仝洪月，劉安琴，賈森

（煙臺(tái)理工學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264600）

0 引言

新工科建設(shè)背景下，煙臺(tái)理工學(xué)院機(jī)械類專業(yè)擔(dān)負(fù)著為社會(huì)培養(yǎng)和輸送更多高質(zhì)量應(yīng)用型人才的重任。改革課堂教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容，是培養(yǎng)高質(zhì)量應(yīng)用型人才的重要途徑。積極推進(jìn)課堂教學(xué)改革，提高課堂教學(xué)質(zhì)量，是每位教師的職責(zé)[1-2]。近幾年來(lái)，全國(guó)各高效都在積極推進(jìn)課堂教學(xué)改革。李磊等[3]進(jìn)行了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的探索；江帆等[4]對(duì)“機(jī)械原理”課程在MOOC環(huán)境下的混合式教學(xué)進(jìn)行了研究，取得顯著效果；蘇昭群等[5]就械原理課程教學(xué)存在的問(wèn)題，對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)等方面進(jìn)行改革探索，且效果顯著；鄧偉剛等[6]探索了機(jī)械原理多模式融合化教學(xué)方法，在提高教師綜合能力和提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力方面有顯著效果。為達(dá)到應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求，提高學(xué)生的機(jī)械創(chuàng)新和實(shí)踐能力，改革機(jī)械原理課程，提升本課程的教學(xué)質(zhì)量勢(shì)在必行[1]。

1 課程特點(diǎn)及存在問(wèn)題

機(jī)械原理課程是我院機(jī)械專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，它以工程應(yīng)用為背景，具有較強(qiáng)的理論性、邏輯性和工程實(shí)踐性。在學(xué)生掌握基本理論知識(shí)的同時(shí)，本課程主要培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新能力和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力[7]。

本課程以講解各種機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)、工作原理和設(shè)計(jì)方法為主，知識(shí)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，理論性強(qiáng)，某些知識(shí)較抽象，學(xué)習(xí)過(guò)程比較枯燥，學(xué)生學(xué)習(xí)成效甚微。且傳統(tǒng)課堂上的缺少直觀的體驗(yàn)，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和工程實(shí)踐能力。以往的課程授課方式是以教師講授為主的應(yīng)試教育，學(xué)生則被動(dòng)接受知識(shí)，整個(gè)教學(xué)過(guò)程缺乏創(chuàng)造性的勞動(dòng)，缺乏對(duì)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力和創(chuàng)新思維能力的鍛煉和培養(yǎng)[8]。機(jī)械原理課程結(jié)構(gòu)原因?qū)е轮乩碚撦p實(shí)踐，理論與實(shí)踐聯(lián)系不緊密，存在脫節(jié)現(xiàn)象，學(xué)生不能將所學(xué)理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中解決工程實(shí)際問(wèn)題。

2 課程教學(xué)改革探索

由于在教學(xué)過(guò)程中存在以上問(wèn)題，面對(duì)更高質(zhì)量的應(yīng)用型機(jī)械人才需求，針對(duì)煙臺(tái)理工學(xué)院學(xué)生的特點(diǎn)，充分利用我校教學(xué)資源，近幾年機(jī)械原理教研室以提高機(jī)械原理課程的學(xué)習(xí)效果、提高學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新和工程實(shí)踐能力為教學(xué)目標(biāo)，合理地進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)方法探索，形成了符合我校學(xué)生的機(jī)械原理課程改革方案。

2.1 引入學(xué)科競(jìng)賽，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

2.1.1 將學(xué)科競(jìng)賽引入課堂教學(xué)

由于教材及課件中的教學(xué)案例過(guò)于陳舊，不能引領(lǐng)學(xué)科前沿，且與學(xué)生聯(lián)系不太密切，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣。因此，我院課題組在授課過(guò)程中，引入械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽的作品、我院學(xué)生參加山東省大學(xué)生科技創(chuàng)新大賽、山東省機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新大賽和三維數(shù)字化大賽等獲獎(jiǎng)的作品以及比較新型的科技產(chǎn)品等。把這些作品作為新的教學(xué)案例，利用這些案例來(lái)講解相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生在學(xué)到理論知識(shí)的同時(shí)，又拓寬了視野。且能引導(dǎo)學(xué)生思考創(chuàng)新設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)競(jìng)賽的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

