【摘要】本文針對高等工程教育教學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)，圍繞融工程意識、知識和能力于一體的“大工程”教育體系，以夯實(shí)理論基礎(chǔ)，提高學(xué)生工程實(shí)踐能力為宗旨，在整合機(jī)械原理課程知識體系、改進(jìn)教學(xué)環(huán)節(jié)及改革考核方式等方面進(jìn)行了一些嘗試，并取得了一定的效果。

【關(guān)鍵詞】大工程教育 機(jī)械原理 教學(xué) 實(shí)踐 能力培養(yǎng)

教育部把培養(yǎng)具有“厚基礎(chǔ)、寬口徑、高素質(zhì)、強(qiáng)能力，特別是具有工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的高質(zhì)量工程技術(shù)人才”作為高等工程教育教學(xué)的目標(biāo)，目前這一培養(yǎng)目標(biāo)已成為高等工程院校的共識?；谶@一認(rèn)識，黑龍江科技學(xué)院已初步構(gòu)建了融工程意識、知識和能力于一體的“大工程”教育體系，即工程認(rèn)知教育—基本技能訓(xùn)練——專業(yè)技能訓(xùn)練—綜合創(chuàng)新訓(xùn)練，這一教育體系貫穿于工科學(xué)生四年的大學(xué)生活，其目的就是強(qiáng)化學(xué)生工程意識和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。而機(jī)械原理課程是機(jī)械類專業(yè)和近機(jī)械類專業(yè)一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，具有很強(qiáng)的工程性、實(shí)踐性和應(yīng)用性。學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程，不但可為學(xué)習(xí)后續(xù)機(jī)械類專業(yè)課程打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，而且還具有增強(qiáng)對機(jī)械技術(shù)工作的適應(yīng)性和提高其創(chuàng)新能力的作用?？梢?，機(jī)械原理課程教學(xué)是推進(jìn)學(xué)校相關(guān)專業(yè)大工程教育的重要一環(huán)。因此。為了適應(yīng)大工程教育人才培養(yǎng)的要求，筆者通過多年教學(xué)實(shí)踐，在課程體系、教學(xué)環(huán)節(jié)及考核方式等方面進(jìn)行了一些新的嘗試，并取得了一定的效果。

一、理論知識體系的重新整合

近幾年，隨著高等教育教學(xué)改革的深入和課程體系的調(diào)整，學(xué)生學(xué)習(xí)的科目有了很大的增加，單科的教學(xué)時數(shù)則有所壓縮。如機(jī)械原理課程學(xué)時由原來的80學(xué)時縮減為60學(xué)時。在有限的學(xué)時內(nèi)，要系統(tǒng)地完成機(jī)械原理課程教學(xué)。這就要求授課教師在授課前對課程體系進(jìn)行調(diào)整。筆者的做法是將教材內(nèi)容進(jìn)行重新整合，即把理論知識體系歸納為“三大模塊”——機(jī)構(gòu)的組成學(xué)篇、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動動力學(xué)篇和機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計篇。其中，機(jī)構(gòu)的組成學(xué)篇(36學(xué)時)，包括機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計、凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計、齒輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計、齒輪系及其設(shè)計、其他常用機(jī)構(gòu)；機(jī)械的運(yùn)動動力設(shè)計篇(20學(xué)時)，包括平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析、平面機(jī)構(gòu)的，力分析、機(jī)械的效率及自鎖、機(jī)械的平衡、機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)及其速度波動的調(diào)節(jié)。機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(4學(xué)時)，包括機(jī)械系統(tǒng)的總體方案設(shè)計、機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計、機(jī)械傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計和原動機(jī)的選擇。通過這樣的整合，可使機(jī)械原理中各基本理論更符合認(rèn)知規(guī)律，即在首先掌握了機(jī)構(gòu)的組成原理及其具有確定運(yùn)動的條件之后，學(xué)習(xí)幾種機(jī)械工程中常用的機(jī)構(gòu)，了解它們的組成原理、運(yùn)動特點(diǎn)、常用的設(shè)計方法，接著把它們用于簡單機(jī)器中，再對不同機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析、力分析及運(yùn)動方程的建立和求解，進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計、機(jī)械工作原理的擬定、選擇原動機(jī)及傳動方案、各執(zhí)行構(gòu)件間的協(xié)調(diào)配合，最后設(shè)計出能協(xié)調(diào)工作的小型機(jī)器。按照這樣的認(rèn)知規(guī)律進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生對內(nèi)容的理解就比較容易，而不會覺得機(jī)械原理是空洞的、抽象的，從而調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使他們感覺所學(xué)的知識有的放矢。筆者構(gòu)建的機(jī)械原理課程新體系，在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)環(huán)節(jié)等方面突出了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動設(shè)計、機(jī)構(gòu)的動力設(shè)計、系統(tǒng)的方案設(shè)計，各項(xiàng)改革的思路、措施均具有科學(xué)性、先進(jìn)性、創(chuàng)新性和可操作性，體現(xiàn)了教育教學(xué)的普遍規(guī)律，更加貼合工程技術(shù)人才培養(yǎng)的規(guī)律，實(shí)踐效果顯著，對于學(xué)生知識掌握、能力生成、素質(zhì)的提高起到了重要作用。

