以项链式课程规划为主线的机械原理教学模式改革与实践
[摘 要]在机械原理课程教学改革中，以“增强工程理念、提高对知识的应用能力、提升解决复杂工程问题的综合能力”为目标，设计了项链式机械原理课程规划，即将机械原理课程的教学内容按照知识点（链点）内在的关联，组合成若干能完成一定功能的单元模块（链节），针对能力培养的不同层面，设计不同的任务，分阶段指导学生完成任务（链节打磨），最后通过综合设计环节，以“任务、项目”的形式将各模块的内容串起来，达到提升学生解决复杂工程问题的综合能力的目的（“链节成串”）。结合专业特点和特色，从教学模式上、内容组织上、教学方式和教学方法等方面进一步深化了课程的教学改革。
[关键词]机械原理；教学模式；改革；项链式课程规划
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2018）06-0066-03
0、引言
机械原理是机械类专业的一门主干技术基础课程，在学生的知识、能力和素质培养体系中占有十分重要的地位。本课程在培养机械类高级工程技术人才的全局中，为学生从事机械方面的设计、制造、研究和开发奠定了重要的基础。在长期的教学实践中我们总结了项链式课程规划思想，并对其进行了教学改革的设计，确定了教改的基本思路，即“注重工程观念，优化教学模式，加强综合训练”。
引入项链式机械原理课程规划，可以实现以下培养目标：1.重视工程实例与理论分析的联系与转化，紧密结合工程案例，培养学生的工程观念；2.采用混合式教学模式，教师引导启发、学生边学边练，以培养学生的自主学习能力；3.设计多环节训练，强化知识，让学生做到学以致用、融会贯通，以达到培养学生具有综合分析能力和解决复杂工程问题能力的目标。
一、项链式课程规划的含义和特点
项链本是女性颈间不可或缺的美丽饰物，是显示自我魅力与气质的法宝，能够衬托出女性独有的魅力。这里提出项链式课程规划，旨在依托它的不可或缺和独有的魅力。基于机构结构分析中的拆分法，我们对项链结构进行拆分，即将每一个链点与各知识点相对应，将每一个链节与知识能力单元相对应，最后，通过各链节的组合（串、并联），构建前后相关联的项链结构，形成完整的知识和能力课程体系，从而培养学生通过掌握各知识点、知识能力单元，学会进行机构的分析与综合的方法与手段，最终获得解决工程实际问题的能力。
项链式课程规划具有以下特点。
1.項链式课程规划针对机械原理课程进行，具有承上启下的作用。从作用上说，它将代表基本理论、基本知识、基本方法等“大脑功能”与能完成基本技能、任务的“躯干功能”连接在一起，起到重要的承接作用。从知识体系上说，机械原理等机械专业基础课程也是连接基础理论课程和专业应用课程的重要通道，机械原理项链式课程规划就处于这种重要的地位。
2. 项链式课程规划从结构上具有分解与组合的功能。分解是指将知识体系拆分为“链点”、“链节”，每个“链点”对应一个知识点，每种“链节”又对应各自的知识单元。这些“链点”、“链节”又通过不同的方式，如串联式、并联式等，组合成完整的“项链”，实现了知识体系的重构。
3. 项链式课程规划是对各个“链点”、“链节”进行精工细作、精心打磨的过程。本课程通过设计相应的分析类“任务”、设计类“项目”等，加强综合训练，以实现对所学知识的理解、掌握和精通。
4. 项链式课程规划的具体实施，通过“导学、导练、导用”开展，在教学过程中，应用“云班课”教学平台，课上情景教学、案例教学，课下交流互动，调动学生学习的积极性和主动性。
二、项链式课程规划的实施
（一）项链式课程规划的分解与组合——知识体系的重构
知识体系的重构就是将碎片化的知识点用能力培养的主线串起来，形成有机的整体，让学生在遇到复杂工程问题时能将所学过的知识灵活应用，快速找到解决方法。
在本课程的教学中，我们以分析能力、设计能力培养为主线，结合教学内容，将各知识点划分为不同的“链点”，再根据知识点内在的关联穿成串，组成“链节”，以实现课程目标要求。如将“结构分析”、“运动分析”、“力分析”、“动力学分析”等知识点组成串联式“链节”，组成“机构分析”能力培养环节。这些知识点之间有承接关联，同时也有内容的交叉，后一种分析必须以前一种分析为条件、作基础，其内在逻辑关系为串联式，具体如图1所示。
