新工科背景下近机械类专业机械设计原理课程教学改革思考

敬俊　石昌帅　刘伟吉

【摘要】本文分析了石油院校近机械类专业《机械设计基础》课程现有教学模式和考核设置存在的问题，提出基于专业特点设置教学内容，针对近机械专业学生机械工程思维意识弱的特点，提出对照课本知识在实际应用中找原型的直观体验教学方法，并制定了阶梯式考核方法，让学生主动向拓展性和创新性学习转变。希望本课程教改探索，为近机械类专业其他课程的教学改革提供参考。

【关键词】新工科  机械设计基础  教学手段  阶梯式考核模式

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）07-0177-02

1.引言

教育部在2017年下发了《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》[1]，要求各高校推进以“新工科”为标准的高水平、高质量、高素质的工程科技复合型人才培养。“新工科”主要内涵是指“以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才”[2-3]。新工科的学生需要同时具备“专业硬实力”（专业技能与知识、知识运用能力等）和“专业软实力”（工科及跨专业知识结构体系、工程思维模式、团队协作及视野等），但软实力的形成是以硬实力为基础。因此，以课程学习为主体的硬实力培养是工科类学生教育的关键。

《机械设计基础》是大二年级开设的一门必修课，对于机械类专业与近机械类专业，该门课程在教学内容、教学方式和教学要求上各有不同。该课程主要任务是培养学生掌握机械学和机械动力学的基本理论、基本知识、基本技能，初步具有确定简单机械运动方案，分析和设计常用机构的能力，掌握通用机械零件设计原理、方法和机械设计的一般规律，树立正确的设计思想，具有一定的运用标准和查阅技术资料的能力。在实际的教学过程中发现，近机械类的学生对于机械知识的认知水平、兴趣特点以及接受度较机械类专业学生存在一定差距，且学生个体之间也存在着明显的差异，同一班级中会出现明显的好学与厌学情况。因此，为提升近机械类专业该课程的教学水平，提高学生的学习兴趣，培养学生形成较为完善的知识体系，拥有专业的思维模式，文章对新工科要求下近机械类专业该门课程的教学思路改革进行了探讨。

2.传动教学模式中存在的问题

2.1 教学内容量大

近机械类专业《机械设计基础》课程共计48学时（其中实验4学时），课程教学理论性强度不大，但教学内容量大、章节间容量差异大且关联性较弱。“满堂灌”的教学模式早已证明不适合现代课堂教学[4]，所以，在学时大大压缩的情况下，课堂学习无法容纳大量的教学内容，只能挑选重点章节及其内容进行讲解，学生需花费大量课下精力建立知识框架并对具体内容进行丰富。以《凸轮机构的设计》中压力角求解公式推导为例，压力角公式如式1-1所示，分析模型如图1所示：

凸轮机构压力角的数学表达是在△ABD中建立的，其关键尺寸BD的求解需利用运用平面铰链机构章节中关于速度瞬心的相关知识，然而后者却不在近机械类专业学生的课程教学大纲的范围内。这便导致讲解压力角求解方法时学生听不懂，求解原理无法理解，只能死记公式本身。教学实践表明，死记计算公式仅能帮助学生完成相關的测试，并不能帮助学生建立完善的知识体系且遗忘时间间隔短、遗忘概率极大。因此，不完整的课程内容增大学生的听课难度，造成学生只知其一不知其二的问题，无法形成完整的知识结构，使学生建立起片面的知识结构，不利于学生基于自身建立的知识体系进行拓展与创新，最终偏离课程教学的目的。

2.2 教学内容的抽象化

近机械专业学生机械工程思维较弱，使其对机械结构和传动特征较为陌生，对建立在其上的相关知识及理论，难以进行建模和思考。例如齿轮齿条传动较少见，在以齿轮齿条传动为基础讲述渐开线圆柱齿轮的根切现象、变为齿轮及展成法加工渐开线圆柱齿轮时（见图2），学生存在一定的理解及认知困难。教学内容的抽象化使得学生对课堂知识的接受度欠佳，跟不上老师思路，课堂学习效率低下，缺乏复习及对后续知识进行预习的动力，无法激发学生的学习兴趣，更无法展开良好的课堂互动，课外拓展也无法实施。

2.3 考核方式简单化

传统考核模式下，该门课程的成绩为平时成绩与闭卷考试成绩的总和，前者由“课后作业、出勤率、实验成绩”组成，占总成绩的30%，后者占总成绩的70%。闭卷考试成绩占比很大，导致学生普遍出现了重卷面考试，轻过程学习的现象，不利于学生课程知识体系的建立，更无法合理引导学生以课程学习为基础，进行知识的拓展学习、技能训练和学科竞赛等，不符合新工科提出的人才培养要求，因此，需要改革凸显对学习层次与应用知识解决问题能力的考核。

3.教学模式改革的思考

3.1 合理制定教学内容

近机械类专业《机械设计基础》课程的目的是使学生建立基础的机械类知识，在以后的工作中“能辨识、能理解、能判断、能设计与维护”，并为进一步的学习建立专业知识基础。因此，应针对学生所属专业特点，针对性设置教学内容和教学目标。例如海洋油气井工程专业对于机械类相关知识学习的目的在于辅助培养其输运管线设计与管理、实验装置设计、管线安全与检测等工程问题的综合处理能力。因此，教学内容可取消离合器、制动器和弹簧等相关内容，减少滑动轴承和滚动轴承相关教学内容，加强机械零件连接和零件疲劳及失效的相关内容。

