劉宏

摘要：機械設計及其系列課程設計以其綜合運用專業(yè)理論知識解決工程實際問題的訓練特點，在培養(yǎng)學生向工程技術(shù)人員角色轉(zhuǎn)化過程中起到關(guān)鍵作用，但目前教學過程不能完全滿足新工科背景下應用型機械專業(yè)人才培養(yǎng)的需求。本文在分析目前機械設計課程設計在教學方法、教學內(nèi)容、設計對象及其考核形式等方面問題的基礎上，基于新工科背景，結(jié)合產(chǎn)學研合作提出了問題引導下的機械設計課程設計教改思路，深化產(chǎn)學研合作基礎上，以解決企業(yè)一線典型產(chǎn)品設計需求為目標，以問題為導向，同步實施理論課與課程設計教學，滿足學生個性化發(fā)展需要，達到激發(fā)學生學習的主動些和創(chuàng)新能力的目的。

關(guān)鍵詞：新工科;產(chǎn)學研合作;機械設計;課程設計;先進設計方法

因其理論抽象、概念繁多、實踐性較強的特點，使得專業(yè)課在課程理論學習結(jié)束后均配有課程設計的實踐環(huán)節(jié)，能否對其學懂學透學以致用是一名學生能否向?qū)I(yè)技術(shù)人才轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。隨著新工科建設的逐步深入，應用型人才培養(yǎng)方案也對專業(yè)課課程設計的實踐環(huán)節(jié)提出了更高要求[1]。

機械設計課程是面向機械類相關(guān)專業(yè)學生開設的一門重要的專業(yè)課，通過課程學習要求學生了解通用機械設備的工作原理、掌握通用零件的設計原理、方法和機械設計的一般規(guī)律，進而綜合運用所學知識研究改進并開發(fā)新的零部件。因此，在課程理論學習結(jié)束后，開設為期三周的機械設計課程設計實踐教學環(huán)節(jié)，通過本環(huán)節(jié)把機械設計及其它相關(guān)先修課程中所獲得的理論知識在設計實踐中加以綜合應用，使理論知識和生產(chǎn)實踐密切結(jié)合起來，培養(yǎng)學生的工程設計能力和分析問題、解決問題的能力，是培養(yǎng)學生向工程技術(shù)人員轉(zhuǎn)變的切入點。然而，目前機械設計課程設計存在選題單一、教學模式固定、設計方法滯后等諸多問題，不能完全滿足當前新工科發(fā)展對機械類人才培養(yǎng)的需求，同時對學生個性化學習成長極為不利。

鑒于此，本文結(jié)合新工科建設背景，在產(chǎn)學研協(xié)同育人的基礎上，提出基于問題導向的機械設計課程設計創(chuàng)新教學模式，充分利用合作企業(yè)教學資源，使學生切實感受到生產(chǎn)需求，并以問題驅(qū)動教學的方式，同步開展課堂理論教學與課程設計實踐，幫助學生更好搭建機械設計知識構(gòu)架，提升機械設計課程設計的教學效果。

1 機械設計課程設計教學目前存在的問題

機械設計課程設計一般以傳動裝置中的減速器為設計對象，設計課題主要以圓柱齒輪、圓錐齒輪和蝸桿傳動中任意兩者的組合構(gòu)成兩級減速器[2]。為達到獨立設計和團隊協(xié)作的目的，指導教師一般只進行方向性指導，切實培養(yǎng)了學生獨立設計工作的能力，普遍收獲較大。但通過指導和評閱機械設計課程設計，特別是隨著新工科建設和產(chǎn)學研合作的逐步深入，從中發(fā)現(xiàn)還存在一些必須引起重視和解決的問題。

