本帖最后由 掃街 于 2010-1-19 13:05 編輯
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機(jī)械原理（Theory of Machines and Mechanisms）在國(guó)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,。
5 U- ]; p/ D& z! O5 q8 w! s大學(xué)本科教學(xué)中的“機(jī)械原理”，就其理論體系當(dāng)屬機(jī)構(gòu)學(xué)的范疇,，而同時(shí)又有著很強(qiáng)的工程實(shí)踐性,，以機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)為標(biāo)志,。作為機(jī)械系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)的一個(gè)不可或缺的環(huán)節(jié),，它是機(jī)械工程（創(chuàng)新）設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要組成部分。
" }0 |4 ~+ ^( N機(jī)構(gòu)學(xué)是機(jī)械設(shè)計(jì)及理論學(xué)科的重要分支,，也是設(shè)計(jì),、開(kāi)發(fā)各種制造裝備和機(jī)電一體化產(chǎn)品的創(chuàng)新源頭和重要的科學(xué)基礎(chǔ)。機(jī)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(zhǎng)點(diǎn)。尤其近年來(lái),，在應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)下,，機(jī)構(gòu)學(xué)基礎(chǔ)理論發(fā)生了巨大的變化，進(jìn)入了現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)時(shí)代,，傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)理念也在不斷受到新的沖擊,，此勢(shì)必影響“機(jī)械原理”教育本身。正是在這樣的大背景下,，國(guó)內(nèi)外的“機(jī)械原理”課程教學(xué)也都在發(fā)生顯著的變化,，希望通過(guò)教學(xué)改革適應(yīng)新形勢(shì)的需要。機(jī)械工程教育處于翹首地位的美國(guó)大學(xué)無(wú)疑是關(guān)注的重中之重,。+ t! d1 O/ f$ |. T" T
基于國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)提供的最新資料,，本文對(duì)全美機(jī)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(dá)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(qiáng)校（麥吉爾大學(xué)和多倫多大學(xué)）總共15所高校的“機(jī)械原理”教學(xué)進(jìn)行了一次“粗線條”的調(diào)研,。# X8 D( Y' D, `! P
美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)（ASME）在1995年曾組織美國(guó)近百所高等學(xué)校和多家公司進(jìn)行了機(jī)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(shí)現(xiàn)過(guò)程”的需要來(lái)改革專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃和課程內(nèi)容,、體系,，以增強(qiáng)美國(guó)產(chǎn)品在全球的競(jìng)爭(zhēng)力。因此,，美國(guó)機(jī)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(jìn)的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過(guò)程（機(jī)械原理主要關(guān)注機(jī)械產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)階段）所必須具備的知識(shí)和技能”來(lái)進(jìn)行,。/ u6 N7 b# a; n4 p5 Y1 h
正是基于這樣的背景，“機(jī)械原理”與“機(jī)械設(shè)計(jì)”“合并”之風(fēng)在美國(guó)大學(xué)相當(dāng)盛行,，學(xué)科排名靠前的6所高校無(wú)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(shí)現(xiàn)基于工程實(shí)踐的項(xiàng)目設(shè)計(jì)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(jī)械原理”課程項(xiàng)目設(shè)計(jì)題目為“高精度小型銑床的設(shè)計(jì)”,。
4 e+ F5 @9 C7 p2 F _ P. j% ~3 O先進(jìn)的教學(xué)理念是保證上述教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的前提,。通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，中美在“機(jī)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(gè)方面：
3 i& }/ _6 H: i) h+ B; _強(qiáng)調(diào)教學(xué)在高水平人才培養(yǎng)中的核心位置
* E6 o) z. X9 _3 V4 t2 T) }在此理念下,，導(dǎo)引了當(dāng)前美國(guó)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(duì)教師和學(xué)生都采用淘汰制,，越是名校淘汰率越高。
3 m5 W. I- E) k V9 q- _強(qiáng)調(diào)通過(guò)實(shí)踐手段掌握和運(yùn)用知識(shí)
