機械類專業研究生專業主干課程教學方法與實踐

何寬芳，胡忠舉，楊書儀，尹喜云

(湖南科技大學a.機械設備健康維護湖南省重點實驗室;b.機電工程學院，湖南湘潭411201)

在機械設計領域，伴隨著機械生產實際的需要和先進技術的出現，必須促進機械設計理論與方法的改革和發展，用科學的設計方法代替經驗的、類比的設計方法已勢在必行。隨著科學技術的迅猛發展以及計算機技術的廣泛應用，傳統設計已發展成為一門新興的綜合性、交叉性學科-現代設計理論與方法，主要面向機械產品設計。縮短設計周期、提高設計質量、發展設計理論、改進設計技術及方法已成為當前機械設計的必然趨勢。故機械類專業的研究生學習中均開設了相關課程。作者以“現代設計理論與方法”教學為例，圍繞機械類專業研究生專業課程的教學談幾點教學思考。

現代設計理論與方法課程內容涉及的知識面較廣，除了包含機械類專業原有知識的提煉，還涉及到很多新的專業基礎知識，主要包括以下幾方面內容:優化設計、可靠性設計、有限元、虛擬設計、綠色設計、模塊化設計、計算機輔助設計等［1］。同時，研究生來源于各個層次學校，其本科專業課程所設不一致、每個學生專業基礎學習成績也存在差異，而且進入研究生學習階段，每個學生對應導師的研究課題在方向上不一致。因此，在有限的學時內，如何把握教學內容重點、提升課程教學效率、提高學生主動性和興趣，為后續科研課題開展打好基礎。是這門課程不斷建設、提升需要考慮的環節。本文針對研究生課程現代設計理論與方法的教學，圍繞教學內容、教學方法、教學條件與平臺和教學評價四個主要環節進行了探討。

一 覆蓋面廣、重點突出的教學內容

對于機械類研究生主干課的授課內容的選擇，不要僅局限于教材內容，同時應該考慮如下幾個方面的因素［2］。

(1)研究生生源不一致，來源于不同學科和不同學校，由于其本科專業課程所設不一致、每個學生在這么課程前期所學專業基礎學習成績也存在差異。

(2)進入研究生學習階段，每個學生對應導師的研究課題在方向上不一致。如湖南科技大學經過多年建設與發展，湖南科技大學機電工程學院已形成機械設計及理論湖南省重點學科，本學科面向礦山開采和工程建設裝備需求，立足湖南裝備制造業，緊密結合湖南礦山機械、工程機械、新能源裝備產業集群，該學科研究生導師圍繞在現代礦山裝備設計與制造、機械設備健康維護、機電系統動力學與控制、制造過程監控與制造業信息化等方面進行科研工作，研究內容所涉及的知識面包括機械設計、制造、自動化控制等。課程內容應選擇知識面廣，覆蓋各個方向的專業知識。

(3)研究生應該注重在創新、自我學習能力、理論轉為實踐能力方面的培養，課程學習應該由過去知識傳授型向研究創新型轉變，課程設置與教學內容的設計必須為創新、主動學習和實踐能力奠定知識基礎。

機械設計方法的發展經歷了傳統設計到現代設計的轉變，體現了各學科先進理論與方法在該領域應用和創新，形成的現代機械設計理論與方法種類繁多，內容十分廣泛。張鄂編寫的《現代設計理論與方法》較全面系統地介紹了現代設計理論與方法，內容包括:優化設計、可靠性設計、計算機輔助設計、有限無法、工業造型設計、反求工程設計、綠色設計、動態設計、系統化設計與創造性設計和摩擦學設計等，該書既有現代設計理論與方法體系較廣的覆蓋面，又能加強重點。選擇該書作為研究生專業基礎課程，通過的合理課程建設和科學的教學，能使學生在有限的課時內，既能對本門新興學科有較全面的了解，又能對其中重要的設計方法有較深入了解與應用，以提高他們的創新設計技能［1］。

根據研究生的課程實際學習情況，在教學內容選擇時，應該地把《現代設計理論與方法》課程教材中包含的靜態學習內容，利用多種途徑轉化為動態知識。授課內容選擇中要注意以下幾點:

