沈 瑜 賈 妍 張改萍 李 晶

（西安工程大學(xué)，西安 710048）

面向“卓越計劃”的機(jī)械原理教學(xué)改革思考與實(shí)踐

沈 瑜 賈 妍 張改萍 李 晶

（西安工程大學(xué)，西安 710048）

“卓越工程師”計劃是一項(xiàng)重大教育改革項(xiàng)目，突出教育的工程實(shí)踐性的要求。通過對機(jī)械原理課程教學(xué)內(nèi)容和方法的改革，構(gòu)建了理論教學(xué)和工程實(shí)踐并重的教學(xué)模式。教學(xué)中以學(xué)生為主體，突出機(jī)械原理的工程實(shí)踐性，理論緊密聯(lián)系實(shí)際，著力提高學(xué)生的工程意識，培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力。結(jié)果表明，此改革在一定程度上加強(qiáng)了學(xué)生的工程實(shí)踐能力，提升了機(jī)械原理教學(xué)質(zhì)量。

機(jī)械原理；卓越工程師；工程實(shí)踐；教學(xué)改革

“卓越工程師”計劃是我國2010-2020年期間的一項(xiàng)重大教育改革項(xiàng)目，突出以實(shí)際工程為背景，以工程技術(shù)為主線，著力培養(yǎng)具有良好創(chuàng)新意識和工程實(shí)踐能力的新時代工程人才[1]，以適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要。為適應(yīng)"卓越工程師"培養(yǎng)要求，學(xué)院對相關(guān)課程進(jìn)行改革。其中，機(jī)械原理是專業(yè)課程中一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，也是機(jī)械類學(xué)生由基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)向?qū)I(yè)課學(xué)習(xí)過渡過程中的重要銜接課程，在培養(yǎng)創(chuàng)新思維和鍛煉工程實(shí)踐能力中有著非常重要的地位。但在現(xiàn)有的機(jī)械原理課程教學(xué)過程中，存在一些問題，如：課程教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)際有脫節(jié)，重理論輕應(yīng)用，工程應(yīng)用中常用的機(jī)構(gòu)設(shè)計部分主導(dǎo)地位不夠突出；課程理論教學(xué)占主導(dǎo)地位，工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)較弱；教學(xué)中仍以教師為主，學(xué)生被動參與，學(xué)習(xí)積極性不夠；實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中學(xué)生思考探究不夠等。大學(xué)的學(xué)習(xí)，不僅要培養(yǎng)學(xué)生熟練掌握專業(yè)基礎(chǔ)理論知識的能力，還要注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力、思維開創(chuàng)性和創(chuàng)新能力[2]。

為了緊密配合“卓越工程師計劃”，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和工程實(shí)踐能力，結(jié)合機(jī)械原理的課程特點(diǎn)，本文從理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)及課程設(shè)計環(huán)節(jié)，對課程教學(xué)體系進(jìn)行了初步的思考和探索。

一、基于“卓越工程師”的理論教學(xué)改革

機(jī)械原理課程教學(xué)包括理論教學(xué)環(huán)節(jié)和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)兩部分。傳統(tǒng)的機(jī)械原理教學(xué)以理論教學(xué)為主，實(shí)踐教學(xué)為輔。為突出“卓越工程師”計劃的重要目標(biāo)，在卓越班的機(jī)械原理教學(xué)中，將部分理論知識的教學(xué)根據(jù)其內(nèi)容特點(diǎn)將其融入到實(shí)踐教學(xué)中，通過這種理論與實(shí)踐的相輔相融形成教學(xué)模式的構(gòu)建，用實(shí)踐補(bǔ)充了理論，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐并重的目的。面向“卓越工程師”的機(jī)械原理教學(xué)體系改革主要從以下方面展開。