通過(guò)對(duì)案例中的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，對(duì)不同的機(jī)構(gòu)在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)演示的同時(shí)，進(jìn)行相關(guān)理論知識(shí)的講解，將枯燥的理論知識(shí)通過(guò)實(shí)踐演示來(lái)詮釋。通過(guò)深入淺出的方式將理論知識(shí)既直觀又通俗的表達(dá)清楚，便于學(xué)生理解、掌握和靈活應(yīng)用。

比如，山東省機(jī)電創(chuàng)新比賽獲獎(jiǎng)作品“墻壁清洗機(jī)”，其中應(yīng)用到了連桿機(jī)構(gòu)，通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)清潔刷清洗墻壁。以往在講授連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)等知識(shí)點(diǎn)時(shí)，都是以課件上的平面機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖為例，現(xiàn)在以立體的三維模型作為講解案例，直觀通俗易懂，容易引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.1.2 學(xué)科競(jìng)賽與課程設(shè)計(jì)相結(jié)合

為了提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，在學(xué)期初將學(xué)科競(jìng)賽項(xiàng)目作為本學(xué)期機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的主題方向。首先，學(xué)生要先確定方案，明確各部分要實(shí)現(xiàn)的功能以及如何實(shí)現(xiàn)這樣的功能。在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，學(xué)生也會(huì)在不斷思考各種機(jī)構(gòu)的功能，以及通過(guò)何種機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能要求。在學(xué)習(xí)中，學(xué)生不斷思考，不斷修改最初方案，直至得到最優(yōu)化的機(jī)械結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新。

將學(xué)科競(jìng)賽引入課程教學(xué)中，在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，又將理論知識(shí)與實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合，提高了學(xué)生的聽(tīng)課質(zhì)量。將學(xué)科競(jìng)賽與課程設(shè)計(jì)相結(jié)合，通過(guò)這樣一個(gè)問(wèn)題引導(dǎo)式學(xué)習(xí)，既能激發(fā)學(xué)生的好奇心，提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，又鍛煉學(xué)生的思考能力。學(xué)生在不斷學(xué)習(xí)、不斷思考的過(guò)程中，提高了機(jī)械創(chuàng)新和工程實(shí)踐應(yīng)用的能力。比如，2022年機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的主題是仿生機(jī)械和生態(tài)修復(fù)機(jī)械。以這個(gè)作為主題方向，學(xué)生自擬題目。最終完成的作品有仿生魚(yú)、海洋垃圾處理器等，結(jié)構(gòu)合理，基本能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能，作品質(zhì)量比較高。

2.2 將理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)操作結(jié)合

機(jī)械原理課程與實(shí)踐操作結(jié)合比較密切，若在理論學(xué)習(xí)中，融入實(shí)踐操作，能加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及課堂學(xué)習(xí)效果。所以本教研室充分利用有限的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，盡可能將理論知識(shí)與實(shí)踐操作進(jìn)行融合，降低理論知識(shí)學(xué)習(xí)的難度，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度。在機(jī)械原理授課過(guò)程中，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制、齒輪范成原理以及齒輪根切等理論知識(shí)，比較難理解，學(xué)生不易掌握。為此，依托我院多媒體機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)室，將與實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

實(shí)驗(yàn)一：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制。首先利用多媒體設(shè)備播放理論教學(xué)課件，先理論講解機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制方法，然后以其中的幾個(gè)實(shí)物模型為例，按照機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制步驟，來(lái)分析該機(jī)構(gòu)。理論講解完后，由學(xué)生完成機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制實(shí)驗(yàn)。最后再次利用機(jī)構(gòu)模型，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，引出機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件。通過(guò)這種實(shí)物演示的方式，進(jìn)行理論講解，提高課堂學(xué)習(xí)效率。

實(shí)驗(yàn)二：利用多媒體動(dòng)畫(huà)，先講解齒輪范成法加工原理，然后再利用實(shí)驗(yàn)室的齒輪范成儀，進(jìn)行范成法加工齒輪原理的講解。根據(jù)范成實(shí)驗(yàn)的理論講解原理，由學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)操作。利用學(xué)生繪制的三個(gè)不同的齒輪輪齒形狀，進(jìn)行對(duì)比分析，引出知識(shí)點(diǎn)：什么是齒輪根切，產(chǎn)生根切的原因以及不根切的條件等。