(1)確保教材內容中重點突出，在教學手段上、教學時間上予以充分的保證。如在講授該課程內容優化設計、可靠性設計章節時，應保證有充分的教學時間，從不同的角度、不同的方式對重點內容進行多方位的敘述、分析、練習等。

(2)對于重點內容，除了課堂講授外，還應該利用輔助軟件和工具如MATLAB、ANSYS等，在作業環節、實踐應用環節中設計相應的題目給學生完成，進一步掌握熟悉理論基礎以及能夠對所學知識進行靈活應用。

(3)設置課程基礎預習、重點講解、課后練習和復習等環節，在空間和時間上給予不同層次的學生能夠充分掌握課程內容和重要知識點。

二 高效的創新型教學方式

課堂教學是教學過程中的核心環節，如何在教學過程中生動而富有吸引力地把教學內容完美地教授給學生，筆者認為可以從以下幾個方面來進行:

(1)充分保證重點內容講授的時間，在教學過程中，要圍繞重點，投入較多的時間和精力，講深，講透。而對于那些不要重要的，學生一看就懂的內容，可以讓學生自己去學，去復習。對重點教學內容，借助多媒體技術加強教學效果，從多種角度去加以討論、辨析、研究，在時間上給予足夠的保證。

(2)教師在進行知識傳授、和學生討論交流過程時，要求用詞準確、形象、生動、深入簡出，同時要求啟發學生如何將新的知識點切入到自身課題的研究中。

(3)課程內容講解過程注重師生互動，雙向交流，針對講授知識點開設專題討論課，發揮學生的主體作用，學生事先做好準備，結合自己的研究方向或興趣，提出自己對所講知識點的見解。討論時，主張思想活躍，踴躍發表自己的意見，由老師和學生對現場討論進行記錄，總結發言。為學生提供了探索問題的空間，培養學生的創新能力。

(4)加強創新意識與應用能力的培養，如在優化設計和可靠性設計章節，側重應用可靠性理論與方法和優化數學模型的思想與方法來解決一個機械設計實際工程問題。

同時，積極整合優秀科研成果和教改成果，充分利用學科建設的科研、實驗條件實驗，來用“以實際設計案例和實驗為主線的現代設計理論與方法課程教學模式”進行教學。跟蹤國際先進設計理念與方法，建立以學生為主體、教師為主導的基于探索和研究的教學模式，并根據“如何解決一個設計問題?”來進行現代設計理論與方法課程教學規劃和組織教學活動。

三 強有力的教學條件與平臺

(1)建設一支高水平的教師隊伍。擁有一支高水平的教師隊伍是保證課程教學質量的基礎。在教學隊伍建設方面，采用主講教授負責、青年教師參與、實驗教師配合、研究生輔導的方式，形成一支專業結構合理，理論水平較高，實踐能力較強，職稱、學歷、年齡結構較為理想穩定的教學團隊。促進教師與專業實踐的結合，使教師教學水平和能力全面提升。同時，根據研究生研究方向特點，大力開展產學研合作人才培養，積極引入本地區知名企業高級專家，開展講學、交流活動，并適當聘請企業技術人員為該課程長期實踐授課教師。

(2)建設寬口徑立體教材及網絡教學平臺建設。根據研究生人才培養計劃，該課程作為機械類研究生必修課，面向機械設計、機械電子及制造及自動化等方向的研究生，提出一個適合寬口徑教學需要的現代設計理論與方法課程教學內容和體系結構，為學生將要從事現代礦山裝備設計與制造、機械設備健康維護、機電系統動力學與控制、制造過程監控與制造業信息化等方面的學習和科研工作打下基礎。根據教學需要準備相關配套的教案、案例庫、參考文獻、國內外學習網絡資源及媒體資源等，為研究生提供自主學習平臺，實現優質教學資源共享。

