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【摘要】本文针对学科竞赛中的成功与教训，结合教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见要求，对现有基础课程在教学方法和教学实践形式进行了深刻思考：在基础教学侧重点、施教形式和跨学科知识融合等方面，理论教学应该面向实际工程问题，应强调工程教育逐步贯穿在整个基础教学环节的重要性。这种学科竞赛与课程建设的互促，不仅提高了学生的专业水平和实践能力，而且启发了学生进行工程思维训练，在学习实践中尝试解决实际工程问题，这对学生深刻理解专业基础知识，丰富知识结构意义重大。
【关键词】学科竞赛 基础课程 教学改革 工程实践
【基金項目】湖南省级教改项目“以学科竞赛推动大学生创新实践能力的培养与实践”，湘教通[2013]223；中南林业科技大学校级教改项目“基于工程训练的机械类专业实践教学培养模式探讨”。
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）09-0003-02
2012年，教育部、财政部联合下发了教技〔2012〕6号文件《教育部财政部关于实施高等学校创新能力提升的意见》，以及教育部下发的教高〔2012〕4号文件《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》，《意见》着力指出，提高大学生创新能力离不开实践创新教育，离不开新的创新教育理念和方法，在此基础上，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务[1-2]。以此为契机，我院抓住机械学科竞赛这个中心环节，就如何提高学生学习兴趣、激发学生创新思维、锻炼学生实践能力、培养学生社会责任和工程意识等方面[3-5]，对机械类基础课程进行了教学改革和摸索尝试。尤其是以学科竞赛为契机，通过竞赛寻找差距和不足，并总结学生在知识运用和知识广度上不足的原因，以此来对现有教学内容和教学方法及形式进行探讨和调整。
1. 学科竞赛收获的成绩和总结的教训
2年来，我院在全国机械创新设计大赛上收获了2个一等奖，在省级机械创新设计大赛和综合工程训练能力大赛上共收获了5个一等奖，8个二等奖，同时，还立项了1个国家级大学生创新创业训练计划项目，2个省级大学生创新创业训练计划项目。学科竞赛极大地提高了学生的实践创新能力和解决实际工程问题的能力，逐步地培养了工程素养，在大学生就业和研究生升学方面，这些学生都取得了令人满意的结果。
在学科竞赛的指导过程中，以及与同行比赛交流的学习中，一些问题逐渐地发现和暴露，由此，课题组针对理论与实践教学进行了深刻反思：
1）学生基础知识掌握的深度和广度还有待提高。学科竞赛对机械原理、工程制图和机械设计等这些基础课程的知识运用要求很高，例如凸轮机构的动力学分析、连杆机构的动力学分析、变速箱装配等，涉及这些知识的作品要取得好的成绩，则要求学生必须对这类机构的机理和特点掌握得很好，否则作品的表现力和临场问答就无法过关。不仅如此，几乎所有的作品都涉及到力学知识和弱电控制技术，这些似乎应该是机械类学生掌握的重点，但是学生片面的以为机械知识学好最重要，其他知识是补充，然而多元化作品以及社会实际的需要恰恰是要求学生知识的广度要大，要能够对作品的用途、功能和表现力做全盘的设计和展示，这对学生提出了更高的要求。
2）应对理论设计与实际应用出现偏差时的处理能力有待提高，换句话说，就是解决工程实际问题的能力有待提高。设计与仿真模拟确实锻炼了学生的设计创新能力，然而在制造并组装成实际产品后，学生对出现的问题，应对时往往不知所措，不清楚问题出在哪里，慌乱中往往认为是设计有缺陷，需要重新再来，事实上这恰恰反映了大学生们实际动手能力和工程思考能力的不足。工程问题总是存在的，关键是运用所学的知识和身边的资源解决问题，而非一味地设计与制作，这里重要的是解决实际工程问题的能力，核心是思考和应变，学科竞赛中确实深深的感到这方面存在的不足。
