面向工程能力培养的机械原理混合式课程教学改革研究

彭翔 秦宝荣 李吉泉 罗路平 王晨

[摘 要] 该文认为，工程能力培养是高校工科类专业本科生培养的关键能力之一，为此在OBE改革的背景下，开展了机械原理课程的混合式课堂教学改革研究。以工程问题的引入及解决为主线重新组织教学内容，以学生为中心改革传统授课方式，进行混合式课堂教学，并与机械设计竞赛相结合进行理论知识的工程化应用，通过多元化的评价方式进行课程达成度分析。实践证明，通过这种课程改革，有效提高了学生的工程问题解决能力。

[关键词] 机械原理;工程能力;教学改革

[基金项目] 浙江省高等教育“十三五”第一批教学改革研究项目（JG20180042）;浙江工业大学本科核心课程建设项目;浙江工业大学机械工程学院课堂教学改革项目

[作者简介] 彭 翔（1989—），男，河南信阳人，博士，浙江工业大学机械工程学院副研究员（通信作者），主要从事机械设计及理论研究。

[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）23-0182-02    [收稿日期] 2019-12-03

一、前言

将工程能力培养融入到课程体系中，改革课程内容，创新课程教学方法，是提高高校工科类毕业生的工程实践能力、为社会培养高质量工程科技人才的有效途径[1]。随着科技产业的飞速发展，新技术、新产品、新业态和新模式的蓬勃新起，产业升级对工科类专业本科生的需求日益增加，也对工科类专业本科生的工程能力要求不断提高[2-3]。通过全面落实学生的工程能力培养，调动学生的积极主动性，提高学生的主动发现和解决实际工程问题的能力，促进教学质量的持续改进，提升工程教育人才的培养质量。

机械原理课程是机械类各专业的专业基础课程，主要研究各种机械的一般共性问题，即研究机构的组成原理、机构运动学及机器动力学等;研究各种机器中常用机构的运动及动力性能分析与设计方法和机械传动系统方案设计的问题。目前的机械原理课程大多通过传统的课堂讲授与大作业相结合的方式，整个设计环节只是重复性的模仿，缺乏主观能动性的发挥，导致学生做课程设计的过程是一个被动学习的过程。为此，立足新工科建设对人才培养的需求，以培养学生的创新思维、提升学生的自主学习和工程能力为目标，以浙江工业大学的机械原理課程为改革对象，借鉴OBE教学理念，通过多途径的教学改革，提升学生的工程能力。

二、面向工程能力培养的机械原理课程体系总体设计

基于OBE理念，以学生为本，以预期学习产出为中心、以工程能力培养为目标组织机械原理课程体系，确定机械原理课程的培养目标为：

1.掌握机构学和机器动力学的基础理论与基本知识，掌握常用机构性能分析和设计的基本方法，初步具有拟定机械运动方案的能力。

2.综合培养学生运用课程知识能力、团队合作能力和自主学习的意识，掌握将实际的机械系统抽象为机构进行分析的方法，初步建立针对工程中的实际问题拟定机械系统传动方案的能力。

3.学会操作实验仪器设备进行机构性能参数测定，能对典型机构进行分析和建立典型机构系统原型。

4.具有一定的实验数据分析处理能力，书写完整的实验报告的，思考分析判断实验结果，具备实验结果的综合分析和表述能力的培养。

5.综合培养学生运用课程知识能力、团队合作能力和自主学习的意识，掌握将实际的机械系统抽象为机构进行分析的方法，初步建立针对工程中的实际问题拟定机械系统传动方案的能力。

通过以学生为中心的课堂教学、与机械竞赛相结合的工程问题案例式教学等方式，构建机械原理课程教学体系，通过课堂授课、课堂分组讨论、课堂测试、平时作业、团队大作业、实验、期末考试等多种途径，将工程能力培养融于机械原理课程的多个环节，通过多元化教学评价，完成学生工程能力培养。

三、机械原理课程教学改革的具体做法

借鉴OBE教学理念，以理论知识与工程能力并重为原则，采用基于工程实例的案例式授课方法，运用与机械原理竞赛相结合的工程能力锻炼方法，设置多元化的课程评价体系，从多个角度对学生的理论知识、工程能力进行评价，从而培养学生分析问题、解决问题的能力。

