新工科背景下地方应用型高校课程改革与探索

［摘 要］ 我国高等工程教育改革发展已经站在新的历史起点，教育部积极推进新工科建设，新工科要求地方高校要对区域经济发展和产业转型升级发挥支撑作用。课程团队以新工科建设为背景，围绕“以学生为中心”的工程教育理念，从课程内容体系、课程思政建设、课程实践教学体系、信息技术与课程融合、课程评价体系改革等方面，对“机械原理”课程进行了改革与探索。通过对“机械原理”课程的教学改革，提高了学生对知识的实际应用能力和创新能力，更有利于新时代创新人才的培养。

［关键词］ 新工科；机械原理；教学改革

［基金项目］ 2021年度陕西理工大学教学改革研究项目“‘机械设计’课程思政的研究与实践”（KCSZ2233）

［作者简介］ 何 勇（1979—），男，陕西汉中人，硕士，陕西理工大学机械工程学院副教授，硕士生导师，主要从事机械设计及理论、机械系统动力学研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2025）08-0059-04 ［收稿日期］ 2023-12-10

引言

我国高等工程教育改革发展已经站在新的历史起点，2017年2月以来，教育部积极推进新工科建设，新工科要求地方高校对区域经济发展和产业转型升级发挥支撑作用。陕西理工大学是一所省属地方应用型高校，在服务陕南区域经济发展中发挥着重要作用。

我校机械设计制造及其自动化专业（以下简称“机自专业”）于2022年6月通过工程教育专业认证。“机械原理”课程作为该专业的一门核心课程，在专业人才培养中占据重要的教学地位。我校“机械原理”课程于2020年被教育部认定为国家级一流本科课程。课程团队于2019年开始进行“机械原理”课程教学改革，按照新工科的改革要求，以适应工程教育专业认证和“机自专业”国家一流专业建设要求为目标，运用OBE理念对课程体系、教学目标和考核方式等进行了改革研究，形成了以学生为中心的教学模式，建立并应用理论教学、实践教学、课外综合实践“三位一体”的育人模式，将课程思政进行有机融合，从多个角度、多个层次，深入进行了教学改革与探索，提高了学生的工程实践应用能力和专业学习能力。本文将从以下方面交流我校在“机械原理”课程教学改革中的探索与实践。

一、课程研究现状

“机械原理”课程作为一门核心技术基础课，学时有所缩减，课程知识抽象繁杂。目前“机械原理”教学和学生学习中存在一些问题：课堂气氛沉闷，师生互动性差；重理论轻实践，理论与实践联系不紧密，存在脱节现象；学生不能将所学的理论知识应用到实践中解决工程实际问题；课堂教学信息化严重，学生课堂参与度和抬头率低；学生独立思考能力和创新能力不足，动手能力较弱，不利于实践能力的培养。如何让学生在学习专业知识的同时，激发学生对专业和职业的热爱，提高学生学习的积极主动性和参与度，是当前课程教学中应着重解决的问题。

为了达到应用型人才培养要求以及提高学生的创新和实践能力，近年来，全国高校都在积极推进“机械原理”课程教学改革。西北工业大学葛文杰教授领导的课程团队在“机械原理”课程建设与改革方面取得了很好的效果，探索了课程与信息化技术深度融合的创新教学模式，以及教材内容深度改革和数字化课程共享资源建设，推动了课程教学模式改革，提高了课程教学质量和学生的创新能力。北京航空航天大学于靖军等从分析仿真、性能评价、创新设计三个层次挖掘“机械原理”课程中重要知识点的高阶思维训练元素，深入开展探究式、项目化等研究型教学，在提升学生的工程思维、科学思维及人文思维等多维度高阶思维的综合能力方面成效显著［1］。湖南工业大学的汤迎红从理论教学组织、课程设计组织、考试成绩评定制度三个方面改革“机械原理”课程，加强和突出对学生学习过程的考核。兰州交通大学田亚平等构建了混合式教学资源框架，凝练出以“案例驱动、方案设计、机构创新、虚实验证”的机构设计为主线的五步法理论教学和四步实践教学的创新教学方法［2］。福建农林大学苏昭群等就“机械原理”课程教学存在的问题，提出了以赛促学、虚拟实验等实践教学模式［3］。