3）对设计作品缺乏评价，对机构设计缺乏分析。一件作品应该从很多的角度去给予评价，例如说性能、成本、工艺和市场等，其采用的机构组件也应该从很多角度去分析，例如说这种机构的采用是不是最好，产生的误差会不会影响到运行的效果，如何去控制和量化这种误差等。在学科竞赛中，很多的评委提出的问题越来越明确的表示了这种倾向，即作者对自己的作品到底了解到什么程度，是不是只是为了比赛而比赛，是否对自己作品的优缺点了解。这确实需要更深层次的教学思考和实践历练，在我们目前的教学中这一方面的内容还远远不够。
2.教学改革的方向
学科竞赛中确实涌现了很多让人耳目一新的设计作品，同时，也让课题组深深的觉得我校基础教学与重点兄弟院校存在的差距，为此，在进行反思和研讨后，对以后基础教学的内容和形式所要开展的教学改革方向进行了分析，认为教研室立足于提高学生实践创新能力这一核心要求，提出以学科竞赛带动基础教学课程的建设与改革，在竞赛中找差距，在竞赛中找方法，以教学过程中启发学生发现问题和解决问题的思维，让枯燥的教学过程变得生动，在潜移默化中培养学生的工程认知、工程实践、工程适用能力[4-5]。教学改革方向表现在：
1）基础课程教学应该引入案例讲解，由案例引申知识点的广度和深度。
基础课程原理性和概念性很强，学生不容易掌握，如果相互割裂开来独立进行讲学而不建立起联系，则学生很容易造成“知道了后面的又忘记前面的”，这在我们的教学中经常发生，究其原因，主要是理论与实践的联系太少，学生无法建立起感性的认识。即使进行相关的课程设计，也由于缺乏感性的认识，学生根本不知道或者不能建立起理论设计到工程应用的概念。因此，最为可行的办法是在实际教学中引入案例教学，将学生设计作品的思路和采取的办法，结合理论重点予以讲解，并在讲解中针对机构的装配和调试探讨工程问题的出现和解决，这样教学的效果比单纯做一个课程设计要有效得多。例如在《机械原理》教学中就可以引入本次学生创新设计的一个作品“凸轮从动件运动规律测绘仪”，如图1所示。 图1 凸轮从动件运动规律绘制仪
这个作品涉及连杆机构、齿轮机构、凸轮机构等纯机械原理的方法，将凸轮运动时从动件的位移曲线、速度曲线和加速度曲线用多连杆机构绘制出来。这个案例可以从两个方面来进行教学演示，一是，引导学生深入理解相关机械原理课程的知识点，连杆机构如何在实际中演变、执行杆件如何与函数构成关联、齿轮传动如何实现同步作图等。二是，启发和引导学生处理在制造装配中所遇到的问题，以及如何来分析和解决这些问题，这就与《机械设计》课程的传动、《互换性》中的配合、《機械制造》中的测试与工艺等知识点交叉关联。这种以学科竞赛作品案例教学的方式，由于本身是学生的设计作品，因此很能让学生接收，不觉得原理基础性的知识掌握起来困难，在学生的心理上建立起了兴趣。
2）结合案例进行提问式教学，没有提问就没有思考。
被动的接受知识有如填鸭式教学，学得快忘得更快，而经过思考和实践解决的问题会很深刻地记忆在脑海里，这就是需要进行提问式教学的主要原因。针对一个问题有很多种解决的办法，而工程问题解决的方案往往不止一种，只要符合当时的实际条件就具有合理性，这也就鼓励学生进行积极的思考和探究，在学习中找到工程问题被解决的成就感和满足感。例如我校学生设计作品“六自由度可调书桌”就是采用超越离合器来实现位置变换，如图2所示，那么还有没有更简单的方法呢？还有没有更贴近人们习惯的设计想法呢？这些问题的解决在学生所涉及的现阶段学习中完全可以找到满意的答案，关键是课堂的引导式提问，鼓励学生积极地思考，运用所学的知识来解决问题。这种方式的教学在以往也经常采用，但是案例往往离学生比较远，看不到实例，而结合学科竞赛的学生自己设计的作品，就会给学生带来竞争性创新思维激发，学生们就会竞相提出自己的思路和解决办法。答案并不是我们追究的最终目标，在讨论分析的过程中学生就会自发的对所学的知识进行消化吸收，学习效果往往事半功倍。
图2 六自由度可调书桌
3）基础课程不局限于本专业，而应该鼓励学生跨专业多方位涉猎，使自身知识结构更丰富。
机械专业离不开电子、自动化、通信和材料等学科紧密联系，目前学生的学习更多的关注于自身专业，而对其他专业知识则抱有属于选修或可学可不学的态度。从目前的学科竞赛形式和社会工程发展趋势来看，单一专业知识是远远不够的，一个作品往往涉及到机械和电（液）控制，甚至还有自动化要求，因此往往需要学生同时具备几个专业学习背景。这次我校竞赛作品中就有“零件三视图投影仪”和“P-V方程演示作图仪”，这些作品就不仅仅是机械制作设计，还涉及到液压控制和PLC控制。因此，在基础课程教学中，教师应该对其他专业知识有所储备，并启发学生如何将机械和控制方法结合起来，进行有关机电一体化设计指导。这种教学方法可以极大拓宽学生的视野，让学生站在一个广泛的工程问题角度思考解决问题的可能性和具体方法，同时，也向学生传递出重要的信息，就是专业之间从来都是互补和互成，不要只满足于现有的知识，而要主动的去丰富自己的学习结构，提高了学习的主动性。
