(guó)重器”主題視頻，讓學(xué)生了解國(guó)家重器從無到有，直至趕超世界先進(jìn)水平背后的艱辛歷程，使學(xué)生感受到機(jī)械基礎(chǔ)領(lǐng)域精益求精的大國(guó)工匠精神，并引導(dǎo)學(xué)生利用專業(yè)知識(shí)回報(bào)社會(huì)、報(bào)效祖國(guó)的堅(jiān)定信念。歸納總結(jié)社會(huì)發(fā)展的各個(gè)行業(yè)都離不開機(jī)械，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)“機(jī)械基礎(chǔ)”課程的認(rèn)同感。

2 教改效果分析

經(jīng)過廣東藥科大學(xué)食品科學(xué)與工程專業(yè)2021屆和2020屆共199個(gè)學(xué)生分別采用新舊2種教學(xué)實(shí)踐方式的對(duì)比反饋，學(xué)生反映學(xué)到了實(shí)實(shí)在在的與機(jī)械基礎(chǔ)相關(guān)的知識(shí)和技能，在各方面的學(xué)習(xí)能力也得到相應(yīng)鍛煉和提高。

2.1 活躍教學(xué)氛圍，提高教學(xué)質(zhì)量

圖2為2021屆和2020屆“機(jī)械基礎(chǔ)”課程的期末考試成績(jī)對(duì)比分析圖。從2021屆和2020屆學(xué)生的期末考試成績(jī)情況來看，采用新教學(xué)模式授課的2021屆學(xué)生的及格率、優(yōu)秀率及平均分成績(jī)均顯著優(yōu)于采用傳統(tǒng)教學(xué)模式授課的2020屆學(xué)生。這反映新課堂教學(xué)模式能夠被絕大多數(shù)的學(xué)生接受并認(rèn)同。

圖2 2021屆學(xué)生和2020屆學(xué)生的期末考試成績(jī)對(duì)比分析圖

2.2 促進(jìn)工程意識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)新思維

以帶傳動(dòng)這節(jié)內(nèi)容為例，用傳動(dòng)裝置作為項(xiàng)目任務(wù)。項(xiàng)目實(shí)施前，教師以表格形式公布各種傳動(dòng)構(gòu)件的傳動(dòng)原理和結(jié)構(gòu)特征，然后將學(xué)生分組完成傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)任務(wù)。有的學(xué)生選擇單一齒輪傳動(dòng)完成設(shè)計(jì)報(bào)告，有些學(xué)生為提高傳動(dòng)效率，選擇采用兩級(jí)齒輪傳動(dòng)，還有少數(shù)學(xué)生則采用蝸桿蝸輪和齒輪聯(lián)用進(jìn)行了項(xiàng)目設(shè)計(jì)。每組學(xué)生除了完成傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)，還需要進(jìn)行選材和強(qiáng)度計(jì)算，以及制作零件裝配圖。這些內(nèi)容分別與教材其他章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，使每個(gè)學(xué)生都能夠根據(jù)自己的興趣愛好和掌握知識(shí)點(diǎn)的程度來共同參與完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容，從而極大提高學(xué)生的參與積極性。

2.3 提升教師技能，增進(jìn)師生情誼

只有親其師，方能信其道。教師在新模式的教學(xué)活動(dòng)過程中不僅理論知識(shí)有了進(jìn)一步鞏固和積累，實(shí)踐操作技能也得到相應(yīng)提升。每個(gè)學(xué)生的性格與能力不同，做事風(fēng)格和考慮角度也不一樣，但就人品與道德方面而言教師和學(xué)生是平等的。在教學(xué)活動(dòng)中尊重每名學(xué)生的個(gè)性和特點(diǎn)，特別是在他們遇到理解困難和設(shè)計(jì)困難時(shí)給要予及時(shí)交流和與探討，并對(duì)學(xué)生進(jìn)行循循善誘的勉勵(lì)。課程結(jié)束后，有不少學(xué)生用留紙條或微信留言的方式表示感謝，這表明采用新的教學(xué)模式有利于增加師生之間的心靈友誼。

3 結(jié)語

基于翻轉(zhuǎn)課堂和項(xiàng)目化設(shè)計(jì)相結(jié)合的混合教學(xué)模式實(shí)踐，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)課程的實(shí)用性，教師有目的地引導(dǎo)和鼓勵(lì)，不僅激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，活躍課堂氣氛，提高學(xué)生的理論水平和實(shí)操技能，而且也培養(yǎng)學(xué)生互相協(xié)作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、認(rèn)識(shí)和解決實(shí)際問題的能力。由此可見，混合教學(xué)模式的實(shí)施較好達(dá)到提高“機(jī)械基礎(chǔ)”課程教學(xué)質(zhì)量的教改目的。