新工科背景下机械设计基础课程教学创新研究

基金项目：2023年广东省教育厅项目“广东省线下一流课程：机械设计基础”（无编号）；2021年度广东省教育科学规划项目“面向新工科的多元主体协同育人机制研究与实践”（2021GXJK333）；2020年广东省高等教学改革项目“面向培养卓越工程师的《机械设计》混合式教学改革实践”（无编号）；2019年广东省高等教学改革项目“新工科背景下产业驱动机械专业基础课中实践环节改革研究”（无编号）；东莞理工学院质量工程项目“校级一流课程《机械设计基础》”（202102045）

第一作者简介：卢文娟（1983-），女，汉族，河北石家庄人，博士，副教授。研究方向为机构学与并联机器人理论。

DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.06.016

摘  要：针对“学生个性差异大、教学内容陈旧、教学模式固化”的问题，从专业人才培养目标和要求出发，提出基于OBE教育模式对课程内容和课程体系进行建设与改革，采用“一中心二方式三融入四结合”的教学理念，通过“三化”途径，构建“课前准备，课中教学过程，课后环节”全过程教学模式，实现“实际问题—理论分析—木制模型—产品造型”的闭环知识结构，探索基于“创造有意义的学习经历”整合模型教学设计，创新多维联动的教学方法，培养和提高学生的创新能力和解决实际工程问题的能力。

关键词：新工科；一流课程；创新教学；木制模型；多维联动

中图分类号：G640        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）06-0069-04

Abstract： In view of the problem of "big differences in students' personality， outdated teaching content and solidified teaching mode"， from the perspective of the training objectives and requirements of professional talents， this paper proposes to construct and reform the curriculum content and curriculum system based on OBE education mode， adopt the teaching concept of "one center， two methods， three integration and four integration"， and construct the whole process teaching mode of "pre-class preparation， in-class teaching process， and after-class links" through the "three modernizations" approach， realize a closed-loop knowledge structure from "practical problems - theoretical analysis - wooden models - product modeling"， explore the integration of model teaching design based on "creating meaningful learning experience"， innovate multi-dimensional linkage teaching methods， and cultivate and improve students' innovation ability and ability to solve practical engineering problems.

Keywords： emerging engineering education; first-class courses; innovative teaching; wooden model; multi-dimensional linkage

新工科建设是一项持续深化工程教育改革的重大行动计划，是新时代高等教育改革的重要内容[1]。机械设计基础课程讲授常用机构的工作原理、特性、应用及基本设计方法，使学生掌握机械中常用机构和一般零件的工作原理、特点及应用的基本知识。初步掌握其设计和计算的方法，获得必要的基本技能训练，具备利用手册设计简单机械的能力。本课程旨在培养学生综合运用课程中所学的知识和技能，解决各专业机械相关的实际问题，结合各个实践教学环节，开展各专业工程技术人员所需的基础训练，培养学生分析解决问题、创新思维和创新设计的能力。因此，机械设计基础不仅是高等工科院校机械类专业的一门重要的必修基础课程，而且是一门承上启下的课程。同时，又是一门重要的素质教育课程，在培养高级工程技术人才的过程中、在人才培养的教学计划中均占有重要的地位。

一  传统课堂的痛点分析

（一）  学生知识结构基础参差不齐

该课程涉及多个不同专业，涉及不同的培养目标、各专业对学生机械设计基础知识的要求有差别，学生的活动能力、活动水平、知识储备和课程认知各有差异，如该课程所要求的前修课程是基础机械制图、理论力学等，学生对这些基础知识的掌握程度有差距。并且，不同专业该课程所支撑的后续课程差别也较大，有的专业对传动方案设计要求较高，有的需要常用机构结构设计部分知识，有的侧重在动力机器的原理与设计上……目前，大多数学校机械设计基础课程的目标趋同明显，方向性不明确，过于宽泛，不能突出专业特色。

（二）  学生对该课程重要性的认知不到位

非机械类的学生在学习时往往认为该课程与其专业的相关度不大，不清楚该课程在其培养方案中的地位和作用，不了解对后续课程的支撑情况，建立不起来该课程与其专业、课程体系之间的联系，导致学习该课程时迷茫，学生在机械设计基础课程中所学知识找不到合适的应用场景，学生学习积极性不高。

（三）  课程教学内容传统陈旧

当前针对不同专业，机械设计基础课程多数没有分别授课内容，课程内容固化，还是按照传统以讲解机械原理知识为主，产品应用实例匮乏[2]。不同专业对现有课程内容的深度要求各不相同，课程广泛度、新颖性不够。

（四）  课程模式固化

当前，机械设计基础课程教学模式大多为教师按照既有的教学计划，选用合适的教材和一些教辅材料，利用多媒体在课堂上给学生以展示课程内容，课堂上师生互动不足，课程实践教学内容和课时安排较少，以示范性教学为主，学生参与度低[3]。对于地方应用型本科院校而言，以为地方经济社会发展培养所需的综合应用型人才，要更加重视对学生自主学习和独立解决问题能力的培养。固化的教学模式使学生形成固化的思维模式，无法提高学生的自主创新能力和实践应用能力。

