面向新工科的机械原理课程思政实践探索

［摘 要］新工科背景下，机械原理课程思政存在部分机械专业教师重视程度不够、专业知识与思政元素的有机融合尚需进一步优化、尚未建立有效的课程思政与专业能力相结合的评价体系等问题。文章结合具体教学案例，提出了“不断加强政治理论学习，深入挖掘并积累高品质课程思政案例”“开展课程内容与实践环节思政教学改革”“打造集价值塑造与专业能力培养于一体的评价体系”等三方面建议，并分别辅以教学案例说明，为实现从思政课程主渠道育人向课程思政立体化育人的转变进行积极的探索。

［关键词］机械原理；新工科；课程思政

［中图分类号］G641 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2024）02-0099-04

“新工科”是教育部为服务国家战略、培养复合型工程技术人才而提出的工程教育改革行动。2017年2月和4月，教育部分别在复旦大学和天津大学召开研讨会，形成了“复旦共识”[1]和“天大行动”[2]，6月在北京形成“北京指南”[3]。由此形成的新工科建设“三部曲”成为指导新工科建设的重要指导文件。

2016年12月，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上指出，要把思想政治工作贯穿教育教学全过程[4]。2020年5月，教育部在《高等学校课程思政建设指导纲要》中指出，要把思想政治教育贯穿人才培养体系，全面推进高校课程思政建设[5]。2022年1月，教育部部长怀进鹏在2021—2025年高校思想政治理论课教学指导委员会成立大会暨工作会议上指出，要加快构建“大思政课”格局[6]。这一系列的论述为培养具有浓厚爱国主义情怀、专业素养高的多元化、创新型人才，为深入挖掘传统专业课程蕴含的思政元素并将其与新工科建设的要求有机融合提出了新的要求和根本遵循。

工科人才，特别是机械专业人才是科技创新及工业发展的重要力量之一。机械原理是机械设计制造及其自动化专业普遍开设的集理论性、实践性、创新性于一体的专业基础课，在培养学生创新思维、设计能力等方面扮演着重要角色[7]。面对新时代对人才的要求，如何将课程思政与新工科以“润物细无声”的方式有机融合，是亟待解决的问题。

一、新工科背景下机械原理课程思政存在的问题

许多机械专业的同仁对机械原理课程思政做了大量的实践探索，取得了丰富的成果[8-10]。总体来看，机械原理课程思政存在以下三个方面的问题。

（一）部分机械专业教师重视程度不够

机械原理是一门逻辑性很强的专业基础课。在科学技术迅猛发展的今天，各种新型机构层出不穷。在传统教学模式的影响下，专业课教师往往更注重在讲述基本知识的基础上，对照知识点引入相应的前沿科技进展信息，以确保章节乃至全课程在逻辑上保持统一完整。有的教师认为引入思政元素会破坏课程的逻辑性和完整性，有的教师甚至强行将哲学观点作为思政元素引入课堂，这些反映出部分教师对课程思政重视程度不够、挖掘思政元素能力不足的问题。

（二）专业知识与思政元素的有机融合尚需进一步优化

课堂上引入的思政元素应与专业知识有紧密的内在联系。从目前的相关文献来看，机械原理各知识点的思政元素挖掘还处在探索实践阶段，已经挖掘出的思政元素教学效果如何，尚需时日以作进一步的评估。例如，在讲述平面四杆机构的基本知识这一节时，因铰链四杆机构的极位夹角、压力角、传动角、死点四个概念一环紧扣一环，全部讲授大约需要一个学时，那么在教学这个章节时以什么样的方式、在什么样的时机引入思政元素，能够不打断学生的思维、影响后续知识的带入，使专业知识与思政元素的切入跳出自然流畅，是需要每位授课教师持续思考并实践探索的问题。

（三）尚未建立有效的课程思政与专业能力相结合的评价体系

当前，包括OBE、PBL、STEP等教学模式在内的机械原理课程评价体系的探索大多侧重成果而忽视过程，通过对指定项目的方案设计、软件仿真、课堂展示等环节的考核，证明这些教学模式在培养学生设计能力、创新思维等方面取得了成效。但课程思政效果的评价却是成果展示无法体现的，其评价原则应更侧重教学的过程，需要定性评价而非定量评价。因此，构建价值塑造与专业能力培养相结合的教学评价体系是实现机械原理课程的知识体系与新工科、课程思政深度融合以达到持久育人效果的重要保证。