3. 教改的成效和发展方向
学科竞赛确实使我校学生工程实践能力得到了极大的提升，学生踊跃报名参与，以及参赛作品的突出表现，都说明了这一点。2014年我校获得了全国大学生创新设计参赛资格一个，获得省级大学生机械创新设计大赛一等奖2项，二等奖3项，这是我校历年来成绩最好的一次。这个成绩说明了围绕学科竞赛推动基础课程教学体系的优化改革已经取得初步成效，参赛作品中学生的很多想法和实践水平让指导教师们都称赞，目前准备将其中3个参赛作品直接进行专利申报保护和教具开发应用，直接搬上讲台进行分拆讲解。
教改方向可以在三个方面展开：一是，充分利用学科竞赛培育平台，以赛促改，以赛促建，即围绕当前学科竞赛和工程发展的主题，以案例式教学模式，将理论知识点穿插在案例中对学生进行传授。二是，以解决实际工程问题的方式对知识点进行剖析，引导启发学生进行思维训练，培养学生灵活运用知识的能力，将外部知识内化为自己的自觉思维，在不自觉中已经在运用着工程思维方式解决实际的工程问题。三是，竞赛不是目的，关键是以竞赛形式作为学生学习-创新-实践过程的兴趣点，教师引导-启发-推动式的教学模式无疑会给学生耳目一新的学习感受和学习体验，为基础和专业学习打下坚实基础，实现学科竞赛和基础课程建设的互促 “双赢”。
参考文献：
[1]李成. 机械类学生工程实践与创新竞赛能力培养研究. 教育理论与心理学， 2012， 11： 279-280.
[2]国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010年-2020年）.
[3]云忠， 王艾伦， 汤晓燕. 基于创新大赛的机械工程拓展型人才培养模式的研究与实践. 高等教育研究学报， 2010， 33： 172-178.
[4]尹仕， 肖看. 构建大学生多学科竞赛体系-培养新型拔尖人才. 实验技术与管理， 2009， 26（5）： 121-124.
[5]张瑞成， 陈至坤， 王福斌. 学科竞赛内容向大学生实践教学转化的探讨. 实验室研究， 2010， 27（7）： 130-132.
作者简介：
廖凯 （1977-），男，博士，副教授，主要从事大学生机械基础课程和工程训练教学工作。
【关键词】学科竞赛 基础课程 教学改革 工程实践
【基金項目】湖南省级教改项目“以学科竞赛推动大学生创新实践能力的培养与实践”，湘教通[2013]223；中南林业科技大学校级教改项目“基于工程训练的机械类专业实践教学培养模式探讨”。
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）09-0003-02
2012年，教育部、财政部联合下发了教技〔2012〕6号文件《教育部财政部关于实施高等学校创新能力提升的意见》，以及教育部下发的教高〔2012〕4号文件《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》，《意见》着力指出，提高大学生创新能力离不开实践创新教育，离不开新的创新教育理念和方法，在此基础上，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务[1-2]。以此为契机，我院抓住机械学科竞赛这个中心环节，就如何提高学生学习兴趣、激发学生创新思维、锻炼学生实践能力、培养学生社会责任和工程意识等方面[3-5]，对机械类基础课程进行了教学改革和摸索尝试。尤其是以学科竞赛为契机，通过竞赛寻找差距和不足，并总结学生在知识运用和知识广度上不足的原因，以此来对现有教学内容和教学方法及形式进行探讨和调整。
1. 学科竞赛收获的成绩和总结的教训
2年来，我院在全国机械创新设计大赛上收获了2个一等奖，在省级机械创新设计大赛和综合工程训练能力大赛上共收获了5个一等奖，8个二等奖，同时，还立项了1个国家级大学生创新创业训练计划项目，2个省级大学生创新创业训练计划项目。学科竞赛极大地提高了学生的实践创新能力和解决实际工程问题的能力，逐步地培养了工程素养，在大学生就业和研究生升学方面，这些学生都取得了令人满意的结果。
