本帖最后由 掃街 于 2010-1-19 13:05 編輯
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機械原理（Theory of Machines and Mechanisms）在國外還有多種叫法，如Kinematics and Dynamics of Machinery（Machine Systems），Mechanism Design，Mechanism Analysis and Synthesis，Mechanics of Machines等。/ s! j8 D0 |& Q% f5 c9 r
大學(xué)本科教學(xué)中的“機械原理”，就其理論體系當(dāng)屬機構(gòu)學(xué)的范疇，而同時又有著很強的工程實踐性，以機械運動學(xué)設(shè)計為標(biāo)志。作為機械系統(tǒng)概念設(shè)計的一個不可或缺的環(huán)節(jié)，它是機械工程（創(chuàng)新）設(shè)計中的一項重要組成部分。* P7 i: X" I( i3 O5 k! X
機構(gòu)學(xué)是機械設(shè)計及理論學(xué)科的重要分支，也是設(shè)計、開發(fā)各種制造裝備和機電一體化產(chǎn)品的創(chuàng)新源頭和重要的科學(xué)基礎(chǔ)。機構(gòu)學(xué)歷史悠久，是典型的傳統(tǒng)學(xué)科，但不斷涌現(xiàn)新生長點。尤其近年來，在應(yīng)用的驅(qū)動下，機構(gòu)學(xué)基礎(chǔ)理論發(fā)生了巨大的變化，進入了現(xiàn)代機構(gòu)學(xué)時代，傳統(tǒng)機構(gòu)設(shè)計理念也在不斷受到新的沖擊，此勢必影響“機械原理”教育本身。正是在這樣的大背景下，國內(nèi)外的“機械原理”課程教學(xué)也都在發(fā)生顯著的變化，希望通過教學(xué)改革適應(yīng)新形勢的需要。機械工程教育處于翹首地位的美國大學(xué)無疑是關(guān)注的重中之重。2 `% e8 B. w: v% t9 }8 p# f
基于國際互聯(lián)網(wǎng)提供的最新資料，本文對全美機械工程排名靠前的13所大學(xué)（麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、加州理工學(xué)院、密執(zhí)根大學(xué)、伊利諾伊大學(xué)厄本那香檳分校、佐治亞理工學(xué)院、馬里蘭大學(xué)帕克分校、明尼蘇達大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、普渡大學(xué)、威斯康星大學(xué)麥迪遜分校、加州大學(xué)爾灣分校、康涅狄格大學(xué)）加上加拿大的兩所傳統(tǒng)強校（麥吉爾大學(xué)和多倫多大學(xué)）總共15所高校的“機械原理”教學(xué)進行了一次“粗線條”的調(diào)研。
7 F' v2 ?3 r% x* J" R+ o美國機械工程師學(xué)會（ASME）在1995年曾組織美國近百所高等學(xué)校和多家公司進行了機械工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和課程安排的大規(guī)模討論，最后得出：要按照“產(chǎn)品實現(xiàn)過程”的需要來改革專業(yè)培養(yǎng)計劃和課程內(nèi)容、體系，以增強美國產(chǎn)品在全球的競爭力。因此，美國機械原理課程的總體教學(xué)目標(biāo)也都是圍繞“如何使學(xué)生掌握先進的產(chǎn)品實現(xiàn)過程（機械原理主要關(guān)注機械產(chǎn)品的概念設(shè)計階段）所必須具備的知識和技能”來進行。