二、课程教学改革探索与实践

作为机械类专业的核心课程，“机械原理”课程起到了承上启下的作用，培养目标是使学生掌握机构学和机器动力学的基本理论、基本知识和基本技能，掌握各种常用机构的分析和综合运用方法，并具有按照使用要求进行机械传动系统方案设计的初步能力，因此要培养学生的工程实践能力和创新设计能力。教学团队对照新工科要求，基于OBE理念对课程教学模式和教学改革途径进行了探索，主要从以下几个方面开展了工作。

（一）课程内容体系改革研究

该课程理论性较强，对于刚进入专业课程学习的二年级学生，特别是没有工程实践经验的部分学生来说，学习起来还是比较抽象和难理解的。为了帮助学生尽快融入课程教学中，课程知识体系分为理论和实践两大部分。理论教学部分按由浅入深的顺序将其划分为机构组成原理与分析模块、机械系统动力学分析模块、常用机构设计模块及机械系统方案设计模块四部分。实践教学划分为实验教学模块、课程设计模块、学科竞赛模块。在实际教学过程中，理论知识体系与实践知识体系不是孤立割裂的，实验环节是对理论知识的巩固与提高，设计环节是对理论知识和实验操作的综合运用，学科竞赛是将整个教学活动推到更高更深的层次，从而全面提升教学效果。

理论知识体系中，根据目前计算机仿真技术的发展和工程实践中对机构创新的需要，为更好满足课程教学目标和学生就业需求，在机构组成原理和分析模块及常见机构设计模块中，将ADAMS软件和Solidworks等三维软件应用贯穿教学全过程，提高学生仿真和分析简单机构运动方案的能力。对于学生比较难理解的机构运动分析和力分析的图解法、解析法等内容，弱化公式的推导分析过程。随着计算机技术和仿真分析软件的发展，鼓励学生积极掌握新技术，解决相关问题。

针对平面机构运动简图的绘制和自由度计算等难点，结合实验室的机构模型，利用翻转课堂讨论的方式，让学生成为本部分课程内容学习的主角，教师负责点评。针对较为抽象、应用性较强的知识点，如凸轮机构、齿轮机构、轮系等，在理论教学完成后，利用实验室资源进行现场教学，提高学生直观认识，加深理解。针对平面连杆机构、凸轮机构设计等重点设计内容，采用项目式教学，教材公式推导不作详细介绍，只对相关参数变化对机构性能和结构的影响重点讲授。同时，教师提前设计一些引导性题目，如利用连杆机构设计四足机器人等，供学有余力的学生课后分组讨论，并利用课余时间完成设计。以此作为本课程的课外作业，一方面加深了学生对理论知识的理解和应用；另一方面充分发挥了学生自主学习和创新的意识，大大提高了学习效率，提高了课程的高阶性、创新性和挑战度。

（二）课程思政内容建设研究

工学类专业课程要注重强化学生的工程伦理教育，培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。

1.立德树人，课程思政。课程团队从专业知识点中发掘思政元素和其蕴含的哲学思想；通过失败的案例教训、警示性的问题等凝练课程思政；从学科发展史、大师成长道路、大国工匠经历等方面完成对学生的价值观塑造。

2.培养学生奉献精神，实现价值塑造。给学生讲述西迁精神的内涵，讲述我校北校区三线建设时期的办学历史和老一辈教师在艰苦条件下的教学事迹和科研事迹。观看纪录片《大国工匠》，了解其中的先进人物和先进事迹。

3.增强专业自信，传承专业文化。结合我校所处汉中地区的装备制造业发展战略和航空特色产业发展规划，彰显专业特色，提升学生的专业使命感和荣誉感，增强学生在“制造大国向制造强国迈进”过程中的使命担当，激励学生刻苦学习。

4.弘扬科技报国精神，树立学术志向。以国家重大项目（如高铁建设、盾构机研发、空间站建设及机器人、大飞机等）为引领，结合对纪录片《大国重器》的学习，使学生树立科技报国的远大志向。例如，讲解连杆机构时，可介绍其在冰壶六足机器人、太阳翼帆板展开机构中的应用；讲解轮系内容时，可以引入轮系在盾构机主驱动刀盘系统中的应用和在风电齿轮箱中的应用。

（三）课程实践教学体系改革研究

通过学科竞赛和实践教学相融合培养新工科人才，提升学生的综合素质，带动新工科实践教育向前发展，对培养新工科人才具有重要意义［4］。我校“机械原理”课程团队以学生为主体、以教师为主导、以能力培养为主线，构建了理论教学、创新认识、创新实践教学、创新实践活动、企业实践的多层次多模式实践教学体系。

