融入思政元素的“机械原理（英）”在线课程教学设计与实践探索

［摘 要］机械原理是机械类专业的一门专业基础课，起着衔接基础课与专业课的作用。中外合作专业开设的“机械原理（英）”课程要求学生克服语言障碍，掌握机构设计、运动分析等相关知识点，为后续专业课程的学习打下坚实的基础。文章以上海应用技术大学某学期的“机械原理（英）”在线课程教学为例，探索如何在英语授课的专业课程中开展思想政治教育，结合课程特点探索思政元素的整合。

［关键词］思政元素；机械原理；在线课程；英语授课

［中图分类号］ G642 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）05-0089-04

机械原理是本科机械专业和近机械专业的一门专业基础课，其教学目标是让学生掌握机械机构和机械动力学的基本理论、基本知识，初步具备确定机械运动方案、分析和设计机构的能力，提高学生对机械技术工作的适应能力，培养学生的发展和创新能力。我国的机械原理教学大纲， 基本上可归纳为机构的结构、运动学和动力学三大部分。有观点认为，机械原理是从应用力学派生而来的，按照力学观点，机器运动是用机构实现的，因此称为机构运动学，进行传力做功是机器本身具有的性质，因此称为机械动力学[1]。随着现代化的发展，机械原理课程教材经多次改革，现强调以应用为目的，以必需、够用为度的原则，提高了机构的综合和解析法的占比，例如上海应用技术大学选用的《机械原理（第二版）》（朱理主编，高等教育出版社出版）教材[2]。

中外合作办学的精髓在于引进国际先进的教育资源和理念，以此促进本土学校教学、科研、管理的发展，提升本土学校的声誉。在推进和发展中，中方学校迅速吸收国外的高等教育精髓为己所用，建立起先进健全的教学以及管理团队，提高教学质量，开阔学生视野，了解国际学术前沿[3]。在中外合作办学的机械类专业中，全英语授课的“机械原理（英）”课程作为专业基础课，在学生培养计划中地位举足轻重，融合思想政治教育尤为重要。首先，它课时较多，一般安排44个理论课时外加4个实验课时。其次，“机械原理（英）”课程的专业知识覆盖面广，机械设计制造及其自动化、车辆工程、城建暖通等本科专业都需要该课程作为其专业培养计划的有力支撑。再次，“机械原理（英）”的课内教学环节包括理论和实验环节，根据不同的专业培养计划，后续往往还有课程设计环节。最后，该课程涉及学生人数众多，如上海应用技术大学每年约有200名学生选修机械原理课程（含网络课程）。按照培养计划，该课程通常安排在本科第四学期，即介于基础课和专业课之间，对构建学生专业知识结构和培养学生专业素养有着重要作用。

2020年5月28日，教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》，明确指出“培养什么人、怎样培养人、为谁培养人是教育的根本问题”，要全面推进课程思政建设，教师队伍是“主力军”，课程建设是“主战场”，课堂教学是“主渠道”[4]。要让各类课程与思想政治理论课齐头并进，把显性教育和隐性教育统一起来。高校思政课程是显性思想政治课，重点培养学生的良好品格和强烈的爱国情怀。与此相对应，专业课中的课程思政是隐性思想政治课，期望达到润物细无声的潜移默化效果[5]。本文从中外教材的差异出发，探讨“机械原理（英）”课程思政在英语教学中的切入点，并提出切实可行的思政教学方案，供同行参考。加强显性思政、精细化隐性思政，做到价值引领和知识传授相结合，构建全方位育人格局，是当前专业课程思政教育的主要目标。

一、中外教材区别

机械原理是工科大学生培养计划中很重要的一门基础课程。苏联教材从1953年出版的阿尔托巴列夫斯基的《机械原理》到1978年出版的列维茨卡娅和列维茨基合著的《机械原理教程》，显著的变化是从注重图解法的讲解转为偏重运用解析法计算运动轨迹和引入计算机辅助计算方法。这一变化在美国大学使用较多的机械原理教材（Shigley 等编著的Theory of Machines and Mechanisms和Haug编写的Computer Aided Kinematics and Dynamics of Mechanical System Vol.1： Basic Methods）中尤为明显。本文以《机械原理》 （朱理主编，高等教育出版社出版，以下简称中文教材）和Machines and Mechanisms[6] （David H. Myska著，Pearson出版社出版，以下简称外文教材）为例，简要论述中外教材差异，并基于此探讨全英语授课的专业课课程思政实践。两本教材在章节设置上有所差异，比如外文教材中有专门介绍向量和计算机辅助设计的章节，中文教材中机械运动系统方案设计单辟一章。任课教师根据课时长短取舍部分章节，不在此讨论。

