“新工科”背景下《机械运动学与动力学》课程教学内容的改革与实践

陈棒棒，马保建，王立强*，李学志，刘泽锋

“新工科”背景下《机械运动学与动力学》课程教学内容的改革与实践

陈棒棒1,2，马保建1，王立强1*，李学志1，刘泽锋1

(1.新疆理工学院，新疆 阿克苏 843100；2.南疆发展研究院，新疆 阿克苏 843100)

“新工科”背景下地方应用型本科院校培养模式的改革重点在于“新”和“应用”，以新疆理工学院为例，针对学校办学特色与办学定位，分析了《机械运动学与动力学》课程在教学目标、教学方法、教学组织、实践教学、评价体系等方面的创新实践，着重加强了学生的过程性学习，培养学生创新学、兴趣学、应用学的学习理念，提高了学生在“新工科”背景下的创新意识和解决工程实际问题的能力，以期为其他工科类课程教学内容改革与实践提供参考。

新工科；实践应用；虚拟仿真；ADAMS；教学改革

“新工科”是我国基于国家战略发展新需求、国际竞争新形势、立德树人新要求而提出的工程教育改革方向[1-2]。2017年2月以来，我国积极推进“新工科”建设，先后形成了“复旦共识”、“天大行动”、“北京指南”，在国内掀起了“新工科”建设的热潮[3]。制造业作为国家的立国之本、强国之器，关乎着国家和民族的兴衰，打造具有国际竞争力的制造业，是我国提升综合国力的必由之路[4]。在“新工科”背景下，如何深入推进《中国制造2025》战略部署的有效落实，是我国工程教育面临的新机遇和新挑战。新疆理工学院作为南疆应用型本科高等院校，扎根南疆，建设以理学为基础、以工学为主体的专业群，服务于“一带一路”建设，以促进区域经济社会的发展为办学定位，以机械设计制造及其自动化专业为试点专业，积极探索新方法、新途径，培养具有创新能力、创业能力和跨界能力的工程技术人才，以适应南疆区域经济发展的需求[5-6]。

《机械运动学与动力学》是机械设计制造及其自动化专业学生必修的专业课，主要内容为静力学、运动学、动力学的虚拟仿真，融合了机械原理、理论力学、机械制图、计算机辅助设计、高等数学、线性代数等课程知识[7]。该课程涉及的学科内容的面较广，实践应用性较强，是机械类专业典型的工程课程，非常符合应用型本科院校实施“新工科”建设的条件。实施“新工科”建设，应注重学科交叉融合、技术创新协调并举。在“新工科”背景下，针对《机械运动学与动力学》的课程特点，通过深化教学内容改革与实践探索，全面创新教育教学模式，着重锻炼学生解决工程实际问题的能力，培养学生独立思考分析的能力，是提高应用型本科院校理工科人才培养质量的关键。

1　教学现状及存在问题

在《机械运动学与动力学》课程教学中讲述的虚拟样机技术应用软件ADAMS，具有很强的应用实践性，是机械工程研究人员必须掌握的应用软件。采用传统的教学模式，往往不够重视这一软件的实践教学，在很大程度上制约了该门课程的发展，影响了对学生创新实践能力的培养。

1.1　课程大纲与“新工科”应用要求不相符

“新工科”背景下，机械类专业技术人才的培养模式要以未来社会就业需求为导向，培养以适应社会发展、行业创新领先为目标的技术人才。目前课程大纲知识体系陈旧，与市场需求和培养目标不符。一是课程大纲设置不合理。制定课程大纲，还是以传统的机械运动为主线，导致理论讲述多、实践创新少，且大部分为演示操作。二是课程大纲中设置的实践项目过于单一。例如，在齿轮机构实践项目中，就只涉及到齿轮；在凸轮机构实践项目中，就只涉及到凸轮。由于没有综合创新设计项目，因此学生学习兴趣不高，课堂上只是按照老师的要求机械式地进行练习，甚至课后完全不知上课内容，导致学生的实践动手能力不足。三是考核评价方式不科学。目前，主要以期末考试卷面成绩和平时作业成绩作为考核标准(占比分别为60%和40%)，过程性考核方式较落后。由于课程的应用实践性非常强，因此采用以期末考试卷面成绩为主的方式评定学生成绩，将不利于培养学生的创新思维及动手实践能力。

