工程教育視角下“機(jī)械工程導(dǎo)論”課程的教學(xué)改革

修 云，李 濤，陶 晶

(湖北理工學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院,湖北 黃石 435003)

湖北理工學(xué)院是一所應(yīng)用型地方本科高校，于2018年實行機(jī)械類專業(yè)大類招生。學(xué)生進(jìn)校后，先按照大類培養(yǎng)的原則統(tǒng)一進(jìn)行1.5學(xué)年的通識教育類和學(xué)科基礎(chǔ)類課程的學(xué)習(xí)，再結(jié)合其自身的興趣與特長，按照一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行專業(yè)分流，進(jìn)入機(jī)械設(shè)計制造及其自動化、機(jī)械電子工程、車輛工程、材料成型及控制工程4個專業(yè)中的一個進(jìn)行學(xué)習(xí)。專業(yè)分流后，學(xué)生開始具體的專業(yè)類課程學(xué)習(xí)，以夯實學(xué)科基礎(chǔ)知識，拓寬知識面，提升綜合素質(zhì)。應(yīng)用型本科高校以應(yīng)用技術(shù)類型為辦學(xué)定位，旨在培養(yǎng)高素質(zhì)工程應(yīng)用型人才。當(dāng)前，工程教育普遍呈弱化的趨勢，存在著以理科教育的方式培養(yǎng)工程師的現(xiàn)象。工程教育專業(yè)認(rèn)證是我國高等工程教育與世界接軌的有效途徑，其認(rèn)證體系和程序?qū)嵸|(zhì)等效于協(xié)議其他成員國的認(rèn)證體系和程序[1-2]。按照工程教育專業(yè)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)和要求來培養(yǎng)未來的工程師，有利于提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量，為學(xué)生的就業(yè)及職業(yè)發(fā)展創(chuàng)造便利條件。在工程教育的大背景之下，原有的課程體系在課程定位、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核方式等方面已不能滿足實施大類招生后的工程教育需求。以機(jī)械大類專業(yè)的“機(jī)械工程導(dǎo)論”課程為例，各專業(yè)既定的生源范圍被打破，各原有的“機(jī)械工程導(dǎo)論”課程已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前的大類招生模式，課程教學(xué)改革勢在必行。

1 “機(jī)械工程導(dǎo)論”課程的定位

“機(jī)械工程導(dǎo)論”是機(jī)械大類專業(yè)學(xué)生入校第一學(xué)期的一門通識課程，是了解其學(xué)科的第一扇窗，也是對新生進(jìn)行工程教育，培養(yǎng)工程意識的最佳時機(jī)。“機(jī)械工程導(dǎo)論”課程是幫助學(xué)生在正式接觸具體專業(yè)課程之前，對機(jī)械工程學(xué)科、專業(yè)知識體系及其發(fā)展趨勢形成框架式的理解，掌握本學(xué)科的研究方法和思維方式，培養(yǎng)工程意識，理解工程師的職責(zé)，為今后的學(xué)習(xí)和職業(yè)發(fā)展打下良好基礎(chǔ)[3-4]。此外，為學(xué)生介紹機(jī)械工程學(xué)科下的各種專業(yè)和職業(yè)選擇，激發(fā)新生的專業(yè)興趣和對未來發(fā)展的信心，使其明白大學(xué)四年“學(xué)什么、為何學(xué)、怎么學(xué)”，提高專業(yè)認(rèn)可度和專業(yè)保留率。按照工程教育專業(yè)認(rèn)證的12項畢業(yè)要求，“機(jī)械工程導(dǎo)論”課程應(yīng)在工程與社會、職業(yè)規(guī)范、個人和團(tuán)隊、溝通等方面對畢業(yè)要求起到支撐作用。

2 “機(jī)械工程導(dǎo)論”課程教學(xué)存在的不足

1)導(dǎo)論課“引導(dǎo)”不足。導(dǎo)論課程在內(nèi)容設(shè)置上以專業(yè)涵蓋的專業(yè)技術(shù)為主，即實現(xiàn)其自身的工程目標(biāo)所采用的工藝和方法。如機(jī)械制造及其自動化專業(yè)的授課內(nèi)容包含“機(jī)械工程發(fā)展”“力學(xué)在機(jī)械工程中的應(yīng)用”“機(jī)構(gòu)學(xué)及工程應(yīng)用”“工程材料及其應(yīng)用”“現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法”“先進(jìn)制造技術(shù)”“機(jī)電一體化技術(shù)”等多方面，面面俱到，卻淺嘗輒止，泛泛而談，缺乏系統(tǒng)性和全面性，使學(xué)生“只見樹木不見森林”，不能形成完整的工程概念，容易將工程片面地等同于技術(shù)或科學(xué)。同時，學(xué)生也無法清晰地認(rèn)識到作為未來工程師應(yīng)具備的職業(yè)素養(yǎng)。