1．精選教學(xué)內(nèi)容，減少重復(fù)性，加強(qiáng)內(nèi)容的系統(tǒng)性

為使學(xué)生能夠從機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的總體出發(fā)，系統(tǒng)地掌握本課程所講述的基本理論知識，順利完成簡單機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動方案設(shè)計，同時考慮傳統(tǒng)設(shè)計方法與現(xiàn)代設(shè)計方法、手段的融合[3]，應(yīng)精選強(qiáng)化重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的相輔相融。

機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析章節(jié)，是機(jī)械原理學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一，也是理論力學(xué)的運(yùn)動分析向工程應(yīng)用轉(zhuǎn)化的環(huán)節(jié)，學(xué)生往往覺得已學(xué)過為什么在這里還要學(xué)習(xí)，有什么不同呢？考慮已有先修知識，縮短圖解法進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析的學(xué)時，借力學(xué)中的相關(guān)知識使學(xué)生轉(zhuǎn)向如何快速便捷的解決機(jī)械工程實(shí)際問題，突出解決問題的方法和手段；用解析法進(jìn)行運(yùn)動分析時，結(jié)合先修知識以介紹方法為主。本章布置大作業(yè)，要求用解析法對典型機(jī)構(gòu)的運(yùn)動進(jìn)行分析，要求有程序、有結(jié)果、有線圖，為后期的課程設(shè)計做好鋪墊。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型和設(shè)計也是機(jī)械原理課程中的重點(diǎn)，考慮機(jī)器往往是多種機(jī)構(gòu)的組合，增加組合機(jī)構(gòu)介紹；增加原理分析、機(jī)構(gòu)選型等有關(guān)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案設(shè)計內(nèi)容的講解等。這使學(xué)生在學(xué)習(xí)完機(jī)械原理課程的學(xué)習(xí)后，對機(jī)械設(shè)計過程中方案設(shè)計的基本原理和方法有初步的系統(tǒng)的認(rèn)知，而不是各種知識及機(jī)構(gòu)在頭腦中以“片段”形式存在。

2．增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識，嘗試部分理論教學(xué)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的教學(xué)模式

在機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖的繪制學(xué)習(xí)中，經(jīng)常是老師在課堂中講授，過后再安排學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。由于時間上的不連續(xù)，實(shí)驗(yàn)時學(xué)生已忘記課堂的講授內(nèi)容，又要重新進(jìn)行學(xué)習(xí)回顧。為了解決這個問題，將這部分的理論講授改在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，在機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖繪制的理論教學(xué)完成后，直接開始機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖測繪實(shí)驗(yàn)。這樣，通過在實(shí)驗(yàn)室的感知，學(xué)生能夠了解機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖繪制的必要性，也能很快掌握機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的繪制要領(lǐng)，達(dá)到識圖、繪圖以及對機(jī)構(gòu)的感性認(rèn)知的統(tǒng)一。

機(jī)械的平衡、機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)及速度波動的調(diào)節(jié)是機(jī)械設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)，內(nèi)容的理論性和工程實(shí)踐性都非常強(qiáng)，傳統(tǒng)的教學(xué)方式枯燥而且抽象。若將此教學(xué)內(nèi)容改在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，基本理論講解后，隨即進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)知，并提出問題，留給學(xué)生思考以在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中回答。這種教學(xué)方式，學(xué)生不僅學(xué)習(xí)了相關(guān)的理論知識，更能夠深入理解機(jī)械平衡的概念和設(shè)計原理，以及機(jī)械的速度波動和調(diào)節(jié)等工程實(shí)際問題。

3．用“身邊的機(jī)械原理”豐富理論內(nèi)容

大學(xué)的學(xué)習(xí)階段，學(xué)生正處在積極向上的年齡，為調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，在教學(xué)課堂上設(shè)置一些分組討論和提問答疑環(huán)節(jié)。如：講到自由度的計算，以人體為例，討論手指、手臂、關(guān)節(jié)的自由度，思考并作出小結(jié)；討論家用電風(fēng)扇的搖頭裝置的工作原理等。這樣結(jié)合“身邊的機(jī)械原理”，豐富課堂內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生上課的主動性。

