编者按

为深入贯彻落实教育部《高等学校课程思政建设指导纲要》，进一步改进教学方法，推动案例教学在学校课程思政教学中的应用，提升课程思政教学质量，北京交通大学本科生院将推出课程思政建设优秀案例，营造课程思政建设的良好氛围。

本期推出的是：推荐北京市课程思政示范课程《机械原理》（教学团队：张英、房海蓉、郭盛、方跃法、姚燕安、曲海波）（北京市已公示）课程思政建设案例。

 机构自由度的计算 

完成人：张 英

审核人：史红梅

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课程和案例的基本情况

课程名称：机械原理

授课对象：机械类专业大二本科生

课程性质：专业核心必修课

课程简介：

机械原理是机械类专业必修课，以机构设计和分析为主线，培养学生具有一定的机械系统运动方案创新设计能力，教学内容涵盖机构组成理论、运动学、动力学及各种常用机构的设计方法等机构和机器的共性问题，具有较强的综合性和工程实践性，在学生整个学习过程中起着承上启下和培养学生创新思维、综合设计能力及工程实践能力的重要作用。

结合我校人才培养定位及机械类专业特色，机械原理课程不断强化以学生为中心的顶层设计和教学实施，针对课程重点难点，精心设计课堂学习、研究性学习、实验学习和综合性课程实践等教学环节，通过科教融合、资源建设、教学模式改革、课赛结合等，从不同维度提升课程的高阶性、创新性和挑战度，培养学生的创新意识、辩证思维、现代工具应用能力、综合设计能力和解决复杂工程问题能力，并通过学生形成性考核评价和课程质量评价促进课程持续改进。与此同时，深入挖掘课程育人功能，提出“四融合一示范”课程思政建设思路，将教书育人贯穿于课程教学及实践活动全过程，强化学生在智能制造强国战略中的责任意识和使命担当，实现价值塑造、知识传授和能力培养同向同行。

历经多年，机械原理课程建设取得成效，2003年获评北京市精品课程，2015年通过评北京交通大学优质课程验收，2020年获评国家级线下一流本科课程，同年获评北京交通大学教书育人“最美课堂”和课程思政示范课，课程团队于2018年获评北京交通大学“三育人”先进集体，2020年获评北京交通大学课程思政优秀教学团队。

案例简介：

机构结构分析是机构运动分析、力分析和机构设计的基础，是机械系统方案设计和机构创新设计的重要环节。本案例的教学内容为“机构自由度的计算”，是机构结构分析一章的重点，具体包括“机构具有确定运动的条件、机构自由度的计算和计算平面机构自由度时应注意的事项”，机构自由度计算结果正确与否，直接影响机构运动的可能性和确定性判断，进而影响机构设计方案可行性的评价。

本讲的学习目标：

知识传授：①理解平面机构自由度计算公式及其内涵；②准确识别并正确处理机构中的复合铰链、局部自由度和虚约束；③正确运用自由度计算公式计算机构的自由度，并判断其是否具有确定的运动。

能力培养：应用所学分析机构设计方案的可行性，并从工程角度对方案优劣进行评价。

价值塑造：①学自由度计算公式探索历史，增长知识见识，体会科学精神，认识事物发展一般规律；②从自由度计算应注意事项中学习辩证思维方法，树立正确的人生观和价值观；③逐步建立分析解决工程问题的全局观、讲求实效的工程观，培养严谨认真、精益求精的工匠精神。

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案例蕴含的思政元素分析

（一）机械原理课程思政建设总体思路

机械原理是机械类专业的核心课，兼具理论系统性和逻辑性及工程实践性，基于课程特点，深挖课程蕴含的思政元素，确定课程育人目标，提出具有机械（ME）特色的“四融合一示范”（4Merge1Example）课程思政建设思路，通过教学内容、环节、方法及模式的合理设计，将课程教学与学生理想信念、爱国情怀、知识见识、奋斗精神及综合素质、职业素养及行为习惯培养相融合，以及教师以身作则、行为示范，实现价值塑造、知识传授和能力培养同向同行，做人做事齐头并进（图1）。

图1 机械原理课程思政育人目标及建设思路与举措

（二）“机构自由度的计算”案例中蕴含的思政元素分析

本案例依托“机构结构分析”一章的重点内容“机构自由度的计算”，将其中蕴含的“科学精神、辩证思维方法、工程观、全局观、工匠精神和责任意识”等思政元素与课程内容及教学活动相融合，发挥课堂教学在育人中的主渠道、主战场作用。

