基于卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)的《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教學(xué)方法研究

肖獻(xiàn)強(qiáng) 王家恩

（合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

基于卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)的《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教學(xué)方法研究

肖獻(xiàn)強(qiáng) 王家恩

（合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

根據(jù)工程類卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的要求，結(jié)合目前的教學(xué)現(xiàn)狀，探究探索機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革的必要性及方法，通過優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、面向卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向的課堂教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課堂教學(xué)有機(jī)銜接方法以、課程考核方式及項(xiàng)目化機(jī)械設(shè)計(jì)題庫設(shè)計(jì)五個(gè)方面的研究探索，提出了面向卓越工程師培養(yǎng)模式的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)方法，并取得良好的教學(xué)效果。

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃；課程目標(biāo)；教學(xué)改革

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》是面向機(jī)械和近機(jī)械類工科學(xué)生的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，它是在高等院校課程體系改革中形成的一門集工程力學(xué)、工程材料、熱處理工藝、機(jī)械零件毛坯成形和切削加工技術(shù)等內(nèi)容為一體的綜合性課程。它是學(xué)生剛從大一學(xué)習(xí)的純理論知識(shí)如數(shù)學(xué)、力學(xué)、物理等轉(zhuǎn)向?qū)嶋H應(yīng)用的綜合學(xué)習(xí)及實(shí)踐的重要課程[1]，也是培養(yǎng)學(xué)生綜合分析能力、解決工程實(shí)際問題能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的主干課程，同時(shí)也是學(xué)生由理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)通向?qū)I(yè)課程學(xué)習(xí)的橋梁和紐帶，了解和掌握工程實(shí)際設(shè)計(jì)計(jì)算的開端[2]。高等學(xué)校的工科類專業(yè)基本都開設(shè)此門課，在各個(gè)專業(yè)的教學(xué)大綱中處于“承上啟下”的地位，如圖1所示。以合肥工業(yè)大學(xué)為例，學(xué)校的材料、生物、熱能與動(dòng)力、土木工程、精密儀器、真空、過程裝備等絕大多數(shù)近機(jī)械類工科專業(yè)都開設(shè)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程。

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程本身所涉及的知識(shí)面廣，理論性強(qiáng)，與實(shí)踐結(jié)合緊密，它不但要求綜合運(yùn)用材料力學(xué)、理論理學(xué)、工程材料、機(jī)械制圖、機(jī)械原理及機(jī)械設(shè)計(jì)等相關(guān)知識(shí)來進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，更為重要的是要具有產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)新和解決工程實(shí)踐問題的能力[3]。

1 基于卓越工程師培養(yǎng)模式的教學(xué)改革研究的必要性

隨著我國現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，不但要求學(xué)生具有較好的理論基礎(chǔ)知識(shí)，而且更為重要的是要求他們具有較好的實(shí)踐和創(chuàng)新能力，能夠設(shè)計(jì)出符合社會(huì)需求和具有國際競(jìng)爭(zhēng)力的好產(chǎn)品[4]。針對(duì)目前我國高校的學(xué)生培養(yǎng)模式與社會(huì)需求之間不協(xié)調(diào)的現(xiàn)狀，2009年10月開始，教育部先后召開了3次研討會(huì)，并確定實(shí)施 “卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，試點(diǎn)開展工程師培養(yǎng)模式改革。卓越工程師應(yīng)該具備以下基本九項(xiàng)品質(zhì)：（1）超強(qiáng)的工程分析能力；（2）較好的動(dòng)手能力；（3）較好的創(chuàng)新意識(shí)和設(shè)計(jì)能力；（4）較高的倫理道德標(biāo)準(zhǔn)以及職業(yè)素養(yǎng)；（5）較好的應(yīng)用和更新知識(shí)的能力；（6）持之以恒的學(xué)習(xí)能力；（7）較好的商務(wù)與管理技能；（8）一定的領(lǐng)導(dǎo)才能；（9）良好的溝通能力。同時(shí)，還應(yīng)該兼具以下四個(gè)特質(zhì)：（1）正確理念的堅(jiān)持或自我否定的勇氣；（2）對(duì)局部或整體工程價(jià)值的科學(xué)判斷力；（3）對(duì)權(quán)威工程學(xué)術(shù)或工程技術(shù)獨(dú)到的批判力；（4）優(yōu)秀民族工程文化傳承與世界先進(jìn)工程文化吸收的責(zé)任感。只有具備了以上九項(xiàng)目品質(zhì)和四項(xiàng)特質(zhì)的工程師，才能稱得上是真正的卓越工程師。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)現(xiàn)狀

