敬俊　石昌帥　劉偉吉

【摘要】本文分析了石油院校近機械類專業(yè)《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程現(xiàn)有教學(xué)模式和考核設(shè)置存在的問題，提出基于專業(yè)特點設(shè)置教學(xué)內(nèi)容，針對近機械專業(yè)學(xué)生機械工程思維意識弱的特點，提出對照課本知識在實際應(yīng)用中找原型的直觀體驗教學(xué)方法，并制定了階梯式考核方法，讓學(xué)生主動向拓展性和創(chuàng)新性學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變。希望本課程教改探索，為近機械類專業(yè)其他課程的教學(xué)改革提供參考。

【關(guān)鍵詞】新工科? 機械設(shè)計基礎(chǔ)? 教學(xué)手段? 階梯式考核模式

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）07-0177-02

1.引言

教育部在2017年下發(fā)了《教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》[1]，要求各高校推進以“新工科”為標準的高水平、高質(zhì)量、高素質(zhì)的工程科技復(fù)合型人才培養(yǎng)。“新工科”主要內(nèi)涵是指“以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才”[2-3]。新工科的學(xué)生需要同時具備“專業(yè)硬實力”（專業(yè)技能與知識、知識運用能力等）和“專業(yè)軟實力”（工科及跨專業(yè)知識結(jié)構(gòu)體系、工程思維模式、團隊協(xié)作及視野等），但軟實力的形成是以硬實力為基礎(chǔ)。因此，以課程學(xué)習(xí)為主體的硬實力培養(yǎng)是工科類學(xué)生教育的關(guān)鍵。

《機械設(shè)計基礎(chǔ)》是大二年級開設(shè)的一門必修課，對于機械類專業(yè)與近機械類專業(yè)，該門課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和教學(xué)要求上各有不同。該課程主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生掌握機械學(xué)和機械動力學(xué)的基本理論、基本知識、基本技能，初步具有確定簡單機械運動方案，分析和設(shè)計常用機構(gòu)的能力，掌握通用機械零件設(shè)計原理、方法和機械設(shè)計的一般規(guī)律，樹立正確的設(shè)計思想，具有一定的運用標準和查閱技術(shù)資料的能力。在實際的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，近機械類的學(xué)生對于機械知識的認知水平、興趣特點以及接受度較機械類專業(yè)學(xué)生存在一定差距，且學(xué)生個體之間也存在著明顯的差異，同一班級中會出現(xiàn)明顯的好學(xué)與厭學(xué)情況。因此，為提升近機械類專業(yè)該課程的教學(xué)水平，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生形成較為完善的知識體系，擁有專業(yè)的思維模式，文章對新工科要求下近機械類專業(yè)該門課程的教學(xué)思路改革進行了探討。

2.傳動教學(xué)模式中存在的問題

2.1 教學(xué)內(nèi)容量大

近機械類專業(yè)《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程共計48學(xué)時（其中實驗4學(xué)時），課程教學(xué)理論性強度不大，但教學(xué)內(nèi)容量大、章節(jié)間容量差異大且關(guān)聯(lián)性較弱?！皾M堂灌”的教學(xué)模式早已證明不適合現(xiàn)代課堂教學(xué)[4]，所以，在學(xué)時大大壓縮的情況下，課堂學(xué)習(xí)無法容納大量的教學(xué)內(nèi)容，只能挑選重點章節(jié)及其內(nèi)容進行講解，學(xué)生需花費大量課下精力建立知識框架并對具體內(nèi)容進行豐富。以《凸輪機構(gòu)的設(shè)計》中壓力角求解公式推導(dǎo)為例，壓力角公式如式1-1所示，分析模型如圖1所示：

凸輪機構(gòu)壓力角的數(shù)學(xué)表達是在△ABD中建立的，其關(guān)鍵尺寸BD的求解需利用運用平面鉸鏈機構(gòu)章節(jié)中關(guān)于速度瞬心的相關(guān)知識，然而后者卻不在近機械類專業(yè)學(xué)生的課程教學(xué)大綱的范圍內(nèi)。這便導(dǎo)致講解壓力角求解方法時學(xué)生聽不懂，求解原理無法理解，只能死記公式本身。教學(xué)實踐表明，死記計算公式僅能幫助學(xué)生完成相關(guān)的測試，并不能幫助學(xué)生建立完善的知識體系且遺忘時間間隔短、遺忘概率極大。因此，不完整的課程內(nèi)容增大學(xué)生的聽課難度，造成學(xué)生只知其一不知其二的問題，無法形成完整的知識結(jié)構(gòu)，使學(xué)生建立起片面的知識結(jié)構(gòu)，不利于學(xué)生基于自身建立的知識體系進行拓展與創(chuàng)新，最終偏離課程教學(xué)的目的。