在實(shí)驗(yàn)操作中融入理論知識(shí)講解，在理論學(xué)習(xí)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并從實(shí)驗(yàn)操作中延伸出下一個(gè)理論知識(shí)點(diǎn)。將理論講解與實(shí)驗(yàn)相融合，學(xué)生不僅加深鞏固了理論知識(shí)，又鍛煉了動(dòng)手操作能力，達(dá)到了知識(shí)學(xué)習(xí)和能力提升的目標(biāo)。

2.3 將虛擬仿真平臺(tái)引入課堂教學(xué)

受實(shí)驗(yàn)條件的制約，在授課過(guò)程中，有些機(jī)構(gòu)缺乏實(shí)物模型，且多種機(jī)構(gòu)組合的實(shí)物模型也比較缺乏。由于獨(dú)立院校學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，對(duì)機(jī)構(gòu)感性認(rèn)識(shí)不足，面對(duì)授課過(guò)程中機(jī)構(gòu)的平面結(jié)構(gòu)圖，不能形成立體性的直觀模型畫(huà)面，在進(jìn)行機(jī)構(gòu)工作原理、運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)以及設(shè)計(jì)方法的講解時(shí)，學(xué)生不能理解透徹。

利用虛擬仿真平臺(tái)，將機(jī)構(gòu)模型的三維動(dòng)畫(huà)，引入到課堂教學(xué)中，使學(xué)生更加直觀的認(rèn)識(shí)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)原理和特點(diǎn)。利用虛擬仿真平臺(tái)模擬各個(gè)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，將以往難講、逆向思維的知識(shí)，直觀表達(dá)出來(lái)，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握，提高了課堂聽(tīng)課質(zhì)量和教學(xué)效果。

例如，利用虛擬平臺(tái)演示各種類型的凸輪的輪廓曲線的詳細(xì)的繪制過(guò)程，通過(guò)這種生動(dòng)的方式便于學(xué)生理解掌；通過(guò)虛擬平臺(tái)中對(duì)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用進(jìn)行案例引用，且進(jìn)行三維立體演示，便于學(xué)生加深對(duì)棘輪機(jī)構(gòu)的掌握。

2.4 采用“線上”+“線下”混合式教學(xué)

傳統(tǒng)的機(jī)械原理課堂教學(xué)主要以教師講授為主，學(xué)生被動(dòng)參與，整個(gè)過(guò)程中學(xué)生缺乏創(chuàng)造性的勞動(dòng)。在教學(xué)過(guò)程中師生雙方缺少必要的互動(dòng)，難以建立良好的師生關(guān)系，不利于學(xué)習(xí)效果的提升。由于課程學(xué)時(shí)的壓縮，很難在有限的課堂中進(jìn)行全部理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。因此，我院改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，將線上線下“翻轉(zhuǎn)課堂”應(yīng)用到理論教學(xué)中。以教師講授為中心轉(zhuǎn)變成以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心，整個(gè)過(guò)程分為課前、課中和課后。

課前，教師將本節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)、線上學(xué)習(xí)視頻、思考題討論題等通過(guò)線上學(xué)習(xí)平臺(tái)進(jìn)行發(fā)布，要求學(xué)生通過(guò)線上自學(xué)，完成學(xué)習(xí)任務(wù)，并進(jìn)行線上互動(dòng)討論、檢測(cè)等，通過(guò)這種方式來(lái)增強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)。

課中，教師對(duì)課前學(xué)生學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題進(jìn)行講解，并對(duì)本節(jié)中的重難點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，并引例分析。整個(gè)授課過(guò)程中，教師主要起引導(dǎo)作用，重點(diǎn)在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，使學(xué)生變成了課堂的主體，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。這種授課方式加強(qiáng)了師生間的互動(dòng)交流，端正了學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度，提高了學(xué)生課堂參與度，更好地使學(xué)生掌握課程知識(shí)，提高了學(xué)習(xí)效果的。

