工程教育认证背景下机械原理课程教学改革探讨

祝志芳　曾宇露　刘国亮　王欢　邓小珍

【摘要】本文论述机械原理课程的教学改革，以工程教育认证为引领，以科技竞赛为载体，针对机械原理课程教学中存在的问题，提出依托科技竞赛的创新能力培养，对机械原理课程进行教学改革，从明确课程教学目标、多样化课程教学方式、改革课程实验教学体系等方面综合探索培养学生创新能力的对策。

【关键词】工程教育认证 科技竞赛 创新能力 教学改革

【中图分类号】G  【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2020）27-0058-02

近年来，工程教育专业认证作为国际公认的工程教育质量保障制度，越来越受到国内各高等院校的重视，工程教育专业认证的核心理念是“以学生为中心”，在这过程中对学生创新能力的培养更是重中之重。机械类专业课程体系较为宽广，而机械原理课程作为机械类专业的一门主干基础课，同时也是机械设计制造及其自动化专业的核心课程，在当今机械工业技术人才的培养过程中起着承上启下的关键作用。目前国内高校机械原理课程的讲授多以理论讲解为主，辅以一定的实验教学，课程内容知识点相对抽象，学生在学习过程中普遍感觉较为吃力，而创新能力的培养放在课程教学中的效果更是甚微，无法适应新时代高等教育工程专业认证课程教学目标对人才培养的要求。因此，在工程教育认证背景下，探索机械原理课程的教学改革，培养学生的创新能力，具有现实意义。

一、机械原理课程教学现状

机械原理课程作为机械类工科专业的一门重要主干课程，目前多以理论讲解为主，辅以一定的实验教学，在课程教学内容、课程授课方式、实验教学体系等方面均不能适应工程教育认证对创新能力培养的新要求，尽管很多高校进行了一定的教学改革，但仍然存在很多问题。

（一）理论教学现状分析

该课程的主要内容是介绍机械的工作原理，运用图解法和解析法分析一般机械的运动和设计过程。目前课程的教学重心还是在基本知识的讲解，而课程的基本知识相对陈旧，国内传统机械原理教材历来重视课程体系的独立，对各种传统机械的详细讲解往往占据了大量篇幅，而与新兴科技相结合能反映现代科技发展进步的内容却偏少。由于高等学校教学改革，专业基础课程的学时在逐步减少，而教学内容并没有减少，导致教师在授课过程讲授内容多局限于教材范围，对于培养学生综合设计能力的设计类知识（如四杆机构设计、凸轮机构设计）却往往是一带而过，更没有实例分析和设计过程的讲解。这种局限于课本知识的授课内容难以调动学生的学习主观能动性，更不能培养学生的创新思维能力。

（二）实验教学现状分析

实验教学方面，通常都是按照规定实验项目内容开展实验教学，这种理论与实验相互分离的教学模式导致学生对实验教学环节不重视，上实验课的积极性不高。目前高等院校实验教学无论是教学管理还是教学过程，都不像理论教学要求那么严格，且仍多采用“以教师为中心”的教学模式，学生被动式地接受教学内容，缺乏对教学内容的深刻思考，忽视了学生的主体作用。实验教学项目也以验证性、演示性居多，对于训练学生独立思考和创新设计能力的综合性、设计性实验项目比例偏少，导致实验教学内容仅停留在课堂理论知识的补充上，没有起到进一步拓展知识的作用。

二、机械原理课程教学改革

基于工程教育专业认证，为满足制造强国新形势下对创新人才的培养要求，对机械原理课程在课程教学目标、课程教学方式、实验教学体系等方面进行一系列的改革，以适应工程教育认证人才培养要求，为培养学生创新能力和实践动手能力奠定基础。

（一）明确课程教学目标

课程目标作为课程教学过程对学生能力培养的制度化要求，是课程内容设计、教学过程实施和课程体系综合评价的重要依据。工程教育认证要求课程必须有明确、可衡量的毕业要求，教学目标应与毕业生毕业要求高度匹配。在工程教育专业认证背景下适应人才培养的要求，机械原理课程教学目标能否匹配毕业要求的相关指标点，对教学质量起到关键作用。根据工程教育专业认证标准，结合我校应用型人才培养目标，并通过对毕业生就业单位的跟踪调查，与企业就业需求进行对接，了解毕业生能力要求及当前社会需求，经过课程教学单位及教学团队教师的研讨，确定本课程教学目标对应工程教育专业认证中的工程知识、问题分析、設计开发及研究探索等四个方面要求，并分别具体对应毕业要求的各项二级指标点。这样就可以实现工程教育认证中毕业要求与课程目标之间的有效衔接，从而使毕业要求达成度的评价可具体转换成对相应课程目标的达成度评价，可操作性强。将课程章节内容分解落实，对应到各项二级指标点的教学中，可以使得课程教学目标更加清晰，任务更加明确。同时通过设计课程教学内容，使得课程每一章节内容都能对应一定的课程目标，从而确保所有设定的课程目标都有相应的课程教学章节作为支撑，适应工程教育专业认证人才培养的要求。