（一）例题的差异

中文教材和外文教材均在每一章开头部分编写了章节教学目标，在每一章结尾处添加了本章小结，起到了提纲挈领、首尾呼应的作用，也方便学生和教师开展学习和回顾本章的知识点。外文教材在每一章的小结之后，展开形象生动的计算示例，更加符合“记住教学内容—联系新旧知识—运用知识验算习题、深入理解新知识”的思维记忆规律。以“平面机构的运动分析”一节为例，中文教材提供了机械运动简图及杆件长度等信息，求解机构瞬心及部分构件的角速度（见中文教材第31页， 例2.1）；外文教材则以一个家用手持除草机为例，结合AutoCAD软件用图解法求解驱动构件的运动轨迹（见外文教材第94页， 例4.9）。虽然都是使用图解法解题，但是外文教材以一个生活中的电器切入，引发学生的思考，而中文教材缺少充满中国生活气息的实例，也较少能体现我国21世纪工业发展的例题。另外，外文教材在每一章最后提供的练习题标明了相对应的知识点，方便学生有的放矢地进行自学巩固。

（二）计算机软件的应用

外文教材对向量的加减法及数乘有专门章节介绍，并且涉及作图法的习题要求使用AutoCAD等制图软件完成，这既巩固了作图法概念，也提高了实操的精度。基于计算机强大的计算功能，机构的解析可以方便地求解，最后通过图形来表达。外文教材中单独开辟一个章节介绍机构运动的仿真软件——Working Model 2D。学生运用该仿真软件，可生动形象地展示平面、空间机构，包括四杆机构、凸轮、齿轮、快回机构等。外文教材通过定义构件和一些约束条件，帮助学生进一步计算特定构件上的力、速度、位移等，加深对机构运动的理解，为接下来的课程设计提供了仿真工具。在计算机软件应用方面，中文教材稍显不足，较少有紧密结合计算机图形软件的案例。

（三）数学解析分析的表达

随着计算机辅助计算的运用，我国机械原理教材也提高了机构运动分析解析的比重，但是中文教材中的推导过程较为简略，对不同公式中的特定符号也没有一一说明。事实上，中文教材中，不同章节中相同的希腊字母可能指代不一样的物理意义，这会让学生在自学时产生一定的困惑。而外文教材通常会在公式前后严谨地定义公式中的符号含义，并且对推导过程尽可能详细地介绍。另外，中文教材往往把数学推导单纯当作数学题，没有与工程实际的物理含义相联系，加之课后习题中直白地给出已知参数，容易使得学生把工程问题单纯理解为数学问题从而忽略工程问题的物理意义。

二、“机械原理（英）”思政教学实施方案

课程思政的本质是将思想政治教育理念融入学生的专业课，渗透在理论教学、实验环节，其功效会在往后的科研、社会服务各方面有所体现，最终实现以德育人、润物细无声。它要求任课教师在传授专业知识的过程中，结合国内外时事，如国产大飞机取得适航证的艰难历程等，拓展学生视野，让学生认识到可以用所学机械知识参与到国家建设的伟大进程中，并提升自身为人处事的品质和素养。使用外文教材的学生可能会有“外国的月亮比中国的圆”的错觉，因此开展课程思政显得尤为重要。教师需要树立正确的课程思政观念。在课程教学之前，教师需要根据明确的教学目标，在所授课程知识点中融入当下形势政策、各种影像资料中的思政元素，比如通过对《大国重器》《大国工匠》等视频资料的剪辑，加入课程思政内容的设计。以下就对上海应用技术大学2020—2021学年第一学期的“机械原理（英）”课程思政实践展开探讨。

（一）课前教学资料准备

疫情期间，上海应用技术大学开展网络远程教学，学有余力的非中外合作专业的学生也可以在网络平台上参考学习“机械原理（英）”课程。在此期间，课程教师积极利用多种网络平台，共同研讨线上教学方法。线上教学主要是以直播的方式进行，配合播放一些提前录制的机构动画视频，帮助学生直观地了解机构内部机理。同时，线上课程建立“拓展学习中心”的模块，内含按章节归类的大量网络优质教学资源和机构视频演示，以实现多元化的以学生为中心的授课方式和教学理念。教师首先根据教学大纲要求补充机械前沿内容，添加机构运动学仿真的教学内容，结合线上教学特点，明确每堂课的教学目的、内容、侧重点以及疑难问题；其次，通过教研团队协作，编制教案和录制教学视频，并配上相应的动画演示视频；最后，提出本节知识点的总结和拓展学习任务。另外，教师参考外文机械类教材较多采用生活类产品举例的特色，准备教材习题中所涉及的工程机械相关影像资料，帮助学生加深理解。教师灵活运用互联网搜索所得资料，结合自行编制的教学PPT，丰富支撑课程内容的机械机构应用案例、背景介绍视频、相应的现代工业产品的设计准则等，力求将抽象知识形象化，帮助学生逐步建立缜密的工程师思维。

