课程思政示范课展示月 | 《设计与制造基础2A-2B》教学案例
编者按
为贯彻落实《高等学校课程思政建设指导纲要》，深入推进学校课程思政建设，有效辐射课程思政教学改革成效，天津大学将通过课程思政示范课展示月，陆续推出优秀课程思政教学案例，供广大教师学习、借鉴，以期营造课程思政建设的良好氛围，推动实现全员全过程全方位育人。
★
· 课程名称：设计与制造基础2A-2B
· 课程性质：专业基础课程
· 教学对象：本科生（二年级、机械设计及其自动化专业）
· 总学时：56+56=112（2A：56学时、2B：56学时）
· 主讲人：王喆、宋轶民、孙涛、葛楠、杨玉虎、刘建琴
· 所在学院：机械工程学院
（一）整体思路：
在课程全过程中巧妙地融入思政元素，将立德树人贯穿到课程教学的全过程中，形成机械原理与机械设计课程思政的育人模式。课程组围绕 “课程思政”教学方法与教学手段、实践教学等方面展开改革。提出了“基于古机构的机械原理课程思政教育模式”,古机构是中华民族和世界人民流传下来的宝贵财富，每一个古机构都镌刻着当时文明的时代烙印。针对这些发明深入揭示机械设计的特点、用途、功能和奇妙的结构。将学生从以往的“诗情画意”了解中国传统文化与文明的方式方法，转变为从古机械设计的奇妙、机巧、创新等方面了解和吸收中国的传统文化。增强学生对中国古代文化的历史传承的理解与认知，激发学生的民族自豪感和对机械设计制造及自动化专业学习的兴趣，同时也弘扬“四个自信”。让学生带着获取新知的渴望进入后期的学习，激发其自主学习的动力，激发其创新意识。在学习过程中主动去构思相关复杂问题的解决方法和新的应用领域。最后，通过大作业、课程设计和创新设计比赛等手段，令学生将所学知识融会贯通，设计出创新作品，参加全国大学生机械创新设计大赛，为校、院增光，同时达到培养学生的自主学习能力和增强创新意识的目的。
（一）案例名称
第一章 绪论/ 机械、机器、机构的关系/古代机构设计的精妙
（二）案例教学目标
1. 知识目标
(1)熟悉机械工程领域整体的发展历程，寻找历史定位；
(2)探索机械工程发展的规律以及机械创新的经验和教训。
2. 能力目标
(1)掌握机械、机器、机构的概念与功能；
(2)培养机械工程领域相关的知识的整合和统一的综合能力。
3. 价值目标
(1)以历史维度俯瞰机械工程发展历程，凝练推动其进步的聚集要素，引出古代机构所镌刻着的时代文明的烙印，树立起专业学习的使命感；
(2)聚焦推动科技进步的关键人物及成长经历，引出古机构的文化源远流长，树立文化自信和民族自豪感；
(3)以科技史规律警示当代大学生认识所处环境及其历史使命，激发学生投身专业学习，树立成为机械人的目标。
（三）案例教学实施过程
1. 课程思政理念及分析:“以史为鉴，总结规律，获得当下问题的解决思路与启发”。科技史规律警示当代大学生认识所处环境及其历史使命，理清未来方向。以思政的视角激励当代大学生积极献身科技创新浪潮，为祖国伟大复兴贡献自己的力量。使学生树立要肩负起提升、创新我国重大机械装备发展的使命感与责任感。
2. 教学过程、方法和活动设计
教学步骤：
（1） 机械、机器、机构，三者之间的关系
教学内容：
① 机械、机器、机构的概念和功能？
引入实例：一根长矛和一件兽皮做的衣服、一辆木车和一件木雕、火把和打火机；通过分析、论证、互动，给出完整的三条定义。
提问：哪个是机械？
给出完整的三条定义：
首先它是物体的组合，假定力加到其各个部分也难以变形。其次，这些物体必须实现相互的、单一的、规定的运动。最后，它能够把施加的能量转变为最有用的形式，或转变为有效的机械功。
② 机械概念是怎么得来？中国古代机械发明所处的位置和世界机械发展史的开端？
引入实例：古罗马建筑师维特鲁威所著的《建筑十书》和我国古代，《庄子·天地》最早提及“机械”定义，引出中国古代机构发明。
进而引出：中国古代机械发明所处的位置和世界机械发展史的开端。
