美國克萊姆森大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)本科教學(xué)探析

范書宇

摘要：本文在簡介美國五所著名大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)特色的基礎(chǔ)上，以克萊姆森大學(xué)為例，分析了機(jī)械工程專業(yè)本科教學(xué)的培養(yǎng)模式、課程體系及實踐性教學(xué)的特色。主要分析的內(nèi)容如下：美國大學(xué)重視對學(xué)生溝通與表達(dá)能力的培養(yǎng)，重視對數(shù)學(xué)與物理等基礎(chǔ)課程的教學(xué)，實驗課統(tǒng)一編排，實踐性教學(xué)形式多樣化，等等。

關(guān)鍵詞：機(jī)械工程；教學(xué)；本科；課程體系

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）45-0038-02

一、引言

機(jī)械工程專業(yè)（Mechanical Engineering）是以相關(guān)的自然科學(xué)及技術(shù)科學(xué)作為理論基礎(chǔ)，結(jié)合生產(chǎn)實踐中積累的技術(shù)經(jīng)驗，研究和解決在開發(fā)、設(shè)計、制造、安裝、運用和修理各種機(jī)械中的全部理論和實際問題的應(yīng)用學(xué)科?，F(xiàn)代機(jī)械工程專業(yè)教育的任務(wù)是在實踐性、綜合性、創(chuàng)新性及人文化等現(xiàn)代工程理念的指導(dǎo)下，培養(yǎng)能綜合運用現(xiàn)代機(jī)械制造理論和技術(shù)手段，懂經(jīng)營、會管理，兼?zhèn)淙宋木窈涂茖W(xué)精神，能從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計制造、科技開發(fā)、應(yīng)用研究、設(shè)備管理和經(jīng)營銷售等方面工作的高素質(zhì)應(yīng)用型高級工程技術(shù)人才。機(jī)械工程專業(yè)在我國綜合類及理工科大學(xué)中普遍設(shè)置，國外很多大學(xué)也設(shè)置了機(jī)械工程專業(yè)。根據(jù)2017年QS世界大學(xué)排名，以下5所大學(xué)榜上有名：麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、哈佛大學(xué)、加利福利亞大學(xué)伯克利校區(qū)及密歇根大學(xué)。今年，筆者有幸去美國走訪了這5所大學(xué)中的前4所。此外，筆者還在美國東南部、全美公立學(xué)校排名前20的克萊姆森大學(xué)生活與學(xué)習(xí)了近1個月。這段經(jīng)歷為筆者深入了解美國大學(xué)的本科教學(xué)提供了極好的機(jī)會。

二、美國五所大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)簡介

美國的機(jī)械工程專業(yè)一般以工程學(xué)院下設(shè)的一個系為單位進(jìn)行教學(xué)，系以下不再細(xì)分專業(yè)。例如，麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)及加利福利亞大學(xué)伯克利校區(qū)的機(jī)械工程專業(yè)都隸屬于工程學(xué)院，哈佛大學(xué)的機(jī)械工程系隸屬于工程及應(yīng)用科學(xué)學(xué)院，克萊姆森大學(xué)的機(jī)械工程專業(yè)隸屬于工程、計算及應(yīng)用科學(xué)學(xué)院。與國內(nèi)的機(jī)械工程專業(yè)相比，美國的機(jī)械工程專業(yè)涉及的領(lǐng)域要寬廣得多。它既包含了我國傳統(tǒng)的機(jī)械工程內(nèi)容，又包含了能源、生物、材料等工程。從航空、航海到納米科學(xué)，從新材料、能源到傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計及制造，都是機(jī)械工程的研究對象。美國大學(xué)注重培養(yǎng)具有廣泛專業(yè)基礎(chǔ)的通才，而國內(nèi)大學(xué)的專業(yè)劃分則比較細(xì)，更注重對專門人才的培養(yǎng)。

三、克萊姆森大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)簡介

克萊姆森大學(xué)的機(jī)械工程專業(yè)隸屬工程、計算及應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（簡稱工程學(xué)院），該學(xué)院由12個系組成。各系的大一新生入學(xué)后，首先在工程學(xué)院進(jìn)行一年的通識課程學(xué)習(xí)，學(xué)滿規(guī)定學(xué)分且成績合格后，才有資格進(jìn)入各系進(jìn)行后續(xù)的學(xué)位課程學(xué)習(xí)。

