新工科理念下民办应用型本科院校“机械原理”教学改革与实践*

刘国锋，李 杨

（安徽三联学院机械工程学院，安徽 合肥 230601）

2017年新工科理念的提出是为了主动应对新一轮产业革命与科技变革的重要举措，对加快我国向制造强国、创新强国的转变具有重要的指导意义。安徽三联学院是位于合肥的一所民办应用型本科院校，其培养目标为具备综合素质高、专业基础牢、创新意识好、实践能力强、能解决生产一线实际问题的应用工程师。安徽三联学院根据新工科对机械类专业本科提出的新要求，结合该专业学生的第一门专业基础课——“机械原理”的教学大纲和课程特点，对传统的教学模式进行丰富和完善，多措并举，以充分调动学生自主学习的积极性为出发点，夯实学生专业基础，提升工程实践能力和创新意识[1]。

1 “机械原理”的课程地位

“机械原理”是机械专业学生接触的第一门专业基础课，是学生对整个专业体系认知的起点，也是进一步学习其他相关专业知识的基础，因此该门课程学习的好坏对学生整个大学生涯有重要影响。该课程的教学大纲规定：通过学习使学生掌握机构的组成原理、机构的运动规律及机构的受力分析；熟练凸轮、连杆、齿轮等常见机构的结构特点和运动规律；初步具有分析简单机构的运动方案及设计计算的能力。通过大纲不难看出，该课程是一门理论性、应用性都很强的主干课程。为更好地发挥该课程的核心地位，适应安徽三联学院应用型人才培养的发展要求，开展“机械原理”课程教学改革研究，具有重要现实意义。

2 “机械原理”教学中存在的主要问题

“机械原理”课程是衔接机械专业基础理论与专业知识的核心主干课，课程本身既具有基础理论课系统性，又具有专业课的实践性[2]。结合安徽三联学院的教学实际，在教学实践中发现该课程与教学目标相比，主要存在以下不足。

2.1 教学内容与课时矛盾

“机械原理”课程涵盖知识点多，诸如连杆、凸轮、齿轮等机构既有一般的共性，也存在各自的差异化，需要教师在授课过程中对共性的加以启发引导，对差异化的区别对待，详细加以讲解。目前安徽三联学院的“机械原理”课时由教材建议的70学时缩减到48学时，而该课程的诸多知识点对学生以后的专业学习具有重要意义，不能随意删减，从而造成了内容与课时的矛盾[3]。为解决该矛盾，部分教师采取加快授课进度，课前检查作业，上课“满堂灌”，课后继续布置作业的循环。安徽三联学院部分学生理论基础相对薄弱，学生疲于应付作业和检查，影响了主动学习的兴趣，甚至出现抄袭作业应付了事的个别现象，与新工科对机械专业学生的要求背道而驰。

2.2 教学方式与实际脱节

部分教师在“机械原理”授课过程中，受传统教学模式的影响，侧重于书本知识的理论讲解，与实际应用联系较少，使得学生对课程中不平衡度、自锁、轮系等与工程实践结合较紧密的章节缺乏深层次的认知。此外，该课程的考查方式没有根据安徽三联学院的培养目标进行及时调整，仅通过课后作业检验学生对所学理论知识的掌握情况，仅靠一张试卷成绩决定学生能否顺利及格，无法对学生的创新及解决实际问题等能力进行评估，不利于学生综合专业素质的培养，从而影响安徽三联学院的人才培养目标的顺利实现。

2.3 教学理论与实践脱离

“机械原理”课程教学目标要求学生能够分析机械运动方案、设计和拟定几种常用的简单机构，这就需要学生在充分掌握相关理论知识的基础上，还要灵活运用相关知识去解决实际问题。在教学过程中，部分学生因“工程力学”等课程基础不牢以及MATLAB、ADAMS等建模软件的不熟练等原因，加之并没有接触过相关的工程实践内容，导致最终离教学目标有较大差距。从以往教学效果看，学生不能将书本所学知识灵活加以运用，遇到实际工程问题大多无从下手，以借鉴为主生搬硬套，自主意识、创新意识较差。

