一、课程简介
机械原理课程是专业必修基础课程，也是机械类专业课程的基础。本课程以“机构”为主要研究对象，研究其基本设计理论和设计方法以及机械运动方案设计等。是机械类各专业研究机械共性问题的一门主干技术基础课。它包括机械的结构分析和机构运动学、机械动力学和常用机构分析与设计，是机械设备性能分析及设计新机械的基础理论。本课程分模块进行学习，从广泛的机械概念，到具体的某一种机构以及性质进行学习，掌握机械原理课程知识以及重要的概念和设计你方法。本课程的学习，为后续机械设计、材料力学、机械制造技术基础等课程的学习提供了基础，为各个课程对应的实践环节做好了铺垫。
二、案例基本信息
1.案例名称：机械系统方案设计
2.对应章节：第十三章第5、6节
3.课程讲次：30
三、案例教学目标
为体现“立德树人”为引领，“知识、能力、素质和价值观”三位一体育人理念，结合本节内容，建立如下教学目标：
知识目标：1.通过课前线上学习、小组研讨、设计结果的阶段性小结等，能够说明作品设计的设计背景、创意、功能、组成及设计流程；
2.能够应用虚拟样机概念，进行机械系统产品建模；
3.会展示作品的详细机械结构，指出不足并提出改进建议。
能力目标：1.对常用机构设计知识综合应用的创新能力；
2.以项目为牵引的获取新知识的学习能力；
3.机械系统设计的系统思维能力；
4.汇报材料制作能力以及语言表达能力；
素质目标：1.仔细钻研、求真探索的科学素养；
2.理论与实践紧密结合的工程意识；
3.系统思维和思辨意识；
4.团结协作的劳动意识、创新精神。
四、案例主要内容
1.教学内容
（1）先修内容：包括机械工作原理的拟定，执行机构的运动设计和原动机的选择、机械的选型和变异、机构的组合、采用“结上学习+结下检测”；
（2）课堂学习内容：机械系统方案的拟定、机械系统方案拟定举例、学生汇报案例设计；
（3）思政内容
思政内容1：系统思维和思辨意识，团结协作的劳动意识——由机械系统结构关系引出。
思政内容2：家国情怀、工匠精神——由探月工程月球月引出。
2.教学重点：作品机构组成、系统功能分析及3D数字化样机创新优化设计
3.教学难点：3D数字化样机机械系统方案，指出不足并提出改进建议
4.教学特点
本章结构分析是在学习机构设计理论、常用机构设计后的综合应用教学环节，采用课前学生完成设计方案，课中教师引导、学生汇报、学生自评、学生互评和教师点评方式展开。提高课程内容的高阶性和挑战度。因此，在教学上采用“理论讲授+工程案例分析+分组讨论+学生练习” 的教学方法。
五、案例教学设计
《机械原理》 教学设计 |
授课题目 |
机械系统方案设计 |
授课学时 |
1课时（45分钟） |
授课形式 |
多媒体 |
授课地点 |
竞知楼306 |
授课班级 |
机A2223 |
授课人 |
胡云堂 |
教学创新理念 |
针对《机械原理》课程需要学习的机构种类多、理论分析多、工程综合性和创新实践性强等特点，本课程基于OBE理念，对标新工科建设要求，将课程知识链和产品结构链深度融合，并在专业教育中融入思政教育、创新创业教育、实践技能教育和劳动教育，形成“双链融合”教学知识体系，突出课程核心知识学习与解决复合工程问题相结合。按照“拓展创新案例分析——机构运动简图绘制——新结构新功能”的教学思路，帮助学生构建高阶系统设计思维。打造产教融合教学团队、构建具象尺度空间，创新项目牵引、尺度跟随的“三协同”教学模式。激发学生学习兴趣，提高学生对于知识的综合应用能力、实践动手能力和创新设计能力，为进一步培养学生解决复杂工程问题奠定了良好的基础，促进学生知识、能力、素质的协调发展。 |
教学背景 |
《机械原理》是机械类专业非常重要的专业核心基础课，在大学二年级第二学期开设。学生在学完《高等数学》、《大学物理》、《机械制图》、《理论力学》等课程后，更加接近工程实际的课程，是理论知识过渡到工程实践的桥梁和纽带。 随着科技进步和产业升级，传统教学内容逐渐不能满足人才培养的需要。学生将来在从事机械设计工作过程中，要根据不同的设计需求进行创造性设计，特别是要在基于整机的系统设计思维下进行机械系统方案设计，培养学生解决复杂工程问题的能力和创新设计意识十分必要。本堂课将创新实践作为新的教学内容引入课堂。 |
学情分析 |
1.学生已经基本完成教材上传统教学内容的学习，对机构组成、机构运动学和机器动力学，常用机构性能与设计方法有一定的基础，但是缺乏灵活运用、综合应用的能力； 2.通过对机构组成原理的学习，学生已经基本具备机械系统设计意识，但是高阶系统设计思维尚未建立； 3.通过学生自学，教师线上指导，学生已完成Solidworks、Adams、Analysis等软件的基础学习，具备3D数字化设计基本能力； 4.经过近一学期的学习实践，学生对“PBL”教学方式及线上线下结合的混合式教学模式也比较熟悉。 |