課后，學(xué)生完成知識(shí)鞏固學(xué)習(xí)任務(wù)。其中包過(guò)所有基礎(chǔ)知識(shí)的復(fù)習(xí)、知識(shí)的應(yīng)用、應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決一些工程問(wèn)題等高階性題目以及知識(shí)點(diǎn)的拓展。通過(guò)理論知識(shí)的復(fù)習(xí)，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握；通過(guò)應(yīng)用理論知識(shí)解決一些工程問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

例如，機(jī)械原理第二章機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算。課前，首先根據(jù)發(fā)布的任務(wù)要求由學(xué)生通過(guò)自學(xué)了解構(gòu)件的自由度、機(jī)構(gòu)的自由度的概念，試推導(dǎo)出機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式，并通過(guò)簡(jiǎn)單地四桿機(jī)構(gòu)案例驗(yàn)證公式的正確性，完成顎式破碎機(jī)、包裝機(jī)送紙機(jī)構(gòu)的自由度的計(jì)算，帶著自學(xué)過(guò)程中的問(wèn)題，進(jìn)行線下學(xué)習(xí)。課中，由老師對(duì)自由度計(jì)算公式進(jìn)一步講解，并對(duì)包裝機(jī)送紙機(jī)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步分析，在講解過(guò)程中，不斷地對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)、提問(wèn)，最后引出機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算注意事項(xiàng)等新的知識(shí)點(diǎn)，并進(jìn)行相關(guān)練習(xí)完成知識(shí)鞏固。課后，由學(xué)生完成小型壓力機(jī)等機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算。

線上線下混合式翻轉(zhuǎn)教學(xué)可以貫穿到整個(gè)課程各章節(jié)教學(xué)的始終。利用學(xué)習(xí)通app作為為線上學(xué)習(xí)平臺(tái)，合理進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提高課堂教學(xué)效果，最終達(dá)到知識(shí)、能力、素養(yǎng)培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)。

2.5 融入課程思政進(jìn)行價(jià)值引領(lǐng)

教師的作用是教書(shū)育人，但近幾年，育人功能面臨被弱化的危險(xiǎn)。因此，需要充分發(fā)揮課堂教學(xué)在育人中主渠道作用，將思政教育貫穿于整個(gè)課堂教學(xué)中，深入發(fā)掘課程的思政元素，發(fā)揮課程育人的功能，落實(shí)教師的育人職責(zé)。

在授課過(guò)程中，我院教師不斷挖掘課程中的思政點(diǎn)，將其融入課程教學(xué)。比如講到齒輪機(jī)構(gòu)，引入中國(guó)科學(xué)院院士王立鼎的故事，王院士被稱為“精密齒輪王”，于2017年帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)研制出Ⅰ級(jí)精度基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)齒輪，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外Ⅰ級(jí)精度齒輪制造工藝技術(shù)與測(cè)量方法的空白。王院士從滿頭華發(fā)到雙鬢染霜，始終在精密齒輪領(lǐng)域深耕不輟，且將自己的專業(yè)方向始終與祖國(guó)的需要同頻共振。通過(guò)王院士的故事，啟示大學(xué)生年應(yīng)勇挑重?fù)?dān)、奮發(fā)有為，夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)，提升綜合素質(zhì)，做有家國(guó)情懷的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人[9]。

通過(guò)將思政元素融入到課堂教學(xué)，把思想價(jià)值引領(lǐng)貫穿教育教學(xué)全過(guò)程和各環(huán)節(jié)，達(dá)到顯性教育和隱形教育相統(tǒng)一的目標(biāo)。在學(xué)生獲得知識(shí)的同時(shí)，又樹(shù)立了正確的人生觀、價(jià)值觀，實(shí)現(xiàn)教育的育人作用。

3 教學(xué)改革效果

針對(duì)我院校學(xué)生基礎(chǔ)較差的情況，本教研室進(jìn)行了一系列適合我校學(xué)生的機(jī)械原理課程改革方法，且取得良好效果。近兩年學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性有了很大的提高，成績(jī)明顯提高，不及格率降低，且在山東省機(jī)電創(chuàng)新比賽中，取得特等獎(jiǎng)2項(xiàng)，一等獎(jiǎng)7項(xiàng)，二等獎(jiǎng)18項(xiàng)，三等獎(jiǎng)6項(xiàng)，且申請(qǐng)專利8項(xiàng)。這一系列成績(jī)的取得，都說(shuō)明本院的機(jī)械原理課程改革是有一定的成效。