1. 引言
机械原理是过程装备及控制工程专业必修的一门专业基础理论课程，课程重点研究机器、机构基础理论和方法及各类机械的一般与共性问题。通过该课程的教学，使学生掌握机构的结构、运动学和机械动力学的基本理论、基础知识和基本技能，培养学生的工程实践能力、综合设计能力和创新能力。但是，根据对过程装备及控制工程专业学生的研究发现，现有的机械原理课程教学模式主要存在以下不足：① 课程内容枯燥乏味，相关理论晦涩难懂，学生容易失去学习兴趣；② 当下机械原理主流教学模式依然为传统讲授式教学，这种教学方法尽管能够使学生掌握系统化的机械原理理论有关基础知识，但对学生整体意识养成效果有限；③ 现行的教学模式下，学生理论基础扎实，但对学生的团队沟通协作能力和工程实践能力培训不足，交流沟通和实践能力相对较差；④ 现代计算机技术与食品装备行业的快速发展，对机械原理授课教师提出了更高的要求，教师需要不断提升自身的知识水平、科研能力、教学能力 [1] [2]。因此，探索建立一种新型的机械原理教学模式十分必要。
元认知由美国心理学家弗拉维尔于20世纪70年代提出，是一种对认知的认知 [3]。元认知策略是一种典型的学习策略，主要指学习者对自己的认识流程、结果进行观察与管理，包括计划策略、监控策略(注意策略)和调节策略 [4]。元认知策略应用无处不在，时时刻刻都在影响着人们的学习过程及自身素质提高。采用自我调节来进行机械原理课程学习会比传统学习方案更具理论和实践优势。一方面，从理论的角度来看，自主调节学习是元认知策略、个人主观能动性的重要体现；另一方面，从实践的角度来看，机械原理采用自我调节学习，自我挖掘优秀学习材料对于基本理论的掌握具有重大意义，这是机械原理课程与其他学科区别的地方。
案例启发式教学是以“案例分析”为核心的一种参与式教学模式，通过教师对具体工程施工案例的剖析，带动学员对课程内容的掌握，从而锻炼学员提问、剖析问题、解决方法的综合能力，并启发学员的创造力与工程实践才能。通过实施基于自主调节学习的案例教学法，可以增强学生自主学习机械原理相关课程知识的能力，从而锻炼了学生分析问题与解决实际问题的综合能力，以及团队协作等基本职业素质，对于促进学生在食品装备行业的深层次的发展具有重要的意义 [5] [6]。
滁州学院过程装备及控制工程专业课题组为提高学生自主学习能力、工程实践能力、创新能力和团队沟通协作能力，在详细分析了元认知策略和案例启发式教学的可行性后，以《机械原理》课程为例，利用现有教材，将基于元认知策略的案例教学法应用于机械原理课程教学中，取得了良好的效果。
2. 资料与方法
2.1. 教学对象及教材选择
课题组于2021年3~7月，选取滁州学院2019级过程装备及控制工程专业本科学生共41人。按照应用型人才培养计划，在接受计算机、高等数学、现代工程图学、大学物理、理论力学等基础知识教育后，该批学生于2021年春季开始接受机械原理课程学习。选用的教材为高等教育出版社出版的《机械原理》(郑文纬吴克坚主编)。
2.2. 机械原理课程教学目标
课题组根据滁州学院2019年修订的过程装备及控制工程专业人才培养方案，细化教学目标，进行课程设计，加强理论与工程实际的结合，经课程学历应使学生具备以下能力：
1) 通过学习平面机构的结构学、运动学以及力学等基本知识，熟练掌握机械原理的理论和方法，能够开展机械系统的方案设计。
2) 掌握连杆、凸轮、齿轮等常用机构的类型、特点及设计要点，培养解决工程实际问题的能力。
3) 通过对机械系统整体分析与设计，培养学生进行计算、画图和检索相关资料的基本能力，并锻炼培养学生对归纳、汇总的能力。
4) 加强基础理论和工程实践的紧密结合，全面掌握系统工程的基本观点，培养综合分析、全面考察工程问题的习惯，形成科学的、一丝不苟的工作作风。
2.3. 研究方法
本课题建立了依据元认知策略，与理论相应的自主调节教学模式，形成了机器原理专业理论知识学习架构，并根据具体的信息检索数据库和与之相匹配的阅读深度，了解机构的结构、运动学与动力学方面的知识和基本内容，达到毕业后食品装备类人才所需掌握的基本能力，强有力的达成机械原理OBE教学理念要求。通过老师提出具体的机械原理工程案例教学，引入案例教学法运用到机械原理机构运动学原理教学中，强化对于机械原理研究内容及研究方法的重要性，同时依托泛雅网络教学平台来实施教学。
3. 结果分析
