胡 瑞，許春霞，熊 吉，唐 剛，盧全國，周睿迪

(南昌工程學(xué)院，江西省精密驅(qū)動(dòng)與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，330099，南昌)

0 引言

機(jī)械工業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基石，通過響應(yīng)中國制造2025和工業(yè)4.0國家發(fā)展戰(zhàn)略，發(fā)展機(jī)械人才創(chuàng)造高速發(fā)展條件，使制造業(yè)大國提升成為機(jī)械工業(yè)制造強(qiáng)國。目前正當(dāng)我國機(jī)械行業(yè)發(fā)展迅猛，機(jī)械人才缺口大，對(duì)機(jī)械人才的培養(yǎng)至關(guān)重要。而《機(jī)械原理》作為機(jī)械人才培養(yǎng)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，對(duì)其進(jìn)行教學(xué)模式改革是專業(yè)建設(shè)的必然需求。《機(jī)械原理》課程在教學(xué)方面應(yīng)該注重基礎(chǔ)理論與工程實(shí)際的結(jié)合?！稒C(jī)械原理》課程目前在教學(xué)內(nèi)容中重心放在了機(jī)械結(jié)構(gòu)及原理上，而忽視了理論和方法的結(jié)合，更像是其他課程的簡單重復(fù)從而導(dǎo)致學(xué)生失去興趣。這種單一的教學(xué)方式與考核方式讓學(xué)生缺乏對(duì)實(shí)踐的探索，教學(xué)應(yīng)該全方位育人，否則學(xué)生所學(xué)知識(shí)與市場(chǎng)對(duì)專業(yè)人才能力的要求產(chǎn)生脫節(jié)[1-2]。針對(duì)這種現(xiàn)狀，秉承OBE成果導(dǎo)向、以學(xué)生為中心和持續(xù)改進(jìn)的理念，將機(jī)械原理課程與工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合，探索基于OBE工程教育理念的課程目標(biāo)達(dá)成度教學(xué)模式[3]，對(duì)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、綜合能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有重要作用，可為提升機(jī)械類應(yīng)用型專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量及提高專業(yè)競爭力奠定重要基礎(chǔ)。

1 構(gòu)建課程培養(yǎng)目標(biāo)

由于課程培養(yǎng)目標(biāo)是課程內(nèi)容設(shè)計(jì)、過程管理和達(dá)成度評(píng)價(jià)的重要依據(jù)，本文將通過課程內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)方法的有效實(shí)施先構(gòu)建出課程培養(yǎng)目標(biāo)。如圖1所示，本文通過畢業(yè)要求、課程目標(biāo)指標(biāo)點(diǎn)和課程目標(biāo)相互之間的支撐和設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生在過程管理、實(shí)驗(yàn)課、項(xiàng)目設(shè)計(jì)和期末考試中達(dá)成課程目標(biāo)，進(jìn)而達(dá)到指標(biāo)點(diǎn)和畢業(yè)要求。針對(duì)整個(gè)機(jī)械專業(yè)課程體系制定的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，將課程目標(biāo)分成工程知識(shí)、問題分析、設(shè)計(jì)和開發(fā)解決方案、研究以及使用現(xiàn)代工具5個(gè)部分，分別對(duì)應(yīng)所需要滿足的畢業(yè)要求，更好地使課程體系服務(wù)于畢業(yè)要求，如圖2所示課程目標(biāo)與相應(yīng)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系。

圖1 課程培養(yǎng)目標(biāo)流程圖

圖2 課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系

2 以學(xué)生為中心的課程教學(xué)模式

《機(jī)械原理》是機(jī)械類專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，其內(nèi)容涉及常用機(jī)構(gòu)的解析與設(shè)計(jì)方法、機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)律及方案確定，這要求相關(guān)專業(yè)學(xué)生具備設(shè)計(jì)基本的機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案能力和開展機(jī)械工程問題解析、方案解決和結(jié)果校核的能力[4-5]。根據(jù)機(jī)械專業(yè)《機(jī)械原理》課程要求，針對(duì)課程培養(yǎng)目標(biāo)，通過以下課程內(nèi)容設(shè)計(jì)、過程管理和教學(xué)方法創(chuàng)新以學(xué)生為中心的教學(xué)模式。