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程本身所涉及的知識(shí)面廣，理論性強(qiáng)，與實(shí)踐結(jié)合緊密，它不但要求綜合運(yùn)用材料力學(xué)、理論理學(xué)、工程材料、機(jī)械制圖、機(jī)械原理及機(jī)械設(shè)計(jì)等相關(guān)知識(shí)來進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，更為重要的是要具有產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)新和解決工程實(shí)踐問題的能力。目前，各高校的《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教學(xué)主要由實(shí)驗(yàn)教學(xué)、理論教學(xué)和課程設(shè)計(jì)三個(gè)環(huán)節(jié)組成。大部分院校的《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程教學(xué)主要是依靠教師的講解，盡管大多已采用了多媒體輔助教學(xué)，在課程開設(shè)初期，多媒體豐富的畫面確實(shí)可以調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)興趣，但是隨著教學(xué)過程的進(jìn)行，學(xué)生便會(huì)感覺課程內(nèi)容的枯燥零碎而失去學(xué)習(xí)的興趣，從而影響教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生能力培養(yǎng)。

隨著高等學(xué)校各專業(yè)招生人數(shù)的增長(zhǎng)，導(dǎo)致很多高校的基礎(chǔ)硬件教學(xué)設(shè)施不能充分地滿足學(xué)生實(shí)驗(yàn)要求，影響了學(xué)生的機(jī)械實(shí)驗(yàn)認(rèn)知教學(xué)效果，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)生在理論課堂教學(xué)中不能很好地理解課程教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生失去課程學(xué)習(xí)的興趣。作為《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》三個(gè)環(huán)節(jié)中最重要的課堂教學(xué)，隨著多媒體應(yīng)用于教學(xué)以及課時(shí)精簡(jiǎn)，導(dǎo)致更多時(shí)候教師采用“填鴨式”滿堂灌的教學(xué)方法。

3 基于卓越工程師培養(yǎng)模式的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)實(shí)施方法

2010年合肥工業(yè)大學(xué)成為全國61所高校首批實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的試點(diǎn)高校。為了配合實(shí)施“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”，學(xué)校針對(duì)相應(yīng)課程的教學(xué)方法進(jìn)行了改革和創(chuàng)新，“基于卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)改革與方法研究”項(xiàng)目納入學(xué)校的2013年度教學(xué)研究項(xiàng)目，項(xiàng)目主要研究解決如何針對(duì)卓越工程師的培養(yǎng)計(jì)劃實(shí)施機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)方法改革與創(chuàng)新。本次教學(xué)改革項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，根據(jù)教學(xué)的安排，首先在合肥工業(yè)大學(xué)2012級(jí)生物和力學(xué)兩個(gè)專業(yè)進(jìn)行教學(xué)改革試點(diǎn)。針對(duì)這兩個(gè)專業(yè)的學(xué)生機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)比較薄弱，首先進(jìn)行課程教學(xué)方式、手段及考核等調(diào)研，發(fā)放了80份調(diào)研表，收回有效調(diào)研表62份，調(diào)研的結(jié)果如下圖2所示。

從以上調(diào)研統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，學(xué)生對(duì)此門課程的初始學(xué)習(xí)興趣及期望值都保持較高的期望，但也存在擔(dān)心因?yàn)榛A(chǔ)學(xué)不好的因素。針對(duì)情況，作者從以下五個(gè)方面進(jìn)行了教學(xué)改革嘗試。

3.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”包含了機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)的兩部分內(nèi)容，主要內(nèi)容是研究機(jī)械中的常用機(jī)構(gòu)和通用零件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、基本的設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法。現(xiàn)有的教材，為了追求理論知識(shí)的系統(tǒng)性和完整性，致使該課程內(nèi)容多，知識(shí)點(diǎn)散，且大多數(shù)偏重于理論分析，未考慮到近機(jī)類專業(yè)學(xué)生的先修課程開設(shè)不足的實(shí)際情況。例如帶傳動(dòng)受力分析或齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)的推導(dǎo)公式過于冗長(zhǎng)，對(duì)于近機(jī)類專業(yè)學(xué)生不易理解和掌握，因此對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)一些復(fù)雜的的理論推導(dǎo)及證明予以刪除，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)公式的實(shí)際應(yīng)用。增加工程實(shí)例的講解，同時(shí)把課程設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容分解成若干任務(wù)融入課堂教學(xué)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程內(nèi)容的同時(shí)，能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計(jì)中。