2)理論為主，缺乏實踐。導(dǎo)論課的教學(xué)形式以課堂講授為主，輔以實驗室參觀。這對于第一次接觸機(jī)械工程的新生而言，無法形成感性認(rèn)識。雖然通過理論學(xué)習(xí)能對該專業(yè)所涉及的內(nèi)容有一個大致了解，但往往不能形成對工程的完整理解，無法全面理解自己作為未來工程師應(yīng)具備的素養(yǎng)、能力和肩負(fù)的責(zé)任，不能讓學(xué)生認(rèn)識到工程是一種社會實踐，是知行并重、理論密切聯(lián)系實際的學(xué)問，是在各種約束限制條件下想方設(shè)法解決現(xiàn)實問題的學(xué)問。

3)學(xué)時總量少，實踐學(xué)時占比小。導(dǎo)論課程學(xué)時偏少，一般為16學(xué)時，包含了4學(xué)時實驗室參觀的實踐環(huán)節(jié)。學(xué)時總量少，教師為了能在有限課時內(nèi)完成教學(xué)內(nèi)容，只能滿堂灌，沒有充足的時間留給學(xué)生進(jìn)行思考和討論。實踐比例小，只能設(shè)置參觀性質(zhì)的實踐環(huán)節(jié)，既不能達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生工程意識的目的，也不符合國家鼓勵“讓學(xué)生忙起來”的精神[5]。

4)考核和評價模式單一。導(dǎo)論課程采用傳統(tǒng)的考核與評價模式，即期末論文與平時成績加權(quán)平均的綜合評定方式。這種缺乏多元化和過程化的考評方法無法真實體現(xiàn)課程目標(biāo)的達(dá)成程度，也與工程教育專業(yè)認(rèn)證的理念和標(biāo)準(zhǔn)相違背。

3 “機(jī)械工程導(dǎo)論”課程改革思路及措施

3.1 改革思路

工程教育立足于工程，致力于培養(yǎng)具有全面素質(zhì)的工程人才。導(dǎo)論課程不是專業(yè)知識的簡單介紹和堆砌，應(yīng)重在“導(dǎo)”，引導(dǎo)學(xué)生理解和思考，即理解和思考工程是什么、工程師是什么、工程師的職責(zé)、工程師應(yīng)具備的素養(yǎng)，以及如何成為一個合格的工程師。通過合理設(shè)置課程內(nèi)容和環(huán)節(jié)，強(qiáng)化責(zé)任意識教育，強(qiáng)化實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)，強(qiáng)化交流合作。為克服傳統(tǒng)導(dǎo)論課程的不足，“機(jī)械工程導(dǎo)論”課程應(yīng)在課程目標(biāo)設(shè)置、教學(xué)模式、評價與考核方式、引入探索式實踐環(huán)節(jié)方面進(jìn)行積極的探究和實踐。

3.2 改革措施

3.2.1設(shè)定基于OBE的課程目標(biāo)

根據(jù)課程對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系，從學(xué)生工程意識和工程能力培養(yǎng)的角度出發(fā)，“機(jī)械工程導(dǎo)論”課程設(shè)定如下課程目標(biāo)。

1)結(jié)合工程案例，了解機(jī)械工程領(lǐng)域的發(fā)展歷史，了解機(jī)械工程學(xué)科及其二級學(xué)科(專業(yè))，認(rèn)識工程與科學(xué)的關(guān)系。

2)了解工程倫理，正確認(rèn)識工程師的職責(zé)與挑戰(zhàn)。

3)了解并掌握文獻(xiàn)查閱方法、科技交流的常用方式與規(guī)范，能通過書面報告和口頭陳述交流解決方案、過程和成果。

4)通過團(tuán)隊的工程全過程實踐，了解機(jī)械工程設(shè)計和機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)全周期的基本流程、設(shè)計開發(fā)方法和技術(shù)，培養(yǎng)認(rèn)識和發(fā)現(xiàn)工程問題、尋求并論證工程問題解決方案、協(xié)作解決工程問題及交流項目研究成果的能力，初步培養(yǎng)工程意識。

