基于PBL科技创新实践的机械原理教学模式研究

徐向阳　董绍江　曹源文　潘雪娇

摘 要：机械原理课程是机械专业卓越工程师培养的骨干课程。该文从机械原理理论教学与PBL教学的科技创新实践相结合的角度，结合交通机械类大学生的机械原理学习实际情况，探讨目前国内高校机械原理理论教学与PBL创新实践相结合的可行性，提出具体的结合措施以实现学生PBL科技创新培养与机械原理课程学习二者之间的融合，达到提高交通机械类专业的机械原理课程教学效果之目的。研究成果对交通机械类专业的卓越工程师培养具有积极意义。

关键词：机械原理教学 PBL科技创新 实践训练 卓越工程师 素质培养

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）12（a）-0231-02

当代世界各国竞争的核心是创新型人才的竞争，世界各国均在制定本国的工程创新型人才发展策略，美国提出加强科学、工程和技术教育，引领世界创新的国家战略，欧盟提出三项大型工程教育改革计划，日本也把发展创新型工程教育作为实现经济持续增长的重要措施以确保竞争优势。我国提出的中国制造2025以及“卓越工程师教育培养计划”要求高校注重培养学生的实践能力、设计能力、创新能力和综合素质[1]。大学机械原理课程是机械专业卓越工程师培养的骨干课程，也是后继其他机械类课程的基础。PBL（提出问题型教学）是一种基于问题的教学，是通过发现并解决问题的模式达到理论课学习的目的。而以“挑战杯”为代表的各类大学生课外科技创新实践活动正可作为机械原理理论教学与PBL科技创新实践相结合的尝试载体，为探索目前培养大学学生科技创新能力的有效途径提供优良的研究样本。

1 机械原理教学和PBL科技创新实践结合的可行性分析

从学生开展PBL实践的硬件设施可行性来看，目前高校的实验室条件可较高程度满足PBL科技创新实践。目前开设有机械类专业的高校均建有综合实验实验室、工程实训中心等必要的教学实验室，可为学生开展各类科技实践活动提供所需的实验场所及硬件条件。它们不仅具有实验教学的功能，而且具有开展科技创新实践的条件，因此，它们是学生开展PBL教学的科技创新活动的最佳场所。

从学生的学习阶段与空闲时间来看，基于“机械原理”课程的PBL科技创新实践活动是本科生的最佳选择。这是因为机械原理课程均开在大二、大三阶段，而学生在大一阶段由于缺乏必要的理论知识和实践技能而难以开展科技创新实践活动，大四学习阶段又需要花费大部分精力找工作或考研。因此，大二、大三的学生最适合进行科技创新实践活动，既具有一定的专业知识，又具有较多的闲余时间。从重庆交通大学机械专业调查结果来看，有70%多的大二、大三被调查学生认为有充足知识储备和充裕时间来开展科技创新实践活动，其中卓越工程师班更是有95%以上的学生愿意参加。

从学校现有资金条件来看，机械原理与PBL科技创新实践结合的教改活动是现有资金支持力度下的最佳选择。这是因为目前国内高校的教学改革资金支持力度与其他学校建设相比普遍较少。充分利用现有资金支持力度及现有设施条件是进行教改创新成败的关键。把机械原理教学和学生PBL教学的科技创新实践活动相结合，在充分利用现有资金支持力度与学校现有实验室条件的基础上，既能完成学生的创新实践活动，又能起到通过PBL创新实践完成机械原理理论课程教学。

2 机械原理教学和PBL科技创新实践结合的具体措施

结合交通机械类专业机械原理教学要求及教学特点，可从以下几方面措施开展PBL创新实践下的机械原理理论课教学。

在教学大纲的框架内，根据专业培养特色，有针对性的对机械原理课程，以实践和工程应用为目标，依据“基础、必需”的原则，精简繁杂的理论分析、公式推导，力求设计方法简明实用，着重突出应用性、实用性，并增加了交通机械类典型设备所学的基本设计、使用与维护方面的常识和PBL创新基础等新知识。

在教学内容上适当做出调整，引进先进的PBL问题型教学方法。目前机械原理教材的教学内容仍然以传统知识介绍为主，学生在上课的过程中会对所学知识产生疑虑，产生所学都是过时知识的感觉。为改变学生对课程的疑虑，在教学中需结合具体教学内容和不同专业后续课程介绍一些相关的现代较流行的机械原理相关内容，如，工程机械机构创新、计算机优化技术、绿色设计等等，以提高学生的学习兴趣、开拓学生的视野，加强课程的吸引力。

通过学生项目引导PBL创新实践。目前高校均设置有各类实验室课程教学建设或学生创新实践项目，结合该校的专业特点与机械原理课程实践的需要，有针对性的设置一些学生创新项目。比如：当机械原理中典型的杆件和传动件及机构运动系统缺乏时，可相应设立“机械原理实验教学仪器创新项目”，组织学生根据机械原理课程需要，在老师指导下针对相关教学实验仪器自己申报并开展课题研究。在满足学校机械原理教学设备需要的同时，培养学生的创新思维能力，加深卓越工程师教育培养的深度。

形成帮带效应的创新氛围，并起到榜样作用。学院应把专业背景相同的教师、研究生、本科生组织到一起，开展师生“专业小组”的学术交流、创新结对，形成帮带效应，使学生积极地参与PBL科技创新活动。卓越班学生在自信心、荣誉感方面具有较强的自我意识，应充分调动学生积极性，使机械原理课的学生在机械创新能力方面保持较高的参与率，同时组织由教授与任课教师带队为学生进行专业培训指导，提高其综合创新素质，并为其他班级起到很好地带头作用。

充分利用校内外实践活动基地。合理利用校内外的实践基地，一方面可以提高现有设施利用率；另一方面可以避免重复投入。各高校的机械类校内外实践基地都带有较强的该校专业背景，重新投入势必造成浪费，而且资金也不允许。因此，合理利用现有设施与现有实验条件开展基于PBL的创新实践的机械原理教学模式研究，是保障教学改革成败的关键。充分利用现有条件，让学生在现有专业实验室或创新基地中利用科技创新完成机械原理学习，达到机械原理课程高效教学的目的。

3 结语

该文根据交通机械类卓越工程师工程素质培养的需要，通过以“挑战杯”为代表的各种大学生竞赛活动，把PBL科技创新实践与机械原理理论进行有机结合，起到以工程问题为导向的理论课创新教学模式，并借鉴国外PBL先进教学经验与做法，结合国内高校实际情况，研究基于PBL科技创新实践的机械原理教学改革的可行性，并探讨把机械原理实验教学和学生PBL教学的科技创新实践活动相结合的具体有效措施，对交通机械专业的卓越工程师培养具有重要的积极意义。

参考文献

[1] 林健.“卓越工程师教育培养计划”通用标准研制[J].高等工程教育研究，2010（4）：21-28.

[2] E. Tempelman and A.Pilot. Strengthening the link between theory and practice in teaching design engineering：an empirical study on a new approach[J].Int J Technol Des Educ 2011（21）：261-275.

[3] Bridget Bero and Alana Kuhlman.Teaching Ethics to Engineers：Ethical Decision Making Parallels the Engineering Design Process[J]. Sci Eng Ethics，2011（17）：597-605.