劉后廣 程志紅 楊建華 劉送永 彭玉興

摘 ?要 培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)需求的關(guān)鍵能力，是我國(guó)新工科建設(shè)對(duì)人才培養(yǎng)提出的新要求，也是當(dāng)今工程教育面臨的主要問(wèn)題。由于機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)對(duì)工科學(xué)生綜合能力培養(yǎng)影響較大，研究現(xiàn)有教學(xué)過(guò)程對(duì)學(xué)生關(guān)鍵能力培養(yǎng)的不足，并從教學(xué)理念、教學(xué)方法、評(píng)價(jià)體制等三個(gè)方面，探討教學(xué)過(guò)程中值得改進(jìn)的方向。

關(guān)鍵詞 新工科;機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ);課程設(shè)計(jì);教學(xué)改革;虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2019）18-0081-03

Thinking and Discussion on Teaching Reform of Course Design

for Fundamentals of Mechanical Design in Emerging Enginee-ring//LIU Houguang， CHENG Zhihong， YANG Jianhua， LIU Song-yong， PENG Yuxing

Abstract Cultivating students key ability to adapt to the needs of industrial transformation and upgrading is a new requirement for the cultivation of talents in the construction of emerging engineering in

our country， and it is the main problem facing engineering education today. Because the Course Design for the Fundamentals of Mecha-nical Design has a great influence on the comprehensive ability trai-

ning of engineering students， this paper studied the shortage of the

key ability training in the current teaching process. Besides， the direc-

tion that is worth improving in the teaching process was discussed from three aspects： teaching concept， teaching method and evalua-tion system.

Key words emerging engineering; fundamentals of mechanical de-sign; course design; teaching reform; virtual simulation laboratory

1 引言

制造業(yè)為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)主體，針對(duì)我國(guó)制造業(yè)大而不強(qiáng)及世界新一輪的產(chǎn)業(yè)變革，國(guó)務(wù)院提出“中國(guó)制造2025”重大戰(zhàn)略[1]，將高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人、航空航天裝備、先進(jìn)軌道交通裝備等列為十大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。隨著該戰(zhàn)略的實(shí)施，全國(guó)向新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式經(jīng)濟(jì)形態(tài)轉(zhuǎn)型過(guò)程中，迫切需要大量具有工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力及國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)工程技術(shù)人才。為了滿足該新型工程技術(shù)人才的需求，教育部于2017年提出開(kāi)展新工科建設(shè)[2]，以新產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型為背景，探索“新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新分類(lèi)”的新型工程教育改革。該支撐國(guó)家新形勢(shì)下產(chǎn)業(yè)升級(jí)的工程教育改革，對(duì)工程技術(shù)人才培養(yǎng)過(guò)程中的培養(yǎng)理念、培養(yǎng)模式及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等都提出更高的要求。與此同時(shí)，中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布的《關(guān)于深化教育體制機(jī)制改革的意見(jiàn)》中，將培養(yǎng)支撐終身發(fā)展、適應(yīng)時(shí)代需求的關(guān)鍵能力作為人才培養(yǎng)重點(diǎn)[3]。故關(guān)鍵能力的培養(yǎng)已成為新工科建設(shè)下高素質(zhì)工程技術(shù)人才教育的新方向。這種工程人才的關(guān)鍵能力，體現(xiàn)在職業(yè)道德、工程思維能力、工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、終身學(xué)習(xí)能力、領(lǐng)導(dǎo)能力等方面[4]。因此，新工科建設(shè)下，工程教育及課程教學(xué)的改革應(yīng)該注重學(xué)生上述關(guān)鍵能力的培養(yǎng)。

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是一門(mén)圍繞常用機(jī)構(gòu)的工作特性、設(shè)計(jì)方法，及通用零部件的工作原理、選型及設(shè)計(jì)計(jì)算的設(shè)計(jì)類(lèi)課程，是從工程制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)等理論基礎(chǔ)課向工程機(jī)械等實(shí)踐性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)課程過(guò)渡的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課[5]。由于其對(duì)培養(yǎng)學(xué)生掌握工程設(shè)計(jì)基本技能上具有重要意義，現(xiàn)已成為國(guó)內(nèi)高校諸多工科專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的技術(shù)基礎(chǔ)課程。就中國(guó)礦業(yè)大學(xué)情況來(lái)說(shuō)，該課程面向采礦工程、安全工程、工業(yè)設(shè)計(jì)等非機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)，以及材料科學(xué)與工程、熱能與動(dòng)力工程等近機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè);每學(xué)年授課班級(jí)數(shù)高達(dá)30多個(gè)，學(xué)生1200多人次，直接影響學(xué)校近五分之一的學(xué)生。

