美国克莱姆森大学机械工程专业本科教学探析

范书宇

摘要：本文在简介美国五所著名大学机械工程专业特色的基础上，以克莱姆森大学为例，分析了机械工程专业本科教学的培养模式、课程体系及实践性教学的特色。主要分析的内容如下：美国大学重视对学生沟通与表达能力的培养，重视对数学与物理等基础课程的教学，实验课统一编排，实践性教学形式多样化，等等。

关键词：机械工程；教学；本科；课程体系

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）45-0038-02

一、引言

机械工程专业（Mechanical Engineering）是以相关的自然科学及技术科学作为理论基础，结合生产实践中积累的技术经验，研究和解决在开发、设计、制造、安装、运用和修理各种机械中的全部理论和实际问题的应用学科。现代机械工程专业教育的任务是在实践性、综合性、创新性及人文化等现代工程理念的指导下，培养能综合运用现代机械制造理论和技术手段，懂经营、会管理，兼备人文精神和科学精神，能从事机械产品设计制造、科技开发、应用研究、设备管理和经营销售等方面工作的高素质应用型高级工程技术人才。机械工程专业在我国综合类及理工科大学中普遍设置，国外很多大学也设置了机械工程专业。根据2017年QS世界大学排名，以下5所大学榜上有名：麻省理工学院、斯坦福大学、哈佛大学、加利福利亚大学伯克利校区及密歇根大学。今年，笔者有幸去美国走访了这5所大学中的前4所。此外，笔者还在美国东南部、全美公立学校排名前20的克莱姆森大学生活与学习了近1个月。这段经历为笔者深入了解美国大学的本科教学提供了极好的机会。

二、美国五所大学机械工程专业简介

美国的机械工程专业一般以工程学院下设的一个系为单位进行教学，系以下不再细分专业。例如，麻省理工学院、斯坦福大学及加利福利亚大学伯克利校区的机械工程专业都隶属于工程学院，哈佛大学的机械工程系隶属于工程及应用科学学院，克莱姆森大学的机械工程专业隶属于工程、计算及应用科学学院。与国内的机械工程专业相比，美国的机械工程专业涉及的领域要宽广得多。它既包含了我国传统的机械工程内容，又包含了能源、生物、材料等工程。从航空、航海到纳米科学，从新材料、能源到传统的机械设计及制造，都是机械工程的研究对象。美国大学注重培养具有广泛专业基础的通才，而国内大学的专业划分则比较细，更注重对专门人才的培养。

三、克莱姆森大学机械工程专业简介

克莱姆森大学的机械工程专业隶属工程、计算及应用科学学院（简称工程学院），该学院由12個系组成。各系的大一新生入学后，首先在工程学院进行一年的通识课程学习，学满规定学分且成绩合格后，才有资格进入各系进行后续的学位课程学习。

1.机械工程专业的培养模式及课程体系。克莱姆森大学的标准学制是4年。学生可以弹性选课，多数本科生的学习年限是4.5年左右。该校的本科教学分为3个学期，分别是秋季学期、春季学期和夏季学期，历时分别约为4个月、4个月及3个月。其中，春季和秋季学期是必须参加的，而夏季学期则不是强制的。各学年的课程简介如下：大一上学期：普通化学、单变量微积分1、写作、工程规范训练、艺术、人文或社会科学。大一下学期：编程、问题求解及应用、单变量微积分2、物理与微积分1、物理实验、工程图学及计算机应用、艺术、人文或社会科学。大二上学期：研讨班、机械工程的统计及动力学、多变量微积分、物理与微积分2、材料科学导论。大二下学期：材料力学、热与流体系统基础、常微分方程导论、电气工程基础电工实验、机械工程实验1。大三上学期：机械系统基础、热力学、流体力学、数值分析、科技写作、机械工程实验2。大三下学期：热传导、动力系统的模拟与分析、机械设计基础、机械制造及应用、数理统计。大四上学期：机械工程设计、多域动态系统的控制与集成、艺术、人文或社会科学、机械工程实验3、专业选修课1。大四下学期：高级研讨班、机械工程设计实习、艺术、人文或社会科学、专业选修课2、专业选修课3。