二、教學(xué)環(huán)節(jié)的改進(jìn)

教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)立是否合理，直接關(guān)系到學(xué)生基本知識、基本技能的掌握程度，也直接關(guān)系到學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的效果和工程實(shí)踐能力的提高?；诖耍P者通過“四位一體”的教學(xué)環(huán)節(jié)即理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計和課外綜合實(shí)踐，來全面提高學(xué)生對理論知識的應(yīng)用能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

(一)理論教學(xué)方法與手段的改進(jìn)

1 教學(xué)方法。隨著教學(xué)學(xué)時的壓縮以及教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容的整合，教師如果照本宣科，采用“填鴨式”教學(xué)方法，只會造成教學(xué)內(nèi)容無法完成和脫離工程實(shí)際的結(jié)果，達(dá)不到對學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)要求，因此在機(jī)械原理課堂教學(xué)上沒有統(tǒng)一的教學(xué)方法，而應(yīng)是結(jié)合不同的講授內(nèi)容采用不同的教學(xué)方法，如啟發(fā)式、分析討論式、現(xiàn)場教學(xué)式等。啟發(fā)式教學(xué)是激發(fā)學(xué)生積極思維的首要方法，教師在教學(xué)中不斷設(shè)疑，最好是一個問題能引起幾種不同的答案，激發(fā)學(xué)生積極思考，最后給出正確的回答和判斷，這樣可以使學(xué)生加深對所學(xué)理論知識的掌握。分析討論課應(yīng)該是開發(fā)學(xué)生智能、鍛煉學(xué)生膽量、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的一個重要的教學(xué)方法，例如，講授連桿機(jī)構(gòu)這一部分內(nèi)容時，結(jié)合實(shí)例提出桿長與機(jī)構(gòu)形式、運(yùn)動特性之間的關(guān)系，繼而介紹機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新與應(yīng)用，也可以給學(xué)生一些小型的具有新穎性、趣味性、實(shí)用性的設(shè)計題目，如自動黑板擦、升縮式梯子、硬幣分選機(jī)等，由學(xué)生提出設(shè)計方案并在課堂上進(jìn)行討論，以引導(dǎo)學(xué)生積極創(chuàng)新，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維?，F(xiàn)場教學(xué)法是使學(xué)生理論聯(lián)系工程實(shí)際，分析實(shí)際問題、解決實(shí)際問題能力的最有效方法，可組織學(xué)生到生產(chǎn)現(xiàn)場或?qū)W院實(shí)訓(xùn)基地進(jìn)行教學(xué)，事先應(yīng)布置一些思考題，讓學(xué)生帶著問題一邊參觀一邊討論，把書本知識與工程實(shí)踐結(jié)合起來，使學(xué)生具體領(lǐng)會各種機(jī)構(gòu)在機(jī)器中的應(yīng)用及其在應(yīng)用中體現(xiàn)的特點(diǎn)。