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是該門(mén)課程配套的一項(xiàng)重要的教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，要求學(xué)生能夠根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，給出綜合考慮機(jī)械功能、性能、結(jié)構(gòu)、材料、工藝等多方面因素的設(shè)計(jì)方案，是學(xué)生首次接受的全面工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練。該訓(xùn)練要求學(xué)生能夠綜合運(yùn)用所學(xué)理論課程解決實(shí)際工程問(wèn)題，對(duì)學(xué)生樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想、掌握基本設(shè)計(jì)理論和方法、查閱及運(yùn)用設(shè)計(jì)資料、培養(yǎng)良好的工程素質(zhì)具有關(guān)鍵的先導(dǎo)性作用。作為工科優(yōu)勢(shì)高校，如何響應(yīng)國(guó)家新工科建設(shè)號(hào)召，探索機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)這門(mén)對(duì)工科院校影響廣泛的課程的教學(xué)改革，強(qiáng)化學(xué)生的關(guān)鍵能力培養(yǎng)，是面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。本文針對(duì)該課程當(dāng)前的教學(xué)情況，結(jié)合新工科建設(shè)對(duì)高素質(zhì)工程人才的關(guān)鍵能力需求，就該課程能力培養(yǎng)過(guò)程中存在的不足及有待改進(jìn)的內(nèi)容進(jìn)行探討。

2 當(dāng)前教學(xué)存在的主要問(wèn)題思考

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是諸多工科學(xué)生首次接觸的工程訓(xùn)練課程，對(duì)學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題能力及工程素養(yǎng)的培養(yǎng)具有較大影響。新形勢(shì)下，應(yīng)該結(jié)合新工科關(guān)于人才關(guān)鍵能力培養(yǎng)的需要，對(duì)課程教學(xué)方法的進(jìn)一步改進(jìn)進(jìn)行研究。下面從現(xiàn)有設(shè)計(jì)內(nèi)容、教學(xué)過(guò)程、繪圖能力等方面進(jìn)行分析，闡述課程教學(xué)存在的主要不足。

從設(shè)計(jì)內(nèi)容來(lái)看 ?課程設(shè)計(jì)的題目，一方面影響學(xué)生工程能力培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，另一方面受學(xué)生所處階段的知識(shí)水平及教學(xué)時(shí)間限制。現(xiàn)今國(guó)內(nèi)大部分高校的課程設(shè)計(jì)選題仍沿用20世紀(jì)30年代蘇聯(lián)列寧格勒加里寧工學(xué)院的方法，即以齒輪減速器設(shè)計(jì)為核心。學(xué)生根據(jù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)資料中的方法，確定傳動(dòng)方案、參數(shù)計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并繪制相應(yīng)的裝配圖、零件圖，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。設(shè)計(jì)對(duì)象包含了機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)中的核心內(nèi)容，有助于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握。但題目陳舊，學(xué)生缺乏新鮮感，簡(jiǎn)單抄襲往年材料的情況嚴(yán)重。以至于近年來(lái)，很多學(xué)者認(rèn)為該選題內(nèi)容過(guò)于固化，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng);并建議通過(guò)結(jié)合創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、科研項(xiàng)目等進(jìn)行選題，對(duì)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行拓展。但該門(mén)課程是學(xué)生第一次接觸的工程實(shí)踐，學(xué)生工程基礎(chǔ)薄弱，且課程設(shè)計(jì)時(shí)間短。教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，成績(jī)中等偏上的學(xué)生完成傳統(tǒng)選題內(nèi)容，都需要通過(guò)加班來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，引入較新的設(shè)計(jì)題目，超越了大部分學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)水平，且會(huì)讓學(xué)生用去太多的時(shí)間查閱資料，造成大部分學(xué)生無(wú)法完成，失去課程設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)的整體意義。如何在現(xiàn)有設(shè)計(jì)內(nèi)容基礎(chǔ)上提升學(xué)生關(guān)鍵能力的培養(yǎng)，使學(xué)生適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需求，是目前面臨的一個(gè)主要問(wèn)題。