二、實(shí)踐教學(xué)的改革

實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是機(jī)械原理課程教學(xué)中極其重要的環(huán)節(jié)，是課程理論教學(xué)必要的補(bǔ)充。目的是加深學(xué)生對課程內(nèi)容的理解，使其能掌握和應(yīng)用所學(xué)知識并在實(shí)踐中激發(fā)創(chuàng)新意識，培養(yǎng)工程意識和團(tuán)隊協(xié)作能力[4]。因此在機(jī)械原理教學(xué)中要注重工程實(shí)踐性，結(jié)合工程學(xué)習(xí)，建立工程觀念，并理解理論在工程實(shí)踐中的應(yīng)用。

好的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)過程，不僅可以加深學(xué)生對課程基本概念、基本理論的理解，還能掌握基本的實(shí)驗(yàn)技能和方法，提高分析和解決問題的能力。在保證實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的基本要求、適應(yīng)“面向卓越工程師”的改革需求之下，為了培養(yǎng)學(xué)生開發(fā)創(chuàng)新能力，將實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)分為三類：面向生活的機(jī)械認(rèn)知、面向基礎(chǔ)的課程實(shí)驗(yàn)、綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。通過對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和項(xiàng)目的重新組合，增加綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，分類設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容，使實(shí)踐教學(xué)效果最佳化[5]。

三類實(shí)驗(yàn)中，認(rèn)知實(shí)驗(yàn)為課后實(shí)驗(yàn)；課程實(shí)驗(yàn)分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和提高實(shí)驗(yàn)，為常規(guī)實(shí)驗(yàn)；綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)為開放性實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可以在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和提高實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中選作2個，綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)選作1個，實(shí)驗(yàn)總學(xué)時不少于6學(xué)時?？紤]到實(shí)際工程的應(yīng)用性，增加了漸開線齒輪的參數(shù)測量實(shí)驗(yàn)、典型機(jī)構(gòu)運(yùn)動參數(shù)測試實(shí)驗(yàn)等。學(xué)生根據(jù)任務(wù)書，自行研究和實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測試與分析，撰寫實(shí)驗(yàn)報告。從實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計訓(xùn)練，到測量測試的完成，以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析等，通過這種實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)鞏固課堂教學(xué)效果，拓展了基礎(chǔ)知識，并將所學(xué)知識融會貫通，掌握基本的實(shí)驗(yàn)技能和方法，提高觀察、分析和解決問題的能力，增強(qiáng)了工程實(shí)踐能力和綜合創(chuàng)造能力，也培養(yǎng)了學(xué)生應(yīng)用現(xiàn)代測試手段獲取科研數(shù)據(jù)的能力[6]。

對于學(xué)有余力的學(xué)生允許在開放實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行更深的項(xiàng)目研究與實(shí)驗(yàn)。目前，學(xué)院提供了機(jī)構(gòu)創(chuàng)意組合、“慧魚組合模型”開放性實(shí)踐平臺，以興趣為導(dǎo)向、以專業(yè)為根本、以創(chuàng)新為動力，分層次、有系統(tǒng)的為學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動盡可能提供平臺和機(jī)會。

三、課程設(shè)計改革

課程設(shè)計是本課程教學(xué)環(huán)節(jié)的重要組成，是訓(xùn)練學(xué)生機(jī)械設(shè)計基本技能的重要途徑。通過課程設(shè)計使學(xué)生掌握機(jī)械設(shè)計的正確設(shè)計思想，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用機(jī)械原理及其他先修課程的知識分析、解決機(jī)械設(shè)計問題的能力，初步掌握機(jī)械產(chǎn)品的原理、設(shè)計、步驟和規(guī)律。

為了增強(qiáng)課程設(shè)計的效果，加強(qiáng)學(xué)生課程設(shè)計的能動性，做了如下一些改革。

1．改革原理課程設(shè)計的任務(wù)