2.2 教學(xué)內(nèi)容的抽象化

近機械專業(yè)學(xué)生機械工程思維較弱，使其對機械結(jié)構(gòu)和傳動特征較為陌生，對建立在其上的相關(guān)知識及理論，難以進行建模和思考。例如齒輪齒條傳動較少見，在以齒輪齒條傳動為基礎(chǔ)講述漸開線圓柱齒輪的根切現(xiàn)象、變?yōu)辇X輪及展成法加工漸開線圓柱齒輪時（見圖2），學(xué)生存在一定的理解及認知困難。教學(xué)內(nèi)容的抽象化使得學(xué)生對課堂知識的接受度欠佳，跟不上老師思路，課堂學(xué)習(xí)效率低下，缺乏復(fù)習(xí)及對后續(xù)知識進行預(yù)習(xí)的動力，無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更無法展開良好的課堂互動，課外拓展也無法實施。

2.3 考核方式簡單化

傳統(tǒng)考核模式下，該門課程的成績?yōu)槠綍r成績與閉卷考試成績的總和，前者由“課后作業(yè)、出勤率、實驗成績”組成，占總成績的30%，后者占總成績的70%。閉卷考試成績占比很大，導(dǎo)致學(xué)生普遍出現(xiàn)了重卷面考試，輕過程學(xué)習(xí)的現(xiàn)象，不利于學(xué)生課程知識體系的建立，更無法合理引導(dǎo)學(xué)生以課程學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，進行知識的拓展學(xué)習(xí)、技能訓(xùn)練和學(xué)科競賽等，不符合新工科提出的人才培養(yǎng)要求，因此，需要改革凸顯對學(xué)習(xí)層次與應(yīng)用知識解決問題能力的考核。

3.教學(xué)模式改革的思考

3.1 合理制定教學(xué)內(nèi)容

近機械類專業(yè)《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程的目的是使學(xué)生建立基礎(chǔ)的機械類知識，在以后的工作中“能辨識、能理解、能判斷、能設(shè)計與維護”，并為進一步的學(xué)習(xí)建立專業(yè)知識基礎(chǔ)。因此，應(yīng)針對學(xué)生所屬專業(yè)特點，針對性設(shè)置教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標。例如海洋油氣井工程專業(yè)對于機械類相關(guān)知識學(xué)習(xí)的目的在于輔助培養(yǎng)其輸運管線設(shè)計與管理、實驗裝置設(shè)計、管線安全與檢測等工程問題的綜合處理能力。因此，教學(xué)內(nèi)容可取消離合器、制動器和彈簧等相關(guān)內(nèi)容，減少滑動軸承和滾動軸承相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，加強機械零件連接和零件疲勞及失效的相關(guān)內(nèi)容。

此外，對教學(xué)內(nèi)容進行層次設(shè)定。學(xué)生的個人基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)能力及其后續(xù)的發(fā)展規(guī)劃各有不同，應(yīng)該根據(jù)學(xué)生需求，對教學(xué)內(nèi)容進行層次化設(shè)定。對于基礎(chǔ)較為薄弱、機械意識薄弱的學(xué)生，根據(jù)培養(yǎng)方案要求，依照課程教學(xué)大綱開展教學(xué)，強化基礎(chǔ)類知識學(xué)習(xí)，培養(yǎng)其具備一定的解決問題的能力。對于學(xué)習(xí)意識較強，具有一定機械工程思維意識的學(xué)生，可通過學(xué)習(xí)通、慕課、翻轉(zhuǎn)課堂等線上學(xué)習(xí)方式[5-6]，進行拓展性學(xué)習(xí)，例如自主開展“速度瞬心”相關(guān)知識的學(xué)習(xí)，使其建立更為全面的知識體系，同時鼓勵參加機械類相關(guān)學(xué)科競賽或參與相關(guān)研究團隊，增強其應(yīng)用知識解決具體問題的能力，讓學(xué)生在不斷取得的進步中建立學(xué)習(xí)自信，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識和能動性。更加完善的知識體系和知識積累，將有助于學(xué)生應(yīng)對考研及其開展相關(guān)科學(xué)研究工作。

