《機械原理》課程教學創新探索

江潔

（紅河學院：a.工學院，b.云南省高校高原農機機電一體化技術研究與應用工程研究中心，云南蒙自 661199）

一、背景

21世紀工程的迅猛發展對工程師培養提出了全新要求，伴隨工程的復雜性、規模性和不確定性與日俱增，未來工程活動的實現只能來源于工程師持續、有活力的創造性才能。工科學生在校學習階段是工程師培養的工程起點，更是汲取工程專業知識，塑造工程素養，激發創新思維的關鍵節點。通過全面落實學生的工程能力培養，調動學生的積極主動性，提高學生的主動發現和創新解決實際工程問題的能力，促進教學質量的持續改進，提升工程教育人才的培養質量成為工科專業迫在眉睫的改革任務。

現代工程師的核心能力鎖定為工程實踐能力和創新思維能力，工科人才培養要基于回歸工程，塑造創新性，注重學生知識、素質、能力的協調發展[1-3]?！稒C械原理》課程作為機械類各專業必修的一門重要的技術基礎課程，在培養機械類創造型工程人才全局中占據重要位置。課程主要講授機構的組成、運動和動力分析及常用機構設計的基本理論和方法，具有概念性強、公式多、課程內容多及理論性強等特點。

二、痛點

傳統《機械原理》課程教學以知識為本位，關心知識的系統性和理論性，強調科學理論而忽視工程應用[4]。課程理論教學采用講授式教學，以教師為中心，缺乏對學生工程實踐能力和創新思維能力的鍛煉和培養[5]。人才培養環節與社會需求嚴重脫節，引發一系列痛點。

（一）學生工程體驗嚴重缺乏

課堂上以教材為主，學生缺乏工程環境的熏陶，難以理解工程中提煉出來的科學問題。課程理論知識的抽象繁雜，使學生在“知其然”階段就受挫，從而止步于“知其所以然”階段。最終造成學生難以在正確的理論指導下形成系統的綜合技能，基礎理論的不扎實和綜合技能的難練就，都成為學生在知識習得、技能增強和素質提高等方面的絆腳石。

（二）學生創新激情有待激發

僅依靠教師講授為主的課堂，學生在學習體驗中迷失了主人地位，造成學生學習積極性難以調動，學得較好的學生也僅會解答理論題，卻無法分析并解決實際工程問題。絕大部分學生學習的主動性、參與性、協作性和創新性嚴重缺乏，全情投入持續學習的良好狀態難以維持，使創新失去可能性。

三、改革實踐

站在新的人類社會發展節點，重新審視《機械原理》課程的時代特點，第一，相較數學、物理學等理論性較強的課程，它與工程實際結合更為緊密，更需要回歸工程，為初步培養工科學生的工程實踐能力提供了可能性；其次相較專業機械課程，它不具體研究某種機械，而僅深入地探討機械和機構的一般共性問題，為初步培養工科學生的創新思維能力營造了最有利環境。綜上，《機械原理》作為機械類專業學生的專業技術基礎課，是學生建構專業知識高樓的奠基石，是培養學生工程實踐能力和創新思維能力的最佳切入點。所以只要對原有教學實施有效改革，必將提升學生的工程實踐能力和創新思維能力?；诖?，教學創新改革重點圍繞教學理念、教學方式和教學評價三大轉變展開。

（一）教學理念轉變

創新是進步的靈魂，理念是行動的先導。貫徹OBE（Outcome Based Education）理念，堅持“學生中心”，圍繞學生達成課程目標構建教學體系。教學創新改革后，對應畢業要求確立了《機械原理》的課程目標[2]，如表1所示。

表1 課程學習目標

（二）教學方式轉變

構建“線上”與“線下”相結合的教學模式，采用“項目教學法+探究法+合作學習法”，應用“超星學習通”“雨課堂”“騰訊會議”“QQ群”等信息技術工具實施教學，以項目為主線，教師為引導，學生為主體，回歸工程，凸顯創新。

課前由學生自主結成5～6人/組的學習合作小組，教師線上發布學習資料（PPT、視頻、網絡資源等），布置課前預習、討論和思考內容。培養學生自主學習、團隊協作和創新思維能力。課中基于師生面對面課堂教學或者在線直播課堂，教師對學生預習結果進行前測，結合來自合作企業、教師應用型科研項目等（部分校企合作，學生作品案例如圖1所示）工程案例提出好的問題進行學習[6-8]。