結(jié)合學(xué)校特點(diǎn)以及專業(yè)特點(diǎn)，對機(jī)械原理課程設(shè)計的題目進(jìn)行補(bǔ)充與改進(jìn)，同時將機(jī)械原理的課程設(shè)計與設(shè)計大賽選題結(jié)合起來，豐富課程設(shè)計的選題。例如，與全國大學(xué)生機(jī)械設(shè)計創(chuàng)新大賽相結(jié)合，將歷屆的大賽主題及內(nèi)容引入課程設(shè)計選題中，學(xué)生有了選題的自主性，也能開拓學(xué)生的設(shè)計思路，還具有一定的現(xiàn)實(shí)意義；再如，與全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽的選題相結(jié)合，但又根據(jù)機(jī)械原理課程設(shè)計的要求，對任務(wù)加以改進(jìn)。課程設(shè)計選題與一些賽事的結(jié)合，不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維和掌握創(chuàng)新理論，也為機(jī)械創(chuàng)新活動的展開提供了基礎(chǔ)和儲備。

2．改變課程設(shè)計的命題方式

將課程設(shè)計的命題分為兩類：第一類要求學(xué)生依據(jù)所給機(jī)械系統(tǒng)的任務(wù)要求，進(jìn)行功能分析，構(gòu)思幾個可行的運(yùn)動方案，再進(jìn)行分析比較，從中選擇一個較好的方案進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析和設(shè)計，如s型無碳小車、糖果包裝機(jī)、旋轉(zhuǎn)灌裝機(jī)等。第二類題目要求學(xué)生對機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計，并按要求對主機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動和動力分析，如牛頭刨床的主運(yùn)動設(shè)計及分析。第一類題目偏重與方案設(shè)計，通過該階段的訓(xùn)練，使學(xué)生掌握方案設(shè)計階段的重要性以及一般設(shè)計方法；第二類題目偏重機(jī)構(gòu)的分析。通過不同的命題方式，讓學(xué)生發(fā)揮想象，從各自的興趣點(diǎn)入手，增強(qiáng)機(jī)械原理課程設(shè)計的靈活性與多樣性。

3．改革課程設(shè)計的進(jìn)行方式

通常，機(jī)械原理課程設(shè)計環(huán)節(jié)是在課程理論教學(xué)結(jié)束后作為集中實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行，但是這種課程設(shè)計方式往往不能達(dá)到預(yù)期的效果。學(xué)生常常在課程設(shè)計中期才能真正理解課程設(shè)計的要求和任務(wù)，此時若要修正構(gòu)思和方案，時間卻不允許了，不能真正反映學(xué)生的思考設(shè)計過程。為此，將課程設(shè)計的“集中式”進(jìn)行變?yōu)椤胺侄问健边M(jìn)行，穿插在課程理論教學(xué)的過程中。根據(jù)理論教學(xué)的進(jìn)行程度，適機(jī)布置“研究題目及任務(wù)”、“研究小報告”等階段性任務(wù)，到了課程設(shè)計的集中環(huán)節(jié)時間，學(xué)生已理解題目的任務(wù)，完成功能分析，可以直接開始方案的設(shè)計、選型，還可以有時間在實(shí)驗(yàn)室按自己的設(shè)計方案進(jìn)行模擬搭建，驗(yàn)證設(shè)計方案的可行性和合理性。

四、教學(xué)考核方式的改革

以往的課程考核以考試為主，造成了學(xué)生“輕課堂”、“輕作業(yè)”、“輕實(shí)驗(yàn)”等狀況。為提高機(jī)械原理的教學(xué)質(zhì)量，改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方法及提高工程意識，改革課程評價方式，從考試形式、時間和內(nèi)容等方面進(jìn)行嘗試：將實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的完成情況引入課程的考核評價中，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性主動性，提高學(xué)習(xí)效果。如課程考核包含卷面成績、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)操作以及課堂問答及小練習(xí)完成情況等，各按一定比例形成綜合評定；課程設(shè)計考核中，根據(jù)學(xué)生的階段性“工作表”完成情況和提交大作業(yè)質(zhì)量進(jìn)行評價。最終形成一種注重學(xué)習(xí)過程的綜合評價考核制度。