1.機(jī)械工程專業(yè)的培養(yǎng)模式及課程體系。克萊姆森大學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)學(xué)制是4年。學(xué)生可以彈性選課，多數(shù)本科生的學(xué)習(xí)年限是4.5年左右。該校的本科教學(xué)分為3個學(xué)期，分別是秋季學(xué)期、春季學(xué)期和夏季學(xué)期，歷時分別約為4個月、4個月及3個月。其中，春季和秋季學(xué)期是必須參加的，而夏季學(xué)期則不是強制的。各學(xué)年的課程簡介如下：大一上學(xué)期：普通化學(xué)、單變量微積分1、寫作、工程規(guī)范訓(xùn)練、藝術(shù)、人文或社會科學(xué)。大一下學(xué)期：編程、問題求解及應(yīng)用、單變量微積分2、物理與微積分1、物理實驗、工程圖學(xué)及計算機(jī)應(yīng)用、藝術(shù)、人文或社會科學(xué)。大二上學(xué)期：研討班、機(jī)械工程的統(tǒng)計及動力學(xué)、多變量微積分、物理與微積分2、材料科學(xué)導(dǎo)論。大二下學(xué)期：材料力學(xué)、熱與流體系統(tǒng)基礎(chǔ)、常微分方程導(dǎo)論、電氣工程基礎(chǔ)電工實驗、機(jī)械工程實驗1。大三上學(xué)期：機(jī)械系統(tǒng)基礎(chǔ)、熱力學(xué)、流體力學(xué)、數(shù)值分析、科技寫作、機(jī)械工程實驗2。大三下學(xué)期：熱傳導(dǎo)、動力系統(tǒng)的模擬與分析、機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)、機(jī)械制造及應(yīng)用、數(shù)理統(tǒng)計。大四上學(xué)期：機(jī)械工程設(shè)計、多域動態(tài)系統(tǒng)的控制與集成、藝術(shù)、人文或社會科學(xué)、機(jī)械工程實驗3、專業(yè)選修課1。大四下學(xué)期：高級研討班、機(jī)械工程設(shè)計實習(xí)、藝術(shù)、人文或社會科學(xué)、專業(yè)選修課2、專業(yè)選修課3。

上述課程共計125學(xué)分，該課程體系具有如下特點：（1）人文類及寫作課程累計23學(xué)分?？巳R姆森大學(xué)注重對學(xué)生溝通與表達(dá)能力的培養(yǎng)。在大一上學(xué)期就開設(shè)了寫作課程，在大三上學(xué)期又開設(shè)了科技寫作課程，兩者共計6個學(xué)分。此外，還分別在大一與大四開課了藝術(shù)、人文與社會科學(xué)類課程，該類課程累計15個學(xué)分。（2）數(shù)學(xué)、物理及化學(xué)類課程累計32個學(xué)分?？巳R姆森大學(xué)的機(jī)械工程專業(yè)非常重視數(shù)學(xué)及物理課程在機(jī)械工程專業(yè)教學(xué)中的重要作用，這兩類課程共計28個學(xué)分。此外，為了拓寬學(xué)生的知識面，還設(shè)有普通化學(xué)課程，這與國內(nèi)多數(shù)機(jī)械工程專業(yè)的課程設(shè)置有明顯的區(qū)別。（3）實驗、設(shè)計與實習(xí)類課程累計14個學(xué)分。除了物理實驗及電工實驗，該專業(yè)的其他實驗課統(tǒng)一編排為機(jī)械工程實驗課，并分別在大二、大三及大四開設(shè)。這樣設(shè)置能使各種實驗形成統(tǒng)一的整體，便于學(xué)生對其所學(xué)知識的融會貫通。（4）專業(yè)類課程累計56個學(xué)分，其中，專業(yè)選修課有3門，占9個學(xué)分。這2門專業(yè)選修課中，有2門必須從機(jī)械工程專業(yè)列出的22門開課清單中選擇，另外1門可以是全校范圍內(nèi)開設(shè)的創(chuàng)新試驗。學(xué)生亦可以用一系列創(chuàng)新試驗來替代這3門專業(yè)選修課，但有嚴(yán)格的前提條件。這一系列嚴(yán)格的條件為提高學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新試驗研究的質(zhì)量提供了有力的保證。此外，這3門專業(yè)先修課亦可由相同名稱的研究生課程來代替，這為部分優(yōu)秀學(xué)生提供了學(xué)習(xí)先進(jìn)科技的良好機(jī)會。

