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新工科背景下近機械類專業(yè)機械設計原理課程教學改革思考

2021-10-14 22:06敬俊石昌帥劉偉吉
課程教育研究 2021年7期
關鍵詞:機械設計基礎教學手段新工科

敬俊 石昌帥 劉偉吉

【摘要】本文分析了石油院校近機械類專業(yè)《機械設計基礎》課程現(xiàn)有教學模式和考核設置存在的問題,提出基于專業(yè)特點設置教學內容,針對近機械專業(yè)學生機械工程思維意識弱的特點,提出對照課本知識在實際應用中找原型的直觀體驗教學方法,并制定了階梯式考核方法,讓學生主動向拓展性和創(chuàng)新性學習轉變。希望本課程教改探索,為近機械類專業(yè)其他課程的教學改革提供參考。

【關鍵詞】新工科? 機械設計基礎? 教學手段? 階梯式考核模式

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089(2021)07-0177-02

1.引言

教育部在2017年下發(fā)了《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》[1],要求各高校推進以“新工科”為標準的高水平、高質量、高素質的工程科技復合型人才培養(yǎng)?!靶鹿た啤敝饕獌群侵浮耙粤⒌聵淙藶橐I,以應對變化、塑造未來為建設理念,以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調與共享為主要途徑,培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才”[2-3]。新工科的學生需要同時具備“專業(yè)硬實力”(專業(yè)技能與知識、知識運用能力等)和“專業(yè)軟實力”(工科及跨專業(yè)知識結構體系、工程思維模式、團隊協(xié)作及視野等),但軟實力的形成是以硬實力為基礎。因此,以課程學習為主體的硬實力培養(yǎng)是工科類學生教育的關鍵。

《機械設計基礎》是大二年級開設的一門必修課,對于機械類專業(yè)與近機械類專業(yè),該門課程在教學內容、教學方式和教學要求上各有不同。該課程主要任務是培養(yǎng)學生掌握機械學和機械動力學的基本理論、基本知識、基本技能,初步具有確定簡單機械運動方案,分析和設計常用機構的能力,掌握通用機械零件設計原理、方法和機械設計的一般規(guī)律,樹立正確的設計思想,具有一定的運用標準和查閱技術資料的能力。在實際的教學過程中發(fā)現(xiàn),近機械類的學生對于機械知識的認知水平、興趣特點以及接受度較機械類專業(yè)學生存在一定差距,且學生個體之間也存在著明顯的差異,同一班級中會出現(xiàn)明顯的好學與厭學情況。因此,為提升近機械類專業(yè)該課程的教學水平,提高學生的學習興趣,培養(yǎng)學生形成較為完善的知識體系,擁有專業(yè)的思維模式,文章對新工科要求下近機械類專業(yè)該門課程的教學思路改革進行了探討。

2.傳動教學模式中存在的問題

2.1 教學內容量大

近機械類專業(yè)《機械設計基礎》課程共計48學時(其中實驗4學時),課程教學理論性強度不大,但教學內容量大、章節(jié)間容量差異大且關聯(lián)性較弱?!皾M堂灌”的教學模式早已證明不適合現(xiàn)代課堂教學[4],所以,在學時大大壓縮的情況下,課堂學習無法容納大量的教學內容,只能挑選重點章節(jié)及其內容進行講解,學生需花費大量課下精力建立知識框架并對具體內容進行豐富。以《凸輪機構的設計》中壓力角求解公式推導為例,壓力角公式如式1-1所示,分析模型如圖1所示:

凸輪機構壓力角的數(shù)學表達是在△ABD中建立的,其關鍵尺寸BD的求解需利用運用平面鉸鏈機構章節(jié)中關于速度瞬心的相關知識,然而后者卻不在近機械類專業(yè)學生的課程教學大綱的范圍內。這便導致講解壓力角求解方法時學生聽不懂,求解原理無法理解,只能死記公式本身。教學實踐表明,死記計算公式僅能幫助學生完成相關的測試,并不能幫助學生建立完善的知識體系且遺忘時間間隔短、遺忘概率極大。因此,不完整的課程內容增大學生的聽課難度,造成學生只知其一不知其二的問題,無法形成完整的知識結構,使學生建立起片面的知識結構,不利于學生基于自身建立的知識體系進行拓展與創(chuàng)新,最終偏離課程教學的目的。