五、結(jié)束語

瑞士著名教育學(xué)家皮亞杰的建構(gòu)主義理論認(rèn)為，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師則是學(xué)習(xí)過程的引導(dǎo)者，而學(xué)生的學(xué)習(xí)動力則源于興趣。綜上所述，面向“卓越工程師計劃”的機(jī)械原理課程教學(xué)改革，以學(xué)生為主體，老師引導(dǎo)，構(gòu)建理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)并重的教學(xué)模式，突出了實(shí)際工程背景，著力提高學(xué)生的工程意識和工程實(shí)踐能力。通過加強(qiáng)機(jī)械原理教學(xué)過程的工程實(shí)踐性，使學(xué)生感悟到作為一名卓越工程師應(yīng)有的基本工程能力和職業(yè)素質(zhì)，以適應(yīng)企業(yè)發(fā)展需要，適應(yīng)我國現(xiàn)代制造業(yè)對工程師的要求，以及技術(shù)進(jìn)步和社會發(fā)展的要求，做一名合格的“卓越工程師”。

面向“卓越工程師”計劃的機(jī)械原理課程教學(xué)改革，經(jīng)過在機(jī)械工程專業(yè)的試點(diǎn)運(yùn)行，學(xué)生的平均成績有一定提高，特別是在實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計階段，學(xué)生的積極性與能動性有了明顯提升，教學(xué)取得了良好的效果。

[1]趙中敏.探索“卓越工程師培養(yǎng)計劃”的工程實(shí)踐人才培養(yǎng)模式[J].中國教育技術(shù)裝備，2011（26）：25-27.

[2]李延斌，高有華，田方，等.面向培養(yǎng)卓越工程師的機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程改革[J].實(shí)驗(yàn)室技術(shù)與管理，2012，29（4）：231-233.

[3]王聰慧，熊健.機(jī)械原理課程教學(xué)內(nèi)容改革的探索與實(shí)踐[J].長春大學(xué)學(xué)報，2013（23）：776-777.

[4]周傳喜，管鋒，彭三河.基于工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的機(jī)械設(shè)計類系列基礎(chǔ)課程教學(xué)改革研究與實(shí)踐[J].長江大學(xué)學(xué)報（自科版），2015，12（16）：77-80.

[5]申燚，李平正，王明強(qiáng)，等.機(jī)械原理與設(shè)計的實(shí)踐環(huán)節(jié)體系改革與實(shí)踐[J].機(jī)械制造，2013，42（4）：101-103.

[6]佟瑞宏，董炯，呂奕.機(jī)械原理實(shí)踐教學(xué)的改革探索[J].遼東學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2013，20（3）：211-214.

（責(zé)任編輯：張華凡）

Teaching Reform of Mechanisms and Machine Theory for the Excellent Engineers Education Training Plan

SHEN Yu,JIA Yan,ZHANG Gaiping,LI Jing
（Xi’an Polytechnic University,Xi’an 710048,China）

The Excellent Engineers Education Training Plan is a very important teaching reform.I put stress on engineering practice.By reforming teaching mode and optimizing teaching contents,a new teaching model was constructed and the theoretical teaching and engineering practice are of the same importance.In the new student-centered teaching model,engineering practice of mechanisms is closely related to machine theories and the cultivation of students’ engineering consciousness,qualities and practice abilities are given a lot of attention.The result shows that to a certain extent,the reform has improved teaching quality,and enhanced the students’engineering practice ability.

mechanisms and machine theory;the excellent engineers education training plan;engineering practice;teaching reform

G642.0

沈瑜（1973—），女，高級工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課的教學(xué)和機(jī)電一體化。

西安工程大學(xué)2015公共基礎(chǔ)課質(zhì)量提升項(xiàng)目。