2 教學(xué)手段。由于學(xué)生沒有實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)歷，對有些章節(jié)的內(nèi)容很難通過想象加以理解，因此在機(jī)械原理教學(xué)中，應(yīng)充分利用直觀實(shí)物教學(xué)、模型演示教學(xué)和采用多媒體動畫課件教學(xué)等手段。例如，在講授連桿機(jī)構(gòu)這一內(nèi)容時，應(yīng)首先讓學(xué)生觀察機(jī)構(gòu)陳列柜中各種類型的連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例、急回特性的應(yīng)用、死點(diǎn)位置的形成及其應(yīng)用，讓學(xué)生猶如走進(jìn)生產(chǎn)現(xiàn)場，從而拉近了課堂與生產(chǎn)實(shí)際的距離，增強(qiáng)了理論聯(lián)系實(shí)際的效果，使學(xué)生感到所學(xué)的知識不再是抽象的。而是在實(shí)際中實(shí)實(shí)在在使用著的。在此基礎(chǔ)上講授這一內(nèi)容，學(xué)生就容易理解了。另外，在課堂上充分利用CAI教學(xué)課件，利用錄像、三維動畫的演示，為學(xué)生創(chuàng)建一個動靜結(jié)合，形象逼真的教學(xué)環(huán)境，把難點(diǎn)體現(xiàn)得明了直觀，學(xué)生很容易理解、聯(lián)想和掌握。例如，講授凸輪機(jī)構(gòu)“反轉(zhuǎn)法”設(shè)計凸輪廓線這一內(nèi)容時，若單憑教師口頭講解，學(xué)生就很難理解凸輪、從動件和機(jī)架的反轉(zhuǎn)運(yùn)動中的相對運(yùn)動關(guān)系，而利用多媒體課件中的Flash動畫演示，就可以一目了然的理解反轉(zhuǎn)運(yùn)動中各構(gòu)件的位置關(guān)系，使凸輪廓線的形成原理一目了然，同時又能舉一反三的把這一原理延伸到其他凸輪的廓線設(shè)計中，同時也可以幫助理解在其他機(jī)構(gòu)中反轉(zhuǎn)法的應(yīng)用實(shí)例，如周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的概念。利用機(jī)構(gòu)工作的動態(tài)模擬和三維動畫演示。直觀、形象地展示了機(jī)構(gòu)的動作過程，這樣不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和理解程度，而且也省去了教師許多的講解和板書時間。同時，通過多媒體視頻可以將各種工程實(shí)例介紹給學(xué)生，既充實(shí)了教學(xué)內(nèi)容。又增加了學(xué)生感性認(rèn)識。在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)蓬勃發(fā)展的今天，也可將有關(guān)的教學(xué)資料——教學(xué)課件、教學(xué)錄像、創(chuàng)新園地、學(xué)科前沿成果、課程習(xí)題及答案等在校園網(wǎng)上公布，為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供便利條件。

(二)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

以往機(jī)械原理課程的實(shí)驗(yàn)安排多以演示和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，用來驗(yàn)證課堂講授的理論，內(nèi)容是理論教學(xué)的延伸和繼續(xù)，是基于以分析為主線的出發(fā)點(diǎn)上，缺乏研究性、創(chuàng)造性，學(xué)生動手機(jī)會少，影響了學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性與創(chuàng)造性，影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。筆者根據(jù)大工程教育要求以及學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況，在原有驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)增加，引進(jìn)了設(shè)計、搭接、研究性、綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)備，開設(shè)了機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計實(shí)驗(yàn)和機(jī)電系統(tǒng)創(chuàng)意組裝實(shí)驗(yàn)，學(xué)生綜合課堂所學(xué)知識，自己動手設(shè)計、組裝并評價機(jī)構(gòu)傳動系統(tǒng)方案，從而培養(yǎng)了學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。通過這一新的實(shí)驗(yàn)體系和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)生鞏固和深化了課堂所學(xué)理論知識，并將所學(xué)知識融會貫通，激發(fā)了創(chuàng)新意識，增強(qiáng)了工程實(shí)踐能力和綜合創(chuàng)造能力。

(三)課程設(shè)計

為了鞏固和運(yùn)用所學(xué)理論知識，使學(xué)生在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計方面得到綜合訓(xùn)練，初步培養(yǎng)學(xué)生具有一定的工程素養(yǎng)和實(shí)踐能力，筆者對機(jī)械原理課程設(shè)計進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整。以往的課程設(shè)計會預(yù)先給出機(jī)構(gòu)傳動方案，比如牛頭刨床、空壓機(jī)、插床等，然后讓學(xué)生對其中的主要機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析和動力分析，給學(xué)生的感覺就是做了一個大作業(yè)，沒有結(jié)合整體設(shè)計和應(yīng)用，造成學(xué)生課程設(shè)計的積極性不高，往往應(yīng)付了事。調(diào)整以后，在設(shè)計內(nèi)容上，由過去單純的分析性題目向運(yùn)動方案設(shè)計性題目過渡。在設(shè)計任務(wù)上，首先讓學(xué)生根據(jù)設(shè)計的原始參數(shù)和設(shè)計要求，進(jìn)行機(jī)構(gòu)傳動方案的設(shè)計、主要機(jī)構(gòu)的設(shè)計，然后再進(jìn)行運(yùn)動分析和動力分析，這樣可以使學(xué)生得到從設(shè)計到分析的全程訓(xùn)練，為機(jī)械創(chuàng)新打下良好的基礎(chǔ)。為了確保學(xué)生在增加設(shè)計內(nèi)容和設(shè)計任務(wù)的同時也能在規(guī)定時間內(nèi)完成課程設(shè)計，在課程學(xué)習(xí)的相應(yīng)階段就預(yù)先布置出課程設(shè)計的題目，在教學(xué)中先讓學(xué)生討論并完成對機(jī)構(gòu)傳動方案和主要機(jī)構(gòu)的設(shè)計。這樣，當(dāng)學(xué)生進(jìn)入課程設(shè)計階段后，就可以進(jìn)行后續(xù)的運(yùn)動分析和動力分析了。

