机械专业教学与科研的三类探索

［摘 要］ 机械工业是国家的支柱产业，机械专业学生多、实践性强。为了提高教学质量，以液压传动流体力学等内容为例，探索授课内容的选择思路和采用苏格拉底“助产术”的授课方法。教学中注意改善学生的学习习惯和认知策略。为了提高研究生科研水平和项目成果的质量，总结了研究工作中的共性问题，尝试了通过培训、自查、互查等多种改善作品质量的方法。在科研工作中，借鉴日本企业现场管理技术加强实验室管理；系统研究并实施了规范管理技术文档的科学方法，提高了工作效率；所开展的思想政治工作与团队愿景、使命、价值观教育发挥了重要作用。

［关键词］ 助产术；认知策略；现场管理；文档规范；思想政治

［基金项目］ 2022年度山西省高等学校教学改革创新项目“‘液压与气压传动’优质共享教学资源建设”（J20220653）；2019年度山西省回国留学人员科研资助项目“自纠偏深孔加工刀具与智能深孔检测仪研制”（HGKY2019065）；2022年度中央引导地方科技发展资金项目“深孔加工与检测技术成果实施推广与行业标准研究”（YDZJSX2022C006）

［作者简介］ 于大国（1964—），男，江苏淮安人，博士，中北大学机械工程学院教授，博士生导师，主要从事深孔加工与检测研究；杜慧福（1998—），男，山西晋中人，研究生在读，研究方向为深孔加工与检测；王鹏翔（1997—），男，山西大同人，研究生在读，研究方向为深孔加工与检测。

［中图分类号］ G643.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）49-0099-04 ［收稿日期］ 2023-01-30

机械工业是国家的支柱产业，制造业是经济增长的重要引擎。制造业的发展离不开先进的机械设备，中国从制造大国迈向制造强国需要大批机械专业人才。实现我国制造业战略目标，仍面临着各种困难［1］，华为手机芯片制造的困境，仅仅是这种困难的一种。探索机械专业教学以及科研新思路、新方法，提高教学质量和科研水平十分重要［2］。本文介绍作者及其团队为培养机械专业人才、提高科研质量所进行的探索。

一、授课内容与授课方式的探索

教学方面的探索之一是：紧密联系实际、采用苏格拉底“助产术”授课［3］。

由于学生长期生活在学校，接触的机械工程实际很少，教师注重从日常生活中寻找与理论相关的现象，容易引起学生学习的兴趣。

“助产术”是思想家苏格拉底教育年轻人和自己获得知识的方法。他要求他的学生给出关于问题的答复，当他得到答复时，会进一步问更多的问题，以显示答复的弱点和不足。通过发问与回答的形式，使问题的讨论从具体事例出发，逐步深入，不断驳倒错误意见，最后得到正确的知识。

实例1：从细致观察自来水流动特点出发，讲授流体力学。在“液压传动与控制”课程中，一个基础而重要的知识点是：流动液体的连续性方程。在讲授该方程之前，首先让学生讨论自来水的流动，让学生回答：自来水从水嘴流出后，其横截面面积是否有变化？如果有变化，从上到下，自来水横截面面积是变大？还是变小？对这一问题，几乎所有学生都感兴趣，学生会给出三种答案：不变、变小、变大。讨论比较热烈，会出现辩论。多数情况下，学生难以达成一致意见。这时，教师播放自来水流动的视频，请学生仔细观察，再重新给出答案。当学生一致认为自来水截面面积从上到下逐渐变小时，让学生解释：为什么截面面积从上到下逐渐变小？部分学生首先能够认识到：自来水流出时有一个初速度，此后，由于重力作用，具有重力加速度。因此，其流速加快，随时间不断变大，同时其截面面积不断变小。在所有学生接受上述结论后，教师引导学生：流速与截面面积乘积不变。单位时间内，流过不同截面的液体的质量相同。进而得出流动液体连续性方程。

实例2：由教室里最为常用的话筒的传声原理，讲解电容传感器。首先提问学生：“话筒为什么能够传声？”然后提问：“电容器是什么？”学生回答：“电容器是两块平行的金属板及位于其中间的电介质薄层。”继续提问：“电容的大小取决于哪些因素？”学生答案：“电容与两块平行平板的面积、距离、介质有关。”结合教师出示的话筒原理图，多数学生能够给出正确的答案：话筒中的电容传感器，一个平行金属板在讲话声波的作用下，发生振动，使其与另一个金属板的相对距离发生变化，改变了电容器电容的大小。因此，其他电参数随之改变，完成了声音信号与电信号的转换。