2.1 課程知識(shí)點(diǎn)剖析

以《機(jī)械原理》課程中解析平面機(jī)構(gòu)自由度虛約束為例。為了改善構(gòu)件的受力情況、增強(qiáng)機(jī)構(gòu)的剛度和保證機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)性能，機(jī)構(gòu)中有些運(yùn)動(dòng)副會(huì)引入虛約束，這些虛約束對(duì)運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立限制作用。在圖3所示的平行四邊形機(jī)構(gòu)中，搖桿CD作圓周運(yùn)動(dòng)，在機(jī)構(gòu)中增加一個(gè)與CD平行且等長的構(gòu)件EF，虛約束EF不影響機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，但機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性卻大大增強(qiáng)(如圖3(a)所示)。根據(jù)一個(gè)原動(dòng)件只能提供一個(gè)自由度的機(jī)械原理，增加一個(gè)約束就會(huì)增加一個(gè)活動(dòng)構(gòu)件和2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，因此在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)該減去虛約束數(shù)，即自由度F= 4x3-(6x2-1)=1。課堂講解過程中學(xué)生無法理解什么是虛約束以及是否需要增加虛約束，為了加深學(xué)生對(duì)虛約束的分析與理解，在課堂講解過程中增加了有/無虛約束下桿件運(yùn)動(dòng)的仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)(如圖3(b)所示)。通過仿真可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械機(jī)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)，使學(xué)生能夠加深對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的理解并做到舉一反三。

(a) (b)

2.2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)

《機(jī)械原理》理論學(xué)習(xí)的目的是為了提高學(xué)生結(jié)合工程實(shí)際對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的認(rèn)知與分析能力，完成預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo)[6]。項(xiàng)目設(shè)計(jì)以連桿機(jī)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和功能設(shè)計(jì)為例，實(shí)現(xiàn)機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、討論、制作、測(cè)試、分析以及總結(jié)。通過項(xiàng)目設(shè)計(jì)總體過程使學(xué)生能夠更好地理解機(jī)械結(jié)構(gòu)及其工作原理。課程設(shè)計(jì)一般分3個(gè)階段：第1階段小組任務(wù)分配，以具體任務(wù)陳述如下：設(shè)計(jì)一個(gè)助老機(jī)械，輔助老人日常生活。第2階段答疑解惑，通過一些創(chuàng)新比賽成果共同分享機(jī)械制作和測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，一起分析、討論并解決在機(jī)械制作和測(cè)試過程中遇到的問題。第3階段模型建立和樣機(jī)制作，將學(xué)生做的三維模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析逐步完善數(shù)據(jù)，并開始制作樣機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)測(cè)試反饋實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，做到仿真與樣機(jī)數(shù)據(jù)一致，同時(shí)做好總結(jié)。此項(xiàng)目設(shè)計(jì)與教學(xué)內(nèi)容同步進(jìn)行，旨在培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力與思考分析問題的能力。圖4為助老機(jī)械仿真圖和實(shí)物圖。

(a)三維仿真模型 (b)實(shí)物樣機(jī)

