王 青，董小平，楊麗穎，王翠表，孫 輝

一流課程背景下機械原理課程體系改革與探索——以河北大學為例

王 青1,2，董小平1,2，楊麗穎1,2，王翠表1,3，孫 輝1,3

（1.河北大學質(zhì)量技術監(jiān)督學院，河北 保定 071002；2.河北省新能源汽車動力系統(tǒng)輕量化技術創(chuàng)新中心（籌），河北 保定 071002；3.保定市新能源車輛動力工程技術研究中心，河北 保定 071002）

教育部實施的高等院校本科“雙萬計劃”促進高校課程內(nèi)容與教學的改革，為此，作者結合多年的教學經(jīng)驗，以機械原理課程體系為例，探究符合“金課、金師、金生”的教學模式。首先對學生的學情以及課程特點進行分析，對課程體系內(nèi)容進行了組合-優(yōu)化-模塊化。采用學生團隊協(xié)作、線上線下結合或無縫切換、借助圖書館全文數(shù)據(jù)庫、公眾號、視頻號等推送文獻資料與視頻，以及以競賽為契機的拔尖學生培養(yǎng)，實現(xiàn)以點帶面等模式進行教學，引領學生主動參與教學活動中。以上措施有助于提升學生的機械綜合設計與分析能力，并挖掘學生的自驅力學習能力，以達到初步實現(xiàn)設計并解決復雜的機械傳動等工程問題的目的。這為其他課程提供可實施性的教學經(jīng)驗，同時具有教學研究的實際意義。

機械原理；自驅力學習；實踐教學；課程體系

2019年國家教育部相繼出臺《教育部關于一流本科課程建設的實施意見》《深化新時代教育評價改革總體方案》等文件，在全國高等院校的本科課程上實施“雙萬計劃”，分別認定并建設1萬門左右的國家級和省部級課程，即為一流本科課程，包括理論類課程、實踐類課程與二者融合課程，采用線下、線上與線下結合等教學形式[1]。因此，高等院校結合專業(yè)特色，打造并實現(xiàn)“金專、金課和金師、金生”[2-3]。當然，對于一流本科課程建設，以學生為中心，培養(yǎng)并提升其實踐創(chuàng)新能力更為重要。本文以河北大學機械設計制造及其自動化專業(yè)的核心課程——機械原理為例，結合現(xiàn)狀，分析學情與課程特點，并提出可實施的具體措施和思路，這對教學探索與改革具有實際意義。

1 學情與課程特點

筆者講授機械原理課程已有20余年，在教學中發(fā)現(xiàn)不同時期的學生均具有不同的學情?，F(xiàn)階段師生在“教”與“學”過程中存在一些不足：

1）教師知識儲備不足。青年教師缺乏企業(yè)經(jīng)驗和教學經(jīng)驗，在理論課講授過程中無法體現(xiàn)企業(yè)實際案例，同時沒有深度與廣度。

2）學生自驅力不足。機械原理理論比較抽象與深奧，學生思想上認識較欠缺，導致其自驅力較低，嚴重影響其學習探索能力的培養(yǎng)與提升。

3）學生設計能力不足。在機構理論分析設計中，學生還處于基礎課的問題回答式或計算式模式，在分析設計上無處下手、找不到分析設計的切入點，在該狀態(tài)下，學生的機構理論分析、設計能力處于低級階段，部分學生沒有獲得實質(zhì)性有效提升。

4）內(nèi)容安排碎片化。按學習理論—實驗—實踐順序進行，每一階段具有間隔期，一旦時間間隔較長，學生的知識出現(xiàn)貶值性和衰減性，積累能力明顯減弱。

機械原理課程體系主要包括機械原理、機械原理實驗和機械原理課程設計等3部分課程。具體教學內(nèi)容如圖1所示。該課程體系的理論、實驗以及綜合設計等具體知識較多、分散性與實踐性較強，但每一章節(jié)的關聯(lián)比較緊密，互相緊扣。另外，對學生的先修課程掌握程度要求高。在學習中，學生在某一章節(jié)上知識掌握程度較低或理解不透徹，直接影響后續(xù)章節(jié)的學習；先修課程理論力學知識沒有實質(zhì)性的掌握，直接導致學習難度劇增，處于課程進度拖著被動學習，其知識掌握與理解程度明顯減弱。

