趙榮榮，魏紅梅，張煒煒

（山東華宇工學(xué)院，山東 德州 253034）

引言

山東華宇工學(xué)院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)定位于服務(wù)山東“一區(qū)一圈一帶”和德州京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略的需要，為山東省新舊動能轉(zhuǎn)換和制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級培養(yǎng)專業(yè)人才。本?！稒C械原理》課程作為車輛工程、機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，在人才培養(yǎng)體系中起著重要作用。本課程主要學(xué)習(xí)機構(gòu)分析與設(shè)計的理論與方法，即機構(gòu)組成原理與分析、機械系統(tǒng)動力學(xué)分析、常用機構(gòu)的分析與設(shè)計、機械系統(tǒng)方案設(shè)計等[1]，重點培養(yǎng)學(xué)生的機械運動方案設(shè)計能力和創(chuàng)新意識。《機械原理》課程相對后續(xù)專業(yè)課程不僅具有較強的理論性，而且與工程實際密切聯(lián)系，其學(xué)習(xí)效果直接影響著學(xué)生工程能力的培養(yǎng)。為更好地發(fā)揮《機械原理》課程在人才培養(yǎng)體系中的地位，適應(yīng)學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)需求，進(jìn)行《機械原理》課程的教學(xué)改革勢在必行。

1 本?！稒C械原理》課程教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 課程知識點多且散，學(xué)生難以充分理解，出現(xiàn)學(xué)完不會用

山東華宇工學(xué)院車輛工程與機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)所開設(shè)的《機械原理》課程共56學(xué)時（理論48學(xué)時+實驗8學(xué)時），課時相對較少?！稒C械原理》課程知識點多且零散，涉及到《理論力學(xué)》課程中運動學(xué)和力學(xué)的知識，課程內(nèi)容相對抽象，理論性又較強。但是對于生源分?jǐn)?shù)較低的民辦本科院校來說，學(xué)生的理論知識基礎(chǔ)相對比較薄弱，學(xué)習(xí)能力也比較有限，理解力和抽象能力也相對不足。因此，在民辦本科院校就存在著授課內(nèi)容繁雜、學(xué)生理論基礎(chǔ)薄弱而授課學(xué)時有限的矛盾，給教師的授課帶來了非常大的難度，經(jīng)常導(dǎo)致授課教師在教學(xué)中出現(xiàn)顧此失彼的現(xiàn)象，使學(xué)生的學(xué)習(xí)難度加大，無法準(zhǔn)確把握課程的重難點。

本?！稒C械原理》在車輛工程與機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)分別開設(shè)在大二上學(xué)期和大二下學(xué)期，此時學(xué)生的工程知識、實踐經(jīng)驗匱乏，對課程涉及的機構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)等內(nèi)容會普遍感到抽象、難學(xué)，加之教師在授課中也沒有很好地把握工程實踐與理論知識的融合、學(xué)校實驗設(shè)備又較為陳舊等現(xiàn)實條件，使學(xué)生原本就不高的學(xué)習(xí)積極性大受打擊，造成學(xué)生在課程上玩手機、抬頭率低的現(xiàn)象，很難提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

1.2 教師與學(xué)生交流較少，學(xué)生學(xué)習(xí)被動，很難融入單聲道的傳統(tǒng)課堂教學(xué)，學(xué)習(xí)效果差

在傳統(tǒng)課堂教學(xué)中，強調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)課程后能否系統(tǒng)、完整地掌握專業(yè)知識，教學(xué)設(shè)計主要圍繞教師如何教展開，以教師為中心，大都采用灌輸式的教學(xué)方法進(jìn)行授課，學(xué)生參與教學(xué)活動的機會很少，絕大部分時間處于被動地接受知識，課堂枯燥無味，造成一部分學(xué)生在課堂上不認(rèn)真聽課、玩手機，還有一些學(xué)生上課好像聽明白了但是課下一做作業(yè)就發(fā)懵。傳統(tǒng)教學(xué)影響著機械原理課程的教學(xué)效果，使學(xué)生在后期的機械原理課程設(shè)計中面臨著就教師布置的任務(wù)難以設(shè)計出解決方案的困境，造成了學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識解決實踐工程問題的能力較差?？傊?，這種傳統(tǒng)教學(xué)模式忽略了學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性，把學(xué)生當(dāng)作灌輸?shù)膶ο螅處煹娜蝿?wù)專注于傳授知識，而學(xué)生的任務(wù)是理解并消化教師講授的內(nèi)容，不利于培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的工程人才[2]。