2.3 學(xué)科競賽

大學(xué)生學(xué)科競賽在可以激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造力的前提下，還能更充分地結(jié)合所學(xué)專業(yè)知識(shí)解決困難(本文以參加全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”科技競賽為例)，也是提升課程目標(biāo)達(dá)成度的主要途徑之一。通過學(xué)科競賽的參加和體會(huì)收獲，不僅僅是對(duì)學(xué)生理論學(xué)習(xí)的一次升華，更重要的是能夠系統(tǒng)性地提升學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力[7]。近5 年來，作者及其他指導(dǎo)老師應(yīng)用本文《機(jī)械原理》課程中基于OBE理念以達(dá)成度為導(dǎo)向的工程教育教學(xué)模式，指導(dǎo)學(xué)生榮獲機(jī)械類創(chuàng)新設(shè)計(jì)類競賽獎(jiǎng)近30項(xiàng)，其中包括國家級(jí)榮譽(yù)12項(xiàng)，省級(jí)榮譽(yù)18項(xiàng)。

2.4 課程討論與交流

在《機(jī)械原理》課程的學(xué)習(xí)過程中，課程討論與交流可以幫助學(xué)生自主探索和合作交流，真正掌握解決復(fù)雜機(jī)械工程問題。學(xué)生通過自身感受，體會(huì)《機(jī)械原理》課程的要領(lǐng)，在這基礎(chǔ)上交流想法，各抒己見，才能夠真正體現(xiàn)學(xué)生自主探索的過程，課程討論與交流才能發(fā)揮真正功效。

2.5 線上與線下教學(xué)相結(jié)合

《機(jī)械原理》課程采用線下與線上相結(jié)合的教學(xué)方式。線下將課堂上的重點(diǎn)、難點(diǎn)知識(shí)通過相關(guān)機(jī)構(gòu)桿件及其機(jī)械零部件的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)錄像或其仿真動(dòng)畫上傳以解決其抽象難理解的問題，并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)定時(shí)在線答疑和留言解惑，同時(shí)還可以將課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)以及課程交流討論等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)。多途徑的教學(xué)方式可以滿足學(xué)生的不同需求，服務(wù)更多的人群[8]。

3 制定課程考核方式與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

《機(jī)械原理》課程考核方式在原有基礎(chǔ)上重新樹立了以提高學(xué)生創(chuàng)新能力為主要目的和以考查學(xué)生熟練運(yùn)用專業(yè)知識(shí)解決問題為重要內(nèi)容的主旨。因此，除了基本的成績考核，本課程成績考核將項(xiàng)目設(shè)計(jì)列入考核當(dāng)中，并進(jìn)行評(píng)分。具體要求及成績?cè)u(píng)定方法如下。

3.1 過程管理

過程管理占課程成績的10%，又分為平時(shí)作業(yè)考核和大作業(yè)考核。課后完成各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)和章節(jié)小題，以加深學(xué)生對(duì)各個(gè)章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系和實(shí)際運(yùn)用能力，按作業(yè)完成程度成績的5%計(jì)入總成績。另外，可布置上機(jī)、軟件應(yīng)用或產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)等大作業(yè)，主要考核學(xué)生自主學(xué)習(xí)，并應(yīng)用所學(xué)內(nèi)容解決工程問題的能力。按5%計(jì)入總成績。

3.2 實(shí)驗(yàn)課

實(shí)驗(yàn)成績占課程成績的10%，主要考核學(xué)生按要求操作實(shí)驗(yàn)設(shè)備，根據(jù)其實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等綜合評(píng)定成績。

3.3 項(xiàng)目設(shè)計(jì)

項(xiàng)目設(shè)計(jì)主要考核學(xué)生對(duì)課程的綜合理解和運(yùn)用，要求學(xué)生按照項(xiàng)目設(shè)計(jì)題目分組進(jìn)行。首先確定目標(biāo)做可行性研究報(bào)告，再進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，收集材料，設(shè)計(jì)圖紙，最后實(shí)物制作。未按時(shí)完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)作業(yè)的，此項(xiàng)成績按零分計(jì)。