（一）面向新工科的机械原理案例式课堂教学内容设计

从新工科对机械专业毕业生的能力要求入手，以学生工程能力培养为目标，进行课程内容的合理取舍，并以“工程问题的引入—相关知识讲解—工程问题的解决”为框架进行案例式的课程内容安排，通过课堂讨论的形式进行讲授内容的回顾和拓展，完善机械原理课堂教学内容体系的设计。

（二）机械原理混合式课堂教学方法探索

借助微助课等网络教学平台开展线上课堂和线下课堂的融合教学。在网络教学平台上传课件、作业、关键问题分析等内容，采集学生学习时间、重看次数、错误率等数据，通过大数据分析获取学生的易错点、疑难点等信息，针对性地改善线下课堂教学内容;在线下课堂教学过程中，将学生的实物作品、分析问题等进行整理，上传到线上课程，进行线上教学内容的调整与组织实施;通过线上与线下教学的互动，提高学生对机械原理课程的学习兴趣与知识掌握情况。

（三）面向工程能力培养的案例式课堂教学

从工程问题出发安排每一节课堂教学的内容，以具体工程问题的分析作为课堂教学的引入点，进行机械原理课堂内容的讲授，并引入各类先进的机械设计理论方法以及相关的科研项目案例，启发学生思考和运用课堂所学知识，将机械原理理论知识在工程案例中进行运用。

（四）多元化课程评价体系设计

从工程能力培养和学生毕业要求出发，充分考虑学生学习过程的主动性和努力程度，把学习成效作为反映教学效果的考核对象，采用平时作业、课内测试、课程实验、综合报告、期终考试等多元化的手段进行考核。具体考核指标如表所示。

四、效果評价

面向工程能力培养的混合式课堂教学改革，在浙江工业大学机械原理课程的教学实践中取得了良好的效果。

以2018～2019学年第二学期为例，通过引入工程实例的教学方法，学生学习积极性明显提高，有效提高了教学质量，也提高了学生的复杂工程问题解决能力。4个教学班的180余名同学在课堂讨论中进行了多类型工程实例的讨论分析，并申请了电动晾衣架、多功能面包机、多功能伐木机等20余份国家发明专利，在本课程学习内容基础上，学生获得全国机械设计竞赛一等奖、浙江省大学生机械设计竞赛一等奖等国家级、省部级奖项多项。同学还参与到具体的科研项目中，参与并完成了多功能椅子的设计、大型空分装备设计等实际复杂工程问题的解决。

综上所述，在工程教育认证和OBE教学改革的背景下，面向工程能力培养的课堂教学改革，以学生为中心、以实际工程问题为引线组织课堂教学内容，通过混合式课堂教学、与机械设计竞赛相结合的大作业训练，提高了学生的复杂工程问题解决能力，在机械原理课程教学实践中取得了良好效果。

参考文献

[1]陈静，张烈平，赵虹.强化工程能力培养的地方高校机械设计系列课程改革[J].高教论坛，2016，3：72-75.

[2]华尔天，计伟荣，吴向明.中国加入《华盛顿协议》背景下工程创新人才培养的探索与实践[J].中国高教研究，2017（1）：82-85.

[3]郭红利，张李娴，刘洪萍，等.基于创新创业教育背景下的机械原理课程教学改革分析[J].教育教学论坛，2019，5（18）：132-133.

Research on Mixed Teaching Reform of Mechanical Principle Course for Engineering Ability Training

PENG Xiang，QIN Bao-rong，LI Ji-quan，LUO Lu-ping，WANG Chen

（College of Mechanical Engineering，Zhejiang University of Technology，Hangzhou，Zhejiang 310014，China）

Abstract：Engineering ability is one of the key abilities for undergraduates majoring in engineering.Under the background of OBE reform，the research on mixed classroom teaching reform of the Mechanical Principle course is carried out.With the introduction and solution of engineering problems as the main line，the teaching content is reorganized，the traditional teaching method is reformed with students as the center，the mixed classroom teaching is carried out，the engineering application of theoretical knowledge is carried out in combination with the mechanical design competition，and the course achievement analysis is carried out through multiple evaluation methods.It has turned out that through curriculum reform，students' ability to solve engineering problems has been effectively improved.

Key words：Mechanical Principle;engineering ability;teaching reform