從教學(xué)過(guò)程來(lái)看 ?機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)的完成時(shí)間通常在1～2周，隨著專(zhuān)業(yè)的不同而改變。其教學(xué)主要由設(shè)計(jì)前指導(dǎo)和設(shè)計(jì)過(guò)程中輔導(dǎo)這兩部分組成。其中，設(shè)計(jì)前指導(dǎo)主要是任課教師在學(xué)生選題時(shí)對(duì)課程設(shè)計(jì)的主要過(guò)程進(jìn)行2～4課時(shí)的介紹。采用以課堂講授為中心的講授模式，教學(xué)手段主要依靠講授PPT電子講稿。因?qū)W生缺乏工程經(jīng)驗(yàn)，該指導(dǎo)過(guò)程中，學(xué)生難以理解所述機(jī)械結(jié)構(gòu)的實(shí)際意義。講解重點(diǎn)在于機(jī)械系統(tǒng)零件設(shè)計(jì)及箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而對(duì)方案設(shè)計(jì)及制造工藝介紹較少，學(xué)生缺乏對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)全流程的準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)及構(gòu)思訓(xùn)練。而設(shè)計(jì)過(guò)程中的輔導(dǎo)主要是在課程設(shè)計(jì)開(kāi)展期間，任課教師每天去設(shè)計(jì)教室現(xiàn)場(chǎng)對(duì)學(xué)生存在的問(wèn)題進(jìn)行答疑，通常每天2～3小時(shí)。該指導(dǎo)過(guò)程中，由于課程設(shè)計(jì)時(shí)間較短，涉及的知識(shí)面卻較廣，部分學(xué)生無(wú)法在短期內(nèi)真正掌握設(shè)計(jì)過(guò)程，不敢咨詢?nèi)握n教師，只能簡(jiǎn)單地照抄設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)中的資料，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)目標(biāo)。與此同時(shí)，教師對(duì)學(xué)生最終成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)相對(duì)單一，主要依靠學(xué)生最終的答辯成績(jī)及圖紙和說(shuō)明書(shū)質(zhì)量，對(duì)中間完成過(guò)程的評(píng)估較少。這種以個(gè)人為單位的評(píng)價(jià)，造成學(xué)生只注重自己工作的完成情況，不能有效培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力及領(lǐng)導(dǎo)能力。

從工程繪圖能力訓(xùn)練來(lái)看 ?針對(duì)學(xué)生在開(kāi)該門(mén)課程時(shí)工程制圖基礎(chǔ)薄弱，國(guó)內(nèi)院校主要要求學(xué)生繪制二維工程圖紙來(lái)完成課程設(shè)計(jì)。但從完成情況來(lái)看，學(xué)生CAD圖紙出現(xiàn)抄襲現(xiàn)象，部分圖紙是基于一個(gè)電子模板完成，失去了課程設(shè)計(jì)的培養(yǎng)意義。針對(duì)該問(wèn)題，很多教師要求學(xué)生手工繪制圖紙。這種手工繪圖雖然避免了抄襲現(xiàn)象，加強(qiáng)學(xué)生二維工程圖紙的繪圖能力，但也帶來(lái)一些問(wèn)題：一方面，手工繪圖占用時(shí)間較多，且沒(méi)有培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)繪圖能力;另一方面，由于現(xiàn)有企業(yè)工程圖紙繪制主要采用CATIA、UG、Pro/E等工業(yè)三維設(shè)計(jì)軟件完成，這種傳統(tǒng)的二維繪圖方法已脫離企業(yè)對(duì)現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)的技術(shù)需求。

針對(duì)該問(wèn)題，很多學(xué)者提出采用三維設(shè)計(jì)軟件來(lái)完成課程設(shè)計(jì)，但開(kāi)課時(shí)真正掌握三維設(shè)計(jì)軟件的學(xué)生較少，而課程設(shè)計(jì)課時(shí)有限，教師無(wú)法額外指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)該類(lèi)軟件，使得三維繪圖在該課程上的實(shí)際推廣存在較大困難。此外，從工程圖紙完成質(zhì)量來(lái)看，部分學(xué)生還不能準(zhǔn)確應(yīng)用機(jī)械制圖的前期知識(shí)，零件圖中零件形狀的繪制和公差標(biāo)注、裝配圖中配合尺寸的標(biāo)注等都存在較多問(wèn)題。

3 課程設(shè)計(jì)教學(xué)方法和教學(xué)手段改革探討

改變教學(xué)理念，增加工程實(shí)踐 ?現(xiàn)有課程設(shè)計(jì)教學(xué)主要側(cè)重于知識(shí)傳授，而新工科建設(shè)要求高校能夠?yàn)樯鐣?huì)提供高素質(zhì)復(fù)合型工程人才，故教學(xué)過(guò)程中還需注重學(xué)生綜合能力、素養(yǎng)等的培養(yǎng)。其中，知識(shí)傳授方面，在讓學(xué)生夯實(shí)教材中的主要設(shè)計(jì)理論的基礎(chǔ)上，需注重培養(yǎng)學(xué)生具有綜合應(yīng)用所學(xué)理論知識(shí)，分析和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力;培養(yǎng)學(xué)生查閱最新文獻(xiàn)資料，緊跟學(xué)科前沿的能力。在綜合能力培養(yǎng)方面，要在課程設(shè)計(jì)中注重學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力及自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。而素養(yǎng)方面，既要注重學(xué)生做人、做事基本素質(zhì)的培養(yǎng)，還要注重學(xué)生做學(xué)問(wèn)的工程素質(zhì)培養(yǎng)。除了教學(xué)理念改變，還需進(jìn)一步加強(qiáng)工程實(shí)踐環(huán)節(jié)，提升學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力。現(xiàn)有課程設(shè)計(jì)教學(xué)還停留在理論設(shè)計(jì)上，沒(méi)有加工樣機(jī);學(xué)生完成的主要是理論上的復(fù)習(xí)，對(duì)產(chǎn)品的加工、制造缺乏認(rèn)識(shí)，造成該實(shí)踐訓(xùn)練不能滿足時(shí)代對(duì)工科學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力的需求?？紤]到采用傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)成本較高，而3D打印該成本相對(duì)較低的新興技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)[6]，可將3D打印技術(shù)引入課程設(shè)計(jì)，讓學(xué)生參與加工過(guò)程，提升其動(dòng)手能力，且便于教師評(píng)價(jià)課程設(shè)計(jì)完成質(zhì)量。

