《機(jī)械原理》課程教學(xué)創(chuàng)新探索

江潔

（紅河學(xué)院：a.工學(xué)院，b.云南省高校高原農(nóng)機(jī)機(jī)電一體化技術(shù)研究與應(yīng)用工程研究中心，云南蒙自 661199）

一、背景

21世紀(jì)工程的迅猛發(fā)展對(duì)工程師培養(yǎng)提出了全新要求，伴隨工程的復(fù)雜性、規(guī)模性和不確定性與日俱增，未來(lái)工程活動(dòng)的實(shí)現(xiàn)只能來(lái)源于工程師持續(xù)、有活力的創(chuàng)造性才能。工科學(xué)生在校學(xué)習(xí)階段是工程師培養(yǎng)的工程起點(diǎn)，更是汲取工程專業(yè)知識(shí)，塑造工程素養(yǎng)，激發(fā)創(chuàng)新思維的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。通過(guò)全面落實(shí)學(xué)生的工程能力培養(yǎng)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極主動(dòng)性，提高學(xué)生的主動(dòng)發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的持續(xù)改進(jìn)，提升工程教育人才的培養(yǎng)質(zhì)量成為工科專業(yè)迫在眉睫的改革任務(wù)。

現(xiàn)代工程師的核心能力鎖定為工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力，工科人才培養(yǎng)要基于回歸工程，塑造創(chuàng)新性，注重學(xué)生知識(shí)、素質(zhì)、能力的協(xié)調(diào)發(fā)展[1-3]。《機(jī)械原理》課程作為機(jī)械類各專業(yè)必修的一門(mén)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，在培養(yǎng)機(jī)械類創(chuàng)造型工程人才全局中占據(jù)重要位置。課程主要講授機(jī)構(gòu)的組成、運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析及常用機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本理論和方法，具有概念性強(qiáng)、公式多、課程內(nèi)容多及理論性強(qiáng)等特點(diǎn)。

二、痛點(diǎn)

傳統(tǒng)《機(jī)械原理》課程教學(xué)以知識(shí)為本位，關(guān)心知識(shí)的系統(tǒng)性和理論性，強(qiáng)調(diào)科學(xué)理論而忽視工程應(yīng)用[4]。課程理論教學(xué)采用講授式教學(xué)，以教師為中心，缺乏對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力的鍛煉和培養(yǎng)[5]。人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)與社會(huì)需求嚴(yán)重脫節(jié)，引發(fā)一系列痛點(diǎn)。

（一）學(xué)生工程體驗(yàn)嚴(yán)重缺乏

課堂上以教材為主，學(xué)生缺乏工程環(huán)境的熏陶，難以理解工程中提煉出來(lái)的科學(xué)問(wèn)題。課程理論知識(shí)的抽象繁雜，使學(xué)生在“知其然”階段就受挫，從而止步于“知其所以然”階段。最終造成學(xué)生難以在正確的理論指導(dǎo)下形成系統(tǒng)的綜合技能，基礎(chǔ)理論的不扎實(shí)和綜合技能的難練就，都成為學(xué)生在知識(shí)習(xí)得、技能增強(qiáng)和素質(zhì)提高等方面的絆腳石。

（二）學(xué)生創(chuàng)新激情有待激發(fā)

僅依靠教師講授為主的課堂，學(xué)生在學(xué)習(xí)體驗(yàn)中迷失了主人地位，造成學(xué)生學(xué)習(xí)積極性難以調(diào)動(dòng)，學(xué)得較好的學(xué)生也僅會(huì)解答理論題，卻無(wú)法分析并解決實(shí)際工程問(wèn)題。絕大部分學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、參與性、協(xié)作性和創(chuàng)新性嚴(yán)重缺乏，全情投入持續(xù)學(xué)習(xí)的良好狀態(tài)難以維持，使創(chuàng)新失去可能性。

三、改革實(shí)踐

站在新的人類社會(huì)發(fā)展節(jié)點(diǎn)，重新審視《機(jī)械原理》課程的時(shí)代特點(diǎn)，第一，相較數(shù)學(xué)、物理學(xué)等理論性較強(qiáng)的課程，它與工程實(shí)際結(jié)合更為緊密，更需要回歸工程，為初步培養(yǎng)工科學(xué)生的工程實(shí)踐能力提供了可能性；其次相較專業(yè)機(jī)械課程，它不具體研究某種機(jī)械，而僅深入地探討機(jī)械和機(jī)構(gòu)的一般共性問(wèn)題，為初步培養(yǎng)工科學(xué)生的創(chuàng)新思維能力營(yíng)造了最有利環(huán)境。綜上，《機(jī)械原理》作為機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，是學(xué)生建構(gòu)專業(yè)知識(shí)高樓的奠基石，是培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力的最佳切入點(diǎn)。所以只要對(duì)原有教學(xué)實(shí)施有效改革，必將提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力?；诖耍虒W(xué)創(chuàng)新改革重點(diǎn)圍繞教學(xué)理念、教學(xué)方式和教學(xué)評(píng)價(jià)三大轉(zhuǎn)變展開(kāi)。