二、新工科背景下加强机械原理课程思政建设的实践途径

（一）不断加强政治理论学习，深入挖掘并积累高品质课程思政案例

深入学习贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想以及习近平总书记关于高等教育的一系列讲话精神，是工科教师由传统的“经师”向新时代“人师”转型的根本途径。工科教师只有自身具备扎实的政治理论基础、良好的思想道德修养，才能在日常的教学活动中潜移默化地引导学生树立正确的人生观、价值观，领悟工程技术人员应具备的工匠精神、应承担的社会责任，才能为深入挖掘专业课程思政元素奠定扎实的理论基础。

要锤炼深入挖掘高质量思政元素的过硬本领。机械原理是一门理论性、逻辑性很强的专业基础课，众多任课教师多年来已经形成一定的任教习惯和知识体系，寻求与课程内容息息相关，具有前瞻性、创新性且蕴含丰富生动思政元素的工程、科研案例并非一朝一夕能完成的事情。这就需要任课教师拓宽专业视野，在个人研究领域、机械工程领域广泛关注与机构相关的重大进展，深入研习并挖掘、筛选、积累其中蕴含的思政元素，在反复的教学实践中锤炼深入挖掘高质量思政元素的过硬本领。

例如，在介绍凸轮机构应用这部分内容时，可以国防科技大学设计的炮膛清洗机构为例。该机构由剪叉机构和三瓣摆动锁紧凸轮机构组成，以实现对炮膛的自动清洗。在此，对运动曲线进行周期性延拓的设计思路丰富了凸轮从动件运动规律的多样性，为满足工程上日益复杂的工艺动作要求提供了一种有效的解决方法，同时也启发学生可以通过改变凸轮个数、推杆数量、布置方式获得不同类型的凸轮机构，以满足实际工程中的不同需求。在启发、开拓学生思维的同时，使学生认识到世界上没有万能的机构，机构创新永无止境。任何新型机构的出现都不是一蹴而就的，而是工程技术人员在工程实践中不断摸索、不断实验的结果，这其中体现的永不言弃的精神就是工匠精神。

（二）开展课程内容与实践环节思政教学改革

1.引入既能提升学生民族自豪感又能激发学生社会责任感的行业案例

例如平面四杆机构这一章的教学，在讲述四杆机构应用案例时，可以介绍特殊的连杆机构——剪叉机构。剪叉机构由于具有运动单元模块化、输出运动为平移运动、承载能力强、稳定性好、空间延展性好等特性而被广泛应用于各种场合。其中最著名的应用是在2008年北京奥运会开幕式表演中，由897位演员组成的既像活字块又像电脑键盘的方阵，向世界展示了令人叹为观止的活字印刷术，其上下起伏的动作是由剪叉机构完成的。这场表演正是由于有了工程师们的奇思妙想，才给世界人民呈现了一场美轮美奂的视觉盛宴，赢得了广泛赞誉。该案例的介绍和相关视频的播放，能提升学生的民族自豪感，激发其爱国主义情怀。

2015年，中国科技大学的刘彦伟，设计了一种爪刺式爬壁机器人[11]。为同时保证机器人足端对壁面的稳定抓附和机器人机体的壁面运动为直线运动，他利用Chebyschev机构输出运动近似直线、摇杆运动为D字形的特性来模拟机器人的腿部机构，其足端爪刺结构的设计灵感来源于东方绢金龟，设计理念参考了美国国家航空航天局喷气推进实验室于2012年研发的DROP机器人[12]。最终他设计了一款能够在坚硬和柔软两种壁面攀爬的爬壁机器人。在该案例的教学中，既要引导学生正视国外的先进技术，又要增强学生对相关领域研究的责任感和紧迫感，引导学生学习中国学者潜心科研的优良品质。

由于大部分高校教师均具有丰富的科研经历、明确的研究方向，因此，将兼具学科高度与价值导向的研究经历引入课堂是新工科与课程思政深度融合的有效途径。

2.以工匠精神引领传统实验教学改革，实现实验项目从形式到内容的体系重构

当前，大多数高校的机械原理课程实验主要包括测绘机构运动简图、渐开线齿轮啮合传动、机构运动方案的设计与分析等。这些实验均为验证性实验，且各实验项目之间缺乏内在联系，学生参与的主动性较差。部分高校教师对机械原理实验的改进措施或是停留在理论论述，或是在原有实验基础上进行有限的改进，实验教学课程思政元素的挖掘更是鲜见于文献报道。