3.2.2調(diào)整教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時安排

采用課堂學(xué)習(xí)及項目實踐并行方式，將總學(xué)時調(diào)整為32學(xué)時，每周4學(xué)時，分別為2學(xué)時理論教學(xué)和2學(xué)時實踐教學(xué)。理論教學(xué)支撐課程目標(biāo)1，2，3，實踐教學(xué)支撐課程目標(biāo)3，4。

理論教學(xué)內(nèi)容分為工程學(xué)通識知識和實踐項目支撐理論知識兩部分，以主題形式展開。工程學(xué)通識部分分為工程與科學(xué)、科技交流、工程倫理與工程師、設(shè)計與創(chuàng)新、制造與制備5個主題，主要采用工程案例展示和課堂討論等教學(xué)手段。支撐實踐項目的必備理論知識，主要包括傳動機(jī)構(gòu)、機(jī)械制圖與CAD、測量技術(shù)、工程力學(xué)基礎(chǔ)、電氣基礎(chǔ)、控制器與編程6個主題，根據(jù)所選定的實踐項目及項目需求在主題內(nèi)容上會有所側(cè)重，在順序安排上做適當(dāng)調(diào)整。

3.2.3改進(jìn)課程考核和評價方法

采用分項考核方式進(jìn)行課程考核，既注重結(jié)果也考量過程，包括平時成績10%、小測驗10%、項目成果40%、課堂討論與項目展示20%、期末考試20%。

平時成績包括出勤率和課堂表現(xiàn)。小測驗和期末考試采用半開卷形式，不以識記為目標(biāo)，重在考察學(xué)生對工程與社會、工程倫理、工程師職業(yè)規(guī)范等問題的理解和分析能力。課堂討論考察學(xué)生分析整理材料并以口頭方式清晰表達(dá)觀點、回應(yīng)質(zhì)疑的能力。項目成果以小組的最終作品和小組互評成績作為評分依據(jù)，考察學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作完成任務(wù)的能力及個人在團(tuán)隊中的表現(xiàn)。項目展示考察學(xué)生用口頭和文字、圖表等方式展示設(shè)計方案、過程和結(jié)果的能力。項目成果和項目展示成績的具體評定詳見4.4節(jié)。

通過全過程、全目標(biāo)的考核和評價方式，達(dá)到對學(xué)生學(xué)習(xí)成果的考核和評價的目的。

4 “機(jī)械工程導(dǎo)論”課程實踐環(huán)節(jié)

工程教育重在實踐，在導(dǎo)論課程中設(shè)置實踐環(huán)節(jié)有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識，加深對工程和工程師責(zé)任的理解，初步培養(yǎng)工程素養(yǎng)。

4.1 實踐項目的設(shè)置

1)考慮學(xué)生對基礎(chǔ)知識和能力的需求。“機(jī)械工程導(dǎo)論”課程開設(shè)在新生入校的第一學(xué)期，學(xué)生尚未開始學(xué)習(xí)專業(yè)課程，因此實踐項目的難度應(yīng)基于學(xué)生高中階段的工程基礎(chǔ)知識，或通過自學(xué)或簡單教學(xué)就能使學(xué)生掌握的工程知識和工程軟件。

2)給學(xué)生自主探究的空間。實踐項目的設(shè)定是為了調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維意識和能力。因此，該項目應(yīng)是一個開放型的項目，規(guī)定主題，可以有多種解決方案，能給學(xué)生更多自主探究的空間。

3)覆蓋產(chǎn)品的全周期過程。實踐項目的設(shè)定應(yīng)符合機(jī)械大類學(xué)生的專業(yè)特點，能夠覆蓋機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)的主要流程。因此，項目以典型機(jī)電產(chǎn)品的開發(fā)為宜。

4)合理安排項目開發(fā)的資金和時間成本。資金和時間成本也是在項目設(shè)定時應(yīng)考慮的因素。從資金及環(huán)保的角度出發(fā)，項目所需的材料以標(biāo)準(zhǔn)件或易加工材料為主，最好能重復(fù)利用，能在一學(xué)期規(guī)定的時間內(nèi)完成。