* ?! `: C L' Z* q' L! y6 A 正是基于這樣的背景，“機械原理”與“機械設(shè)計”“合并”之風(fēng)在美國大學(xué)相當(dāng)盛行，學(xué)科排名靠前的6所高校無一例外地選擇了此種模式。分析其原因，在于合并后的課程更容易實現(xiàn)基于工程實踐的項目設(shè)計訓(xùn)練，而這些好的大學(xué)可以提供給學(xué)生一流的軟硬件條件。例如，2009年麻省理工學(xué)院的“機械原理”課程項目設(shè)計題目為“高精度小型銑床的設(shè)計”。+ U8 i8 b& [: m. ~1 }: b7 \: B
先進的教學(xué)理念是保證上述教學(xué)目標(biāo)實現(xiàn)的前提。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，中美在“機械原理”教學(xué)理念上還存在著不小的差異。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
" J6 u: j3 }/ n/ p4 U6 Q強調(diào)教學(xué)在高水平人才培養(yǎng)中的核心位置! C- V. X* \$ M7 x1 e
在此理念下，導(dǎo)引了當(dāng)前美國大學(xué)普遍采用的優(yōu)選優(yōu)教的人才培養(yǎng)模式。例如，對教師和學(xué)生都采用淘汰制，越是名校淘汰率越高。( D1 z! f3 e9 Y3 n, u4 K
強調(diào)通過實踐手段掌握和運用知識
' K9 d! M2 k5 I! m6 X在知識傳授過程中，并非對每個知識點都講授得很細(xì)，而是注重宏觀，整體上是粗線條的。通過課堂小測驗、課堂討論等多種實踐手段來達到掌握知識的目的。更為突出的是，所調(diào)研的美國大學(xué)幾乎都將Project作為必需的考核手段。這一點從課時設(shè)置和最后考核指標(biāo)上也可以看出：以加州大學(xué)伯克利分校為例，理論與實踐課時比為3∶1；考核份額為2∶1。綜合性項目的設(shè)置與實施無疑是工程類學(xué)生運用知識、提高能力的最佳手段。通過Group形式的實施，使培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作精神落到了實處。國內(nèi)隨著獨生子女特點的學(xué)生日益增多，培養(yǎng)團隊意識的困難將變得越來越大。$ n* X8 P. n" ]3 [
教學(xué)形式與內(nèi)容
) \7 G/ H: X% d) v0 f美國知名大學(xué)更注重內(nèi)容上的“新”，而我們似乎更注重將改革的重點放在教學(xué)形式的“新”（如多樣化的授課手段）上。一個比較深的感觸是麻省理工學(xué)院在其“機械原理”教學(xué)過程中將柔性機構(gòu)（Flexure Mechanism）作為一個專題來講授討論，并將其最新的研究成果（自行開發(fā)的相關(guān)教育軟件和教具）用于教學(xué)中。其課件也是逐年更新的，但很簡樸。相反，近年來我們的課件做得越來越漂亮，輔之以動畫、仿真、錄像視頻等，但效果似乎并非比預(yù)期的好。在授課內(nèi)容的更新上，國內(nèi)教學(xué)總體保守，授課大多以成熟的內(nèi)容為主。而且，一個課件做好后，可能年年不變、一勞永逸，課程設(shè)計的題目也往往如此。& Q& {9 t: Y% N! C' X* i
實際上如前所述，機構(gòu)學(xué)的理論與工程內(nèi)涵都較之10年前有了很大的變化。盡管在一定程度上，課程內(nèi)容無論新與舊對學(xué)生而言可能都是新的知識，但兩種不同的選擇肯定會導(dǎo)致不同的效果，畢竟新知識與新設(shè)計更容易激發(fā)學(xué)生的興趣。在創(chuàng)新教育主導(dǎo)著大學(xué)教育的今天，傳授新知識和設(shè)計新機構(gòu)變得越來越重要。
4 F/ _; u5 \( h3 J8 m師資