实例3：让学生思考“我们经常见到的树干、竹杆都是圆柱形的，为什么？”

致力于从常见的现象寻找教学的突破口，采用苏格拉底产婆术，由浅入深讲解，采用提问式教学有以下作用：（1）调动学生学习的积极性。（2）提高学生学习能力，利于学生适应时代的变化和知识的快速更新。

二、改善学生薄弱环节的探索

（一）改善学生学习习惯

部分学生未能学好必修的课程，考试不及格；有些在学生考试中作弊；还有学生学习态度很端正，但是考试成绩总不如意。

以下是需要提醒学生避免的3种不良学习习惯。

1.急于处理听课过程中遇到的问题。有些学生提前采购了教材，也按时到课。但他们在听课时，一遇到不懂的问题，马上去翻书、去问旁边的同学。教师的讲课没有停顿，就在他们翻书、问别人的时候，教师已在讲新的内容，他们又错过了新的内容，又会产生新的不理解。有必要提醒学生：在听课过程中遇到不懂的内容时，可以把它们作为结论先接受下来，继续听课，课后再去翻书或问别人。

2.课堂上没有把注意力聚焦于教师教授的重点内容。有些学生学习很认真，但不善于把握课堂授课的重点。例如，教师在讲授机械制图、机械原理、机械设计、机械制造技术基础、金属切削机床、夹具技术、现代深孔加工等内容时，教师会出示机械工程图纸，图纸上有大量零部件，教师常常只着重讲授其中最重要、最相关的几个零件，学生在课堂上应把注意力集中于教师讲解的内容上。有些学生好奇心强，经常因对教师未讲解的零件发生兴趣，忽视了教师所讲的内容。这类学生的学习热情、钻研精神是值得赞赏的，但是，在课后而非课堂钻研教师未讲而个人感兴趣的内容，更为合适，这样更容易通过考试、顺利毕业，又能通过课后的学习，拓展知识，甚至取得研究性成果。

3.不注意及时复习。多数学生没有听说过“艾宾浩斯遗忘曲线”，不了解大脑记忆的规律［4］。艾宾浩斯研究表明，遗忘在听课之后立即开始，遗忘的速度是不均匀的，具有先快后慢的特点，最初遗忘速度很快，以后逐渐缓慢，随着时间的推移，遗忘的速度变得更慢，遗忘的数量更加减少。学得的知识在一天后，如不抓紧复习，大约只剩下原来的25%。按照艾宾浩斯的研究成果，“乘热打铁、及时复习”具有极端的重要性，将其与“间隔复习”、“循环复习”结合起来具有更好的效果。“分散复习”往往优于“集中复习”，“反复阅读结合尝试背诵”往往优于“单纯的重复阅读”。

（二）避免问题的繁殖

在学习策略方面，除了应避免上述不良学习习惯，还应注意及时解决学习中遇到的问题。部分学生不重视及时解决学习中的问题，结果是“阴天驮稻草——越驮越重”。由于学生容易犯错教条主义、绝对主义的错误，需要向学生说明：这里的问题主要指涉及基本概念、基本原理、基本方法方面的问题，不是指偏题、怪题。这里所谓的及时解决，不是要求在课堂上立即解决，是在不干扰整体学习计划的前提下，及早抽出合适的时间加以解决。以下从五个方面阐述及时解决问题这一至关重要的认知策略。

1.笔者提出一个问题繁殖的图形，如图1所示。学生在学习的第一个阶段存在一个不懂的问题，例如，对教材的不理解、不清楚、或疑点等；如果这个问题未解决，到学习的第二个阶段，问题可能繁殖，出现一个以上的问题；到学习的第三个阶段可能繁殖得更多，出现更多的问题。

2.学生应争取在第一个阶段解决问题，这是最容易的，也是效果最好的，善于学习的人都会这样做，而部分学生缺少对问题的重视和及时解决问题的习惯，要想取得满意的学习效果是很难的。另外，教师应重视学生的提问，及时答疑，当天三分钟的答疑可能胜过周末三十分钟的答疑，胜过期末三个小时的辅导。

