一流课程背景下机械原理课程体系改革与探索——以河北大学为例

王 青，董小平，杨丽颖，王翠表，孙 辉

一流课程背景下机械原理课程体系改革与探索——以河北大学为例

王 青1,2，董小平1,2，杨丽颖1,2，王翠表1,3，孙 辉1,3

（1.河北大学质量技术监督学院，河北 保定 071002；2.河北省新能源汽车动力系统轻量化技术创新中心（筹），河北 保定 071002；3.保定市新能源车辆动力工程技术研究中心，河北 保定 071002）

教育部实施的高等院校本科“双万计划”促进高校课程内容与教学的改革，为此，作者结合多年的教学经验，以机械原理课程体系为例，探究符合“金课、金师、金生”的教学模式。首先对学生的学情以及课程特点进行分析，对课程体系内容进行了组合-优化-模块化。采用学生团队协作、线上线下结合或无缝切换、借助图书馆全文数据库、公众号、视频号等推送文献资料与视频，以及以竞赛为契机的拔尖学生培养，实现以点带面等模式进行教学，引领学生主动参与教学活动中。以上措施有助于提升学生的机械综合设计与分析能力，并挖掘学生的自驱力学习能力，以达到初步实现设计并解决复杂的机械传动等工程问题的目的。这为其他课程提供可实施性的教学经验，同时具有教学研究的实际意义。

机械原理；自驱力学习；实践教学；课程体系

2019年国家教育部相继出台《教育部关于一流本科课程建设的实施意见》《深化新时代教育评价改革总体方案》等文件，在全国高等院校的本科课程上实施“双万计划”，分别认定并建设1万门左右的国家级和省部级课程，即为一流本科课程，包括理论类课程、实践类课程与二者融合课程，采用线下、线上与线下结合等教学形式[1]。因此，高等院校结合专业特色，打造并实现“金专、金课和金师、金生”[2-3]。当然，对于一流本科课程建设，以学生为中心，培养并提升其实践创新能力更为重要。本文以河北大学机械设计制造及其自动化专业的核心课程——机械原理为例，结合现状，分析学情与课程特点，并提出可实施的具体措施和思路，这对教学探索与改革具有实际意义。

1 学情与课程特点

笔者讲授机械原理课程已有20余年，在教学中发现不同时期的学生均具有不同的学情。现阶段师生在“教”与“学”过程中存在一些不足：

1）教师知识储备不足。青年教师缺乏企业经验和教学经验，在理论课讲授过程中无法体现企业实际案例，同时没有深度与广度。

2）学生自驱力不足。机械原理理论比较抽象与深奥，学生思想上认识较欠缺，导致其自驱力较低，严重影响其学习探索能力的培养与提升。

3）学生设计能力不足。在机构理论分析设计中，学生还处于基础课的问题回答式或计算式模式，在分析设计上无处下手、找不到分析设计的切入点，在该状态下，学生的机构理论分析、设计能力处于低级阶段，部分学生没有获得实质性有效提升。

4）内容安排碎片化。按学习理论—实验—实践顺序进行，每一阶段具有间隔期，一旦时间间隔较长，学生的知识出现贬值性和衰减性，积累能力明显减弱。

机械原理课程体系主要包括机械原理、机械原理实验和机械原理课程设计等3部分课程。具体教学内容如图1所示。该课程体系的理论、实验以及综合设计等具体知识较多、分散性与实践性较强，但每一章节的关联比较紧密，互相紧扣。另外，对学生的先修课程掌握程度要求高。在学习中，学生在某一章节上知识掌握程度较低或理解不透彻，直接影响后续章节的学习；先修课程理论力学知识没有实质性的掌握，直接导致学习难度剧增，处于课程进度拖着被动学习，其知识掌握与理解程度明显减弱。