圖1 校企合作、學生完成作品

通過建立新、舊知識間聯系，引導學生層層剝離問題的表面現象，最終探究得到問題的本質。課堂全程為學生提供機會，幫助他們通過探究和發現來達成自己的理解。借助開放性的工程問題，讓學生分享不同觀點，檢查學生不斷發展的理解，糾正謬誤。通過頭腦風暴、人人交互、人機交互的形式，學生各盡其能持續分析和研究問題，學生經歷如圖2所示學習全過程。伴隨著矛盾的逐步升級，解決問題的方法趨于更高階，呈現出一定的創新性。

圖2 學生課堂學習過程

課后，布置學生完成開放性和進階型工程問題分析。課程實施全程凸顯學生作為學習主人的地位，強烈的責任感與小組競爭機制，觸發學生積極思考、學習和創新的激情。

（三）教學評價轉變

課程評價考核是評價學生能力是否達成的重要手段，因此科學合理的評價方式尤為重要，本門課程的評價強調過程性，以學生能力培養目標的達成為目標，以檢查學生對各知識點的掌握程度和應用能力為重要內容。評價集自評、互評、小組評和教師評等多元方式，評價總成績由平時成績（20%）、期中成績（20%）、期末成績（60%）組成，每一部分評價細則，所服務的課程目標與權重如表2所示。

表2 課程目標達成評價表

四、改革效果

以《機械原理》課程教學近4年數據為樣本，觀測教學創新改革對包括學生總評成績、學生能力達成度和學生實踐、創新成果等方面的影響。

（一）教學創新改革對學生總評成績的影響

總評成績來源于平時成績、期中成績和期末成績，評價貫穿學習課程的全過程，方式涵蓋學生自評、小組內互評和教師評價，改革4年的總評成績情況如表3所示。

表3 總評成績情況

4輪教學總評成績情況顯示，學生成績逐步提高，優秀學生逐漸顯現。2020年度學生成績顯著提高，主要原因就在于對教學大綱進行了嚴格修訂，建立明確的課程目標（如表1所示），按照課程目標的達成開展教學探索?？傇u成績變化（如圖3所示）證明了教學創新改革確實對學生總評成績提高有效果明顯。

圖3 4年總評成績比對圖

（二）教學創新改革對學生能力達成度的影響

改革初期，課程教學大綱概括性地將課程學習目標及能力培養描述為：使學生掌握機構學和機器動力學基本理論、基本知識和基本技能，學會各種常用基本機構分析和綜合方法，并具有按照機械使用要求進行機械傳動系統方案設計的初步能力和機械創新設計的素質。通過本課程的學習與實踐，使學生初步具有擬訂機械運動方案、分析和設計機構的能力。該課程目標弱化了學生工程實踐能力、創新思維能力、綜合分析能力、團隊協作能力，表現出了與當今人才能力需求的不匹配性。隨著社會發展對人才培養提出的新需求，產出導向成為課程改革重點內容，新的課程教學大綱中明確了課程目標（詳見表1），服務了畢業要求，系統從四個維度形成了知識、能力和素質培養相對穩定的工程人才培養模式。通過對改革4年來學生的課程目標達成度評價分析（如表4所示），可以觀測出學生綜合能力的培養提升情況。

表4 課程目標達成度評價情況

對比4年課程目標達成情況可知（如圖4所示），經過教學改革，課程各目標及總目標達成度均呈現上升趨勢，證明了改革的有效性。其中課程目標1、2達成度上升趨勢較緩，說明四年來學生對課程基礎理論知識的掌握程度大致相同。課程目標3在2020年度得到大幅上升，證明圍繞學生工程實踐能力和創新思維能力提升，所采取的課程改革實施效果良好，學生的創新意識得到強化，創新能力得到提升。下一步改革圍繞課程目標4達成度提升，將嘗試從學科競賽、申請專利等方面更深層次融入課程教學當中，將學生創新成果納入課程總評成績當中，從“以賽促學”的層面提高學生的創新思維能力。

圖4 課程目標達成度評價對比

（三）教學創新改革對學生實踐、創新成果的影響

4年來學生受益于課程創新改革成果，在工程實踐能力、創新思維能力、團隊協作能力和綜合分析能力得到發掘與強化，學生參與中國好設計、“互聯網+”創新創業大賽、全國大學生機械創新設計大賽、全國大學生工程訓練綜合能力競賽等創新創業大賽獲獎共56項，畢業設計中進行傳動方案創新的占比67%，申請國家專利20項，基本上所有項目都來源于實際工程問題。

五、結語

課程改革以學生能夠達成課程目標為導向，優化整合教學內容、學習資源、教學方法、評價策略等，創新性地將來自校企合作單位的小型高原機械工程問題植入教學內容，鼓勵學生運用信息技術發掘學習資源，以學生為中心調整并采用適當教學方法協助學生主動探究問題獲得新知，建立多元評價體系。凸顯地方應用型人才工程實踐能力和創新思維能力培養特色。