（二）多样化教学方式

机械原理课程由于知识点相对抽象、机构的运动较为复杂、解析法分析机构运动原理的数学知识要求较高，学生在学习过程中感觉内容枯燥、难以理解，学习兴趣不高，导致学习效果欠佳。改革传统的课程授课方法，结合现代化教学技术，采用先进的教学手段，充分利用计算机技术及相关专业软件辅助教学，将Solidworks、Adams、Matlab等工程软件引入课堂教学，可建立机构三维模型并进行仿真研究，借助计算机对复杂问题进行精准化直观呈现，使学生能够更容易地理解相关知识内容。采用现代网络技术，结合MOOC、雨课堂、学习通等网络教学手段开展个性化教学。我校具有较丰富的网络教学平台，基于平台基础授课，教师可将丰富的教学资料共享到教学平台，制作一系列的网络课程。建立机械原理校级网络课程，搜集历届优秀的科技竞赛作品视频及动画，可以利用网络丰富的动画资源，对课程授课中学生难以理解的抽象问题进行直观呈现，完善每一章节对应的课外习题并补充机械原理相关的课外知识。教师在网络平台可实时与学生进行互动教学，及时解答学生在学习过程中遇到的疑问，可有效提高学生的学习兴趣和积极性，提升教学效果。

（三）改革课程实验教学体系

机械原理实验是机械原理课程的重要组成环节，学生在实验的过程中可以综合应用所学理论知识，分析和解决工程实际问题，对于培养学生创新思维和动手能力具有十分重要的作用。

1.优化实验内容设置。传统的机械原理实验教学大多数指定了实验内容和实验项目，学生进入实验室后无需过多思考，只需参照实验指导书的要求和步骤按部就班地模仿，学生在这过程中的实验操作大同小异，实验结果相差微乎其微，最为关键的是学生实验过程没有发挥主观能动性，没有去认真思考实验内容和理论课程之间的联系，对于实验结果不能给出合理正确的解释。为了弥补上述实验教学过程存在的不足，培养学生在实验操作中独立思考和分析问题、解决问题的能力，切实增强学生的创新设计能力。在实验项目设置时增加综合性、设计性实验，进一步减少和弱化认识性、验证性实验项目，摒弃既定的实验题目，选择与课程内容紧密相关的具有代表性的科技竞赛作品进行深度剖析。对机构运动方案反求设计，分析机构运动原理并重新绘制机构运动简图，理解相关机构运动过程中所蕴含的理论知识，在此基础上再进行机构的创新设计，可将理论与实践很好地相结合，大大提高学生的创新设计能力和实践动手能力。

2.依托科技竞赛创建开放创新实验室。为了进一步提高学生的创新能力，充分利用我院大学生机械创新基地，创建开放实验室，开展与机械类学科相关的科技竞赛活动，如“挑战杯”全國大学生课外学术科技作品竞赛、机械创新设计大赛等，定期根据比赛要求，结合课程所学内容完成一些创新项目，可完整地完成项目从构思、设计、分析、制作到加工实物的过程，将理论与实践相结合，在应用中发现问题并解决问题，大大提升学生综合素养和创新能力。同时利用好我校创新实验室的慧鱼工坊，通过慧鱼模型巧妙搭建各种机械结构并实现一定功能，学生能够综合利用机械设计知识和自动控制相关学科知识，将多学科多领域的理论知识融会贯通于实践过程中。创新实验室具有专门的场地和优良的设备资源，学生可以根据自己的兴趣设计和制造一些创新型作品，在设计和制作创新作品的过程中，潜移默化地培养了创新思维，提高了工程实践能力，激发学习兴趣。

基于工程教育专业认证，以学生为中心的教育理念，结合当前国际工程教育发展趋势对学生创新能力培养的要求，以科技竞赛为载体，开展基于工程教育认证理念的创新能力培养的机械原理课程教学改革，明确课程教学目标、多样化课程教学方式、改革课程实验教学体系，对提高人才培养质量，提升学生实践动手能力和增强创新能力具有十分重要的意义。

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【基金项目】江西省高等学校省级教改课题（JXJG-18-18-5，JXJG-18-18-2）;南昌工程学院校级教改课题（2017JG006，2019JG022）

【作者简介】祝志芳（1984— ），男，南昌工程学院副教授，研究方向：机械类教学。

（责编 丁 梦）