李天興 聶少武 張志文

[摘 要] 針對新工科背景下“機構設計及應用”課堂教學過程中存在的一些問題，進行教學方式轉變、教學內容拓展、實踐模式補充、成績評定多樣化等方面的有益探索。近兩年來機械設計專業(yè)本科生的教學效果和評教水平表明，本課程的教學改革取得了良好的成效。學生在了解和掌握機構設計及應用技術的基本知識的同時，能夠拓寬和把握先進機構的最新發(fā)展動態(tài)和發(fā)展趨勢，開闊學生在機械設計領域的知識視野，提高學生的創(chuàng)新設計和創(chuàng)新思維能力、綜合知識應用能力和動手能力，達到了培養(yǎng)應用創(chuàng)新型人才的最終目的。

[關鍵詞] 新工科;機構設計及應用;教學改革;創(chuàng)新能力

[基金項目] 2019年度河南科技大學教育教學改革研究項目“新工科背景下‘機構設計及應用教學改革的探索與實踐”（2019-49）

[作者簡介] 李天興（1975—），男，河南孟州人，工學博士，河南科技大學機電工程學院副教授，碩士生導師，主要從事齒輪傳動設計研究;聶少武（1983—），男，河南宜陽人，工學博士，河南科技大學機電工程學院副教授，主要從事齒輪制造技術研究;張志文（1975—），男，河南汝陽人，工學碩士，河南科技大學機電工程學院講師，主要從事管理信息系統(tǒng)和工業(yè)工程研究。

[中圖分類號] G642.0 ? ?[文獻標識碼] A ? ? ?[文章編號] 1674-9324（2021）30-0070-04 ? ?[收稿日期] 2021-02-25

一、引言

提升本科生的科研創(chuàng)新能力，為國家培養(yǎng)創(chuàng)新型專業(yè)人才，一直是高等教育的重要任務，也是當前一項重大的歷史使命。2017年，《教育部高等教育司發(fā)布關于開展新工科研究與實踐的通知》，2018年發(fā)布“新工科研究與實踐項目”[1，2]?！靶鹿た啤辈皇蔷植靠剂?，而是在新科技革命、新產業(yè)革命、新經濟背景下工程教育改革的重大戰(zhàn)略選擇，是今后工程教育發(fā)展的新思維、新導向。新工科背景下機械工程建設的內涵要求培養(yǎng)創(chuàng)新能力和實踐能力并重的復合型人才，由此高校的專業(yè)教育也應在新工科背景下對專業(yè)課程的教育教學改革進行探索和實踐。

“機構設計及應用”是機械設計及自動化專業(yè)的一門重要的專業(yè)必修課[3] （P1-4），對于學生的創(chuàng)新設計能力、動手能力和知識的綜合應用能力均具有較高要求。該課程以各類機構的分析與綜合為導向，旨在培養(yǎng)學生掌握常用和典型機構設計的基本理論和設計方法，注重對設計方案的構思和創(chuàng)新設計，強化機構分析，通過機構設計的程序實驗來實現(xiàn)機構的基本設計理論和方法的實際應用，提高學生的設計水平。2017年我校新版教學大綱修訂，“機構設計及應用”課程的教學內容和實踐環(huán)節(jié)發(fā)生了不小的變化，同時為適應當前社會對本科生工作能力和知識視野拓展的要求，對該課程教學改革進行探索與實踐是十分必要的[4]。

二、課程學情分析

“機構設計及應用”課程授課對象為大三學生。在基礎知識積累上，他們之前已經學習“高等數(shù)學”“線性代數(shù)”“計算方法”“計算機編程”等數(shù)學課程，具備數(shù)學計算、數(shù)值分析及數(shù)學運算等數(shù)學知識基礎，掌握一定的數(shù)學計算工具及數(shù)值算法，具備一定的解決機構運動設計及分析的計算問題能力。在專業(yè)基礎方面，他們已經學過“機械原理”課程，對常見的連桿機構、瞬心線機構、共軛曲線機構、凸輪機構及齒輪傳動機構比較熟悉，掌握基本機械結構的設計原理和方法，具備一定的機構設計與分析能力，并且已經完成“機械原理”和“機械設計”的課程設計，具備一定的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，具有一定的動手實踐能力。這些基礎知識和基礎能力的積累為“機構設計及應用”這門課程的學習提供了有利條件。

三、課程教學存在問題分析

（一）教學課時有限與授課內容深度不匹配

“機構設計及應用”的課程特點是理論知識難度較大，知識點瑣碎而復雜，學生需要花費大量課余時間來理解和消化課堂知識。然而，該課程的理論教學僅40學時，其中實驗8學時，授課內容包括平面連桿機構的綜合與分析、瞬心線機構設計、共軛曲線機構設計、凸輪機構設計和齒輪機構設計等。實驗教學在本門課中舉足輕重，實驗教學課時僅有8個課時，缺少發(fā)揮學生創(chuàng)新意識的實踐。因此，授課內容調整和講課方式變化是教學改革探索的必要內容。

（二）授課內容與專業(yè)發(fā)展趨勢不協(xié)調

“機構設計及應用”的課程內容理論性很強，且主要依托傳統(tǒng)機械結構的基本理論和設計方法，教材內容的更新遠跟不上科學技術的發(fā)展。例如，齒輪機構設計的主要知識點是基于周轉輪系的功率流和效率展開，但近年來，機器人精密減速器成為機構研究的熱點之一。對于這些國內外最新的科研成果和動態(tài)趨勢，應該在授課過程中有所體現(xiàn)，引導學生了解和熟悉相關知識，完成科學前沿的知識儲備。然而由于課時的限制，學生只能在課余時間自查自學與行業(yè)發(fā)展趨勢相適應的知識內容。因此，拓展學生在機構設計技術方面的知識視野，提高專業(yè)素養(yǎng)，將授課內容與本領域最新理論技術相結合的教學改革，是解決二者不協(xié)調的關鍵所在。

（三）教學手段和方法僵化落后

“機構設計及應用”的教學內容涉及各類典型機構的綜合、分析與設計等，理論推導公式多且難以理解，傳統(tǒng)的板書很難表達清楚機械結構的細節(jié)，手繪過程也浪費大量的課堂時間，嚴重影響教學進度和質量。采用PPT教學，課堂信息量大，能減輕授課教師的工作強度，但長時間的幻燈放映使得學生昏昏欲睡，同樣達不到預期的教學效果，因此板書和多媒體教學度的把握需要進行探索。另外，本門課程在第6學期開設，大多學生忙于考研、競賽和實踐，學習過程的疲沓和理論知識的枯燥常導致課堂出勤率嚴重不足。因此，如何在教學手段方面進行改進，以吸引學生走進課堂也需要進行探索與實踐。

（四）實踐環(huán)節(jié)不足