3 z( b7 y2 Q" W6 W1 a* w' m* b在知識(shí)傳授過(guò)程中,，并非對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)都講授得很細(xì),，而是注重宏觀，整體上是粗線條的,。通過(guò)課堂小測(cè)驗(yàn),、課堂討論等多種實(shí)踐手段來(lái)達(dá)到掌握知識(shí)的目的。更為突出的是,，所調(diào)研的美國(guó)大學(xué)幾乎都將Project作為必需的考核手段,。這一點(diǎn)從課時(shí)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(shí)踐課時(shí)比為3∶1；考核份額為2∶1,。綜合性項(xiàng)目的設(shè)置與實(shí)施無(wú)疑是工程類(lèi)學(xué)生運(yùn)用知識(shí),、提高能力的最佳手段。通過(guò)Group形式的實(shí)施,，使培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神落到了實(shí)處,。國(guó)內(nèi)隨著獨(dú)生子女特點(diǎn)的學(xué)生日益增多，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)意識(shí)的困難將變得越來(lái)越大,。
) ^. p/ A& P( i- I8 g# b教學(xué)形式與內(nèi)容
1 p& Z. @; ~( W* g. D" O: \美國(guó)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(diǎn)放在教學(xué)形式的“新”（如多樣化的授課手段）上。一個(gè)比較深的感觸是麻省理工學(xué)院在其“機(jī)械原理”教學(xué)過(guò)程中將柔性機(jī)構(gòu)（Flexure Mechanism）作為一個(gè)專題來(lái)講授討論,，并將其最新的研究成果（自行開(kāi)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(jiǎn)樸,。相反,，近年來(lái)我們的課件做得越來(lái)越漂亮，輔之以動(dòng)畫(huà),、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(guó)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(gè)課件做好后,，可能年年不變,、一勞永逸，課程設(shè)計(jì)的題目也往往如此,。
5 ^- ]$ Y+ e. \& D實(shí)際上如前所述,，機(jī)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(wú)論新與舊對(duì)學(xué)生而言可能都是新的知識(shí),，但兩種不同的選擇肯定會(huì)導(dǎo)致不同的效果，畢竟新知識(shí)與新設(shè)計(jì)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(shí)和設(shè)計(jì)新機(jī)構(gòu)變得越來(lái)越重要。% i7 A Z7 Y6 S
師資5 x4 ?; d: v: y+ K/ F& W. r2 X
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(duì)伍,。
2 i# P) [1 z. J7 W& e0 ^- W美國(guó)高校“機(jī)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(gè)人的職責(zé)不同。這方面與目前國(guó)內(nèi)情況沒(méi)有太大差別,。但在實(shí)施過(guò)程中差異便體現(xiàn)了出來(lái),。譬如，美國(guó)大學(xué)助教的作用非常大,，幾乎要參與與教學(xué)活動(dòng)相關(guān)的一切環(huán)節(jié),，如全盤(pán)跟班聽(tīng)課、答疑,、修改作業(yè),、組織項(xiàng)目實(shí)施甚至講課等。由于工程師的參與,，使得課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)得到保證,。以麻省理工學(xué)院為例，它的加工車(chē)間在工作日是全天對(duì)學(xué)生開(kāi)放的,，在有著豐富工程經(jīng)驗(yàn)的工程師指導(dǎo)下,，學(xué)生都能自行完成項(xiàng)目所需的加工環(huán)節(jié)。
: [) K& Y; M) w. b$ [6 Y當(dāng)然,，主講教師在教學(xué)隊(duì)伍中的核心作用不可動(dòng)搖,。例如，“機(jī)械原理”這樣的核心課程一般都由有經(jīng)驗(yàn)的教授（或副教授）來(lái)?yè)?dān)當(dāng)主講,，從而保證了教學(xué)的高質(zhì)量,。近距離聽(tīng)課留下最深刻的體驗(yàn)是：（1）無(wú)論教學(xué)經(jīng)歷的長(zhǎng)短，教師在授課過(guò)程中都顯得從容淡定,，既無(wú)新教師的緊張慌亂,，也無(wú)賣(mài)弄知識(shí)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(diǎn),，對(duì)其個(gè)人素質(zhì)的要求是極高的,。這里教師的職業(yè)意識(shí)很強(qiáng)，有著高度的責(zé)任心,；同時(shí),，教師在科研過(guò)程中積累的豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和案例示范保證了對(duì)科學(xué)前沿的引導(dǎo)能力。8 a% z: s# g, I; A) ^& B% b
教材與教學(xué)內(nèi)容的選擇
) m$ e6 t7 N% ?: L% m. J z傳統(tǒng)教學(xué)中，教材無(wú)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)�,，F(xiàn)代教學(xué)中，隨著知識(shí)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(guó)際化的大潮涌進(jìn)，教材與教學(xué)內(nèi)容有了更多的選擇,。3 V# d7 i& @, X. a8 X