2 以学生学习为中心、教师引领的教学模式

2.1 课程内容的模块化与优化

如图1所示，首先对理论进行模块化，在原有内容基础上，确定3大模块：理论知识模块、典型机构设计模块和机械系统运动设计模块。在每一模块中以知识点为主线，分析某一主题词或关键词，利用学校图书馆资源如CNKI-中国知网总库平台、Elsevier期刊全文库ScienceDirect等查阅期刊论文、硕博士论文、专利、标准、科技成果等文献资料，经过阅读与筛选，总结并提炼出有价值的研究结果或结论，无缝融入课程知识点的讲授中。如连杆机构设计方法章节，融入李志刚等[4]在给定连杆上某点运动轨迹的前提下，采用Pro/E建立曲柄摇杆机构参数化模型，将其导入ADAMS进行运动分析，通过采用优化软件Isight集成Pro/E和ADAMS，构建基于Isight的优化设计平台，选取自适应模拟退火算法对曲柄摇杆机构的连杆长度和角度进行优化设计，最终得到使其运动轨迹误差最小的设计结果。该优化设计方法简单、快捷、高效，为平面连杆机构的设计提供了一种全新的设计方法。

在实验课程上，结合理论课程模块，把原本分散的8个实验项目进行整合并优化成4个综合性实验项目。项目有：1）机械结构学实验；2）机械运动学实验；3）机构动力学实验；4）典型机构特点及设计实验。在课程设计上，采用综合运用理论知识进行典型机器设计，根据给定机器参数及要求达到的功能，完成机器的原理设计，并对机器结构、运动、动力等进行分析，完成机构尺寸综合，最后形成机构运动简图及运动循环图，同时撰写设计计算说明书，总结运用的理论知识点及计算过程。

2.2 线上与团队教学探索

该体系课程曾以课堂讲授为主，在教学中，教师列举工程案例、深入浅出讲授与验证知识点，部分学生因自身储备相关基础知识薄弱，在听课时如同类似文艺表演观看老师表演，课后收效甚微，更难以谈及实验操作、机构分析以及课程设计。

基于此，在该课程体系中，教师先梳理出概念性的知识点，通过学习通放置于学习区，供学生自学完成，在自学过程中遇到问题，以微信、QQ、线上答疑区等网络通讯进行留言，教师及时反馈。同时，课前线上发布阅读材料及其测试，在课堂上预留一定时间进行讨论与分析，其间要求学生带着问题进行答疑，以学生自行组成小组进行讨论与分析为主，教师引导并完善答案要点。

在实验过程中，学生自行组合形成实验团队，并推选出1名组长，在组长主持下，成员完成实验，一旦遇到问题，组长与成员或组长之间互相交流解决、互相共享问题与解决要点。另外，当组长无法解决时，问题进行集中汇总，然后请教教师，待教师解决后，组长向成员传达。在课程设计时，基于课程内容，教师提供一些设计题目，学生组建团队对题目功能要求进行分析，每组提出三种以上解决问题的机构方案，然后以团队形式进行方案汇报，当然，团队成员既要全程参与机器原理分析与设计，又要分工明确，每名成员均有设计重点，组内成员的设计方案不得重复。之后，设计完成后，以小组形式答辩，小组间互相点评，教师做最终点评，指出每一小组完成情况的优点与不足。

在教学途径上，除了常规的线下教学外，本体系课程采用了线上线下相结合以及线上线下无缝切换方式。线上教学时，为了克服教师与学生没有面对面的表情交流，学生自选内容并制作PPT或课程设计阶段性内容，采用腾讯会议、QQ屏幕分享等形式进行讲授，时间不超过5分钟。之后，学生自行点评，教师总结并与学生共享。或推荐中国大学慕课国家精品课程在线学习平台学生在线学习，学生学习后总结知识点，发布于学习通平台，教师点评。除此之外，教师还向学生发布机械原理相关的文献资料，如高教学刊期刊发表的“TRIZ理论在机械原理实验教学中的应用研究”[5]、“多操作模式折展机器人机构设计及性能分析[6]”等。

2.3 培养拔尖学生，实现以点带面

教师在该体系课程教学过程中，与学生进行多方位交流，挖掘出实践能力强、思维开阔且上进的学生组建团队。以机械创新大赛为契机，采用项目驱动法激励学生在设计—调整—修改—制作—竞赛的每个环节独立完成。无疑，学生为主体，参加几次竞赛后掌握精髓可运用自如，实现了拔尖学生的培养，然后这些学生分别组建团队引领学生参加后续竞赛，以传带帮的形式促进学生的自驱力学习该体系课程，以此实现了以点带面的学习局面。近3年来，以乐凯医疗科技有限公司合作项目为例，在教师的引领下，学生组建团队对医学核磁共振用的胶片打印机结构改进设计，已获得初步结果并得到企业技术人员的认可。同时本专业学生获得国家级/省部级等机械创新大赛奖励30余项，其中不乏一等奖、二等奖等。