2 《機械原理》課程教學(xué)改革的探索

2015年，國務(wù)院總理李克強在政府工作報告中指出：“推進(jìn)‘互聯(lián)網(wǎng)+’戰(zhàn)略，利用互聯(lián)網(wǎng)的平臺，利用信息通信技術(shù)，把互聯(lián)網(wǎng)和包括傳統(tǒng)行業(yè)在內(nèi)的各行各業(yè)結(jié)合起來，在新的領(lǐng)域創(chuàng)造一種新的生態(tài)。”翻轉(zhuǎn)課堂就是一種充分利用計算機與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新興教學(xué)模式，將學(xué)生在學(xué)習(xí)中的地位由被動接受者變成主動提出問題并解決問題的探究者，側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、分析事物能力和創(chuàng)新能力，是更深層次的主動性學(xué)習(xí)活動[3]。單純的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)效果過分依賴學(xué)生課前學(xué)習(xí)的自覺性和學(xué)習(xí)能力，要求教師具有較強的控制能力，有時候并不能起到很好的效果[4]，特別是民辦本科院校的師資流動性大、青年教師較多，學(xué)生的學(xué)習(xí)能力也比較有限，因此，單純實施翻轉(zhuǎn)課堂是不可能的事。

在先進(jìn)裝備制造產(chǎn)業(yè)背景下，全面落實“三教”改革、打造高質(zhì)量專業(yè)課程是一項重要任務(wù)[5]，對機械原理課程進(jìn)行教學(xué)改革勢在必行。鑒于傳統(tǒng)教學(xué)和翻轉(zhuǎn)課堂在本校所面臨的問題，本課題探索實施的是將傳統(tǒng)課堂與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的混合式教學(xué)，在教學(xué)設(shè)計中突出“以學(xué)生為中心、以成果為導(dǎo)向”，關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)后具備什么樣的能力及能做什么，教學(xué)實施與評價都圍繞著學(xué)習(xí)成果展開，并依據(jù)課程評價結(jié)果做持續(xù)改進(jìn)。

2.1 課程整體教學(xué)設(shè)計

本課程堅持以學(xué)生為中心，能力產(chǎn)出導(dǎo)向的教學(xué)理念，教學(xué)內(nèi)容圍繞學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出設(shè)置，確保學(xué)生通過課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)達(dá)到預(yù)期的學(xué)習(xí)效果——擬定并分析機械系統(tǒng)方案，強化學(xué)生分析能力、設(shè)計能力的培養(yǎng)。按照從機械認(rèn)識、機械設(shè)計到機械研究創(chuàng)新的認(rèn)識規(guī)律，分為“機構(gòu)組成原理與分析”、“機械系統(tǒng)動力學(xué)分析”、“常用機構(gòu)設(shè)計”和“機械系統(tǒng)方案設(shè)計”四大模塊。其中，機構(gòu)組成原理與分析主要圍繞工程實例的運動簡圖，以培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維和圖解邏輯思維為主；機械系統(tǒng)動力學(xué)分析以動力學(xué)模型和經(jīng)典理論在解決工程實際問題中的應(yīng)用為主；機械系統(tǒng)方案設(shè)計模塊為綜合性項目訓(xùn)練在機械原理課程設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)完成，通過擬定機械運動方案使學(xué)生初步具有機構(gòu)選型與組合和確定運動方案的能力，并能從多角度對運動方案的優(yōu)劣性進(jìn)行評價，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決復(fù)雜機械工程問題的能力。

課程以“夠用、實用、應(yīng)用”為原則，淡化了與《理論力學(xué)》相重疊的內(nèi)容，減少了平面機構(gòu)的運動分析與力分析章節(jié)的課上時間，將時間大部分放在了課程的核心內(nèi)容常用機構(gòu)的設(shè)計上。為培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)，根據(jù)機械原理課程的工程性、實踐性、應(yīng)用性的特點，在課程的教學(xué)中引入工程實例，將枯燥的理論知識與新穎或常見的工程問題結(jié)合，以解決工程應(yīng)用實例的問題為目標(biāo)來展開課程教學(xué)，既完成了教學(xué)任務(wù)又實現(xiàn)了理論知識與工程實踐的有機結(jié)合。在課堂采用的工程實例既是本節(jié)課題的出發(fā)點，也將是該課題的終點，使學(xué)生能夠?qū)W以致用，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)激情，讓學(xué)生在感悟、驗證、設(shè)計中逐步提高學(xué)習(xí)能力和分析解決問題能力。目前，本課程在教學(xué)中常用的工程載體如表1所示。

2.2 教學(xué)實施過程設(shè)計

在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上，將分解后的《機械原理》課程知識點利用PPT、動畫、視頻等形式進(jìn)行呈現(xiàn)，上傳至超星學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，建立課程線上學(xué)習(xí)資源，為實施以任務(wù)驅(qū)動為主線、問題引領(lǐng)為導(dǎo)向的教學(xué)奠定了基礎(chǔ)。在教學(xué)中，堅持以學(xué)生能力培養(yǎng)為本位，采用傳統(tǒng)教學(xué)與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合，理論以工程實例引入，以問題驅(qū)動，以互動探討帶動課程氛圍，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生真正融合課堂，既提高了課堂的抬頭率，又培養(yǎng)了學(xué)生分析解決問題的能力。在《機械原理》課程教學(xué)中堅持先學(xué)后教、以學(xué)定教、教學(xué)合一，探索并實施了課前自主探究、課中知識內(nèi)化、課后提升的三階教學(xué)過程。主要實施過程如下：