3.2 教學(xué)手段的多樣化

近機械類專業(yè)學(xué)生對機械知識及機械結(jié)構(gòu)的認知水平不同，同時不能排除存在認識盲區(qū)。因此，授課時應(yīng)避免直接選用二維原理圖例，應(yīng)采用“多媒體+實物照片及視頻+教具”的方式進行講授。例如講授斜齒圓柱齒輪嚙合方式時，若直接采用圖3（a）所示的教材圖例進行嚙合原理講解，學(xué)生因?qū)π饼X輪傳動暫不具備直觀且準確的認識，導(dǎo)致認知和理解能力較差。若利用多媒體視頻[圖3（b）]引入斜齒輪嚙合的三維模型，并借助實物[圖3（c）]對結(jié)構(gòu)特點、嚙合方式、優(yōu)缺點和應(yīng)用等知識進行講解，學(xué)生對知識的理解程度將大大提升，在此基礎(chǔ)上，斜齒輪傳動的重合度、輪齒作用力等知識點的講授將獲得更好的教學(xué)效果。此外，利用學(xué)校工程訓(xùn)練中心及實驗中心，對照課本知識在實際機械設(shè)備中找應(yīng)用原型，讓學(xué)生獲得最為直觀的體驗。運用多樣化教學(xué)手段，使刻板、乏味的機械知識變得更加生動形象，同時給學(xué)習(xí)過程帶來更加真實和快樂的體驗。

3.3 階梯式考核模式

傳統(tǒng)考核模式偏重于對教學(xué)內(nèi)容的掌握程度，不適用于對學(xué)生能力的考核。卷面分數(shù)高的學(xué)生并不一定是知識綜合運用能力和問題解決能力最強的人，但與成績直接相關(guān)的獎學(xué)金評定、推優(yōu)保研等獎勵，間接引導(dǎo)學(xué)生們只狹隘地注重卷面成績，忽視對自身專業(yè)能力的培養(yǎng)，這種模式也違背了新工科理念下人才培養(yǎng)的初衷。因此，提出階梯式考核方式對學(xué)生進行更加全面的考核。階梯式考核是將教學(xué)內(nèi)容掌握程度考核和應(yīng)用能力考核相結(jié)合的一種新模式。前者采用傳統(tǒng)的方式進行考核，是所有學(xué)生獲得基礎(chǔ)考核分數(shù)的必選途徑。而應(yīng)用能力考核可以采用小組模式或個人模式，以“專題問題討論”“自選工程問題解決”和“拓展知識學(xué)習(xí)及應(yīng)用”等方式進行[7]，同時將自主線上學(xué)習(xí)納入其中。該種考核模式旨在改變學(xué)生中流行的“死學(xué)”模式，促使學(xué)生在學(xué)習(xí)課本知識的同時，主動進行拓展性、跨學(xué)科和創(chuàng)新性方面的學(xué)習(xí)，從只會被動應(yīng)對考試的學(xué)習(xí)機器，轉(zhuǎn)變成為能綜合運用知識、解決問題且可主動進行深入拓展學(xué)習(xí)的工科人才。

4.總結(jié)

本文結(jié)合新工科對人才培養(yǎng)的要求，針對近機械類專業(yè)《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的不足進行了分析，提出了結(jié)合近機械類專業(yè)特點制定合理教學(xué)內(nèi)容，以及側(cè)重學(xué)生獲得實物體驗的多樣化教學(xué)手段，增強學(xué)生對課程知識的認知感及接受度，結(jié)合階梯式考核模式，合理引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)課程知識的同時，加強自身專業(yè)能力培養(yǎng)。課程改革只是教學(xué)改革中的一小步，更是高校人才培養(yǎng)模式改革中的一小步，高校還需要結(jié)合自身的專業(yè)及學(xué)科特點，從基礎(chǔ)出發(fā)、從未來人才需求著手，推動新工科發(fā)展要求下的人才培養(yǎng)方案改革，為國家發(fā)展輸送高質(zhì)量的工科人才。

參考文獻：

[1]教高司函[2017]6號.教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/A08_gggs/A08_sjhj/201702/ t20170223_297158.html.

[2]鐘登華.新工科建設(shè)的內(nèi)涵與行動[J]. 高等工程教育研究， 2017（3）：1-6.

[3]朱國芬.新工科背景下的工程倫理教育探析[J].教育教學(xué)論壇，2020（39）：20-23.

[4]趙春波，譚雪霏，徐娟娟.新工科背景下通信原理課程教學(xué)改革探索與實踐[J].教育現(xiàn)代化，2019（71）：90-91.

[5]蒙倩顏，覃琴，陳家棟，等.新工科背景下的通信原理課程教學(xué)[J].西部素質(zhì)教育，2019，5（9）：202.

[6]喬世成，宋士媛，裴志利.“新工科”背景下民族院?！锻ㄐ旁怼窂椥越谈某跆絒J].內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報，2020，35（2）：164-167.

[7]張蕾，李平，柴俊武.新工科背景下項目式教學(xué)提升翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)研究[J].電子科技大學(xué)學(xué)報（社科版），2020，4（22）：1-6.

作者簡介：

敬?。?986年7月-），男，講師，博士研究生，博士后，主要從事鉆井提速及油氣井井完整性研究。