3 结束语

为了使机械原理课程体系教学效果能良好地持续，以及学生在“学”上改革和老师在“教”上获得更好的质量，本课程体系基于教改内容以开环与闭环相结合的方式进行进一步提炼与优化，逐步修改与调整，逐渐减少讲授、实验和设计实施中出现的问题；与兄弟院校该课程体系讲授教师进行沟通与交流，互相吸取优秀的教学与实践经验并共享，并赋予实施中。经过数次教学循环后引导学生自行设计实验、选择设备、自我管理实验与设计实践、自我完成实验与设计，同时融入课程思政内容，以此逐步实现“以学生学习为中心，教师为引导”的可持续改进的教学新模式。

[1] 宋宪臣,黄伟莉,林亮华,等.工程认证背景下“机械原理”课程“线上+线下”混合式教学研究[J].东华理工大学学报(社会科学版). 2022,41(1):76-78,96.

[2] 叶雨婷.教育部高等教育司司长吴岩:打造“金专”“金课”,锻造中国“金师”[N].中国青年报,2022-08-08 (5).

[3] 郑华林,李炳林,李本杰,等.线上线下混合“金课”教学模式研究与实践:以机械制造基础课程为例[J].高教学刊.2022,8(21): 25-28.

[4] 李志刚,贾慧芳,张文亮,等.给定运动轨迹的连杆机构新型设计方法[J].机械设计与制造,2013(11):47-49.

[5] 单泉,陈砚,马廉洁.TRIZ理论在机械原理实验教学中的应用研究[J].高教学刊,2022(22):144-147.

[6] 赵福群.多操作模式折展机器人机构设计及性能分析[D].北京:北京交通大学,2021.

Reform and Exploration of Mechanical Principle System under the Background of First-class Courses —Take Hebei University as an Example

WANG Qing1,2, DONG Xiaoping1,2, YANG Liying1,2, WANG Cuibiao1,3, SUN Hui1,3

( 1.College of Quality and Technical Supervision, Hebei University, Baoding 071002, China; 2.Hebei New EnergyVehicle Power System Lightweight Technology Innovation Center (Under Preparation), Baoding 071002, China;3.Baoding New Energy Vehicle Power Engineering Technology Research Center, Baoding 071002, China )

The "Double 10000 Plan" implemented by the Ministry of Education for undergraduates in colleges and universities promotes the reform of curriculum content and teaching in colleges and universities. For this reason, the author combines many years of teaching experience and takes the mechanical principle course system as an example to explore the teaching mode that conforms to the "golden course, golden teacher and golden student". This paper first analyzes the students' learning situation and the characteristics of the curriculum. Based on this, the course system content has been combined, optimized and modularized. By means of student team cooperation, online and offline combination or seamless switching, pushing literature and video with the help of library full-text database, public account, video number and other ways, and taking competition as an opportunity to cultivate top students, teaching can be carried out from point to area, leading students to actively participate in teaching activities. Based on the above, it is helpful to improve students' ability of structural design and analysis and to tap students' ability of self-driving learning, so as to achieve the goal of preliminary design and solve complex mechanical structure engineering problems. This provides practical teaching experience for transfer to other courses, and has practical significance for teaching research.

Mechanical principle; Self-driven learning; Practical teaching; Curriculum system

G623

A

1671-7988(2023)11-192-04

王青（1966－），女，硕士，副教授，研究方向为机械设计及机构学研究及教学探索，E-mail:lucy-wq163.com。

本文依托项目为河北大学第九批教学改革研究项目（XJGYB078、XJGYB077）、河北大学质量技术监督学院第二批教学改革研究项目：基于慧鱼模型的以比赛为导向的项目驱动式机械创新设计实训教学改革鱼探索；基于学生科技创新竞赛的实践教学改革与探索——以《金工实习》为例。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.011.036