因此，为适应企业对应用型高校机械专业学生能力素质的实际需要，对“机械原理”课程授课方式、考核方式和实践教学等进行补充和完善，构建产—学—研一体的课程教学内容体系，提升“机械原理”课程的教学质量和学生的创新能力，具有现实的积极意义。

3 “机械原理”课程内容的梳理与重构

图1 “机械原理”课程知识体系

图2 “机械原理”理论教学内容体系

“机械原理”课程体系兼具理论性和工程应用性的特点。安徽三联学院以教学大纲为依据，以机构的认知、设计与综合等知识体系为主线，将机械原理课程的教学分为理论和实践两大部分，两部分的具体内容如图1所示。理论教学部分按由浅入深的顺序将其划分机构组成原理与分析模块、机械系统动力学分析模块、常用机构设计模块及机械系统方案设计模块等四部分[4]。这种理论教学模块划分依据，可以使学生通过学习，依次完成了解机构——分析机构运动和受力特性——熟悉常见机构——设计机构的由简单到复杂的学习过程，符合应用型本科院校学生接受理论知识的认知过程，理论教学的内容体系如图2所示。需要重点强调的是，为更好满足本课程的教学目标和学生就业需求，在机构组成原理和分析模块及常见机构设计模块均将ADAMS软件的应用贯穿到教学过程中，提升学生分析和设计简单机构运动方案的能力。将实践教学部分划分为实验教学模块、课程设计模块、学科竞赛三个模块。在实际教学过程中，理论知识体系与实践知识体系不是孤立割裂的，实验环节是对理论的巩固与提高，设计环节是对理论知识和实验操作的综合运用，而学科竞赛更是将整个教学活动推到更高更深的层次，从而全面提升教学效果。

4 多措并举提升教学效果

在新工科五类新要求理念的指导下，针对“机械原理”教学中存在的不足，通过对整个课程体系的梳理，安徽三联学院从理论知识体系和实践知识体系两方面分别对整个教学体系进行了丰富和完善。

4.1 理论知识体系

为适应新工科背景下，国家对应用型本科院校机械专业学生能力素质的要求，安徽三联学院在“机械原理”理论教学过程中，进行了如下探索和完善。

4.1.1 丰富课堂授课方式

图3 三种教学方式的对比示意图

传统的课堂教学方式，以教师为主导去教，而学生被动接受知识，由于安徽三联学院学生的理论基础相对薄弱，教学效果差强人意。近年来，MOOC和“翻转课堂”等新兴教学方式给传统教学注入了生机和活力[5-6]。与传统的课堂教学相比，这两种教学的优势如图3所示，MOOC和“翻转课堂”借助网络和多媒体技术，将教学方式转变为学生主动学，教师“辅助引”的互动式教学。安徽三联学院的具体实施过程就是让学生在教师的引导下，充分地利用学校和网络的各种教学资源，自主探究、自主学习，从而取得1+1+1＞3的效果。但在教学实践中，安徽三联学院也发现不能一味的全部依靠这两种新兴教学方式，应针对该院是应用型本科院校的实际情况，将3种教学方式有机的融合起来，具体做法是：将课程中的理论性较强的知识点按照传统教学模式，由教师通过实物模型、动画演示和多媒体课件来进行启发式教学；课程中部分与工程结合紧密的知识点和难点，则利用MOOC和翻转课堂，通过学生的自主学习和教师引导进行研究性教学。三种教学方式相互补充相得益彰，极大提升了学生的学习积极性、思维能力和创新能力。