在“機(jī)械原理”教學(xué)中,，學(xué)科排名中越靠前的大學(xué)對(duì)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(méi)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(yàn),，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(zhǎng)以專題講座的形式進(jìn)行,。在這樣的教學(xué)方式中，已成定論的知識(shí)及細(xì)節(jié)傳授并不重要（很少見(jiàn)到推導(dǎo)公式）,，重要的是教師基于豐富科研實(shí)踐的切身體會(huì)和高水平研究成果的案例示范（麻省理工學(xué)院將柔性機(jī)構(gòu),、微電子機(jī)械系統(tǒng)等最前沿的設(shè)計(jì)理論都搬到了講臺(tái)上，甚至要求學(xué)生進(jìn)行專題討論）,。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō),，所接受的視野與閱讀教材時(shí)刻板單調(diào)的感受完全不同，是充滿個(gè)性化的生動(dòng)活潑的啟迪,。0 O- Q( B# r! G! L$ X
但這并不意味著美國(guó)大學(xué)教材的質(zhì)量差,。正好相反，就教材的種類(lèi)與數(shù)量,，雖只有寥寥不足10種,，遠(yuǎn)不如國(guó)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(guó)際范圍內(nèi)廣泛使用的經(jīng)典教材.8 _) H. m2 y T% e" \4 x3 U& J7 [
教學(xué)方法與手段
7 F, T" q* y X! B% ?美國(guó)大學(xué)在“機(jī)械原理”上的教學(xué)方法與手段并非比國(guó)內(nèi)有多“高明”或者花樣繁多的多媒體教學(xué)，有時(shí)正好相反,，但一定注重實(shí)用性,。例如，美國(guó)大學(xué)中鮮有國(guó)內(nèi)那樣精美甚至商業(yè)化的“機(jī)械原理”課件,，相反,，其課件顯得異常樸實(shí)，有些教師的主要講課手段仍采用最原始的板書(shū)。其特殊性突出體現(xiàn)在8 b+ T/ f' w- V- K+ J$ O& o1 N7 }+ V
（1）國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)用,。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)使得師生都能在第一時(shí)間找到所需的資源,。因?yàn)椋n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(dòng)性,。學(xué)生若有問(wèn)題可以隨時(shí)打斷教師講課的進(jìn)程，教師會(huì)當(dāng)即給出解釋,。: f$ n" c% g/ z1 b1 X
教學(xué)評(píng)估體系
& P0 O% H M! Z# R在對(duì)教學(xué)過(guò)程與效果的認(rèn)知方面：美國(guó)知名大學(xué)顯得更成熟些,，相對(duì)也更全面復(fù)雜。就課程設(shè)置而言,，課程門(mén)類(lèi)相對(duì)國(guó)內(nèi)較少,，但由于每門(mén)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(shí)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(shí)再通過(guò)小測(cè)驗(yàn)的形式予以考核。還有,，做作業(yè)和做項(xiàng)目也需要占用學(xué)生更多的課外時(shí)間,。算下來(lái)，每個(gè)學(xué)生在課外用在“機(jī)械原理”課程上的時(shí)間要比課內(nèi)多,。這樣,，一門(mén)課學(xué)下來(lái)學(xué)生從始至終都不會(huì)有任何輕松的感覺(jué)，但換來(lái)的是對(duì)本門(mén)課程真正意義的掌握和應(yīng)用,。
% L3 s0 k- F* @) r反思
4 S5 I9 V, K$ j: M通過(guò)近距離在美國(guó)知名大學(xué)聽(tīng)“機(jī)械原理”課,，猶然產(chǎn)生一種耳目全新的感覺(jué)。需要反思的是很多新的嘗試所帶來(lái)的效果如何,，是否達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo),？這里有以下幾點(diǎn)問(wèn)題值得反思。
9 O4 [' N6 H' i" V( `8 m f4 A（1）學(xué)時(shí)設(shè)置：充足的學(xué)時(shí)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(jī)械工程類(lèi)本科生選32門(mén)課程即可,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于國(guó)內(nèi)的選課數(shù)量（通過(guò)學(xué)分折算），但每門(mén)課的學(xué)時(shí)數(shù)較多,，基本遍歷整個(gè)學(xué)期（包括實(shí)踐環(huán)節(jié)算起來(lái)不少于90個(gè)學(xué)時(shí)）,，而國(guó)內(nèi)多數(shù)大學(xué)“機(jī)械原理”等課程的學(xué)時(shí)被壓縮得很厲害。在知識(shí)點(diǎn)沒(méi)有減少的情況下，肯定會(huì)影響教學(xué)的效果,。還有理論與實(shí)踐學(xué)時(shí)的配比問(wèn)題,，從以上的討論中不難找到未來(lái)“機(jī)械原理”改革的出路。
. \0 @7 J$ |8 t& E（2）一個(gè)難題：北美大學(xué)“機(jī)械原理”課程一般上課的方式為小班課（30～40人左右）,，而國(guó)內(nèi)基本都采用大班授課方式,。因此，先進(jìn)的教學(xué)理念很難實(shí)現(xiàn),，譬如美國(guó)式的師生互動(dòng),，廣泛采用的討論課等在實(shí)施過(guò)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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