（二）课程教学过程

线上直播课受限于时长且需电脑操作，需要突出其教学流程的合理性，要求每堂课力求完成有结构层次的知识点传授，语言简洁。一般一节网课直播时间须控制在35分钟左右，其间还要留出10分钟供学生接入直播教室和整理课件资料。PPT的内容较传统课堂板书更详细，把一些板书的内容（如图解法的辅助线等）转移到提前制作的课件上，方便学生记录。由于英语教学对部分英语基础薄弱的学生来说有难度，因此每一次课的课后，教师都告知下一次课的教学内容，督促学生做好预习。教学过程中，教师根据板书提示的重点和难点，向学生提问（约20分钟），运用留言板和连麦的方式进行交流。为了节省时间，教师可利用预先设置的小测验，让学生以小组为单位开展抢答竞赛或者进行主题讨论，逐步锻炼逻辑思维。多样化的课程参与途径和轻松活跃的学习氛围，不仅能提高学生的注意力集中程度和知识掌握程度，还能最大限度活跃学生的思维，让学生学会像搭积木一样构建自己的知识结构。课后要求学生完成相应的课件学习和课程视频回放观看任务，要求学生对拓展阅读文献的创新点、主要研究动机和方法进行总结，以此训练学生的创新能力及逻辑能力。此外，教师可利用微信群，转发机械工程相关时事热点及前沿科技动态，发起讨论，聚焦学生共性问题，给予个性化指导。

（三）课程思政建设

培养中国特色社会主义新时代人才、贯彻党的教育方针、落实以德育人，是当前高校的重要任务。2020年，疫情来势汹汹，上海应用技术大学的教师并未中断新工科背景下的“机械原理（英）”课程思政建设，积极将思政素材引入专业课教学，通过整合价值观塑造、专业知识传授、创新能力培养的优质教学资源，实现知识传授和价值观引领齐头并进。笔者参考教育同仁在疫情期间实施专业课线上线下教学的成功经验[7]，总结出在“机械原理（英）”教学中实施思想政治教育应注意如下几点：首先，不要引入牵强附会的素材，或者似是而非、有争议的时政内容，而是要选用内容准确、朴实的思政素材，在教学实践中实现自然输出；其次，思政元素不要在专业教学中喧宾夺主，而是要适度加入，教师要根据学科培养计划因势利导地来完成思政教育；再次，思政教案需要提前根据教学内容准备，实现逻辑自洽，思政教育含义要简洁明了，以便在有限的课时内获得最好的效果；此外，也不要采用“填鸭式”教学，而是要多利用多媒体技术，教学方法要适当、丰富，易于被学生接受；最后，要着重介绍我国机械制造领域的成功案例，但也不要忽略国外的成功案例，要将中外事例结合，这样才能让学生树立正确的世界观、人生观，找差距，明目标。考虑到课程的内容、学时和学期内的学习任务，“机械原理（英）”课程发掘的思政元素如表1所示。

思政的融入不但要有显性教育，还要注重润物细无声的隐性教育。例如，“齿轮传动”章节介绍了齿廓啮合的基本规律。在齿轮传动时，人们希望通过采用齿形曲线保证固定传动比，进而获得没有惯性力的匀速传动，减少机构工作时的振动和冲击。为此，机械工作者进行了长达70年的齿廓曲线的探索。瑞士科学家欧拉于1767年对数学理论上的渐开线提出了新设想。而后，英国工程师威利斯在1837年创造性地提出了渐开线齿轮的制造方法，完成了从理论创新到工程落地的艰难历程。这一历程可以让学生认识到，科学探索不是一蹴而就的，进一步让学生认识到生活学习和工作也是需要循序渐进的。教学皮带传动时，讲欧拉公式，教师先展开介绍数学史上最高产的科学家——欧拉的生平。欧拉的成功并非偶然，他在克服各种困难同时，保持着巨大的工作热情和工作效率，甚至在他生命的最后十七年里，在几乎完全失明的情况下，他仍然通过心算和听写发表了400多篇论文和多本著作。接着，教师指出毛泽东在青年时代也有类似到嘈杂环境看书锻炼注意力的轶事，让学生从注意国外名人事迹过渡到学习精进不休、不畏险阻的工作态度。