4.1.2 结合工程实例

应用型本科院校的教学目标就是培养面向生产一线、能解决实际问题的技术人才，因此安徽三联学院在“机械原理”课程的教学过程中更加注重结合生产实际，侧重于培养学生的实践能力，而弱化课程中部分难度较大的理论公式推导。为此，安徽三联学院教师在课程内容的设置上充分考虑知识的工程性、实践性，注重培养和引导学生将理论知识转化为实践的能力。由于安徽三联学院位于合肥，很多机械专业学生毕业后，会到江淮、奇瑞等车企工作。在教学过程中，教师就侧重于讲解知识点时采取车辆模型进行介绍与引导，例如在讲解曲柄连杆机构时，主要以汽车发动机为例进行讲解；讲解轮系时，主要借助车企具体变速箱实物模型进行示范举例。这样做的好处既增进了学生对相关机构的理解，又能结合学生就业区域和行业，提升学生就业的竞争力和适应能力。需要强调的是，安徽三联学院在教学过程中也发现，教师应该对各知识点工程应用进行详细讲解与拓展，但也不能一味的强调实践，而忽略理论知识的传授，毕竟作为一线技术人员，需要具备一定的理论知识素养，才能在将来的工作岗位上大有作为。

4.1.3 多元化的考核方式

前已述及，“机械原理”是一门实践性较强的课程，传统的平时作业+试卷考核的模式已无法真正反映学生对该课程知识的综合运用、设计计算及创新等诸多方面的能力。安徽三联学院在近几年的教学过程中，对“机械原理”考核方式、考核内容及权重进行了诸多探索和尝试，总结出如图4所示的考核方式。安徽三联学院采取定性和定量两种方式，将考核从以前的平时作业+试卷考试细化为平时成绩、考核成绩、实践成绩及技能成绩四部分。学生的最终成绩取决于这四部分成绩：平时作业和试卷成绩，反应了该生对理论知识的掌握情况；实践成绩和技能成绩，反应了该生的动手操作解决问题和创新能力。此外，平时的课堂表现和实践课表现也是考核点，教师根据上述的情况综合评价给出客观的成绩。安徽三联学院近几年的教学实践证明，采取该综合考核方式，既能督促学生掌握理论知识、实践操作技能，又注重平时的表现，有利于培养的学生综合能力和创新能力。

图4 “机械原理”考核方式

4.2 实践知识体系

实践教学对于应用型创新人才的培养至关重要，它不仅是提升学生工程实践能力、适应工作岗位需要的重要途径，也是我国实现工业强国、制造强国宏伟目标的人才基础。为此，安徽三联学院近年来一直在加大实验室教学建设和课外科技活动的投入和支持力度，提升了实践教学的效果，在一系列大赛中取得了佳绩。

4.2.1 灵活开展实践教学

“机械原理”的实践课不仅可以通过学生对常见实物机构的观察、搭建及拆解等操作，增强学生对自由度、约束等抽象概念直观认识，还可以通过对速度、加速度及振动的测试分析，增强学生实践操作能力和工程素养的培育[7]。安徽三联学院近年来一直加强综合性实验的建设，先后购置空间机构创新设计实验台、慧鱼创意模型等实验设备，全面提升实验室的硬件条件。教师在实验教学中，以启发引导为主，鼓励学生发挥主观能动性，自主开展平面机构、空间机构的创新组合测试与慧鱼创意实验等综合性实验项目。此外，安徽三联学院结合实验室现有规模，坚持分组教学，这样做既能充分发挥现有设备的作用，又增加了学生的动手实践机会，有效保证了实践教学效果。

4.2.2 鼓励参加课外科技活动

近年来，安徽三联学院在重视实验课和课程设计基础上，增加课外科技活动模块，以机械创新设计大赛、挑战杯等课外科技活动为契机，鼓励学生积极参加，同时学院加强指导力量和资金支持力度，学生多次在省内比赛里获奖，提升了学院的整体教学质量。

5 结语

总而言之，在新工科背景下，教师要转变思维观念和教学理念，借助新兴教学方法，重新构件完整的理论教学和实践教学体系。教师在充分了解学校定位和学生的基础上，构建合理的考核评价体系，才能提升学生的综合能力和创新能力。