1.1 教學方法固定且教學內(nèi)容不連貫

新工科背景下，現(xiàn)有機械設計課程設計在教學模式上存在教學方法固定、教學內(nèi)容不連貫問題，難以滿足學生個性化發(fā)展、特別是應用型人才培養(yǎng)的需求。通常一位教師指導近40位學生，時間緊、任務重，在教學上采用“批量生產(chǎn)通用產(chǎn)品”的方法，要求學生按照指導教師規(guī)劃的設計框架，填充式完成模板內(nèi)各部分內(nèi)容，導致學生形成了以習題形式開展設計工作、以進度快和圖紙美觀為得分追求點的片面認識，這嚴重限制了學生思維和個性化開展工作的途徑，使學生欠缺對各部分內(nèi)容間連貫性和前因后果的考慮，設計過程難以體現(xiàn)出學生的創(chuàng)新能力。

1.2 課程設計環(huán)節(jié)與理論教學過程脫節(jié)

機械設計課程設計通常安排在機械設計課程結(jié)束后才統(tǒng)一布置設計題目，要求學生在三周內(nèi)完成設計工作任務，由于理論課程持續(xù)時間較長，且缺乏實際工程問題的設計訓練，學生對理論課程知識點記憶淡化，需重溫和實操課程內(nèi)容而花費較多時間，造成課程設計時間緊張，學生都要加班加點，通宵達旦，對很對知識點的實際應用來不及思考就在匆忙中完成課程設計[3]，在注重效率的情況下忽略了設計質(zhì)量。

1.3 課程設計選題陳舊單一

長期以來，課程設計的命題主要是根據(jù)機械設計所學內(nèi)容對通用二級齒輪減速器進行設計，相關(guān)指導書和網(wǎng)絡資源豐富，難免有部分學生存在抄襲和依葫蘆畫瓢的仿制現(xiàn)象，就導致學生缺乏學習的主動性、積極性，并少有結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設計[2]。因此，從命題角度看，現(xiàn)有課程設計缺少新工科背景下對產(chǎn)學研合作企業(yè)新型零件設計的考慮。

1.4 設計方法滯后

隨著計算機技術(shù)的廣泛應用，如何利用先進的設計方法和技術(shù)手段進行新產(chǎn)品設計，最大程度縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和節(jié)約開發(fā)成本，已成為同行們所追求的目標。

一方面，目前機械設計課程設計仍要求學生采用手工繪圖，修改工作量較大，但往往繪圖效率較低且繪圖質(zhì)量層次不齊，也是導致學生不能如期完成設計任務的主要原因之一。另一方面，新工科背景下，機械產(chǎn)品的開發(fā)和設計方法已逐漸改變，計算機輔助工程及其創(chuàng)新設計方法已被提升到了重要地位[4]。有限元分析作為先修課程，其所強調(diào)的對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析、力學分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計方法已成為機械設計的重要方法，能有效減少不必要的手工重復計算。

1.5 考核方式單調(diào)

課程設計的指導通常注重方向性引導，已期望學生獨立完成整個設計過程的目的。因此，在最終考核上采取學生對設計過程答辯方式闡述，加之對完成圖紙及設計報告評分給出最終成績，缺乏對各設計環(huán)節(jié)的關(guān)注，缺乏設計過程中的交流與互動，難以有效調(diào)動學生學習積極性，對抄襲和獨立完成情況的判斷和最終成績的評定欠公平。

2 新工科背景下基于問題的教改思路

新工科教育理念的提出對人才培養(yǎng)提出了更高的要求，隨之制定了新版人才培養(yǎng)方案。作為應用型本科院校，機械類專業(yè)已全面實行卓越工程師人才培養(yǎng)模式，在人才培養(yǎng)過程中增加了實踐教學的比重，重視理論知識的同時更加重視實踐教學環(huán)節(jié)。因此，課程設計實踐教學環(huán)節(jié)的教改也迫在眉睫。本文在目前教學環(huán)節(jié)突出問題的基礎上，結(jié)合新工科建設要求，對機械設計課程設計的教學提出以下教改思路。