- ^2 f8 {! R2 D: z1 Q淘汰制固然是北美名校培養(yǎng)人才的重要環(huán)節(jié)，但并非是其核心和關(guān)鍵所在。保證教學(xué)高質(zhì)量的根本環(huán)節(jié)還在于高素質(zhì)的教師隊伍。/ u% v2 J) y. M' E, C5 K
美國高校“機械原理”的師資一般都由主講教師、工程師和學(xué)生助教（TA）組成，每個人的職責(zé)不同。這方面與目前國內(nèi)情況沒有太大差別。但在實施過程中差異便體現(xiàn)了出來。譬如，美國大學(xué)助教的作用非常大，幾乎要參與與教學(xué)活動相關(guān)的一切環(huán)節(jié)，如全盤跟班聽課、答疑、修改作業(yè)、組織項目實施甚至講課等。由于工程師的參與，使得課程的實踐環(huán)節(jié)得到保證。以麻省理工學(xué)院為例，它的加工車間在工作日是全天對學(xué)生開放的，在有著豐富工程經(jīng)驗的工程師指導(dǎo)下，學(xué)生都能自行完成項目所需的加工環(huán)節(jié)。) f$ B9 w% K* J5 {- r2 a; Q1 P
當(dāng)然，主講教師在教學(xué)隊伍中的核心作用不可動搖。例如，“機械原理”這樣的核心課程一般都由有經(jīng)驗的教授（或副教授）來擔(dān)當(dāng)主講，從而保證了教學(xué)的高質(zhì)量。近距離聽課留下最深刻的體驗是：（1）無論教學(xué)經(jīng)歷的長短，教師在授課過程中都顯得從容淡定，既無新教師的緊張慌亂，也無賣弄知識的嘩眾取寵。（2）主講教師的視野很寬，基本上可以做到通曉古今，明晰中外。要做到這兩點，對其個人素質(zhì)的要求是極高的。這里教師的職業(yè)意識很強，有著高度的責(zé)任心；同時，教師在科研過程中積累的豐富實踐經(jīng)驗和案例示范保證了對科學(xué)前沿的引導(dǎo)能力。
6 _8 M. O' V, [" ~& f0 ~8 p Q6 J教材與教學(xué)內(nèi)容的選擇
. C& p. m7 w: _: [9 {6 ^5 y1 T' } L傳統(tǒng)教學(xué)中，教材無疑在其中占有十分重要的地位，基本上由教材指導(dǎo)教學(xué)。現(xiàn)代教學(xué)中，隨著知識更新的日益加快，教學(xué)手段的不斷豐富，尤其互聯(lián)網(wǎng)的普及和國際化的大潮涌進，教材與教學(xué)內(nèi)容有了更多的選擇。
/ n! T. T7 V) P/ U& b7 V在“機械原理”教學(xué)中，學(xué)科排名中越靠前的大學(xué)對教材的依賴性越小，甚至不指定任何參考教材。以麻省理工學(xué)院為例，其課程教學(xué)并沒有指定教材。由于任課教師有自己精深的研究方向，在科研領(lǐng)域甚至工業(yè)界積累了豐富的經(jīng)驗，很自然地被用在了教學(xué)中。教學(xué)工作與科研工作的融合度很高，多數(shù)講課內(nèi)容都結(jié)合教師的研究專長以專題講座的形式進行。在這樣的教學(xué)方式中，已成定論的知識及細(xì)節(jié)傳授并不重要（很少見到推導(dǎo)公式），重要的是教師基于豐富科研實踐的切身體會和高水平研究成果的案例示范（麻省理工學(xué)院將柔性機構(gòu)、微電子機械系統(tǒng)等最前沿的設(shè)計理論都搬到了講臺上，甚至要求學(xué)生進行專題討論）。對于學(xué)生來說，所接受的視野與閱讀教材時刻板單調(diào)的感受完全不同，是充滿個性化的生動活潑的啟迪。
) u( q7 x; I) ~0 H" `但這并不意味著美國大學(xué)教材的質(zhì)量差。正好相反，就教材的種類與數(shù)量，雖只有寥寥不足10種，遠(yuǎn)不如國內(nèi)教材豐富，但其內(nèi)容與質(zhì)量都堪稱上乘，多數(shù)版本更成為國際范圍內(nèi)廣泛使用的經(jīng)典教材.) t; K; `9 ^+ ^9 n8 J: v @