2 以學生學習為中心、教師引領的教學模式

2.1 課程內(nèi)容的模塊化與優(yōu)化

如圖1所示，首先對理論進行模塊化，在原有內(nèi)容基礎上，確定3大模塊：理論知識模塊、典型機構設計模塊和機械系統(tǒng)運動設計模塊。在每一模塊中以知識點為主線，分析某一主題詞或關鍵詞，利用學校圖書館資源如CNKI-中國知網(wǎng)總庫平臺、Elsevier期刊全文庫ScienceDirect等查閱期刊論文、碩博士論文、專利、標準、科技成果等文獻資料，經(jīng)過閱讀與篩選，總結并提煉出有價值的研究結果或結論，無縫融入課程知識點的講授中。如連桿機構設計方法章節(jié)，融入李志剛等[4]在給定連桿上某點運動軌跡的前提下，采用Pro/E建立曲柄搖桿機構參數(shù)化模型，將其導入ADAMS進行運動分析，通過采用優(yōu)化軟件Isight集成Pro/E和ADAMS，構建基于Isight的優(yōu)化設計平臺，選取自適應模擬退火算法對曲柄搖桿機構的連桿長度和角度進行優(yōu)化設計，最終得到使其運動軌跡誤差最小的設計結果。該優(yōu)化設計方法簡單、快捷、高效，為平面連桿機構的設計提供了一種全新的設計方法。

在實驗課程上，結合理論課程模塊，把原本分散的8個實驗項目進行整合并優(yōu)化成4個綜合性實驗項目。項目有：1）機械結構學實驗；2）機械運動學實驗；3）機構動力學實驗；4）典型機構特點及設計實驗。在課程設計上，采用綜合運用理論知識進行典型機器設計，根據(jù)給定機器參數(shù)及要求達到的功能，完成機器的原理設計，并對機器結構、運動、動力等進行分析，完成機構尺寸綜合，最后形成機構運動簡圖及運動循環(huán)圖，同時撰寫設計計算說明書，總結運用的理論知識點及計算過程。

2.2 線上與團隊教學探索

該體系課程曾以課堂講授為主，在教學中，教師列舉工程案例、深入淺出講授與驗證知識點，部分學生因自身儲備相關基礎知識薄弱，在聽課時如同類似文藝表演觀看老師表演，課后收效甚微，更難以談及實驗操作、機構分析以及課程設計。

基于此，在該課程體系中，教師先梳理出概念性的知識點，通過學習通放置于學習區(qū)，供學生自學完成，在自學過程中遇到問題，以微信、QQ、線上答疑區(qū)等網(wǎng)絡通訊進行留言，教師及時反饋。同時，課前線上發(fā)布閱讀材料及其測試，在課堂上預留一定時間進行討論與分析，其間要求學生帶著問題進行答疑，以學生自行組成小組進行討論與分析為主，教師引導并完善答案要點。

在實驗過程中，學生自行組合形成實驗團隊，并推選出1名組長，在組長主持下，成員完成實驗，一旦遇到問題，組長與成員或組長之間互相交流解決、互相共享問題與解決要點。另外，當組長無法解決時，問題進行集中匯總，然后請教教師，待教師解決后，組長向成員傳達。在課程設計時，基于課程內(nèi)容，教師提供一些設計題目，學生組建團隊對題目功能要求進行分析，每組提出三種以上解決問題的機構方案，然后以團隊形式進行方案匯報，當然，團隊成員既要全程參與機器原理分析與設計，又要分工明確，每名成員均有設計重點，組內(nèi)成員的設計方案不得重復。之后，設計完成后，以小組形式答辯，小組間互相點評，教師做最終點評，指出每一小組完成情況的優(yōu)點與不足。