上述课程共计125学分，该课程体系具有如下特点：（1）人文类及写作课程累计23学分。克莱姆森大学注重对学生沟通与表达能力的培养。在大一上学期就开设了写作课程，在大三上学期又开设了科技写作课程，两者共计6个学分。此外，还分别在大一与大四开课了艺术、人文与社会科学类课程，该类课程累计15个学分。（2）数学、物理及化学类课程累计32个学分。克莱姆森大学的机械工程专业非常重视数学及物理课程在机械工程专业教学中的重要作用，这两类课程共计28个学分。此外，为了拓宽学生的知识面，还设有普通化学课程，这与国内多数机械工程专业的课程设置有明显的区别。（3）实验、设计与实习类课程累计14个学分。除了物理实验及电工实验，该专业的其他实验课统一编排为机械工程实验课，并分别在大二、大三及大四开设。这样设置能使各种实验形成统一的整体，便于学生对其所学知识的融会贯通。（4）专业类课程累计56个学分，其中，专业选修课有3门，占9个学分。这2门专业选修课中，有2门必须从机械工程专业列出的22门开课清单中选择，另外1门可以是全校范围内开设的创新试验。学生亦可以用一系列创新试验来替代这3门专业选修课，但有严格的前提条件。这一系列严格的条件为提高学生进行创新试验研究的质量提供了有力的保证。此外，这3门专业先修课亦可由相同名称的研究生课程来代替，这为部分优秀学生提供了学习先进科技的良好机会。

2.实践性教学方法。（1）实验。实验课采用小班教学的形式开设，每个教学班十多个人。学生可以根据自己的时间灵活选择参加某个小班的实验课。实验课前，教师指定相关的资料供学生阅读。实验课上，教师先讲解基本原理，接着进行小测验，检测学生的预习效果。小测验之后，学生分组进行实验，一般3—4人一组。学生们对照实验指导书自己摸索仪器的使用方法并完成实验。助教在实验室巡视，随时回答学生提出的问题。实验结束后，学生需要及时处理实验数据，并独立完成实验报告。这种每节课都对学生进行考评的方式对提高学生的预习效果起到了良好的促进作用，而小班教学的方式又能使教师顾及到所有的学生。（2）实习。实习一般安排在春季或秋季学期的第14—16周，或者是夏季学期的第11—14周。学生可以兼职或全日制形式参与实习。机械工程设计及机械工程设计的实习课程分别在大四第一、第二学期开课，二者是一个统一的整体。要求全系所有学生参加实习，由教师及行业赞助商进行指导。对于机械工程设计课程，要求学生能设计和制造用于课堂上现场演示的仪器；而对于机械工程设计的实习，则要求学生能完成工程界导师提出的任务，发明、设计或改进某个实际问题。（3）合作教育。合作教育项目是克莱姆森大学的特色之一，它为本科生提供了参与式学习的机会。参与这个项目的学生被公司全日制雇佣，学生亲自参与动手实践，有工资报酬，公司方面提供专业人员对学生进行指导。合作教育的学期与学校的教学学期相交替，滚动进行，保证学生“全日制”地投入参与式学习。学生必须参加满春季、秋季及夏季共三个学期的参与式学习，这是合作教育项目与实习的最大区别。（4）创新性研究。创新性研究性学习是本科生的小组式研究性学习，研究问题来源于学生的探究、教师的挑战性任务或当前社会的迫切需求。学校的网站上有教师、研究生及学校的合作单位提出的探究性问题及具体要求，学生可以组成小组自由申请。整个创新性研究由专业导师指导，一般跨越2—4个学期。学校还会定期举办活动，展示学生的研究成果。这种研究有助于培养学生的思维能力、解决任务的能力、团队合作能力及表达能力。

四、结论

通过实地考察、深入体验及资料查阅等方式，本文对美国机械工程专业的本科教学进行了探析。在简要分析美国5所大学机械工程专业特色的基础上，以克莱姆森大学为例，分析了机械工程专业本科教学的培养模式、课程体系及实践性教学的特色。美国大学开设有写作课，重视对学生沟通与表达能力的培养；重视对数学与物理等基础课程的教学；实验课统一编排；实践性教学形式较多，与企业的联系较为密切，这样能更好地促使学生将所学理论与工程实践相结合。

参考文献：

[1]郭森，支希哲.中美高等工程教育比较研究[J].西北工业大学学报（社会科学版），2013，30（1）：78-81.

[2]郑光泽，朱宝生，李朝晖，廖林清.机械工程专业实验教学中心的建设思路[J].高等工程教育研究，2004，（4）：78-80.

[3]克莱姆森大学机械工程系[EB/OL].https：//www.clemson.edu/cecas/departments/me/