教學(xué)方法與手段
9 B( ]0 ^; o( B' p) S, q美國大學(xué)在“機械原理”上的教學(xué)方法與手段并非比國內(nèi)有多“高明”或者花樣繁多的多媒體教學(xué)，有時正好相反，但一定注重實用性。例如，美國大學(xué)中鮮有國內(nèi)那樣精美甚至商業(yè)化的“機械原理”課件，相反，其課件顯得異常樸實，有些教師的主要講課手段仍采用最原始的板書。其特殊性突出體現(xiàn)在* Q" k( J4 e$ p! l3 g; C
（1）國際互聯(lián)網(wǎng)的運用。無線網(wǎng)絡(luò)使得師生都能在第一時間找到所需的資源。因為，課件所能提供給學(xué)生的信息遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如網(wǎng)絡(luò)資源豐富。 （2）教與學(xué)之間的高度互動性。學(xué)生若有問題可以隨時打斷教師講課的進程，教師會當(dāng)即給出解釋。0 q* F& j6 U% f' h" z1 H4 v
教學(xué)評估體系
/ j7 O+ E# J x% ?在對教學(xué)過程與效果的認(rèn)知方面：美國知名大學(xué)顯得更成熟些，相對也更全面復(fù)雜。就課程設(shè)置而言，課程門類相對國內(nèi)較少，但由于每門課程的培養(yǎng)訓(xùn)練環(huán)節(jié)都能面面俱到，全方位的考核加之較高的課程淘汰率，使學(xué)生能夠獲得真正意義上的學(xué)術(shù)訓(xùn)練洗禮。例如，鑒于課堂時間有限，教師往往給學(xué)生布置大量的課外閱讀作業(yè)供學(xué)生自學(xué)，再次上課時再通過小測驗的形式予以考核。還有，做作業(yè)和做項目也需要占用學(xué)生更多的課外時間。算下來，每個學(xué)生在課外用在“機械原理”課程上的時間要比課內(nèi)多。這樣，一門課學(xué)下來學(xué)生從始至終都不會有任何輕松的感覺，但換來的是對本門課程真正意義的掌握和應(yīng)用。
, Z8 A6 @: u3 l/ Z2 P反思- }9 ]0 R: W" w6 j) |
通過近距離在美國知名大學(xué)聽“機械原理”課，猶然產(chǎn)生一種耳目全新的感覺。需要反思的是很多新的嘗試所帶來的效果如何，是否達到了預(yù)期的目標(biāo)？這里有以下幾點問題值得反思。
- G& ]& Q7 q$ r- O（1）學(xué)時設(shè)置：充足的學(xué)時是保障教學(xué)質(zhì)量的前提。當(dāng)然，這與總體思路有關(guān)。以麻省理工學(xué)院為例，機械工程類本科生選32門課程即可，遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于國內(nèi)的選課數(shù)量（通過學(xué)分折算），但每門課的學(xué)時數(shù)較多，基本遍歷整個學(xué)期（包括實踐環(huán)節(jié)算起來不少于90個學(xué)時），而國內(nèi)多數(shù)大學(xué)“機械原理”等課程的學(xué)時被壓縮得很厲害。在知識點沒有減少的情況下，肯定會影響教學(xué)的效果。還有理論與實踐學(xué)時的配比問題，從以上的討論中不難找到未來“機械原理”改革的出路。
: G \1 S! {! q（2）一個難題：北美大學(xué)“機械原理”課程一般上課的方式為小班課（30～40人左右），而國內(nèi)基本都采用大班授課方式。因此，先進的教學(xué)理念很難實現(xiàn)，譬如美國式的師生互動，廣泛采用的討論課等在實施過程中都面臨較大困難。
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發(fā)表于 2010-1-19 12:59:46
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