二  以学为本、因学论教，更新教学理念

课程团队经过多年持续教学思考和迭代，围绕以上难点和痛点问题，开展了以下教学创新探索实践，明晰了课程定位和建设思路。

从专业人才培养目标和要求出发，提出采用OBE教育模式对课程内容和课程体系进行建设与改革，采用基于学情、融入前沿、注重方法的“一中心二方式三融入四结合”的教学理念，即以学生为中心（一中心），采用线上线下相结合的教学方式（二方式），融入实践、融入前沿、融入思政（三融入），结合数字化资源，结合专业特点，结合学生学情，结合木制机构模型（四结合），通过“三化”途径具体展开实施，充分利用现代多媒体技术，从能力培养目标层面把握课程内容的布局和实施，优化专业结构和布局，体现不同学科、不同专业的人才培养目标和专业特色的核心内容，展现专业传统优势，夯实专业基础，遵循“由浅入深、循序渐进”的教学规律。培养和提高学生的创新能力和解决工程实际问题的能力。

三  “创造有意义的学习经历”整合模型，探索教学设计

该课程以学生为中心，从教学设计层面采用“创造有意义的学习经历”整合课程设计模型，该设计模型是由美国学者L·迪·芬克提出的一种以学生为中心的教学设计框架[4]。这一框架从基础知识、应用、综合、人文维度、关心和学会学习6个维度追求“为学生创造有意义的学习经历”的目标，让学生在学习过程中不断找到所学知识与个人、他人、社会联系的目的，同时，与课程思政以育人为核心，注重思想、道德、政治观念有机融入课堂的教学目标不谋而合。

基于上述理念设计了机械设计基础课程的教学要点。

（一）  情境因素收集

机械设计基础是一门培养学生工程思维和机械创新设计能力的技术基础课。从课程内容来看，主要学习机械系统的运动学和动力学分析及机械方案设计的基本理论，包括常见机构的结构分析、运动分析和受力分析。它在培养学生机械设计能力和创新能力所需的知识、能力和素质结构中起着非常重要的作用。

（二）  “创造有意义的学习经历”的教学目标

①基础知识：通过该课程的学习，使得学生掌握机构学和机械动力学的基本理论、基本知识和基本技能。②应用：机械设计基础课程学习中的应用目标包括学会常用机构的分析和设计。③综合：适时引入柔性机构、并联机器人机构等前沿科学问题；按照机构理论—工程分析—设计作品的顺序，探究工程问题分析与解决方法，激发学生对机械系统运动方案设计的创新思维和发散思维，明晰机械设计基础在机械产品，特别是3C产品制造、开发全周期、全流程的作用及地位，使学生具有进行机械系统运动方案（创新）设计的初步能力。④人文维度：机械设计基础在学生的眼中一直摆脱不掉陈旧、晦涩等印象，通过增加课程的趣味性与艺术氛围，在课堂中引入当今机构学领域的热点折纸机构、折展与缩放机构等古老的东方艺术，以美育人、以美化人，积极弘扬中华美育精神。⑤关心：在教学中关注学生的感受，在课堂中压缩教师的单向灌输，在有效的学习过程中，树立致力于成为合格的专业人才。⑥学会学习：课前，利用多种辅助资源开展自主学习；在课堂上，训练“做中学”和小组讨论的能力，使学生在课程结束后，也愿意并能够开展探究式学习，成为自主学习者。

（三）  采用“反向设计”原则

采用“反向设计”原则，形成性评价为主的策略，充分利用在线教学平台收集学生的学习行为数据（抢答、投票、问卷等），促进学生在课堂活动中的投入。

（四）  采用多样化的教学活动达到目标

理论教学采用课前预习、课间采用多种形式相结合的互动式教学方法，教学方法有启发式、小组讨论、实地考察、以往案例、项目论证等，以此引导学生同步思考，调动学生学习的主动性，提高理论教学的有效性。根据教学内容实践性要求，我们还采用实地考察式和案例式的教学方法，依托东莞理工学院（以下简称“我校”）特色产业学院——长安先进制造学院[5]进行，实地分析自动上下料机等数十种自动化设备。

四  “三化”途径，多维联动，创新教学方法

（一）  教学内容动态化

课程内容的建设是开展课程内容重构的重中之重，是后续建设工作的基础[6]。而该课程涉及多个专业，课程内容建设工作中，主要从课程调研、内容体系完善设计、教学大纲制定、课程实训环节实施等方面不断进行课程的改革和完善。结合不同专业特点及培养方案，依据现代工程教育的持续改进理念，课程立足使学生快速适应科技的高速发展与变革，将学科前沿、科研思维引入到课堂教学当中，及时融入各专业中与专业相关的最新成果和技术，不断调整与课程相关的产品实际案例，开展课程内容重构，使本门课具有针对性和前沿性。