2.1 問題引導下理論教學與課程設計同步進行

一方面在新工科背景下，更應注重加強學生專業(yè)實踐的教學環(huán)節(jié)，在本課程進行前或課程實驗（機械零件認知）環(huán)節(jié)，有目的的將學生帶入產(chǎn)學研合作企業(yè)工廠參觀實習，在企業(yè)現(xiàn)場開展機械零件認知實驗，并了解企業(yè)生產(chǎn)實際需求，讓學生自行選擇或企業(yè)師傅推薦相關(guān)產(chǎn)品重點認知，作為自己課程設計目標;另一方面，在開展機械設計理論教學伊始，指導教師布置課程設計任務，將理論課學習和課程設計同步進行，按照理論課教學進度，學習完一部分理論內(nèi)容后，學生應針對該部分理論知識完成課程設計中相應模塊的設計、計算任務，將理論知識得以充分實踐，既增強學生應用理論知識解決工程問題的能力，又保證課程設計任務順利完成。

2.2 產(chǎn)學研合作基礎上擬定課程設計命題

在題目設定方面應盡可能從產(chǎn)學研或?qū)W生經(jīng)常開展專業(yè)實踐教學的企業(yè)工廠中獲得，保證學生能在開展實習實踐教學環(huán)節(jié)時經(jīng)常接觸，以提高感性認識。因此，搜集課程設計題目可通過與產(chǎn)學研合作企業(yè)的合作關(guān)系，主動了解企業(yè)需求，將工廠一線問題納入到課程設計中，明確設計目標，提高學生參與課程設計的主動性，將原有仿制產(chǎn)品設計轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生主動思考型。

2.3 運用先進設計方法提高產(chǎn)品開發(fā)效率

新形勢下，產(chǎn)品的開發(fā)過程更注重先進設計方法，不僅縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，又節(jié)省了大量開發(fā)成本。課程設計對學生能力的培養(yǎng)應注重學生和工程技術(shù)人員過渡過程的培養(yǎng)，將三維設計軟件、二維繪圖軟件和有限元分析軟件引入到課程設計，學生可采用三維設計軟件完成系統(tǒng)方案設計和結(jié)構(gòu)設計，利用有限元分析軟件完成結(jié)構(gòu)受力、壽命模擬及結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程，最后使用二維制圖軟件完成零件圖和裝配圖的繪制，不僅提高了課程設計的含金量，同時也大大提高了產(chǎn)品設計和繪圖質(zhì)量，鍛煉了學生應用先進設計方法進行產(chǎn)品開發(fā)的能力。

2.4 增加設計過程的評分比重

教育部印發(fā)《關(guān)于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》的文件中提到，在教學方面，應嚴格過程考核，加大過程考核成績在課程總成績中的比重。因此，指導教師更應注重在設計過程中與學生的交流和討論，在不同設計階段，及時了解和記錄學生設計情況，給予相應評分，作為最終成績的重要組成成分，以調(diào)動學生學習的積極性，同時也能有效避免抄襲現(xiàn)象的發(fā)生，從而保證最終成績能全面反映出學生的設計能力。

3 結(jié)語

新工科建設是對傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級改造，更是以學生實踐能力本位的培養(yǎng)模式，這就要求更加注重學生實踐能力和創(chuàng)新能力的鍛煉。結(jié)合產(chǎn)學研合作，基于問題引導下的創(chuàng)新教學模式正是強調(diào)學生實踐基礎前提下提出的教學改革思路，以解決企業(yè)一線典型產(chǎn)品設計需求為目標，通過同步實施理論課與課程設計兩個環(huán)節(jié)，運用先進設計方法，重視和加大設計過程的評分比重，以滿足學生個性化發(fā)展需要，達到激發(fā)學生學習的主動些和創(chuàng)新能力的目的。

參考文獻：

[1]趙國勇，李志永，程祥，等.新工科背景下機械制造自動化專業(yè)課程體系及教學模式[J].教育教學論壇，2019（38）：181182.

[2]馬登秋，葉振環(huán)，熊飛嶠，等.基于工作室的機械設計系列課程創(chuàng)新教學模式探討[J].遵義師范學院學報，2019，21（05）：133137.

[3]湯曉明，潘曉紅.“目標引導，任務驅(qū)動”下的課程設計與專業(yè)課教學同步的教改嘗試——以機械設計基礎課程為例[J].大學教育，2019（01）：5860.

[4]李霞，陳建萍，魏敏，等.機械設計課程設計現(xiàn)狀與改革實踐的探索[J].教育教學論壇，2016（25）：6364.