(四)課外綜合實(shí)踐

依照“高等工程教育應(yīng)回歸工程”這一重要的發(fā)展理念，機(jī)械原理課程教學(xué)的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生解決工程實(shí)際問題的能力。因此筆者加強(qiáng)了學(xué)生課外綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)，采取“三路并進(jìn)”的課外綜合實(shí)踐新體系，即科技創(chuàng)新活動、機(jī)械創(chuàng)新大賽和課外綜合型大作業(yè)來培養(yǎng)學(xué)生解決工程實(shí)際問題的能力。為了激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情，提高學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力，筆者所在的學(xué)校已開發(fā)并向?qū)W生全天開放了機(jī)械創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，購置了多套“慧魚”創(chuàng)意組合模型及用于機(jī)構(gòu)創(chuàng)新的各種桿件和常用機(jī)構(gòu)模型，同時多次舉辦運(yùn)用triz理論進(jìn)行創(chuàng)新講座。組織學(xué)生參加課外科技活動，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力及動手能力，每年定期舉辦機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽和“慧魚”創(chuàng)意組合競賽，為學(xué)生的創(chuàng)新活動提供寬廣的平臺。同時對在大賽及競賽中設(shè)計的項(xiàng)目進(jìn)行評價，并對能夠完成實(shí)物或模型的制作提供資助，其中創(chuàng)新性、實(shí)用性非常明顯的優(yōu)秀作品則給予獎勵，并積極推薦參加全國大學(xué)生科技創(chuàng)新大賽，為學(xué)生個性化教育創(chuàng)造廣闊的空間，促進(jìn)學(xué)生對所學(xué)知識的融會貫通，實(shí)現(xiàn)“發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題”能力的全程訓(xùn)練。從而實(shí)現(xiàn)由分課學(xué)習(xí)向工程綜合的轉(zhuǎn)變、由知識積累向能力生成的轉(zhuǎn)變。

三、考核方式的改革

考試是教學(xué)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，是檢驗(yàn)學(xué)生基本知識掌握程度、激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維、培養(yǎng)工程意識、鍛煉工程能力的有效步驟，是深化和提高教學(xué)質(zhì)量的有效措施。為了充分發(fā)揮考試在教學(xué)過程中的鑒定、引導(dǎo)和激勵作用，筆者對機(jī)械原理建立了多元化考試模式。一是在考試內(nèi)容上，增加了學(xué)生理解知識、應(yīng)用知識特別是綜合性、創(chuàng)造性應(yīng)用知識能力的考核，例如考核學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識，設(shè)計幾種由回轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橹本€運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，這樣可以考查學(xué)生對理論知識的理解和運(yùn)用程度；二是在考試形式上，不再局限于期末閉卷考試一種形式。而是加大了平時學(xué)習(xí)表現(xiàn)和實(shí)踐能力考核力度，選擇了平時作業(yè)、討論時的表現(xiàn)、課程實(shí)驗(yàn)、綜合性創(chuàng)新大作業(yè)(包括“慧魚”創(chuàng)新，機(jī)構(gòu)或機(jī)器創(chuàng)新作品)等多個方面進(jìn)行評價，降低期末考試成績在總成績中的比重，使成績構(gòu)成多元化。通過這樣的考核形式，學(xué)生更加重視每一個學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，更加懂得了機(jī)械創(chuàng)新和工程應(yīng)用能力培養(yǎng)的重要性，從而也提高了學(xué)習(xí)的積極性，使教學(xué)秩序有了明顯改善，教學(xué)質(zhì)量明顯提高，取得了良好的教學(xué)效果。

【作者簡介】李光煜(1965- )，女，湖南岳陽人，黑龍江科技學(xué)院教授，研究方向：機(jī)械設(shè)計及理論。

(責(zé)編 黎 原)