中国古代机构发明
③机械为什么是机器与机构的总称？
通过我国著名机械工程专家刘仙洲先生对机械的分类，提出机械就是能帮人们降低工作难度或省力的工具装置，与人类生活密切相关。
我国著名机械工程专家刘仙洲先生将机械分为：
简单机械、传动机、工作机、发动机或原动机、发电机与电动机、仪表、反用发动机原理的机械这七个大类。机械的分类方法有很多，按照能源动力分、按照功能分等等。
简而言之，机械就是能帮人们降低工作难度或省力的工具装置。
给出：机械与人类生活的关系：要穿机械织造的衣服、吃着农业机械播种收获的粮食、住着建筑机械建造的房子、开着性能优良的汽车。机械是我们的工具，也成为了一种生活方式。
（2） 为什么要学机械史（贯穿人类：衣、食、住、行）
教学内容：
① 机械史就是一部人类科技发展史
结合车轮、钟表的发展历程，得出结论：机械是科技最直观的应用，机械史就是一部人类科技发展史。
例1：车轮，公认是由美索不达米亚文明发明出来的，人们在古代壁画和文字描述中发现了古代木车的记载。
提问：目前国内车轮发展状况？
从小小车轮演化的历史，我们可以清晰地找出人类科技发展的各个阶段：从石器时代对木材的利用，到青铜时代轮毂改良，再到第一次工业革命钢铁的冶炼，再到现代合金的诞生。机械是技术最直接的应用，是技术演变最直观的反映。
② 为什么要学机械史的第二个原因？
充分激发学生、锻炼综合能力，学生课下分组思辨研讨、课上分享，教师点评。
通过介绍几位鼎鼎大名的机械发明家（阿基米德、达芬奇、瓦特等），来说明为什么要学机械史的根源，同时启发了人类的机械思维。
阿基米德的发明
达芬奇的发明
瓦特的发明
结合贴合学生生活示例进行互动，结合多媒体课件讲解，强调：瓦特对于工业革命的贡献，不仅在于发明了一种机械，甚至不仅仅是发明了一种动力源，而是启发了人类的机械思维。推动了世界机械发展进步的速度。
提问：上述科学家发明的机械，都有哪些功能？通过什么机构可实现？机构设计的奇妙之处？（课下学生分组思辨研讨）
（3）课堂结论
① 以史为鉴，总结规律，获得当下问题的解决思路与启发
总结课堂上所举实例中的机构特点和传动原理，增强学生专业学习使命感总结课堂上所举实例中的机构特点和传动原理，增强学生专业学习使命感。
② 结合中国古代机械发明，激发学生自主学习的动力
中国古代机械发明，如：木牛流马、记里鼓车、指南车、漏水转浑天仪、古代风车等。让同学关注古机械的传动原理以及涉及将所学的课堂理论知识，激发学生自主学习的动力。
③ 研讨题：设计资料撰写：“木牛流马、记里鼓车、指南车、漏水转浑天仪、古代风车”的传动原理？
结合中国古代机械发明，布置思考题，强化专业发展前景，引导学生投身前沿领域、深度思考，树立专业发展信心与使命感。
结束语：历史不断重演，科技永远向前。一位明君或许可以缔造几十年的盛世，一位科学家却可以永远改变文明的进程。二者并无优劣之分，只是说明，科技的进步是累加式的。
每一次科技的发展，都在为今天的科技大厦添砖加瓦，每一次前进都来源于过去所有的积累。回望历史能够让我们更快爬上前人的肩膀，看向更远的地方。
（四）案例教学效果及反思
1.借助各种创新设计赛事作为教学实践环节的课程设计题目，鼓励学生积极参与，利用所学知识，独立解决复杂工程设计问题，达到学以致用的人才培养目的。
2.将科研引入课堂，让学生获悉所学知识在未来的学习、工作场景中应用场景，在潜移默化中实现学生的主动学习。
3.选课学生参与课外科技活动、竞赛的积极性也不断提升。课程团队指导学生参加“全国大学生机械创新设计大赛”，获国家级一等奖5项、国家级二等奖1项、天津市级一等奖6项，指导学生参加由国际机构学与机器学科联合会(IFToMM)主办的“机器与机构学大学生国际奥林匹克竞赛”，荣获二、三等奖各1项，为国为校争光。使学生感受到机械行业在推动社会发展所发挥的最大贡献。
图文来源：王喆
图文编辑：王贺婷
图文审核：刘洁、张娉婷、杨佳佳