3.2 面向卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向的課堂教學(xué)方法改革及實(shí)施

作為一門機(jī)械設(shè)計(jì)方面的基礎(chǔ)課程，課程教學(xué)的主要目標(biāo)應(yīng)該使學(xué)生掌握機(jī)械設(shè)計(jì)與分析的基本能力，在此基礎(chǔ)上培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力；為實(shí)現(xiàn)卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃的前四項(xiàng)品質(zhì)奠定基礎(chǔ)。

在傳統(tǒng)的課程教學(xué)的基礎(chǔ)上，引入“小課程設(shè)計(jì)教學(xué)”，根據(jù)課程教學(xué)的主要章節(jié)和教學(xué)的先后順序，針對(duì)性的安排多個(gè)“小課程設(shè)計(jì)題目”，利用小課程設(shè)計(jì)作業(yè)將課程教學(xué)任務(wù)有機(jī)組合。

3.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課堂教學(xué)有機(jī)銜接方法

實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)起著不可或缺的關(guān)鍵作用，通過試驗(yàn)可以加深學(xué)生對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的基本概念、基本理論的理解，同時(shí)能夠使學(xué)生對(duì)于所學(xué)內(nèi)容獲得感性認(rèn)識(shí)，是對(duì)課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容的補(bǔ)充和擴(kuò)展，有助于提高學(xué)生分析和解決問題的能力。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物教學(xué)。在教學(xué)過程中，安排學(xué)生參觀機(jī)械零部件陳列室或?qū)嵙?xí)中心，結(jié)合課程教學(xué)內(nèi)容對(duì)照實(shí)物進(jìn)行講解，學(xué)生能夠更加直接地感受到所學(xué)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，加深對(duì)教材內(nèi)容的理解。對(duì)于比較復(fù)雜的部分，例如軸系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可首先組織學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)觀察后親自裝拆，增加感性認(rèn)識(shí)，然后再進(jìn)行課堂講解，使枯燥的教學(xué)內(nèi)容變得生動(dòng)。

3.4 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程考核方式的改革探索

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)方法的改革與探索，必須以培養(yǎng)學(xué)生能力為核心，教學(xué)方法的改革必須得到學(xué)生的支持，受限于現(xiàn)狀，學(xué)生在學(xué)習(xí)期間最為關(guān)注的仍是課程的最終考核成績(jī)，如果不研究配套的課程考核方法的改革措施，將導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性受挫。因此，項(xiàng)目需研究針對(duì)教學(xué)方法改革涉及到的課程成績(jī)考核方式，改變以往以一張?jiān)嚲矸謹(jǐn)?shù)決定學(xué)生課程學(xué)習(xí)成績(jī)的考核方法。在原有試卷考核的基礎(chǔ)上，研究加大實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力及理論應(yīng)用能力的考核，適應(yīng)于課程教學(xué)方法的改革和探索。本次授課采用課堂討論發(fā)言、創(chuàng)新機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、小作業(yè)以及卷面考試構(gòu)成最終成績(jī)，降低卷面分?jǐn)?shù)的權(quán)重比例，使學(xué)生能夠更注重于知識(shí)的學(xué)習(xí)和掌握，始終保持較強(qiáng)的學(xué)習(xí)興趣。

3.5 項(xiàng)目化機(jī)械設(shè)計(jì)題庫建立

為配合項(xiàng)目化大作業(yè)課堂教學(xué)方法的改革與實(shí)施，依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)大綱要求及課時(shí)安排，研究設(shè)計(jì)一個(gè)科學(xué)合理的項(xiàng)目化機(jī)械設(shè)計(jì)題庫對(duì)教學(xué)方法的改革與實(shí)施具有重要的意義。因此，項(xiàng)目需根據(jù)各章的教學(xué)內(nèi)容及課時(shí)安排，研究設(shè)計(jì)一個(gè)科學(xué)的項(xiàng)目化機(jī)械設(shè)計(jì)題庫，為實(shí)施教學(xué)方法改革提供支持。

4 卓越工程師培養(yǎng)模式的教學(xué)評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

隨著社會(huì)對(duì)人才能力需求的變化及機(jī)械類課程改革的不斷深化，本課程的學(xué)時(shí)進(jìn)一步被壓縮，《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程內(nèi)容的廣泛性、傳統(tǒng)的教學(xué)體系和學(xué)時(shí)的有限性就產(chǎn)生了矛盾。對(duì)于我校的一些非機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生，由于有更多專業(yè)課需要學(xué)習(xí)，只能將本課程的學(xué)時(shí)壓縮，使學(xué)生普遍感到學(xué)習(xí)吃力，授課教師也覺得采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，考核評(píng)價(jià)方法難以適應(yīng)社會(huì)對(duì)人才能力的需求[5]。