3.及时解决问题的前提是及时将问题记录下来，因此做好标记具有重要作用，通过这些标记将已经理解的内容与不理解的内容区分开来，这样才能有的放矢，找到学习的真正靶子，取得良好的学习效果。

4.依据前文分析，学生阅读教材过程中出现的问题，或听课过程中出现的问题，可能与当时所学章节有关，而在更多情况下来自于对以前所学章节内容的较小的错误理解。这个较小的错误理解，会在后续学习中产生连锁反应，造成一系列的错误和混乱。如果找准产生问题的根因，可以使一系列问题迎刃而解，因此学生要掌握“温故知新”的学习法则。

（三）改善学生作品质量

研究生、本科生参与科研项目和设计工作，存在一些共同的学术性问题［5］。（1）零件图常见错误有：没有标明零件的材料；仅标注尺寸公差，忘记标注形状和位置公差；粗糙度符号的方向存在错误；图上数字、文字字号不统一；技术要求内容不足。（2）装配图的常见错误有：没有标注零件的配合要求，标题栏格式正确。（3）技术说明书的常见错误有：因为不会使用文档结构图，文档目录、各级标题层次不清晰。插入说明书中的图片发生了变形，例如圆变成了椭圆。图上的数字、文字太小不合适，打印后不易识别。截图后复制、粘贴的图片，打印后模糊不清。（4）在学生编制的机械加工工艺卡片中，插图也会出现变形、模糊、难以识别等不足。

采用以下方法，可减少科研成果的上述学术性问题，提高技术资料的规范化程度和科研水平。（1）教师将学生的常见错误，进行全面、系统的归纳总结，打印发放给学生，让学生学习。（2）除教师检查技术资料外，组织学生对图纸、说明书进行自查、互查。（3）对于正式使用的技术资料，要求学生对照各类技术资料规范模版，填写形式审查记录表。

三、机械工程科研探索

（一）实验室与工作室管理的探索

研究室和实验室很容易出现“脏、乱、差”的状态。实行7s管理是避免混乱的有效措施［6］。7S管理起源于日本，在多个企业得到成功应用。7s由整理（Seiri）、整顿（Seiton）、清扫（Seiso）、清洁（Seiketsu）、素养（Shitsuke）、安全（safety）和节约（save）7个词的首字母组成。7S现场管理是现代企业文明生产、提高产量、质量，降低成本的有效途径，也可用于高校科研工作。其内涵如下。

1.整理。区分要与不要的物品；将必要与不必要的工作分开。

2.整顿。要用的物品依规定摆放整齐，并有清楚的标示。

3.清扫。维持前2个S所做成的状态，清除杂物、异物。

4.清洁。将工作场所及物品清洗或擦拭干净，保持工作场所干净、亮丽，创造良好的工作环境。

5.素养。努力提高人员的素养，养成遵守规章制度的习惯，这是7s活动的关键。没有人员素质的提高，各项活动都难以顺利开展，开展了也难以坚持。所以，7s活动要着眼于提高人员素质。

6.安全。重视安全教育，防范于未然。

7.节约。合理利用时间、空间、物品，发挥最大效能，避免浪费。

（二）科研工作综合管理探索

为了提高科研质量和效率，还进行以下方面的尝试。

1.加强文档管理。笔者2018年发表《大学教师科研教学文档管理研究》一文［7］，讨论了文档分类数字化的意义、文档管理制度化的原则、文档命名统一化的办法。

2.编写用于培训本课题组学生的内部教材。其内容包括：办事流程；学校信息；物品采购、报账办法。等等。

3.开展思想政治与愿景、使命、价值观教育。师生提高个人修养的方向：多点勤奋，少点懈怠；多点……。师生相互体谅、相互支持。约束过分欲望，具有利他思维。勇于承认自己的错误和不足。等等。

结语

寻找与科学理论密切相关的事件，以此为出发点授课，能调动学生的学习兴趣，进行主动学习。采用苏格拉底的“助产术”授课，让学生在启发下，自己得出结论，可提高学生的学习能力。帮助学生培养良好的学习习惯，并给予认知策略的指导，可以避免学生走弯路。研究室、实验室容易出现各种混乱现象，将7s管理这种先进的企业现场管理方式加以应用，能减少混乱。通过编写内部培训教材，对研究生进行科研工作规范、流程的教育，能提高人才综合素质和科研工作质量。笔者团队在教学、科研方面的上述探索，可供机械及其他工科专业师生参考。