综上，课程组提出“以项目为驱动、以ADAMS贯穿始终的综合性实验教学体系”，给出的实验项目集综合性、可行性于一体，既包含结构部分，又包含控制部分，使学生可在有限的课内时间里完成给定实验项目的调研、设计、制作。同时，给出的实验项目还具有合理的评价体系。评价指标从系统成本、尺寸、功能完成情况等方面入手，学生可在设计制作时参照评价指标对方案进行反复探讨。

以“3D打印机械手”为例，实验任务要求为：自身重量≤1.5 kg；能够抓取500 ml瓶装矿泉水；能够实现电机正转时机械手抓取物体，电机反转时机械手放下物体。要求学生利用所学三大机构（四杆机构、凸轮机构、齿轮机构）知识给出机构运动简图，并对其进行ADAMS仿真，以验证方案的可行性，最终利用3D打印机打印出所设计的机械手。这样的实验过程实际上囊括了传统实验项目的所有内容，能够有效地锤炼学生的设计能力以及对书本知识的综合应用能力。

在学生通过ADAMS仿真反复对比修正设计方案的过程中，教师自然而然地引出其中蕴含的思政元素——工匠精神。习近平总书记在2020年全国劳动模范和先进工作者表彰大会上的讲话中指出：“在长期实践中，我们培育形成了……执着专注、精益求精、一丝不苟、追求卓越的工匠精神。”[13]这一论述深刻阐释了工匠精神的思想内涵，为包括机械设计制造及其自动化专业在内的工科专业的人才培养指明了方向，具有重要的指导意义和实践价值。教师以此鼓励学生在实践设计过程中，通过不断提出问题、解决问题进一步夯实理论基础，提高动手解决问题的能力，在教师与学生互动的过程中体悟工匠精神。这样，让学生在潜移默化中坚定技术强国、技术报国的理想信念，实现从思政课程主渠道育人向课程思政立体化育人的转变。

（三）打造集价值塑造与专业能力培养于一体的评价体系

目前，机械原理课程的考核方式为笔试，主要内容是三大机构的分析与设计、机构的运动分析及动力学。实验教学与课程设计的考核方式为提交实验报告、课程设计说明书。在新工科背景下引入课程思政的课程改革前提下，传统的考核方式显然已经不能满足课程对评价体系的要求。

专业知识方面的考核应在尊重课程规律的基础上，重点考查学生利用理论知识分析问题、解决问题的能力。例如：“请利用所学机构设计一台双臂残疾者用餐机构：以脚踏为动力，协助双臂残疾者吃饭。请画出其机构运动方案简图，并简述工作原理。”这样有“温度”的题目，既考查了学生对所学知识的综合应用能力，又向学生强调了作为工程技术人员应承担的社会责任，考题中引入了生动的思政元素。

实践环节的考核应使学生在完成既定项目任务的过程中，感悟工程技术人员应具备的科学精神和精益求精的工匠精神，以及应承担的社会责任。例如：“为缺少前臂的残疾儿童设计一款智能义肢，使其在肌肉收缩时，通过肌电传感器实现手掌的开合，以达到抓持简单物体的目的。”主要工作流程为：学期初，通过第三方机构遴选前臂有残疾的志愿者，并获取相应的尺寸信息；利用SolidWorks或Pro/Engineer等三维绘图软件设计手臂结构；利用3D打印机打印出设计好的手臂，并进行组装调试；学期末，将智能义肢捐赠给志愿者，并接受反馈意见以待后续改进。整个实践环节以项目为驱动，以最终的功能实现为专业能力考核的终极目标，工匠精神、社会责任、科学精神等思政元素与实践过程有机融合。

指导教师在项目结束后通过总结点评的方式指出：要成为符合现代工程需求的新工科人才，机械设计制造及其自动化专业的技术人员应当具有良好的人文素养，具有高度的社会责任感和使命感，成为具有工匠精神、知行合一的高素质技能人才。在课程结束时，使价值塑造与专业能力培养在潜移默化中达到高度统一。