課前自主探究——首先，任課教師根據(jù)本節(jié)的重難點內(nèi)容制定任務(wù)清單[6]，指出學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中需要解決的問題與掌握的知識點，通過學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺或QQ班級群下發(fā)任務(wù)清單。然后，學(xué)生以小組為單位通過學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，學(xué)習(xí)教師上傳的課程資源或者教師推薦的一些優(yōu)質(zhì)課程網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行問題的探究。最后，學(xué)生把在自學(xué)的過程中遇到的問題可以通過學(xué)習(xí)通平臺或者QQ反饋給授課教師，這樣既可以讓老師及時把握學(xué)生的課前學(xué)習(xí)情況，為課堂教學(xué)設(shè)計做好準(zhǔn)備，同時教師還可以把學(xué)生提出問題和解決問題的次數(shù)與質(zhì)量作為平時考核成績的一部分，做到考核形式的多元化。

課中知識內(nèi)化——以新穎的工程實例引導(dǎo)－問題驅(qū)動－能力導(dǎo)向－應(yīng)用拓展為主線開展教學(xué)活動，對于重難點及學(xué)生在課前自主學(xué)習(xí)中所遇到的疑難點應(yīng)以教師講授為主。在課堂教學(xué)過程中堅持傳統(tǒng)講授與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合，從工程問題引導(dǎo)思考，從理論知識到工程應(yīng)用，很好的激發(fā)了學(xué)生的求知欲與創(chuàng)新性思維。另外，教師在課堂教學(xué)進(jìn)行總結(jié)時應(yīng)重點強調(diào)學(xué)生們在課前自主學(xué)習(xí)中所遇到的疑難問題及知識點。以機械原理課程中“平面四桿機構(gòu)的急回特性”這一知識點為例來說明課堂教學(xué)實施的邏輯如圖1所示。

圖1 本課程改革后課堂教學(xué)實施范例

本節(jié)課就工程應(yīng)用中的牛頭刨床的運動，提出問題：牛頭刨床是如何切削材料的？刀具工作時，如何實現(xiàn)切削行程速度慢而返回空行程速度快以提高工件加工質(zhì)量以及生產(chǎn)率的？引發(fā)學(xué)生思考，提出機構(gòu)運動特性的問題——急回特性。通過典型的曲柄搖桿機構(gòu)引入機構(gòu)急回特性的基本概念（包括極位、極位夾角、急回特性等），重點講解機構(gòu)急回特性的定量描述——行程速比系數(shù)K的相關(guān)知識點。通過讓學(xué)生思考牛頭刨床實現(xiàn)此功能采用的機構(gòu)類型及如何設(shè)計往復(fù)運動功能需求不同的牛頭刨床，將急回特性理論知識回歸到牛頭刨床工程應(yīng)用中。最后，給予學(xué)生拓展分析的問題，讓學(xué)生在探討、質(zhì)疑中達(dá)到知識的掌握與應(yīng)用。這種課堂教學(xué)方式不僅幫助學(xué)生掌握了理論知識，更能夠突出強化學(xué)生在實際工程中的機構(gòu)設(shè)計能力。

課后提升——課后布置一定難度、挑戰(zhàn)性的作業(yè)，例如讓學(xué)生自行設(shè)計搭建一些實現(xiàn)某種功能的機構(gòu)或零部件，既能實現(xiàn)作業(yè)“增負(fù)”，又能讓學(xué)生通過做中學(xué)、學(xué)中做達(dá)到知識的綜合應(yīng)用，實現(xiàn)拓展提升。

3 改革成效

通過實施任務(wù)驅(qū)動的課堂教學(xué)改革，積極引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使課堂抬頭率有了大幅提升，極大改善了課堂教學(xué)效果。其中，2018級本科機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)1班學(xué)生的《機械原理》課程考核成績比2017級本科機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)1班的學(xué)生優(yōu)秀率提高了10.6%，不及格率下降了20.04%，如表2所示。

表2 《機械原理》課程改革前后考核分?jǐn)?shù)成績統(tǒng)計對比表

4 結(jié)論

通過對民辦應(yīng)用型本科院?！稒C械原理》課程的教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，探索實施了以工程實例為載體，以任務(wù)為驅(qū)動的課堂教學(xué)改革，初步實現(xiàn)了理論知識與工程實踐有機結(jié)合，在教學(xué)中強調(diào)了理論知識的實踐應(yīng)用，培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題-思考問題-解決問題的工程素養(yǎng)。