（一）教學(xué)理念轉(zhuǎn)變

創(chuàng)新是進(jìn)步的靈魂，理念是行動(dòng)的先導(dǎo)。貫徹OBE（Outcome Based Education）理念，堅(jiān)持“學(xué)生中心”，圍繞學(xué)生達(dá)成課程目標(biāo)構(gòu)建教學(xué)體系。教學(xué)創(chuàng)新改革后，對(duì)應(yīng)畢業(yè)要求確立了《機(jī)械原理》的課程目標(biāo)[2]，如表1所示。

表1 課程學(xué)習(xí)目標(biāo)

（二）教學(xué)方式轉(zhuǎn)變

構(gòu)建“線上”與“線下”相結(jié)合的教學(xué)模式，采用“項(xiàng)目教學(xué)法+探究法+合作學(xué)習(xí)法”，應(yīng)用“超星學(xué)習(xí)通”“雨課堂”“騰訊會(huì)議”“QQ群”等信息技術(shù)工具實(shí)施教學(xué)，以項(xiàng)目為主線，教師為引導(dǎo)，學(xué)生為主體，回歸工程，凸顯創(chuàng)新。

課前由學(xué)生自主結(jié)成5～6人/組的學(xué)習(xí)合作小組，教師線上發(fā)布學(xué)習(xí)資料（PPT、視頻、網(wǎng)絡(luò)資源等），布置課前預(yù)習(xí)、討論和思考內(nèi)容。培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和創(chuàng)新思維能力。課中基于師生面對(duì)面課堂教學(xué)或者在線直播課堂，教師對(duì)學(xué)生預(yù)習(xí)結(jié)果進(jìn)行前測(cè)，結(jié)合來(lái)自合作企業(yè)、教師應(yīng)用型科研項(xiàng)目等（部分校企合作，學(xué)生作品案例如圖1所示）工程案例提出好的問(wèn)題進(jìn)行學(xué)習(xí)[6-8]。

圖1 校企合作、學(xué)生完成作品

通過(guò)建立新、舊知識(shí)間聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生層層剝離問(wèn)題的表面現(xiàn)象，最終探究得到問(wèn)題的本質(zhì)。課堂全程為學(xué)生提供機(jī)會(huì)，幫助他們通過(guò)探究和發(fā)現(xiàn)來(lái)達(dá)成自己的理解。借助開(kāi)放性的工程問(wèn)題，讓學(xué)生分享不同觀點(diǎn)，檢查學(xué)生不斷發(fā)展的理解，糾正謬誤。通過(guò)頭腦風(fēng)暴、人人交互、人機(jī)交互的形式，學(xué)生各盡其能持續(xù)分析和研究問(wèn)題，學(xué)生經(jīng)歷如圖2所示學(xué)習(xí)全過(guò)程。伴隨著矛盾的逐步升級(jí)，解決問(wèn)題的方法趨于更高階，呈現(xiàn)出一定的創(chuàng)新性。

圖2 學(xué)生課堂學(xué)習(xí)過(guò)程

課后，布置學(xué)生完成開(kāi)放性和進(jìn)階型工程問(wèn)題分析。課程實(shí)施全程凸顯學(xué)生作為學(xué)習(xí)主人的地位，強(qiáng)烈的責(zé)任感與小組競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，觸發(fā)學(xué)生積極思考、學(xué)習(xí)和創(chuàng)新的激情。

（三）教學(xué)評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)變

課程評(píng)價(jià)考核是評(píng)價(jià)學(xué)生能力是否達(dá)成的重要手段，因此科學(xué)合理的評(píng)價(jià)方式尤為重要，本門(mén)課程的評(píng)價(jià)強(qiáng)調(diào)過(guò)程性，以學(xué)生能力培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成為目標(biāo)，以檢查學(xué)生對(duì)各知識(shí)點(diǎn)的掌握程度和應(yīng)用能力為重要內(nèi)容。評(píng)價(jià)集自評(píng)、互評(píng)、小組評(píng)和教師評(píng)等多元方式，評(píng)價(jià)總成績(jī)由平時(shí)成績(jī)（20%）、期中成績(jī)（20%）、期末成績(jī)（60%）組成，每一部分評(píng)價(jià)細(xì)則，所服務(wù)的課程目標(biāo)與權(quán)重如表2所示。

表2 課程目標(biāo)達(dá)成評(píng)價(jià)表

四、改革效果

以《機(jī)械原理》課程教學(xué)近4年數(shù)據(jù)為樣本，觀測(cè)教學(xué)創(chuàng)新改革對(duì)包括學(xué)生總評(píng)成績(jī)、學(xué)生能力達(dá)成度和學(xué)生實(shí)踐、創(chuàng)新成果等方面的影響。

（一）教學(xué)創(chuàng)新改革對(duì)學(xué)生總評(píng)成績(jī)的影響

總評(píng)成績(jī)來(lái)源于平時(shí)成績(jī)、期中成績(jī)和期末成績(jī)，評(píng)價(jià)貫穿學(xué)習(xí)課程的全過(guò)程，方式涵蓋學(xué)生自評(píng)、小組內(nèi)互評(píng)和教師評(píng)價(jià)，改革4年的總評(píng)成績(jī)情況如表3所示。