(3)創建高水平現代機械設計與計算分析教學輔助平臺。利用機械工程學科現有的工程分析與計算軟硬件系統，如美國惠普公司圖形工作站HP Z800、美國ANSYS公司仿真分析軟件系統ANSYS 2013、美國MSC軟件公司多體機構運動學及動力學仿真軟件ADAMS 2012、美國Altair公司有限元分析系統網格劃分軟件Hypermesh 10.0、美國Eigen Technologies，Inc.面向工程的轉子動力學及軸承分析軟件DyRoBeS 14.20、英國Isograph公司可靠性設計分析系列軟件Isograph 2010、美國DCS公司3DCS尺寸公差控制系統軟件和美國Third Wave System公司TWS-金屬切削仿真軟件等。通過資源整合、合理規劃，以課程教學改革帶動實驗教學改革和實驗室建設，以搭建機械設計與計算分析實驗室為基礎，建設以可設計、可計算、可分析的高水平現代機械設計與計算分析實驗室，增加綜合性、創新性、研究性實驗開出能力。

四 科學合理的教學評估指標體系

課程教學評估內涵具有雙重性，即一方面考核學生通過課程學習所達到的學習效果，主要是教師對學生進行考評，包括定期、不定期考評，一般是依據學生學習過程中完成的大型作業和學習后所提交的課程論文來判斷學生的學習成績;另一方面主要對授課老師或團隊的教學進行監督和評估，通過教師、學生或有關專家組成的教學督導組，對課堂教學、備課、考試、作業等環節進行評價，為教師提供教學效果方面的反饋信息，促進研究生專業課程的教學不斷完善，以實現研究生創新能力培養目的。課堂教學評價需要師生共同參與才能連續不斷地保障學生的學習［3］。

在對教學評估過程，不管是對學生的考評還是對老師教學效果的考核，都需要雙方的反饋信息，因此，如何制定科學合理的教學評估指標體系是實現專業課堂教學質量評定的關鍵，直接影響到學校的研究生教學的管理水平和效率。在現有的評估指標的基礎上，對評估指標體系進行修改與完善，聽取同學和教師的意見，改革學生考試方法，加大工程實踐技能和表達能力、組織能力、合作能力等綜合素質在學習成績評定中的比重等，加入到影響研究生專業課堂教學質量的關鍵因素，以該課程參與主體教師和學生為參評對象，初步制定了課堂教學評價指標體系。該體系由一級指標百分制和多個二級指標組成，一級指標分攤到授課老師和學生各個二級指標，二級指標考核內容主要由授課老師和學生在教學、學習過程中的各個環節所組成如教學方法、教學內容、學習方式、實踐技能、學習成績等，實際考核過程中，根據班級學生和授課老師的評分加權計算分值，計算所得的分值作為評價課程教學效果的定量指標。科學合理的課堂教學評價指標體系應不斷進行實證檢驗，對其科學性、公正性、有效性進行分析和研究，不斷修訂完善［4，5］。

五 結語

現代設計理論與方法是一門新興的綜合性、交叉性學科，是機械專業方向的一門重要的專業課程，旨在從總體的角度系統地向學生講授現代機械設計的基本思想和方法，2004年作為湖南科技大學專業主干課程開始面向機械類研究生開設、授課。該課程開設至今，不斷更新教學理念、方法和手段，教學效果良好，受到師生好評。作者根據自身的教學體會，在這門課教學內容、教學方法、教學條件與平臺和教學評價四個方面進行了總結。與此同時，課程教學的建設與發展應與時俱進，跟蹤國際和同行的先進設計理念與方法教學經驗，不斷推進研究生課程體系、教學內容、教學模式的改革與創新，形成能夠反映學科前沿、適應學科發展的研究生優質課程，全面提升研究生教育質量與水平。

［1］張 鄂.現代設計理論與方法［M］.北京:科學出版社，2007.

［2］周文靜.工科類研究生專業基礎課程教學方法探討［J］.中國校外教育，2009(8):577-578.

［3］李康杰.碩士研究生課堂教學評價的設計［J］.高等教育研究，2011(6):91-92.

［4］喬 琳.新形勢下研究生教學評估中存在的問題和對策［J］.西南科技大學高教研究，2009(2):62-64.

［5］翟亞軍，哈明虎.我國研究生課程教學中存在的問題及對策研究［J］.中國高教研究，2004(6):41.