3.4 期末考試

期末考試占課程成績的70%。考查主要分為3個(gè)部分：第1部分機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)，主要以選擇填空和判斷題為主，考查學(xué)生對(duì)機(jī)械概念和機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，占考試的30%。第2部分基本原理應(yīng)用，主要以知識(shí)簡答和問題分析為主，考查學(xué)生運(yùn)用機(jī)械原理解決問題的能力，占考試的40%。第3部分機(jī)械結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算，考查學(xué)生解決較復(fù)雜機(jī)構(gòu)問題的綜合運(yùn)用能力?？荚嚸}要符合《機(jī)械原理》課程考核主旨，充分反映學(xué)生運(yùn)用所學(xué)內(nèi)容解決問題的能力，難度相當(dāng)。

4 課程目標(biāo)達(dá)成度分析

本文將《機(jī)械原理》課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)分為課程的分目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)和課程的總目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)，通過平時(shí)考核、實(shí)驗(yàn)考核和期末考試等部分直接考核學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握及對(duì)專業(yè)知識(shí)的應(yīng)用情況，對(duì)參與課程的所有學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)成果進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析課程目標(biāo)達(dá)成度結(jié)果[9]。根據(jù)過程管理、實(shí)驗(yàn)課、項(xiàng)目設(shè)計(jì)和期末考試得分，本文將詳解機(jī)械原理課程的目標(biāo)達(dá)成度的計(jì)算過程和方法(見表1)。D(D1、D2、D3)、P(P1、P2、P3)和S分別為課程目標(biāo)達(dá)成度、過程管理平均得分和實(shí)驗(yàn)課平均得分；項(xiàng)目設(shè)計(jì)平均得分J的加權(quán)系數(shù)設(shè)為α1，期末考試平均得分K(K1、K2、K3)的加權(quán)系數(shù)為α2。通過課程分目標(biāo)的考核環(huán)節(jié)得分和加權(quán)系數(shù)可以計(jì)算獲得相對(duì)應(yīng)的課程分目標(biāo)達(dá)成度值，進(jìn)而依據(jù)由學(xué)生總成績平均得分計(jì)算獲得課程總目標(biāo)的達(dá)成度值。

表1 課程目標(biāo)達(dá)成度分析及計(jì)算方法

《機(jī)械原理》課程目標(biāo)達(dá)成度應(yīng)用課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，其取值是所有課程目標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果的最低值。根據(jù)所有分目標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果期望值的達(dá)成度分析，當(dāng)課程目標(biāo)達(dá)成度低于期望值時(shí)，應(yīng)該及時(shí)商榷做出調(diào)整以及需要改進(jìn)的方案。當(dāng)課程目標(biāo)達(dá)成度高于期望值時(shí)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)反復(fù)驗(yàn)證形成能夠進(jìn)行推廣的《機(jī)械原理》課程教學(xué)模式。

5 結(jié)束語

根據(jù)《機(jī)械原理》課程在課程體系中的作用，本文圍繞畢業(yè)要求在過程管理、實(shí)驗(yàn)課、項(xiàng)目設(shè)計(jì)和期末考試中制定合理的課程目標(biāo)。通過OBE教學(xué)理念構(gòu)建了《機(jī)械原理》課程教學(xué)模式，然后根據(jù)課程目標(biāo)以提高學(xué)生創(chuàng)新能力為主要目的和以考查學(xué)生熟練運(yùn)用專業(yè)知識(shí)解決問題為重要內(nèi)容的主旨，設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容及其相匹配的考核方式等，最后基于課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行課程目標(biāo)達(dá)成度分析，通過調(diào)整和改進(jìn)達(dá)到基于OBE理念以達(dá)成度為導(dǎo)向的《機(jī)械原理》課程模式的教學(xué)推廣?；凇稒C(jī)械原理》課程改革的上述闡述發(fā)現(xiàn)，OBE作為一種基于服務(wù)工程教育和提升學(xué)生解決工程實(shí)際問題能力的先進(jìn)教育理念，有利于新時(shí)代創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，這也為機(jī)械類專業(yè)其他課程的教學(xué)改革提供了值得借鑒的解決思路和設(shè)計(jì)方案。