通过机械原理的教学来培养学生的工程设计能力 - 图文

通过机械原理的教学来培养学生的工程设计能力

谢晋（通讯作者），刘广帅，何超明，罗亚林

中华人民共和国四川省成都市西南交通大学机械工程学院（610031） 电子邮箱：xj-6302@263.net

摘要：学生能力的发展在高等教育工程界吸引了大量的关注。课程改革是必须的。基于对一个工程师应有能力的分析，本论文将提出一些关于机械原理的内容。新的方案旨在培养学生的工程设计能力，包括能够应用科学工程设计的基本知识的能力，设计和完成实验的能力，能够一定的限定条件下做一些工程设计能力，在一个设计团队里有效的沟通能力，使用现代工程工具的能力，并且能够识别并制定工程问题的能力。改革方案的结果也会被呈现出来。 关键词：教学改革；培养学生的能力；机械原理。 介绍

机械原理是中国机械工程学科学生的核心课程。作为中华人民共和国教育部所规定的课程，机械原理是中国大学机械工程必修的教学大纲。

虽然机械原理的教学目标将会持续发生变化，但是教育部教学指导委员会已经制定了一系列的基本要求。大约在40年前，那时的中国高等教育深受前苏联的影响，机械原理的教学目标主要是教授机制知识，主要是机械的结构、运动学和动力学。自1980年代中期，机械原理的教学有了很大的改变。这些改革影响了教学的各个方面。趋势之一就是通过加强运动方案的设计来培养学生的创造力。从那以后，机械原理的教学目标不仅包括教授知识，也包括培养学生的能力。

西南交通大学是中国最早的工科院校之一，机械原理作为一门出色的课程而出名，2007被教育部授予国家精品课程。在过去的30年里，我们在机械原理教学方面已经做了很多改革，我们的教学实践在一定程度上反映了中国机械原理教学的发展历程。

这些改革全部在强调培养学生的工程设计能力。伴随着改革的进行，我们的思路变得更加清晰，而且已经取得了一些预期的效果。本文旨在描述西南交通大学在机械原理教学中的改革。我们首先分析了这些旨在培养学生工程设计能力的教学改革的必要性。然后呈现出我们的教学改革方案和成果。最后是一些结论性的言论。

教学改革的必要性

西南交通大学机械原理教学改革包含两部分内容：一部分是课堂教学，包括实验；另一部分是课程设计。我们的课堂教学有60学时（包括8个学时的实验），课程设计有32学时。教学人员包含了两位教授，一位副教授，一位讲师和一位高级工程师。每年大约有600-750名学生学习机械原理，学生只有在课堂教学中获得4个学分并且在课程设计获得一个学分才能通过最后的考核。

过去，所有的教学活动都是为了确保学生能获得科学基础知识，甚至实验和课程设计也是为了加强和测试学生从课堂教学和书本中学习到的知识，没有意识到培养学生能力的重要性。但是现在，知识的更新是如此之快，以至于高等教育不能跟上它的步伐。从这一点来看，学生能够做什么似乎要比知道什么更重要。但这并不意味着大学所教的知识一无是处。相反，强调的重点已经转向了培养学生的能力，而在以前这些在很大程度上被忽略了。我们知道，知识和能力之间的关系是紧密的，但这超出了本文的范围。

在中国，还有一些发达国家和发展中国家，都有一种在高等教育中培养学生能力的倾向。构思设计实施操作教学大纲[2]已经吸引了很多的关注，而且也给工程教育带来了很大的影响。这个大纲是由四个主要工科大学制定的，这四所大学分别为：查尔姆斯理工大学，林雪平大学，皇家理工学院（这三个在瑞典）和麻省理工学院（在美国）。构思设计并实施操作教学大纲目的是帮助学生发展更深入的科学基础方面的工作知识和新产品及系统的创建和操作能力。

如今，高等教育应当承担两项任务：一是传授知识，二是培育学生的能力[3 - 5]。然而，教学方案用于执行这些功能时可能会有所不同。粗略地讲，对于前者，通常的方法是在教学大纲中添加更多的课程或新内容；但对于后者，通常意味着为学生安排更多的实践。因为能力是不能教授的——它只能通过实践来培养。

我们教学改革的目标是在一个课程中既培养学生的工程设计能力又传授知识。我们面临的问题不仅包括决定我们应该帮助学生培养什么能力，还包括决定在当前的教学条件下如何实施必要的改革。时间和教室的限制以及学生实用课程的高额花费是我们教学改革的一大挑战。

工程教育标准和工程设计能力

在本节内，我们查阅了各种各样的工程教育认证标准和工程设计所需要的抽象能力。尽管工程教育标准不能被当作机械原理教学指导，但是它们可以为解决我们应该培养学生什么能力的问题提供线索。

工程教育的标准有很多。其中，标准认证工程项目[6]由美国工程与技术认证委员会(支持)，英格科技[7]由英国工程委员会和荷兰国际集团(Ing)[8]，欧元联盟产品协会共同发表国际信息处理联合会(FEANI)是最著名的。自2006年以来,MEoPR中国一直致力于一个项目的工程教育认证。作为主管机构，,其工程教育标准的认证是被要求的。

工程教育标准准制定的目标是不同的，而且相应的内容也不同。但是所有的标准都集中在工程类毕业生应该获得的知识和能力。在不同的工程领域中，所需要的知识和行为也是不同的。尽管专业术语有所不同，但是一个工程师应该拥有的能力是相同的。它们主要包括这些能力：

?应用科学基础知识的能力； ?设计和开展实验的能力；

?在一定条件下进行工程设计的能力； ?在设计团队力有效的沟通能力； ?使用现代工程工具的能力； ?识别和制定工程问题的能力。

可能会有一些特需的其他的能力。然而，上述所列的能力被视为最基本的要求，而且它出现在所有版本的工程教育标准中。

教学改革的目的是为了发展学生的能力

保持改革的目标，我们重新审视了机械原理的教学内容和相关的教学活动，包括课堂教学、实验和课程设计。旨在发展学生的工程设计能力的改革应该体现在所有的机械原理教学活动之中，但是每一项教学活动可能扮演不同点角色。

表1 教学活动与能力培养

工程设计能力 应用科学基础知识的能力 设计和实施试验的能力 在一定条件下进行工程设计的能力 在设计团队里有效的沟通能力 使用现代工程工具的能力 识别和制定工程问题的能力 课堂教学 ★ ★ ★ 实验课程 ★ ★ 课程设计 ★ ★ ★ ★ 关于教学活动与学生能力发展的关系的研究结果体现在表1中。符号★表示教学活动在培养相应的能力时应具有极大的潜力。 在接下来的部分，我们将会为表格1中总结出的“课堂教学”、“实验课程”、“课程设计”提供详细的内容。 课堂教学 应用科学基础知识的能力 在中国，大多数机械原理教科书是按照联接、凸轮、齿轮的分析和设计来编辑的。给人的印象就是，机械原理仅仅集中在这些机构方面的知识。然而，机械原理是工程科学的一个分支：它是从数学和力学中获得方法来应用于机械工程的实践。其内容包括几何、运动、动力和机械控制。通过学习机械原理，学生不仅要获得机械运动学和动力学的一般知识，而且培养学生设计机械装置并确定一定运动学和动力学条件下的尺寸的能力。 基于这种观点，我们在2006年出版了新版的教科书，该书由高等教育出版社出版。这本新书包含五部分：机械运动的生成及其转换 …… 此处隐藏：3911字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……