2.2 教學內容的抽象化

近機械專業(yè)學生機械工程思維較弱,使其對機械結構和傳動特征較為陌生,對建立在其上的相關知識及理論,難以進行建模和思考。例如齒輪齒條傳動較少見,在以齒輪齒條傳動為基礎講述漸開線圓柱齒輪的根切現(xiàn)象、變?yōu)辇X輪及展成法加工漸開線圓柱齒輪時(見圖2),學生存在一定的理解及認知困難。教學內容的抽象化使得學生對課堂知識的接受度欠佳,跟不上老師思路,課堂學習效率低下,缺乏復習及對后續(xù)知識進行預習的動力,無法激發(fā)學生的學習興趣,更無法展開良好的課堂互動,課外拓展也無法實施。

2.3 考核方式簡單化

傳統(tǒng)考核模式下,該門課程的成績?yōu)槠綍r成績與閉卷考試成績的總和,前者由“課后作業(yè)、出勤率、實驗成績”組成,占總成績的30%,后者占總成績的70%。閉卷考試成績占比很大,導致學生普遍出現(xiàn)了重卷面考試,輕過程學習的現(xiàn)象,不利于學生課程知識體系的建立,更無法合理引導學生以課程學習為基礎,進行知識的拓展學習、技能訓練和學科競賽等,不符合新工科提出的人才培養(yǎng)要求,因此,需要改革凸顯對學習層次與應用知識解決問題能力的考核。

3.教學模式改革的思考

3.1 合理制定教學內容

近機械類專業(yè)《機械設計基礎》課程的目的是使學生建立基礎的機械類知識,在以后的工作中“能辨識、能理解、能判斷、能設計與維護”,并為進一步的學習建立專業(yè)知識基礎。因此,應針對學生所屬專業(yè)特點,針對性設置教學內容和教學目標。例如海洋油氣井工程專業(yè)對于機械類相關知識學習的目的在于輔助培養(yǎng)其輸運管線設計與管理、實驗裝置設計、管線安全與檢測等工程問題的綜合處理能力。因此,教學內容可取消離合器、制動器和彈簧等相關內容,減少滑動軸承和滾動軸承相關教學內容,加強機械零件連接和零件疲勞及失效的相關內容。

此外,對教學內容進行層次設定。學生的個人基礎、學習能力及其后續(xù)的發(fā)展規(guī)劃各有不同,應該根據(jù)學生需求,對教學內容進行層次化設定。對于基礎較為薄弱、機械意識薄弱的學生,根據(jù)培養(yǎng)方案要求,依照課程教學大綱開展教學,強化基礎類知識學習,培養(yǎng)其具備一定的解決問題的能力。對于學習意識較強,具有一定機械工程思維意識的學生,可通過學習通、慕課、翻轉課堂等線上學習方式[5-6],進行拓展性學習,例如自主開展“速度瞬心”相關知識的學習,使其建立更為全面的知識體系,同時鼓勵參加機械類相關學科競賽或參與相關研究團隊,增強其應用知識解決具體問題的能力,讓學生在不斷取得的進步中建立學習自信,激發(fā)學生自主學習的意識和能動性。更加完善的知識體系和知識積累,將有助于學生應對考研及其開展相關科學研究工作。