目前，本課程考核方式主要以期末考試成績(jī)?yōu)橹鳎綍r(shí)所占比例極小。在我校，《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》的考試成績(jī)占70%，平時(shí)成績(jī)（包括作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、課堂考勤及課堂表現(xiàn)）占30%。盡管以及逐步趨向于多元化的發(fā)展，但是由于平時(shí)成績(jī)?cè)诮虒W(xué)評(píng)價(jià)中的比例仍然太小，所以實(shí)際上是不足以去反映學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)能力水平以及實(shí)際的學(xué)習(xí)效果的，而且這種評(píng)價(jià)方式也不足以去監(jiān)督學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。有效的教學(xué)評(píng)價(jià)考核應(yīng)該以培養(yǎng)目標(biāo)為依據(jù)，以能力考核為衷心，以知識(shí)考核為參考。在其他的國家和地區(qū)，《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》的考核方式已經(jīng)呈現(xiàn)出多元化的發(fā)展，有很多值得我們?nèi)ソ梃b及學(xué)習(xí)的地方，例如：臺(tái)灣成功大學(xué)，作業(yè)、課堂討論與小考占27%，期中考試兩次（各占23%，共46%），期末考試占27%；美國普渡大學(xué)，課后大作業(yè)包括2次projects占40%（疲勞強(qiáng)度計(jì)算項(xiàng)目作業(yè)占20%，機(jī)械設(shè)計(jì)作業(yè)占20%），期中測(cè)試占20%，2次課堂測(cè)試占20%（每次測(cè)試占10%），期末考試占20%。

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》對(duì)于機(jī)械類的學(xué)生來說是一門非常主要的課程，應(yīng)該著重對(duì)其的教學(xué)評(píng)價(jià)，應(yīng)該采用過程性評(píng)價(jià)和目標(biāo)評(píng)價(jià)相結(jié)合的多元評(píng)價(jià)方法，包括課堂表現(xiàn)、作業(yè)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)、期中及期末測(cè)試等方面。課堂評(píng)價(jià)（10%）主要考察學(xué)生平時(shí)課堂表現(xiàn)，主要包括學(xué)生出勤率、課堂回答問題的表現(xiàn)及課堂討論表現(xiàn)等方面；作業(yè)評(píng)價(jià)（20%）；由于《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》的實(shí)踐性較強(qiáng)，除了教科書上的習(xí)題之外，教師還可以適當(dāng)增加2-3次課后大作業(yè)，大作業(yè)可以結(jié)合實(shí)踐性項(xiàng)目的進(jìn)行布置，提高學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力（20%）。課程考試評(píng)價(jià)占（50%）。既可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也可以提高學(xué)生的動(dòng)手創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，達(dá)到課程教學(xué)目的。

5 結(jié)論

隨著社會(huì)對(duì)于現(xiàn)代化人才的專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)、綜合素質(zhì)以及實(shí)踐能力等個(gè)方面要求的提高，《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程的授課方式，學(xué)習(xí)內(nèi)容及評(píng)價(jià)方法也一個(gè)發(fā)生相應(yīng)的變化。本文結(jié)合卓越工程師的培養(yǎng)目標(biāo)，從五個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)嘗試，取得了不錯(cuò)的教學(xué)效果，使學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和動(dòng)手能力得到了較大的提高。未來將根據(jù)前期的教學(xué)方法改革的效果評(píng)估，完善形成適用于卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)的課程教學(xué)方法和體系。

［1］張瑞華.應(yīng)用型本科院校《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程深化教學(xué)改革探討[J].中國科技博覽,2011,35:469-471.

［2］唐克巖,王振玉,宋黎.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索[J].中國教育技術(shù)裝備,2011,27(9):118-120.

［3］楊可楨,程光蘊(yùn),李仲生.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2007.

［4］田君,韓立發(fā).基于卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)下機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)的改革[J].東莞理工學(xué)院學(xué)報(bào),2013,20(1):100-104.

［5］朱偉,胡愛萍,陳愛蓮.《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程課堂教學(xué)方法及評(píng)價(jià)體系改革研究[J].教改創(chuàng)新,2013:56-58.

合肥工業(yè)大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目“基于卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)改革與方法研究”（XJ201347）。

肖獻(xiàn)強(qiáng)（1978—），男，講師，主要研究方向車輛工程。

湯靜］