本实验共有41名学生进行考核，平均成绩为72分。由图1所示，全部学生的课程成绩近似正态分布，其中80~89分6人，占比14.6%，21人成绩在70~79分，占比51.2%；11人成绩在60~69分，占比26.8%；3人不及格，占比7.3%。与2018级过程装备及控制工程专业36名学生相比，进步比较明显。成绩分析表明，该专业大部分学生能掌握必要的机械系统的运动学和动力学分析，以及机械方案设计基本理论。
根据本课程大纲对课程目标细化分解，课题组通过考核学生对课程目标的达成情况，各项达成度均和本课程的平均达成度及目标达成度进行比较，目标达成度低于0.70的认为没有达到预期学习效果。由图2可知，该课程的三个课程目标的平均达成度为0.715。其中，课程目标1达成度0.73，课程目标2的达成度0.701，课程目标3达成度0.715，三个课程目标达到预期学习效果。
通过问卷调查法和访谈法对学生进行调研，大多数学生认为，基于元认知策略和案例教学法模式新颖，课程设计合理，教学内容中引入了大量的食品装备方面的工程实践案例，与食品装备设计开发联系较为紧密，适用于理论性较强的课程教学中。相关工程案例启发学生对知识和原理的理解和应用，领悟机械设计的复杂性；学生通过对机械原理工程案例地深入研究和教师的理论讲解，能迅速、准确地掌握知识点，提升解决问题的能力；案例教学法也加深了学生对食品装备设计制造行业发展的认识和了解，对日后参加食品装备工程化研发设计工作具有重要意义。
Figure 1. Distribution of course scores of “Mechanical Principles”
图1. 《机械原理》课程成绩分布情况
Figure 2. Achievement of course objectives of “Mechanical Principles”
图2. 《机械原理》课程目标达成度情况
4. 讨论
4.1. 本教学模式提升了过程装备与控制工程专业学生的工程意识和工程思维
本课程基于元认知策略，将自主调节学习策略与教师案例法相结合，使用现代动态信息工具，结合教师案例提出应用在机械原理课程具体内容上，使学生能一针见血、循序渐进的掌握典型机构的运动学特性，对解决食品装备综合性的实际应用问题，提升学生的工程实践能力和创新能力具有重大作用。既能优势互补，又能弥补两者的不足，通过自主学习训练学生的独立性和分析与解决问题的能力，并培养善于自主思维的团体协作意识，达到训练学生工程意识和工程思维的目的。
4.2. 提出针对性学习机械原理的重要方式，提高了过程装备与控制工程专业学生 解决问题的能力，对落实机械类课程OBE理念具有重要意义
成果导向教育(OBE)是以学习成果为导向的教学模式，注重学生学习过程结束后所获得的真正能力。新的教学模式需要教师根据课程内容，精心设计工程教学案例。可以使学习者尽快地熟悉“机械原理”的基础知识和基本概念，并掌握常用机械机构的基本原理，从而获得了能够自如处理复杂程度高的机械机构运动设计问题的能力。本研究表明，元认知水平较高的过程装备与控制工程专业学生，往往具有较强的全面统筹解决问题的能力，在其工作中易发挥领导者或项目负责人作用。另外，通过基于元认知策略的自主调节学习策略，使过程装备学生对自身的学习特点有了更进一步认识，能从自身各个方面了解自己的优势和存在的不足，从而取长补短，更好地发挥个人作用，并在此基础上更好地指导自我学习。
4.3. 本教学模式提高了地方应用型高校食品学院非食品专业学生学习食品装备方面的 兴趣和积极性
本研究结果表明，在学校采用全新的教学方法条件下，通过实施基于自主调节学习的案例教学法，可以增强学生自主学习机械原理相关课程的能力，能够有效增强教师和学生间的沟通，以学生为中心，提高课程学习的成效，提升学生学习热情，提高机械原理课堂教学的活跃度和灵活性。
5. 结束语
综上所述，元认知策略结合案例教学模式在过程装备与控制工程专业学生教学中应用效果较好，提高了学生的工程实践能力和工程思维能力。在应用型普通高校机械原理教学中，通过应用基于元认知策略的自主调节学习理念及现代信息技术进行案例教学法的步骤、课程设置、教学设计和教学评价，提供一个新型可参考的机械原理教学模式。
基金项目
安徽省示范实验实训中心项目“基础生物教学实验实训中心”(2021sysxzx 022)；安徽省线下课程项目“生物分离工程”(2021xxkc124)；滁州学院教学研究重点项目“基于OBE教育理念的生物分离工程课程教学改革与探索”(2021jyz028)；滁州学院一般教学研究项目“基于元认知策略与案例式教学的‘机械原理’OBE理念探讨”(2021jyc041)。