在教學途徑上，除了常規(guī)的線下教學外，本體系課程采用了線上線下相結合以及線上線下無縫切換方式。線上教學時，為了克服教師與學生沒有面對面的表情交流，學生自選內(nèi)容并制作PPT或課程設計階段性內(nèi)容，采用騰訊會議、QQ屏幕分享等形式進行講授，時間不超過5分鐘。之后，學生自行點評，教師總結并與學生共享?；蛲扑]中國大學慕課國家精品課程在線學習平臺學生在線學習，學生學習后總結知識點，發(fā)布于學習通平臺，教師點評。除此之外，教師還向學生發(fā)布機械原理相關的文獻資料，如高教學刊期刊發(fā)表的“TRIZ理論在機械原理實驗教學中的應用研究”[5]、“多操作模式折展機器人機構設計及性能分析[6]”等。

2.3 培養(yǎng)拔尖學生，實現(xiàn)以點帶面

教師在該體系課程教學過程中，與學生進行多方位交流，挖掘出實踐能力強、思維開闊且上進的學生組建團隊。以機械創(chuàng)新大賽為契機，采用項目驅動法激勵學生在設計—調(diào)整—修改—制作—競賽的每個環(huán)節(jié)獨立完成。無疑，學生為主體，參加幾次競賽后掌握精髓可運用自如，實現(xiàn)了拔尖學生的培養(yǎng)，然后這些學生分別組建團隊引領學生參加后續(xù)競賽，以傳帶幫的形式促進學生的自驅力學習該體系課程，以此實現(xiàn)了以點帶面的學習局面。近3年來，以樂凱醫(yī)療科技有限公司合作項目為例，在教師的引領下，學生組建團隊對醫(yī)學核磁共振用的膠片打印機結構改進設計，已獲得初步結果并得到企業(yè)技術人員的認可。同時本專業(yè)學生獲得國家級/省部級等機械創(chuàng)新大賽獎勵30余項，其中不乏一等獎、二等獎等。

3 結束語

為了使機械原理課程體系教學效果能良好地持續(xù)，以及學生在“學”上改革和老師在“教”上獲得更好的質(zhì)量，本課程體系基于教改內(nèi)容以開環(huán)與閉環(huán)相結合的方式進行進一步提煉與優(yōu)化，逐步修改與調(diào)整，逐漸減少講授、實驗和設計實施中出現(xiàn)的問題；與兄弟院校該課程體系講授教師進行溝通與交流，互相吸取優(yōu)秀的教學與實踐經(jīng)驗并共享，并賦予實施中。經(jīng)過數(shù)次教學循環(huán)后引導學生自行設計實驗、選擇設備、自我管理實驗與設計實踐、自我完成實驗與設計，同時融入課程思政內(nèi)容，以此逐步實現(xiàn)“以學生學習為中心，教師為引導”的可持續(xù)改進的教學新模式。

[1] 宋憲臣,黃偉莉,林亮華,等.工程認證背景下“機械原理”課程“線上+線下”混合式教學研究[J].東華理工大學學報(社會科學版). 2022,41(1):76-78,96.

[2] 葉雨婷.教育部高等教育司司長吳巖:打造“金?！薄敖鹫n”,鍛造中國“金師”[N].中國青年報,2022-08-08 (5).

[3] 鄭華林,李炳林,李本杰,等.線上線下混合“金課”教學模式研究與實踐:以機械制造基礎課程為例[J].高教學刊.2022,8(21): 25-28.

[4] 李志剛,賈慧芳,張文亮,等.給定運動軌跡的連桿機構新型設計方法[J].機械設計與制造,2013(11):47-49.

[5] 單泉,陳硯,馬廉潔.TRIZ理論在機械原理實驗教學中的應用研究[J].高教學刊,2022(22):144-147.

[6] 趙福群.多操作模式折展機器人機構設計及性能分析[D].北京:北京交通大學,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，碩士，副教授，研究方向為機械設計及機構學研究及教學探索，E-mail:lucy-wq163.com。

本文依托項目為河北大學第九批教學改革研究項目（XJGYB078、XJGYB077）、河北大學質(zhì)量技術監(jiān)督學院第二批教學改革研究項目：基于慧魚模型的以比賽為導向的項目驅動式機械創(chuàng)新設計實訓教學改革魚探索；基于學生科技創(chuàng)新競賽的實踐教學改革與探索——以《金工實習》為例。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.011.036