郭为忠始终坚持科研与教学并重、科研反哺教学,先后主讲过“机械设计基础”“机械原理”“机械动力学”“机电一体化课程设计”“设计与制造Ⅱ”等多门专业课程。其中,“机械原理”“设计与制造Ⅱ”是机械工程的专业基础课,也是机械工程领域的入门课程,其研究对象是现代机械和机器,形象地说就是现代装备的“骨骼系统”及其运动原理,它对帮助学生初步建立对现代机械和机器的基本认知、构建对装备运动系统的创新设计能力至关重要。
但“机械原理”又是一门经典的传统学科,它诞生于18世纪80年代瓦特改进蒸汽机的第一次工业革命时期,而如今机器的形态已经发生了天翻地覆的变化,人们对机器的理解和认知一直都在不断地迭代。现代机械和机器大多已是机电一体化的多学科交叉的技术系统,而不仅仅只有机械系统,因此如果只是就事论事、仅限于讨论“骨骼系统”的问题,往往带给学生“只见树叶、不见树木”的感觉,对所学的专业知识与当今世界变化万千的真实机器之间的内在联系不甚了解,这会消减他们的学习兴趣,模糊了课程学习的目的。
怎么样在新时代讲好经典的“机械原理”和“机械设计”课程,需要跳开传统的课程内容框架,另辟蹊径。由于机械和机器是随着时代不断发展、进步的,因此课程的教学就应该始终做到与时俱进,要和学科领域研究的最新发展相关联。课程背后的学科之一是“机构与机器理论”,也称“机构与机器人学”。两门课程本质上都是“活”的课程,学科发展和科学研究就是其“活”起来的源泉。因此,立足课程教学需要,郭为忠将科研和教学贯通起来,全力投入本科生培养,大胆引入了课题组有关现代机械和机器的“三子系统论”等科研新成果,从机电一体化的系统层面来切入课程讨论,更新了对现代机械和机器的整体认知,重构了课程的内容体系和知识架构,带给学生观察现代机械和机器的全新视角,使得他们在认知一部现代机器时能够从容应对。
与此同时,“机械原理”和“机械设计”又是实践性很强的学科,机械与机器的创新设计与分析是现代机械工业产品创新的核心议题。因此,郭为忠基于对现代机械产品创新开发过程的研究和理解,以项目式教学思想为指导,引入了企业产品开发过程模型,并以此为依据重塑了课程项目的指导过程,把课程项目的指导划分为调研和立题、概念设计、详细设计、原型制作与改进4个阶段,学生每个学期会经历不同阶段的训练,也就对企业的产品开发过程有了切身感受和经验积累。(www.daowen.com)
同时,围绕这个项目的指导过程,郭为忠把专业知识的课堂教学的进度也作了相应的调整,适当超前于项目的进度,以便为学生及时补给所需,满足项目开展过程中对新知识的需求,这样就形成了课堂教学主线围绕课外项目主线、2条时间主线稍稍错位但又并行的“双主线”项目式教学技法。
另外,用科研思维贯穿课堂教学、课外项目全过程,郭为忠提出了微科研训练技法,把课外项目的开展当成了一个微型的科研过程,“麻雀虽小、五脏俱全”,从项目的调研和立题,到方案的提出和优化,再到实物原型的加工和调试,全程以科研的思维和习惯来训练、武装学生,通过“学中做”“做中学”,激发学生探究式学习和解决问题的热情。为推广微科研训练理念,郭为忠2014年还创建了上海交通大学“机构与机器人大学生创新工作室”,指导本科生科创活动,成绩显著,工作室多次被评为优秀。
桃李不言,下自成蹊。郭为忠的课程教学取得了一系列实效,学生作为第一发明人申报并获得了授权发明专利二十余项,课程学生连续四届参赛并获IFToMM主办的大学生机械原理国际奥林匹克竞赛(SIOMMS)个人和团体的冠军或亚军,上海交大代表队是唯一连续四届均获奖的大学代表队,为国家和学校争得了荣誉。2019年,郭为忠当选IFToMM常设教育委员会的委员,是来自中国大陆地区的唯一委员。
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