1.2　实践教学与工程应用脱节

随着机械制造业的不断发展与技术改革的不断创新，传统的机械类课程教学模式已脱离工程实践应用的要求。ADAMS作为重要的工程应用软件，是《机械运动学与动力学》的主要内容。在实践教学中，因课时安排不足，只能让学生仿真一些简单的传统机械结构，缺乏与现代工业机械实际应用的结合。在传统的培养模式下，学生的创新设计能力、综合实践能力得不到提升，限制了学生解决实际工程问题能力的提升。

1.3　教学方法陈旧导致学生学习兴趣低

《机械运动学与动力学》课程以ADAMS软件操作练习为主要内容，涉及运动学及动力学理论知识的内容不多。采用传统的教学方法，以教师操作演练、学生跟随操作为主，很大程度上限制了学生自主探索、独立思考的空间，致使学生学习兴趣较低，无法深入学习钻研，最终导致学习效果不佳。

2　教学改革内容与措施

应针对当前“新工科”背景下机械制造产业的发展趋势和阿克苏地区的实际人才需求，及时调整教学内容，改进教学方法，创新教学模式。通过推进教学内容的改革与实践来提高教学质量，以达到培养一批服务于区域经济并适应特色产业快速发展的高素质应用型机械工程技术人才的目标[8-10]。

2.1　坚持以学生为中心的教学理念

教师在进行软件类课程设计的教学过程中，要留给学生一定的自主选择空间，让学生去利用已学的《机械原理》、《机械设计》等课程知识创新设计机械结构，将课程设计打造成一个让学生发挥自身创造力的平台，引导学生独立思考、主动学习。教师在课堂上充当一个主持人的角色，引导学生参与到课堂的互动辩论环节，让学生自己动手、独立思考，帮助学生养成良好的创新思维习惯。教师应坚持以学生为中心的教学理念，要做好充分的教学准备，在教学组织环节应让学生成为课堂的主体。例如，根据ADAMS软件操作技能制定一些机械创新设计小发明项目，让学生自主研发设计并利用ADAMS软件随堂仿真运行，通过学习成果展示让学生获得成就感。在教学理念上，要将传统的“以教师为中心”转变为“以学生为中心，以能力为本位”，通过突出学生的主体作用并发挥教师的引导作用，更好地实现教学目标、保证学习效果。

2.2　建立以赛促学的教学模式

根据“新工科”建设的要求，教师在教学中应注重交叉学科专业知识的融合与创新，要科学整合教学内容，合理引入新技术、新理论。可将生产实践中的案列融入教学内容，实施项目式教学，既丰富了教学内容，又改进了教学模式。在实施项目式教学的过程中，建立以竞赛促学的教学模式，让学生以竞赛的方式完成项目任务，帮助学生加深对知识的理解和对实际工程的认知，培养学生解决实际复杂工程问题的动手能力。例如：在教学过程中，先要求学生独自在规定时间内，用不同方法、思路利用ADAMS软件完成虚拟模型的创建，再根据学生完成情况进行分级指导；教师设定比赛项目，让学生组建团队、成立竞赛小组，由各竞赛小组独立完成建模仿真任务，通过各团队互评互学提高学生自主创新、团队协作的能力，使课堂氛围更加活跃，使实践教学更接地气，使教学效果更加有保障。