1. 科学精神、使命担当。

（1）在智能制造强国战略中，制造装备的创新离不开机械创新，机构创新是机械创新的重要组成，方案可行性评价是机构创新的关键步骤，机构自由度计算是方案可行性评价的基础。通过科教融合案例，介绍课程学习与国家装备制造业创新发展的关系，可使学生明确学习目标，激发其学习积极性和在智造强国战略中的责任意识。

（2）自由度计算公式150年的发展，饱含着中外学者锲而不舍、追求真理的科学精神及对自由度问题认识不断积累、渐进和飞跃的历程，揭示了事物发展的一般规律，特别是可通过中国学者在其中的贡献和精神品质，增强学生的民族自豪感、探索未知、追求真理的责任感和使命感。

2.辩证思维方法

机构中的复合铰链其实是观察视角的问题，局部自由度和虚约束则是与工程实际密切相关，解决以上问题时，需要采用转换视角、动态观察，抓主要矛盾等分析问题、解决问题的辩证思维方法，同时，通过对局部自由度工程意义的认识，引导学生理解局部改变，整体提升的人生哲理，激发其自我提升的意识。

3.工程观、全局观与工匠精神

通过工程案例，引导学生理解虚约束的工程意义和设计原则，逐步建立注重实效、具体问题具体分析的工程观；通过设置问题情境，给学生提供解决问题的机会，循序渐进地培养其在设计中的全局意识及严谨认真、精益求精的工匠精神；通过设置进阶型课后作业，引导学生主动实践，努力提升自我，不断积累经验，成为国家未来合格的建设者。

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案例教学整体设计

（一）教学设计

结合教学内容，分别采用专题嵌入式、因势利导式和潜移默化式三种方式在教学活动中融入课程思政（图2）。

图2 案例思政教学设计

1.专题嵌入式

课程导入。通过视频、实例直接点明机构创新设计对智能制造强国战略的重要性及方案可行性评价的必要性，激发学生学习热情和责任意识。

自由度计算公式的探索历程。通过时间轴和人物线，阐明事物发展的一般规律和学者们不断探索的科学精神及中国学者的精神品质。

2.因势利导式

自由度计算应注意事项和课堂讨论部分，通过设置问题，启发学生与教师共同探究问题的本质，因势利导地培养学生分析问题、解决问题的辩证思维方法、设计中的全局意识及严谨认真、精益求精的工匠精神和正确的人生观和价值观。

3.潜移默化式

机构自由度的计算和课后作业部分，将认识方法的局限性及合理选择、主动学习及探究精神和能力培养融入教学和完成具有挑战度作业的学习过程中，在潜移默化中培养学生良好习惯、提升学生综合素质。

（二）教学实践

本讲综合运用启发式和案例式相结合的教学方法，通过布障法设置问题，辅以机构动画，引导并启发学生从机构自由度计算过程中产生的错误入手，分析计算结果与机构实际自由度不符的原因，引出复合铰链、局部自由度和虚约束等概念，进而引导学生得出解决问题的办法，培养学生分析问题解决问题的辩证思维；通过设置问题情境，引导学生对工程案例进行分析，进而正确理解局部自由度和虚约束的工程意义，积累正确运用虚约束的知识和经验，在准确识别、正确计算机构自由度的基础上，逐步建立设计中的工程观和全局观，通过问题牵引，培养学生的探究精神和理论联系实际、具体问题具体分析的设计观。

表1 教学内容、过程及设计

（三）教学反思

本讲是机械原理课程第二章“机构的结构分析”的第2讲，目标是使学生能够正确计算机构的自由度，并判断机构是否具有确定的运动，进而对机构运动方案的合理性进行初步评价。教学设计符合学生知识水平和认知规律，以视频开场吸引学生注意力，以机构方案评价中的自由度计算为主线，通过图片、动画、案例、提问、参与式学习等展开教学内容，学生积极投入，教学效果良好，较好地完成了知识传授。

通过专题嵌入式、因势利导式和潜移默化式，较为自然地将事物发展规律、辩证思维方式、设计中的工程观、科学精神、工匠精神等思政元素融入专业知识的教学中，有效激发了学生的学习热情和责任意识，提升了学生分析问题解决问题能力。

为了使课程思政的开展更自然，使融了思政盐的汤更有味道，需要进一步挖掘具有交通特色的思政新元素，持续更新思政案例，精细课程思政教学设计和创新课程育人途径。