在学科竞赛的指导过程中，以及与同行比赛交流的学习中，一些问题逐渐地发现和暴露，由此，课题组针对理论与实践教学进行了深刻反思：
1）学生基础知识掌握的深度和广度还有待提高。学科竞赛对机械原理、工程制图和机械设计等这些基础课程的知识运用要求很高，例如凸轮机构的动力学分析、连杆机构的动力学分析、变速箱装配等，涉及这些知识的作品要取得好的成绩，则要求学生必须对这类机构的机理和特点掌握得很好，否则作品的表现力和临场问答就无法过关。不仅如此，几乎所有的作品都涉及到力学知识和弱电控制技术，这些似乎应该是机械类学生掌握的重点，但是学生片面的以为机械知识学好最重要，其他知识是补充，然而多元化作品以及社会实际的需要恰恰是要求学生知识的广度要大，要能够对作品的用途、功能和表现力做全盘的设计和展示，这对学生提出了更高的要求。
2）应对理论设计与实际应用出现偏差时的处理能力有待提高，换句话说，就是解决工程实际问题的能力有待提高。设计与仿真模拟确实锻炼了学生的设计创新能力，然而在制造并组装成实际产品后，学生对出现的问题，应对时往往不知所措，不清楚问题出在哪里，慌乱中往往认为是设计有缺陷，需要重新再来，事实上这恰恰反映了大学生们实际动手能力和工程思考能力的不足。工程问题总是存在的，关键是运用所学的知识和身边的资源解决问题，而非一味地设计与制作，这里重要的是解决实际工程问题的能力，核心是思考和应变，学科竞赛中确实深深的感到这方面存在的不足。
3）对设计作品缺乏评价，对机构设计缺乏分析。一件作品应该从很多的角度去给予评价，例如说性能、成本、工艺和市场等，其采用的机构组件也应该从很多角度去分析，例如说这种机构的采用是不是最好，产生的误差会不会影响到运行的效果，如何去控制和量化这种误差等。在学科竞赛中，很多的评委提出的问题越来越明确的表示了这种倾向，即作者对自己的作品到底了解到什么程度，是不是只是为了比赛而比赛，是否对自己作品的优缺点了解。这确实需要更深层次的教学思考和实践历练，在我们目前的教学中这一方面的内容还远远不够。
2.教学改革的方向
学科竞赛中确实涌现了很多让人耳目一新的设计作品，同时，也让课题组深深的觉得我校基础教学与重点兄弟院校存在的差距，为此，在进行反思和研讨后，对以后基础教学的内容和形式所要开展的教学改革方向进行了分析，认为教研室立足于提高学生实践创新能力这一核心要求，提出以学科竞赛带动基础教学课程的建设与改革，在竞赛中找差距，在竞赛中找方法，以教学过程中启发学生发现问题和解决问题的思维，让枯燥的教学过程变得生动，在潜移默化中培养学生的工程认知、工程实践、工程适用能力[4-5]。教学改革方向表现在：
1）基础课程教学应该引入案例讲解，由案例引申知识点的广度和深度。
基础课程原理性和概念性很强，学生不容易掌握，如果相互割裂开来独立进行讲学而不建立起联系，则学生很容易造成“知道了后面的又忘记前面的”，这在我们的教学中经常发生，究其原因，主要是理论与实践的联系太少，学生无法建立起感性的认识。即使进行相关的课程设计，也由于缺乏感性的认识，学生根本不知道或者不能建立起理论设计到工程应用的概念。因此，最为可行的办法是在实际教学中引入案例教学，将学生设计作品的思路和采取的办法，结合理论重点予以讲解，并在讲解中针对机构的装配和调试探讨工程问题的出现和解决，这样教学的效果比单纯做一个课程设计要有效得多。例如在《机械原理》教学中就可以引入本次学生创新设计的一个作品“凸轮从动件运动规律测绘仪”，如图1所示。 图1 凸轮从动件运动规律绘制仪
这个作品涉及连杆机构、齿轮机构、凸轮机构等纯机械原理的方法，将凸轮运动时从动件的位移曲线、速度曲线和加速度曲线用多连杆机构绘制出来。这个案例可以从两个方面来进行教学演示，一是，引导学生深入理解相关机械原理课程的知识点，连杆机构如何在实际中演变、执行杆件如何与函数构成关联、齿轮传动如何实现同步作图等。二是，启发和引导学生处理在制造装配中所遇到的问题，以及如何来分析和解决这些问题，这就与《机械设计》课程的传动、《互换性》中的配合、《機械制造》中的测试与工艺等知识点交叉关联。这种以学科竞赛作品案例教学的方式，由于本身是学生的设计作品，因此很能让学生接收，不觉得原理基础性的知识掌握起来困难，在学生的心理上建立起了兴趣。
2）结合案例进行提问式教学，没有提问就没有思考。