2.實踐性教學(xué)方法。（1）實驗。實驗課采用小班教學(xué)的形式開設(shè)，每個教學(xué)班十多個人。學(xué)生可以根據(jù)自己的時間靈活選擇參加某個小班的實驗課。實驗課前，教師指定相關(guān)的資料供學(xué)生閱讀。實驗課上，教師先講解基本原理，接著進(jìn)行小測驗，檢測學(xué)生的預(yù)習(xí)效果。小測驗之后，學(xué)生分組進(jìn)行實驗，一般3—4人一組。學(xué)生們對照實驗指導(dǎo)書自己摸索儀器的使用方法并完成實驗。助教在實驗室巡視，隨時回答學(xué)生提出的問題。實驗結(jié)束后，學(xué)生需要及時處理實驗數(shù)據(jù)，并獨立完成實驗報告。這種每節(jié)課都對學(xué)生進(jìn)行考評的方式對提高學(xué)生的預(yù)習(xí)效果起到了良好的促進(jìn)作用，而小班教學(xué)的方式又能使教師顧及到所有的學(xué)生。（2）實習(xí)。實習(xí)一般安排在春季或秋季學(xué)期的第14—16周，或者是夏季學(xué)期的第11—14周。學(xué)生可以兼職或全日制形式參與實習(xí)。機(jī)械工程設(shè)計及機(jī)械工程設(shè)計的實習(xí)課程分別在大四第一、第二學(xué)期開課，二者是一個統(tǒng)一的整體。要求全系所有學(xué)生參加實習(xí)，由教師及行業(yè)贊助商進(jìn)行指導(dǎo)。對于機(jī)械工程設(shè)計課程，要求學(xué)生能設(shè)計和制造用于課堂上現(xiàn)場演示的儀器；而對于機(jī)械工程設(shè)計的實習(xí)，則要求學(xué)生能完成工程界導(dǎo)師提出的任務(wù)，發(fā)明、設(shè)計或改進(jìn)某個實際問題。（3）合作教育。合作教育項目是克萊姆森大學(xué)的特色之一，它為本科生提供了參與式學(xué)習(xí)的機(jī)會。參與這個項目的學(xué)生被公司全日制雇傭，學(xué)生親自參與動手實踐，有工資報酬，公司方面提供專業(yè)人員對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)。合作教育的學(xué)期與學(xué)校的教學(xué)學(xué)期相交替，滾動進(jìn)行，保證學(xué)生“全日制”地投入?yún)⑴c式學(xué)習(xí)。學(xué)生必須參加滿春季、秋季及夏季共三個學(xué)期的參與式學(xué)習(xí)，這是合作教育項目與實習(xí)的最大區(qū)別。（4）創(chuàng)新性研究。創(chuàng)新性研究性學(xué)習(xí)是本科生的小組式研究性學(xué)習(xí)，研究問題來源于學(xué)生的探究、教師的挑戰(zhàn)性任務(wù)或當(dāng)前社會的迫切需求。學(xué)校的網(wǎng)站上有教師、研究生及學(xué)校的合作單位提出的探究性問題及具體要求，學(xué)生可以組成小組自由申請。整個創(chuàng)新性研究由專業(yè)導(dǎo)師指導(dǎo)，一般跨越2—4個學(xué)期。學(xué)校還會定期舉辦活動，展示學(xué)生的研究成果。這種研究有助于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、解決任務(wù)的能力、團(tuán)隊合作能力及表達(dá)能力。

四、結(jié)論

通過實地考察、深入體驗及資料查閱等方式，本文對美國機(jī)械工程專業(yè)的本科教學(xué)進(jìn)行了探析。在簡要分析美國5所大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)特色的基礎(chǔ)上，以克萊姆森大學(xué)為例，分析了機(jī)械工程專業(yè)本科教學(xué)的培養(yǎng)模式、課程體系及實踐性教學(xué)的特色。美國大學(xué)開設(shè)有寫作課，重視對學(xué)生溝通與表達(dá)能力的培養(yǎng)；重視對數(shù)學(xué)與物理等基礎(chǔ)課程的教學(xué)；實驗課統(tǒng)一編排；實踐性教學(xué)形式較多，與企業(yè)的聯(lián)系較為密切，這樣能更好地促使學(xué)生將所學(xué)理論與工程實踐相結(jié)合。

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[3]克萊姆森大學(xué)機(jī)械工程系[EB/OL].https：//www.clemson.edu/cecas/departments/me/