此外，对教学内容进行层次设定。学生的个人基础、学习能力及其后续的发展规划各有不同，应该根据学生需求，对教学内容进行层次化设定。对于基础较为薄弱、机械意识薄弱的学生，根据培养方案要求，依照课程教学大纲开展教学，强化基础类知识学习，培养其具备一定的解决问题的能力。对于学习意识较强，具有一定机械工程思维意识的学生，可通过学习通、慕课、翻转课堂等线上学习方式[5-6]，进行拓展性学习，例如自主开展“速度瞬心”相关知识的学习，使其建立更为全面的知识体系，同时鼓励参加机械类相关学科竞赛或参与相关研究团队，增强其应用知识解决具体问题的能力，让学生在不断取得的进步中建立学习自信，激发学生自主学习的意识和能动性。更加完善的知识体系和知识积累，将有助于学生应对考研及其开展相关科学研究工作。

3.2 教学手段的多样化

近机械类专业学生对机械知识及机械结构的认知水平不同，同时不能排除存在认识盲区。因此，授课时应避免直接选用二维原理图例，应采用“多媒体+实物照片及视频+教具”的方式进行讲授。例如讲授斜齿圆柱齿轮啮合方式时，若直接采用图3（a）所示的教材图例进行啮合原理讲解，学生因对斜齿轮传动暂不具备直观且准确的认识，导致认知和理解能力较差。若利用多媒体视频[图3（b）]引入斜齿轮啮合的三维模型，并借助实物[图3（c）]对结构特点、啮合方式、优缺点和应用等知识进行讲解，学生对知识的理解程度将大大提升，在此基础上，斜齿轮传动的重合度、轮齿作用力等知识点的讲授将获得更好的教学效果。此外，利用学校工程训练中心及实验中心，对照课本知识在实际机械设备中找应用原型，让学生获得最为直观的体验。运用多样化教学手段，使刻板、乏味的机械知识变得更加生动形象，同时给学习过程带来更加真实和快乐的体验。

3.3 阶梯式考核模式

传统考核模式偏重于对教学内容的掌握程度，不适用于对学生能力的考核。卷面分数高的学生并不一定是知识综合运用能力和问题解决能力最强的人，但与成绩直接相关的奖学金评定、推优保研等奖励，间接引导学生们只狭隘地注重卷面成绩，忽视对自身专业能力的培养，这种模式也违背了新工科理念下人才培养的初衷。因此，提出阶梯式考核方式对学生进行更加全面的考核。阶梯式考核是将教学内容掌握程度考核和应用能力考核相结合的一种新模式。前者采用传统的方式进行考核，是所有学生获得基础考核分数的必选途径。而应用能力考核可以采用小组模式或个人模式，以“专题问题讨论”“自选工程问题解决”和“拓展知识学习及应用”等方式进行[7]，同时将自主线上学习纳入其中。该种考核模式旨在改变学生中流行的“死学”模式，促使学生在学习课本知识的同时，主动进行拓展性、跨学科和创新性方面的学习，从只会被动应对考试的学习机器，转变成为能综合运用知识、解决问题且可主动进行深入拓展学习的工科人才。

4.总结

本文结合新工科对人才培养的要求，针对近机械类专业《机械设计基础》课程传统教学模式存在的不足进行了分析，提出了结合近机械类专业特点制定合理教学内容，以及侧重学生获得实物体验的多样化教学手段，增强学生对课程知识的认知感及接受度，结合阶梯式考核模式，合理引导学生在学习课程知识的同时，加强自身专业能力培养。课程改革只是教学改革中的一小步，更是高校人才培养模式改革中的一小步，高校还需要结合自身的专业及学科特点，从基础出发、从未来人才需求着手，推动新工科发展要求下的人才培养方案改革，为国家发展输送高质量的工科人才。

参考文献：

[1]教高司函[2017]6号.教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/A08_gggs/A08_sjhj/201702/ t20170223_297158.html.

[2]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J]. 高等工程教育研究， 2017（3）：1-6.

[3]朱国芬.新工科背景下的工程伦理教育探析[J].教育教学论坛，2020（39）：20-23.

[4]赵春波，谭雪霏，徐娟娟.新工科背景下通信原理课程教学改革探索与实践[J].教育现代化，2019（71）：90-91.

[5]蒙倩颜，覃琴，陈家栋，等.新工科背景下的通信原理课程教学[J].西部素质教育，2019，5（9）：202.

[6]乔世成，宋士媛，裴志利.“新工科”背景下民族院校《通信原理》彈性教改初探[J].内蒙古民族大学学报，2020，35（2）：164-167.

[7]张蕾，李平，柴俊武.新工科背景下项目式教学提升翻转课堂教学研究[J].电子科技大学学报（社科版），2020，4（22）：1-6.

作者简介：

敬俊（1986年7月-），男，讲师，博士研究生，博士后，主要从事钻井提速及油气井井完整性研究。