被动的接受知识有如填鸭式教学，学得快忘得更快，而经过思考和实践解决的问题会很深刻地记忆在脑海里，这就是需要进行提问式教学的主要原因。针对一个问题有很多种解决的办法，而工程问题解决的方案往往不止一种，只要符合当时的实际条件就具有合理性，这也就鼓励学生进行积极的思考和探究，在学习中找到工程问题被解决的成就感和满足感。例如我校学生设计作品“六自由度可调书桌”就是采用超越离合器来实现位置变换，如图2所示，那么还有没有更简单的方法呢？还有没有更贴近人们习惯的设计想法呢？这些问题的解决在学生所涉及的现阶段学习中完全可以找到满意的答案，关键是课堂的引导式提问，鼓励学生积极地思考，运用所学的知识来解决问题。这种方式的教学在以往也经常采用，但是案例往往离学生比较远，看不到实例，而结合学科竞赛的学生自己设计的作品，就会给学生带来竞争性创新思维激发，学生们就会竞相提出自己的思路和解决办法。答案并不是我们追究的最终目标，在讨论分析的过程中学生就会自发的对所学的知识进行消化吸收，学习效果往往事半功倍。
图2 六自由度可调书桌
3）基础课程不局限于本专业，而应该鼓励学生跨专业多方位涉猎，使自身知识结构更丰富。
机械专业离不开电子、自动化、通信和材料等学科紧密联系，目前学生的学习更多的关注于自身专业，而对其他专业知识则抱有属于选修或可学可不学的态度。从目前的学科竞赛形式和社会工程发展趋势来看，单一专业知识是远远不够的，一个作品往往涉及到机械和电（液）控制，甚至还有自动化要求，因此往往需要学生同时具备几个专业学习背景。这次我校竞赛作品中就有“零件三视图投影仪”和“P-V方程演示作图仪”，这些作品就不仅仅是机械制作设计，还涉及到液压控制和PLC控制。因此，在基础课程教学中，教师应该对其他专业知识有所储备，并启发学生如何将机械和控制方法结合起来，进行有关机电一体化设计指导。这种教学方法可以极大拓宽学生的视野，让学生站在一个广泛的工程问题角度思考解决问题的可能性和具体方法，同时，也向学生传递出重要的信息，就是专业之间从来都是互补和互成，不要只满足于现有的知识，而要主动的去丰富自己的学习结构，提高了学习的主动性。
3. 教改的成效和发展方向
学科竞赛确实使我校学生工程实践能力得到了极大的提升，学生踊跃报名参与，以及参赛作品的突出表现，都说明了这一点。2014年我校获得了全国大学生创新设计参赛资格一个，获得省级大学生机械创新设计大赛一等奖2项，二等奖3项，这是我校历年来成绩最好的一次。这个成绩说明了围绕学科竞赛推动基础课程教学体系的优化改革已经取得初步成效，参赛作品中学生的很多想法和实践水平让指导教师们都称赞，目前准备将其中3个参赛作品直接进行专利申报保护和教具开发应用，直接搬上讲台进行分拆讲解。
教改方向可以在三个方面展开：一是，充分利用学科竞赛培育平台，以赛促改，以赛促建，即围绕当前学科竞赛和工程发展的主题，以案例式教学模式，将理论知识点穿插在案例中对学生进行传授。二是，以解决实际工程问题的方式对知识点进行剖析，引导启发学生进行思维训练，培养学生灵活运用知识的能力，将外部知识内化为自己的自觉思维，在不自觉中已经在运用着工程思维方式解决实际的工程问题。三是，竞赛不是目的，关键是以竞赛形式作为学生学习-创新-实践过程的兴趣点，教师引导-启发-推动式的教学模式无疑会给学生耳目一新的学习感受和学习体验，为基础和专业学习打下坚实基础，实现学科竞赛和基础课程建设的互促 “双赢”。
参考文献：
[1]李成. 机械类学生工程实践与创新竞赛能力培养研究. 教育理论与心理学， 2012， 11： 279-280.
[2]国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010年-2020年）.
[3]云忠， 王艾伦， 汤晓燕. 基于创新大赛的机械工程拓展型人才培养模式的研究与实践. 高等教育研究学报， 2010， 33： 172-178.
[4]尹仕， 肖看. 构建大学生多学科竞赛体系-培养新型拔尖人才. 实验技术与管理， 2009， 26（5）： 121-124.
[5]张瑞成， 陈至坤， 王福斌. 学科竞赛内容向大学生实践教学转化的探讨. 实验室研究， 2010， 27（7）： 130-132.
作者简介：
廖凯 （1977-），男，博士，副教授，主要从事大学生机械基础课程和工程训练教学工作。