5)學(xué)校能提供場地、技術(shù)及實驗條件支持。

4.2 實踐項目的指導(dǎo)和管理

學(xué)生在實踐項目中所需的理論知識和軟件應(yīng)用能力，一部分是通過課堂理論學(xué)習(xí)獲得，另一部分是需要通過課堂實踐環(huán)節(jié)和課外實踐來掌握。為幫助學(xué)生順利完成實踐項目，除了教師在規(guī)定學(xué)時內(nèi)對實踐項目進(jìn)行指導(dǎo)外，學(xué)院還在課外時間開放了實驗室供學(xué)生預(yù)約使用。同時，選派若干高年級學(xué)長作為“朋輩導(dǎo)師”，在課外時間為各小組項目方案擬定、項目實施等提供指導(dǎo)和建議。

4.3 實踐項目的實施

以“簡易風(fēng)力渦輪機(jī)”項目為例，要求學(xué)生自組團(tuán)隊，完成發(fā)電風(fēng)車原型的設(shè)計、制造和測試，使功率輸出最大，重量和材料的使用(和浪費)最小。學(xué)生團(tuán)隊需考慮渦輪葉片結(jié)構(gòu)(葉片數(shù)與葉片角)、齒輪傳動比、塔結(jié)構(gòu)、電力負(fù)荷、檢測儀表、控制算法、材料效率等。在設(shè)計過程中，學(xué)生需要通過實驗、計算和分析比較以確定優(yōu)選方案。在學(xué)期末舉行評比，各團(tuán)隊設(shè)計海報對作品進(jìn)行展示，評審組對每個團(tuán)隊的作品進(jìn)行測試。

4.4 實踐項目的考核

實踐項目的考核從設(shè)計美學(xué)、海報展示、材料效率、實現(xiàn)效果4個方面進(jìn)行。

設(shè)計的本質(zhì)是按照美的規(guī)律為人造物，只有技術(shù)和形式完美結(jié)合的產(chǎn)品才會被廣大消費者認(rèn)可。在考核中增加形式美的考核，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到美的因素也是評價設(shè)計成果優(yōu)劣程度的標(biāo)準(zhǔn)之一。

學(xué)術(shù)海報是一種常見的設(shè)計方案及學(xué)術(shù)成果的展現(xiàn)形式。各設(shè)計小組將自己的設(shè)計主題、設(shè)計理念、設(shè)計過程及設(shè)計成果以簡潔、直觀的海報形式呈現(xiàn)，并配合講解，使觀看者快速了解其設(shè)計內(nèi)容、設(shè)計思路及成果。通過海報設(shè)計及展示，使學(xué)生體會科研創(chuàng)新的樂趣，培養(yǎng)科研交流的習(xí)慣和能力。

材料效率的考核旨在培養(yǎng)學(xué)生項目管理的成本意識和材料循環(huán)使用的環(huán)保意識。整個學(xué)期使用材料最少的團(tuán)隊得到該項滿分，而使用材料最多的團(tuán)隊得到0分。中間團(tuán)隊按使用材料的排名，按比例得分，成績四舍五入。

項目效果從技術(shù)角度對設(shè)計進(jìn)行考評，以項目技術(shù)指標(biāo)的達(dá)成程度作為評價依據(jù)。以“簡易風(fēng)力渦輪機(jī)”項目為例，考核的是輸出功率的大小。各小組的該項分值=該項目總分×作品輸出功率÷所有小組中作品輸出最大功率。實踐項目的考核以小組為單元進(jìn)行，基準(zhǔn)得分組內(nèi)各成員相同。在此基礎(chǔ)上根據(jù)小組互評成績進(jìn)行調(diào)整，得到小組各成員該項最終得分。

5 結(jié)束語

問卷調(diào)查顯示，“機(jī)械工程導(dǎo)論”課程教學(xué)改革后，學(xué)生對專業(yè)的認(rèn)知度和認(rèn)可度都大幅提升。后續(xù)課程的教師反映學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、技術(shù)交流和動手能力相比改革前的學(xué)生有明顯提高。

通過課程改革，“機(jī)械工程導(dǎo)論”課程改變了以往形式化課程的面貌，學(xué)生在觀念上形成了對機(jī)械工程學(xué)科的整體印象，明確了自己作為未來工程師應(yīng)肩負(fù)的責(zé)任，培養(yǎng)了工程意識和工程能力，了解了機(jī)械工程實踐中應(yīng)掌握的知識和能力，明確了學(xué)習(xí)任務(wù)和目標(biāo)，提升了學(xué)習(xí)興趣，為今后的進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。