3.2 教學手段的多樣化

近機械類專業(yè)學生對機械知識及機械結構的認知水平不同,同時不能排除存在認識盲區(qū)。因此,授課時應避免直接選用二維原理圖例,應采用“多媒體+實物照片及視頻+教具”的方式進行講授。例如講授斜齒圓柱齒輪嚙合方式時,若直接采用圖3(a)所示的教材圖例進行嚙合原理講解,學生因對斜齒輪傳動暫不具備直觀且準確的認識,導致認知和理解能力較差。若利用多媒體視頻[圖3(b)]引入斜齒輪嚙合的三維模型,并借助實物[圖3(c)]對結構特點、嚙合方式、優(yōu)缺點和應用等知識進行講解,學生對知識的理解程度將大大提升,在此基礎上,斜齒輪傳動的重合度、輪齒作用力等知識點的講授將獲得更好的教學效果。此外,利用學校工程訓練中心及實驗中心,對照課本知識在實際機械設備中找應用原型,讓學生獲得最為直觀的體驗。運用多樣化教學手段,使刻板、乏味的機械知識變得更加生動形象,同時給學習過程帶來更加真實和快樂的體驗。

3.3 階梯式考核模式

傳統(tǒng)考核模式偏重于對教學內容的掌握程度,不適用于對學生能力的考核。卷面分數(shù)高的學生并不一定是知識綜合運用能力和問題解決能力最強的人,但與成績直接相關的獎學金評定、推優(yōu)保研等獎勵,間接引導學生們只狹隘地注重卷面成績,忽視對自身專業(yè)能力的培養(yǎng),這種模式也違背了新工科理念下人才培養(yǎng)的初衷。因此,提出階梯式考核方式對學生進行更加全面的考核。階梯式考核是將教學內容掌握程度考核和應用能力考核相結合的一種新模式。前者采用傳統(tǒng)的方式進行考核,是所有學生獲得基礎考核分數(shù)的必選途徑。而應用能力考核可以采用小組模式或個人模式,以“專題問題討論”“自選工程問題解決”和“拓展知識學習及應用”等方式進行[7],同時將自主線上學習納入其中。該種考核模式旨在改變學生中流行的“死學”模式,促使學生在學習課本知識的同時,主動進行拓展性、跨學科和創(chuàng)新性方面的學習,從只會被動應對考試的學習機器,轉變成為能綜合運用知識、解決問題且可主動進行深入拓展學習的工科人才。

4.總結

本文結合新工科對人才培養(yǎng)的要求,針對近機械類專業(yè)《機械設計基礎》課程傳統(tǒng)教學模式存在的不足進行了分析,提出了結合近機械類專業(yè)特點制定合理教學內容,以及側重學生獲得實物體驗的多樣化教學手段,增強學生對課程知識的認知感及接受度,結合階梯式考核模式,合理引導學生在學習課程知識的同時,加強自身專業(yè)能力培養(yǎng)。課程改革只是教學改革中的一小步,更是高校人才培養(yǎng)模式改革中的一小步,高校還需要結合自身的專業(yè)及學科特點,從基礎出發(fā)、從未來人才需求著手,推動新工科發(fā)展要求下的人才培養(yǎng)方案改革,為國家發(fā)展輸送高質量的工科人才。

參考文獻:

[1]教高司函[2017]6號.教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知[EB/OL].http://www.moe.gov.cn/s78/A08/A08_gggs/A08_sjhj/201702/ t20170223_297158.html.

[2]鐘登華.新工科建設的內涵與行動[J]. 高等工程教育研究, 2017(3):1-6.

[3]朱國芬.新工科背景下的工程倫理教育探析[J].教育教學論壇,2020(39):20-23.

[4]趙春波,譚雪霏,徐娟娟.新工科背景下通信原理課程教學改革探索與實踐[J].教育現(xiàn)代化,2019(71):90-91.

[5]蒙倩顏,覃琴,陳家棟,等.新工科背景下的通信原理課程教學[J].西部素質教育,2019,5(9):202.

[6]喬世成,宋士媛,裴志利.“新工科”背景下民族院?!锻ㄐ旁怼窂椥越谈某跆絒J].內蒙古民族大學學報,2020,35(2):164-167.

[7]張蕾,李平,柴俊武.新工科背景下項目式教學提升翻轉課堂教學研究[J].電子科技大學學報(社科版),2020,4(22):1-6.

作者簡介:

敬?。?986年7月-),男,講師,博士研究生,博士后,主要從事鉆井提速及油氣井井完整性研究。

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