改革教學(xué)方法，增加教學(xué)資源 ?課程設(shè)計(jì)存在的很多問(wèn)題，主要受課時(shí)限制，使得傳統(tǒng)教學(xué)方法無(wú)法解決。通過(guò)很多學(xué)者建議的課程設(shè)計(jì)融入課堂的方法，提前給學(xué)生布置課程設(shè)計(jì)題目，可以拓展學(xué)生的設(shè)計(jì)時(shí)間。但一部分學(xué)生自學(xué)能力及自我約束能力不強(qiáng)，僅提前布置任務(wù)，并不能讓他們真正提前開(kāi)展設(shè)計(jì)工作，而機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課堂中又不能拿出較多時(shí)間指導(dǎo)課程設(shè)計(jì)。為此，需要探索利用學(xué)生的課外時(shí)間來(lái)指導(dǎo)學(xué)生。

現(xiàn)如今已進(jìn)入教育信息化時(shí)代，隨著國(guó)家精品在線開(kāi)放課程建設(shè)的推進(jìn)，很多課程已經(jīng)通過(guò)慕課等在線課程來(lái)拓展學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)間，提高學(xué)生自學(xué)能力，但針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)的慕課至今還未見(jiàn)報(bào)道。因此，可以圍繞傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)、零部件設(shè)計(jì)、三維繪圖、工程圖標(biāo)注等錄制視頻在線課程，引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展課程設(shè)計(jì)。

此外，教育部于2018年發(fā)布的《關(guān)于開(kāi)展國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)工作的通知》中指出，為了適應(yīng)信息化條件下知識(shí)獲取方式和傳授方式等發(fā)生革命性變化的要求，應(yīng)深化信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)工作。故針對(duì)學(xué)生課程設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)減速器及組成零件感性認(rèn)識(shí)欠缺，可探索建設(shè)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室。

改革評(píng)價(jià)體制，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作 ?改變傳統(tǒng)僅僅以個(gè)人完成的圖紙、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及答辯表現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)方式，增加課程設(shè)計(jì)小組協(xié)作考核、過(guò)程考核。

首先，為了培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作精神，在不改變課程設(shè)計(jì)主體內(nèi)容（齒輪減速器）的情況下，通過(guò)增加應(yīng)用背景（如帶式輸送機(jī)傳動(dòng)裝置、卷?yè)P(yáng)機(jī)傳動(dòng)裝置、螺旋輸送機(jī)傳動(dòng)裝置等），對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組。各小組根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容，對(duì)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行任務(wù)分工。通過(guò)組員間相互溝通、相互合作，共同確定設(shè)計(jì)問(wèn)題解決方案，逐步完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作能力及部分優(yōu)秀學(xué)生團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)能力的培養(yǎng)。

其次，增加課程設(shè)計(jì)過(guò)程考核環(huán)節(jié)。一方面，借助在線視頻課程建設(shè)，通過(guò)設(shè)置在線習(xí)題，增加線上學(xué)習(xí)的過(guò)程考核，把握學(xué)生對(duì)課程設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題的掌握情況;另一方面，增設(shè)各小組于關(guān)鍵設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的進(jìn)展演示匯報(bào)考核，提升學(xué)生溝通、表達(dá)能力的同時(shí)，監(jiān)督學(xué)生對(duì)關(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、CAD工程繪圖的掌握情況，并把握學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作情況。

4 結(jié)語(yǔ)

基于新工科建設(shè)對(duì)學(xué)生關(guān)鍵能力培養(yǎng)提出的新要求，本文對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)這門(mén)對(duì)工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生綜合能力培養(yǎng)影響較大的實(shí)踐課程的教學(xué)情況進(jìn)行了分析，研究了現(xiàn)有教學(xué)過(guò)程中對(duì)學(xué)生關(guān)鍵能力培養(yǎng)的不足，并從教學(xué)理念、教學(xué)方法、評(píng)價(jià)體制三個(gè)方面，探討教學(xué)過(guò)程中值得改進(jìn)的方向。

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