课程思政创新创业 劳动教育 技术实践 |
1.实践教学将机械创新创意大赛主题引入教学，激发学生的科技服务社会、报效祖国的责任感、勇于挑战的创新意识，增强学生的专业认同感。 2.强化基于整机设计的系统思维以及在创新案例中要协调不同设计参数之间的关系以达到全局最优，培养学生的大局观念、思辨意识。 3.要求学生汇报小组学习的结果，培养了学生的团队合作意识、劳动意识和创新精神。 |
教学重点 |
作品机构组成、系统功能分析及3D数字化样机创新优化设计 |
教学难点 |
3D数字化样机机械系统方案，指出不足并提出改进建议 |
教学手段与方法 |
学采用项目驱动，采用启发探究式和主动参与式教学策略，引导学生发现问题，发现问题并解决问题。 启发探究式教学思路： （1）通过项目驱动，作品展示，让学生发现问题和提出问题。 （2）通过分析问题，进行推测和假设，进行知识点的讲述与推导，针对提出的问题进行分析。 （3）通过讨论解决问题，实现知识点的工程应用。 （4）教学目标检验。通过作品展示、分组讨论、评分等环节，检验对教学目标的达成情况。 主动参与式教学，通过项目牵引创立问题情景，激发学生的求知兴趣，导出问题，让学生主动参与，积极探究，分析问题。 教学手段：将项目教学引入课堂教学，线上采用基于超星平台的机械原理在线课堂资源进行在线学习，课堂上采用作品汇报+教师点评+综合评价相结合的教学手段。 |
时间分配 |
1.设计任务及实践产出评分标准简介（5分钟）； 2.学生分组汇报作品组成、功能等（25分钟）； 3.组间讨论、提出改进建议（7分钟）； 4.作品评价（5分钟）； 5.课堂小结（3分钟)。 |
教学活动 |
教师活动备注 |
课 前 |
1.教师线上发布小组学习任务，学生以分组形式查找文献、调研特殊工况使用的各类特种机械，或机器人，确定数字化样机设计目标和功能； 2.学生按照机械系统方案设计的基本流程开展设计工作； 3.教师分阶段线上辅导，集体讨论方案的可行性、结构合理性及方案的创新性。 4.学生完成作品数字化样机设计。   |
课前线上发布小组设计任务、教师线上指导、 集体讨论 |
课 中 |
教学活动1.设计任务及实践产出评分标准简介（5分钟） 从解决复杂工程问题的思路出发明确设计内容、设计要求和设计评分关键要点。 教学活动2.学生分组汇报（25分钟） 分成4个小组分别汇报、讨论案例，而后教师点评。 作品一 （1）学生汇报 （2）教师点评 作品二 （1）学生汇报 （2）教师点评 作品三 （1）学生汇报 （2）教师点评 教学活动3.组间讨论、提出改进建议（5分钟） 从系统思维的角度提出作品机械系统可行性、结构合理性、创新性等改进措施，完善数字样机功能。 教学活动4.作品评价（7分钟） 学生依据作品方案可行性、机构设计、结构设计、创新性、软件使用与表达、汇报与答辩等情况给出小组自评、互评等各项分值。 教学活动5.课堂小结（3分钟） 思考方案较合理的作品进一步拓展，可进行机构详细设计、制作实物样机，以验证数字样机方案的合理性。
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*引导学生从复杂工程问题的解决思路出发明确要点 课堂任务：学生汇报、教师点评 *思政元素： 系统思维和思辨意识，团结协作的劳动意识。 *学生讨论 教师点评 创新意识培养 激活学生参与意识，增强内驱力 提升学生高阶系统设计思维 *思政元素： 家国情怀 工匠精神 |
课 后 |
对可行方案进一步拓展升级，小组合作完成实物样机制作。 |
六、教学反思
在整个教学过程中，教师提前进行教学设计、线上教学布置学习任务、答疑解惑，课堂精讲，主持参与学生讨论，总结归纳补充，学生线上自学、听讲、练习、讨论、上台陈述、点评，在很大程度上实现了以学生为中心的混合式教学。
在教师主导、学生汇报过程中，以项目问题驱动为主线，分组研讨，充分调动了学生的积极性：在传授专业知识的过程中，对学生进行了思政教育：
（1）实践表明:项目牵引式教学方式在学生自主学习、集体探讨、自我组织和自我评判与反思方面具有较大促进作用。培养了学生分工合作、团队协作的精神；提高了学生系统思维和创新设计能力。
（2）通过教学过程中学生进行分组讨论、陈述和大众点评等教学活动的参与，进一步增强学生参与意识、激发学习内驱力。
（3）项目牵引、尺度跟随的“三协同”教学模式能够有效提高学生学习的参与度，体现了以学生为中心的理念。从布鲁姆教学目标分类法来看，能够进行高阶知识的学习，即学生能够分析、评价、创新，能够进一步提升教学内容的“两性一度”，但是还需要不断实践，总结经验。
（4）基于机械系统方案设计的案例教学需要不断地扩充丰富案例库的教学内容，挖掘案例库中的知识点和课程思政元素。
（5）创新机械系统方案设计有较高的挑战度，需要教师进一步加强线上指导和线下实践。