根据知识点并行关系还能组成并联“链节”。如将“1.连杆机构设计”、“2.凸轮机构设计”、“3.齿轮与 4.轮系机构设计”等知识点组成并联式“链节”，构成“机构方案设计”能力培养环节。这些知识点都按照“-1机构分类，-2机构参数与特性分析，-3机构型综合与尺度设计”为主线学习，由于各“链点”面向的机构不同，其具有相对独立性，从知识内在逻辑关系可归为并联式，共同支撑设计能力的训练，具体如图2所示。
不同的“链节”按照需求进行组合就可以组成不同的“项链”，用以解决不同的问题。以“牛头刨机构”改进设计为例，首先对现有的机构进行分析；选用“分析链节”进行——进行机构的结构分析、运动分析和动力学分析等，找出其存在的问题，并提出改进方案，再选用“设计连接”进行改进设计，然后需要用“分析链节”再做分析，与原有机构的功能进行比较，形成闭环。如果功能还不达标，继续沿着分析—设计—再分析—对比形成新的闭环，最终完成牛头刨床机构的改进设计。如图3所示，不同“链节”组成闭环的“项链”能实现机构的更新设计。
（二）项链式课程规划的精细打磨——配套“任务”、“项目”等综合训练
与项链式课程规划相配套，我们设计了与各个链节相适应的“任务”。每个“任务”将该链节的知识点综合应用，这也是对阶段性学习成果的一次检验。例如，机械原理课程针对“机构分析链节”，设计了割草机分析大作业，以此作为培养学生分析能力的阶段性“任务”。这项“任务”要求学生根据割草机的机构参数，对其展开结构分析、运动分析和力分析，将机构分析知识链的内容加以应用，以加深学生对知识的理解，深化实际应用。
综合性“项目”训练是以实际工程为背景、以典型机构装备为主体，要求学生对该设备中的执行装置进行机构性能分析与机构方案设计，将所学的 “机构分析链节”和不同的“机构设计链节”进行不同形式的组合，形成综合性项目。目前，我们已经选用了8种典型装备，如牛头刨床、插床、破碎机、压片机等。由于学生已经有过“机构分析链节”、“齿轮设计链节”等前期“任务”的训练，因此，在解决类似问题时能做到游刃有余，很快进入角色。
（三）项链式课程规划的个性化与创新性研究
研究了“任务”的个性化完成机制。我们在机械原理课程的理论教学和实践教学改革中，对各项“任务”进行了深入研究，给相同“链节”设置多样的任务，学生根据各自的特长，能自主选择不同的任务形式，如小设计、小制作、小论文、自主实验等。比如课程中为 “机械系统运动方案设计链节”设置 “方案设计”、“慧鱼模型制作”、“机构搭建实验”三种“任務”，学生可以任选其一，这些都可以达到连杆机构设计训练的目的。各链节的任务与项目对照表如表1所示。
报告的书写能力培养、沟通能力的培养。通过几年的持续改进，机械原理课程规划不断完善，培养的学生质量不断提高，这体现在以下几方面。1.在各级机械设计大赛、创新创业项目中，学生竞赛方面有新的突破，在获奖数量和层次上不断提高。如2016年获得全国机械创新大赛二等奖2项，2017年获得辽宁省机械创新大赛一等奖2项，二等奖3项，获得全国机器人大赛一等奖1项。2.考研学生的数量和考取高校的层次不断提高，去年有多名学生考入浙江大学等知名院校，实现了零的突破。3.毕业设计水平有所提高，毕业设计指导教师普遍反映，经过课程规划改革后的学生素质有所提高，对知识的理解和掌握更快，分析和设计能力比以前有了很大的改善。
四、结论
通过对机械原理课程的教学积累与总结，针对课程的地位和特点，提出了项链式课程规划的教学设计思想，并进行了教与学的实践。在机械原理课程实施项链式课程规划可以将相关联的知识点串成链，使之成为有机整体，再构成完整的知识体系。知识点不是孤立的，要找到内在的相关性，使之相互融合。项链式课程规划进一步优化了教学模式，有助于培养学生在机械工程中应该具备的分析能力和概念设计能力。
我们通过几年来对项链式课程规划的实施，培养了学生分析问题和解决问题的能力，大大提高了课程的教学质量，增强了学生对专业知识学习的兴趣，提高了大学生的创新能力、就业和适应能力，使用人单位的满意度不断提高，同时这也为研究生培养和博士生培养创造了条件，最终实现了人才培养的目标。
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[责任编辑：陈 明]