表3 總評(píng)成績(jī)情況

4輪教學(xué)總評(píng)成績(jī)情況顯示，學(xué)生成績(jī)逐步提高，優(yōu)秀學(xué)生逐漸顯現(xiàn)。2020年度學(xué)生成績(jī)顯著提高，主要原因就在于對(duì)教學(xué)大綱進(jìn)行了嚴(yán)格修訂，建立明確的課程目標(biāo)（如表1所示），按照課程目標(biāo)的達(dá)成開(kāi)展教學(xué)探索?？傇u(píng)成績(jī)變化（如圖3所示）證明了教學(xué)創(chuàng)新改革確實(shí)對(duì)學(xué)生總評(píng)成績(jī)提高有效果明顯。

圖3 4年總評(píng)成績(jī)比對(duì)圖

（二）教學(xué)創(chuàng)新改革對(duì)學(xué)生能力達(dá)成度的影響

改革初期，課程教學(xué)大綱概括性地將課程學(xué)習(xí)目標(biāo)及能力培養(yǎng)描述為：使學(xué)生掌握機(jī)構(gòu)學(xué)和機(jī)器動(dòng)力學(xué)基本理論、基本知識(shí)和基本技能，學(xué)會(huì)各種常用基本機(jī)構(gòu)分析和綜合方法，并具有按照機(jī)械使用要求進(jìn)行機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的初步能力和機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的素質(zhì)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)與實(shí)踐，使學(xué)生初步具有擬訂機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案、分析和設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的能力。該課程目標(biāo)弱化了學(xué)生工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維能力、綜合分析能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，表現(xiàn)出了與當(dāng)今人才能力需求的不匹配性。隨著社會(huì)發(fā)展對(duì)人才培養(yǎng)提出的新需求，產(chǎn)出導(dǎo)向成為課程改革重點(diǎn)內(nèi)容，新的課程教學(xué)大綱中明確了課程目標(biāo)（詳見(jiàn)表1），服務(wù)了畢業(yè)要求，系統(tǒng)從四個(gè)維度形成了知識(shí)、能力和素質(zhì)培養(yǎng)相對(duì)穩(wěn)定的工程人才培養(yǎng)模式。通過(guò)對(duì)改革4年來(lái)學(xué)生的課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)分析（如表4所示），可以觀測(cè)出學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)提升情況。

表4 課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)情況

對(duì)比4年課程目標(biāo)達(dá)成情況可知（如圖4所示），經(jīng)過(guò)教學(xué)改革，課程各目標(biāo)及總目標(biāo)達(dá)成度均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，證明了改革的有效性。其中課程目標(biāo)1、2達(dá)成度上升趨勢(shì)較緩，說(shuō)明四年來(lái)學(xué)生對(duì)課程基礎(chǔ)理論知識(shí)的掌握程度大致相同。課程目標(biāo)3在2020年度得到大幅上升，證明圍繞學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力提升，所采取的課程改革實(shí)施效果良好，學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)得到強(qiáng)化，創(chuàng)新能力得到提升。下一步改革圍繞課程目標(biāo)4達(dá)成度提升，將嘗試從學(xué)科競(jìng)賽、申請(qǐng)專利等方面更深層次融入課程教學(xué)當(dāng)中，將學(xué)生創(chuàng)新成果納入課程總評(píng)成績(jī)當(dāng)中，從“以賽促學(xué)”的層面提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

圖4 課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)對(duì)比

（三）教學(xué)創(chuàng)新改革對(duì)學(xué)生實(shí)踐、創(chuàng)新成果的影響

4年來(lái)學(xué)生受益于課程創(chuàng)新改革成果，在工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和綜合分析能力得到發(fā)掘與強(qiáng)化，學(xué)生參與中國(guó)好設(shè)計(jì)、“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽等創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽獲獎(jiǎng)共56項(xiàng)，畢業(yè)設(shè)計(jì)中進(jìn)行傳動(dòng)方案創(chuàng)新的占比67%，申請(qǐng)國(guó)家專利20項(xiàng)，基本上所有項(xiàng)目都來(lái)源于實(shí)際工程問(wèn)題。

五、結(jié)語(yǔ)

課程改革以學(xué)生能夠達(dá)成課程目標(biāo)為導(dǎo)向，優(yōu)化整合教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)資源、教學(xué)方法、評(píng)價(jià)策略等，創(chuàng)新性地將來(lái)自校企合作單位的小型高原機(jī)械工程問(wèn)題植入教學(xué)內(nèi)容，鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用信息技術(shù)發(fā)掘?qū)W習(xí)資源，以學(xué)生為中心調(diào)整并采用適當(dāng)教學(xué)方法協(xié)助學(xué)生主動(dòng)探究問(wèn)題獲得新知，建立多元評(píng)價(jià)體系。凸顯地方應(yīng)用型人才工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)特色。