项目式教学引入课堂教学实践：以学科竞赛、大学生创新项目为载体，进行项目式教学实践改革。教师在开学初布置相关设计任务给学生小组，提出相关要求，包括机构设计、运动轨迹的仿真优化、调试等过程，使用三维建模软件、ADAMS软件、MATLAB软件等完成。学生给出项目方案、项目结构设计与建模，为后续“机械设计”课程项目产品的设计制作奠定基础，并最终获得实现特定功能的机械产品。学生带着项目设计中的问题去学习，对于提高学生的学习积极性、自学能力和工程实践能力具有非常积极的作用和意义。在近几届的学生中推广项目式教学，参与的学生在后续的各类科技创新比赛中，均取得了较好的成绩。

学科竞赛与课程教学相辅相成，培养学生的创新能力、实践能力等。引导学生思考创新设计，激发学生对学科竞赛的兴趣。通过问题引导式学习，激发学生的好奇心，提高其学习主动性，学生在不断学习、不断思考的过程中，锻炼了机械创新和工程实践应用能力。

（四）信息技术与课程深度融合改革

基于超星学习通教学平台，采用线上线下混合式教学［5］。在课堂教学中利用雨课堂，将课程教学环节的每一项任务及相关课件推送到学生的手机上，覆盖了课前、课中及课后三模块，学生须按时完成。针对每一模块均有后台数据统计，教师能够及时掌握学生的学习情况及学习效果，为教师与学生的沟通互动提供了便捷途径。教学设计分为三大阶段，即课前、课中和课后。课前教师和学生分别完成任务的布置和课前预习，课中教师和学生分别完成重点、难点的讲解及总结和听课及随堂测验、练习，课后教师和学生完成常规知识的巩固强化和拓展提升两个阶段。

在线下课堂教学中，考虑到“机械原理”理论课时较少，很难在有限的课堂中进行全部理论知识的学习。采用BOPPPS教学模式，该模式包含六个教学环节：课程导入（bridge）、学习目标（objective）、预评估（pre-assessment）、参与式学习（participatory learning）、后评估（post-assessment）和总结（summary）。将翻转课堂应用到理论教学中，激发和培养学生的自主学习意识和学习能力，把以教师讲授为中心转变成以学生学习为中心［6］。

（五）课程评价体系改革

“机械原理”是一门理论和实践性较强的课程，传统的平时作业和试卷考核模式已无法真正反映学生对本课程知识的理解和综合运用等多方面能力。现有课程评价体系已不适应社会产业发展和创新驱动发展战略对人才的评价要求。基于OBE理念，构建强化过程性考核的评价模式，提出课前预习程度、课中研讨效果、课后拓展实践和阶段测试相结合的全过程考核评价方式。课前学生进行自主学习和在线测试，学习通平台自动记录其学习数据；课中教师利用学习通开展随堂测验；课后教师和学生利用学习通开展阶段课程目标测试、交流讨论等活动，将各项能力的考核贯穿整个教学过程。课程的四个课程目标成绩由平时成绩、随堂测验成绩、考试成绩三部分组成。增加了过程性考核比例，每个课程目标中的考试成绩所占比例降低至60%，实现对学生多方位、全面性的评价。

结语

本文介绍了在新工科背景下“机械原理”课程从OBE教学理念角度进行的教学改革与探索，从课程内容体系、课程思政建设、课程实践教学体系、信息技术与课程融合、课程评价体系改革等方面分别进行了总结，通过近几年对课程的教学改革，取得了以下效果：（1）构建了以教师为引导、以学生为中心，基于“互联网+教材+课程”的课程教学新模式，将以往“填鸭式”“灌输式”教学转变为引导式、启发式和探究式教学。（2）基于线上线下混合式教学，构建了“引导讲授+线上学习+翻转课堂+讨论课+研讨课”的混合教学模式和课程成绩综合评定机制，促进学生自主学习和与教师的课内外互动，提高了学生的学习效果与效率，激发了学生的创新兴趣和思维。（3）课程实践教学与课外机械创新设计竞赛等活动对接贯通，以赛促学，提高了人才培养水平和教学效益。学生近几年参加了全国大学生机械创新设计大赛、全国三维数字化创新设计大赛、中国大学生工程实践与创新能力大赛，均取得了较好的成绩，新工科背景下“机械原理”课程育人培养体系初见成效。