2.3　建立以工程应用为案例的课外创新实践基地

结合机械类专业发展的趋势和就业需求，在南疆地区的纺织服装、果品精深加工、畜牧机械、农业机械、林果机械等产业中发现和收集技术创新难题；以这些难题为素材，设计教学案列；将这些教学案列融入到学生的第二课堂，建立课外创新实践基地。以新疆理工学院为例，通过成立 “大学生机械创新研究应用实验室”，建立以老师为引导、以学生为动手操作主体的研究团队，充分挖掘学生创新思维的潜力并发挥学生创新思维的作用，极大地提高了学生的学习效率和综合运用知识能力，有效地培养了学生的工程素养。

2.4　建立以过程性考核为主的成绩评价体系

在《机械运动学与动力学》课程的创新实践教学模式中，建立了以过程性考核为主的成绩评价体系。在新的教学模式下，将ADAMS教学分成了以学生为中心的理论基础教学、以竞赛为主要方式的实践教学、以工程实际应用为主要内容的创新教学。在考核环节，降低了期末理论考试的成绩占比，提高了教学环节中学生平时的考核占比，重点突出了对学生实际操作能力、知识应用能力的考核，以帮助学生切实掌握工科类课程的学习方法与技巧，培养具有创新精神、实践能力和社会责任感的高素质应用型人才。

3　结论

以新疆理工学院机械类专业《机械运动学与动力学》课程为例，结合“新工科”建设、工程教育专业认证及学院办学目标建设等相关要求，以点带面，从教学理念、教学内容、创新实践、课程评价体系等方面分析了目前工科类课程设置中存在的不足，通过教学改革与探索重点加大了对学生创新与实践能力的培养力度，将以前的演练实践转变为现在的实际工程应用实践，提升了学生对课程的爱好程度，激发了学生好学、爱学、勇学的兴趣，保障了课程的教学效果

[1] 钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究, 2017(3):1-6.

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[3] 赵宇,朱伶俐,余永强.新工科背景与土木工程专业人才培养的改革:以河南理工大学土木工程学院为例[J].文教资料,2018,(8):126-127.

[4] 王金芙.“工匠精神”的当代价值与培育研究[D].哈尔滨:黑龙江大学,2018.

[5] 曾祥.机械设计制造及其自动化专业实践教学体系的改革与实践[J].机械职业教育,2017(1):32-33.

[6] 唐仁华,夏力农,欧名贤.“新工科”背景下《基础工程》课程教学内容更新与教学方法改革[J].长沙大学学报, 2020,34(2):45-48.

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[8] 苗敬利,耿华,王艳芬.新工科背景下PLC应用技术课程教学改革探索[J].产业与科技论坛,2020,19(20):117-118.

[9] 龚发云,王德发,吕栋,等.新工科背景下地方工科高校教学模式改革探索[J].高教学刊,2021(6):156-159.

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Reform and practice of teaching content of “Mechanical Kinematics and Dynamics” under the background of new engineering

CHEN Bangbang1,2, MA Baojian1, WANG Liqiang1*, LI Xuezhi1, LIU Zefeng

(1. Xinjiang Institute of technology, Aksu, Xinjiang 843100, China; 2. Southern Xinjiang Development Research Institute, Aksu, Xinjiang 843100, China)

Under the background of new engineering, the change of training mode of local application-oriented undergraduate college focuses on "new" and "application". Taking Xinjiang Institute of science and technology as an example, this paper analyzes the innovative practice of “Mechanical Kinematics and Dynamics” in teaching objectives, teaching methods, teaching organization, practical teaching and evaluation system. The emphasis is on strengthening students' process learning, cultivating students' learning concepts of innovation, interest and application, and improving the background of new engineering. At the same time, it can provide a reference for the reform and practice of other engineering courses.

new engineering; practical application; virtual simulation; ADAMS; teaching reform

G642

A

2096–8736(2021)05–0055–03

2020年度新疆理工学院教改项目(PT-x2020010)。

陈棒棒(1992—)，男，硕士研究生，讲师，主要研究方向为工业设计与教学。

通信作者：王立强(1992—)，男，硕士研究生，讲师，主要研究方向为工业设计与教学。

责任编辑：阳湘晖

英文编辑：唐琦军