基于卓越計劃的機械設(shè)計課堂教學(xué)的探索與實踐*

◆李愛姣

基于卓越計劃的機械設(shè)計課堂教學(xué)的探索與實踐*

◆李愛姣

結(jié)合卓越工程師教育培養(yǎng)計劃，兼顧鐵路行業(yè)發(fā)展需要，對機械設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段進行探索，精心設(shè)計和組織課堂教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動性，提高課堂教學(xué)質(zhì)量和水平，培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計意識和工程設(shè)計能力。

卓越計劃；機械設(shè)計；課堂教學(xué)；車輛工程

1 前言

“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”是我國高等工程教育的重大教學(xué)改革項目，該計劃旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)社會發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才，即“卓越工程師”。“卓越計劃”是在教學(xué)中通過各門課程加以落實的，而課堂教學(xué)是課程的核心，其教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段直接影響著卓越計劃人才培養(yǎng)的質(zhì)量，只有將卓越工程師的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)融入課堂教學(xué)中，才能保證培養(yǎng)目標(biāo)的順利實現(xiàn)［1］。

機械設(shè)計課程是高等學(xué)校工科機類、近機類專業(yè)學(xué)生的一門主干專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程具有很強的工程性、實踐性和應(yīng)用性，在培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)知識體系和增強學(xué)生對機械技術(shù)工作的適應(yīng)能力、工程實踐能力、工程設(shè)計能力和工程創(chuàng)新能力等方面具有很重要的作用，對卓越工程師的培養(yǎng)具有重要的意義。

蘭州交通大學(xué)（以下簡稱我校）機械設(shè)計課程是省級精品課程，教學(xué)已經(jīng)達(dá)到較高水平，但針對“卓越計劃”的課程教學(xué)還在探索中。

機械設(shè)計課程是研究機械共性問題的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，不可能用大量的篇幅去講授專業(yè)知識，但是如果僅僅以教材上的內(nèi)容來講授，學(xué)生很難將本課程與工程實際聯(lián)系起來。因此，針對我校特色專業(yè)車輛工程（參與教育部卓越計劃的專業(yè)之一），結(jié)合多年的教學(xué)實踐，在機械設(shè)計課堂教學(xué)中以“卓越計劃”為導(dǎo)向，引入工程概念，并融入鐵路行業(yè)特色，豐富教學(xué)內(nèi)容，以提高學(xué)生的工程素質(zhì)，為培養(yǎng)卓越工程師奠定基礎(chǔ)。

2 更新教學(xué)理念，強調(diào)學(xué)生主體地位

課堂教學(xué)是整個教學(xué)環(huán)節(jié)的核心，是目前學(xué)校對學(xué)生進行教育的主要形式，是教學(xué)實施過程中最基本、最基礎(chǔ)的工作，在整個教學(xué)實施過程中起著主導(dǎo)作用。

課堂教學(xué)是生命與生命的交流、心靈與心靈的碰撞、情感與情感的交融，在這種相互交流、碰撞、交融的過程中，學(xué)生始終是主體，必須以學(xué)生為本，把提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性作為重點。

教師和學(xué)生是影響課堂教學(xué)質(zhì)量最重要的兩個因素。教師是課堂教學(xué)的組織者、教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)者和教學(xué)理念的倡導(dǎo)者。教師在課堂上既是導(dǎo)演，也是演員，教師的教學(xué)態(tài)度、教學(xué)的組織都直接影響著課堂教學(xué)效果。因此，教學(xué)質(zhì)量的高低在很大程度上系于教師的教學(xué)理念，教師只有全心投入課堂教學(xué)，精心設(shè)計和組織教學(xué)環(huán)節(jié)，創(chuàng)設(shè)適宜的教學(xué)情境、營造寬松和諧的教學(xué)氛圍，在教學(xué)中切實關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，以學(xué)生為本，注重學(xué)生的個性需求，鼓勵學(xué)生積極主動參與教學(xué)活動，才能保障教學(xué)質(zhì)量的不斷提高。

以學(xué)生為本不同于傳統(tǒng)教學(xué)中的“滿堂灌”，而是要突出學(xué)生的主體地位，把以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心、教師“獨白”為主轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩υ挕睘橹鳎儌魇诮虒W(xué)方式為討論式、啟發(fā)式教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的主觀能動性。

以學(xué)生為本雖然強調(diào)學(xué)生的主體作用，但是不能否定教師的主導(dǎo)作用。只有充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，運用創(chuàng)新的教學(xué)手段，調(diào)動學(xué)生的求知欲，才能實現(xiàn)學(xué)生知識的獲取、應(yīng)用、創(chuàng)新及綜合素質(zhì)的提升。

3 拓展教學(xué)內(nèi)容，突出工程應(yīng)用知識

認(rèn)真?zhèn)湔n是一個教師必須具備的優(yōu)秀品質(zhì)，備好課才能上好課。備課時教師應(yīng)當(dāng)充分研究和探求如何在機械設(shè)計課堂教學(xué)中落實“卓越計劃”，從而達(dá)到卓越工程師的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

1）了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況以及對機械設(shè)計課程中將要用到的相關(guān)基礎(chǔ)知識的掌握情況，并把這些相關(guān)知識作為備課的內(nèi)容，增強教學(xué)的針對性，做到從學(xué)生的實際水平出發(fā)，因材施教，有的放矢地教學(xué)。

2）深入鉆研教材、了解教材體系和基本內(nèi)容，分析清楚各個章節(jié)的結(jié)構(gòu)、重點、難點以及章節(jié)之間的聯(lián)系，確立授課的主線，組織好教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)順序，處理好內(nèi)容間的呼應(yīng)，使復(fù)雜的教學(xué)內(nèi)容規(guī)律化、系統(tǒng)化。

大學(xué)課堂教學(xué)上，教師傳授的不僅包括書本上已有的知識，而且要緊跟學(xué)術(shù)動態(tài)，注重教學(xué)內(nèi)容的拓展和更新，向?qū)W生介紹學(xué)術(shù)前沿，開闊學(xué)生的視野，鼓勵學(xué)生的探究意識。教材的更新永遠(yuǎn)趕不上科技的發(fā)展和知識的更新，這就要求教師搜集教學(xué)資料并在教學(xué)實踐過程中將新知識、新技術(shù)、新器件等引入課堂，使學(xué)生及時了解科技發(fā)展的新動向、科研成果的新發(fā)展。通過廣博的教學(xué)內(nèi)容，開發(fā)、挖掘?qū)W生身上不同的潛質(zhì)與精神氣質(zhì)，培育復(fù)合型工程技術(shù)人才。

3）以學(xué)生為本的課堂教學(xué)，學(xué)生自由度更大，課堂教學(xué)中可能出現(xiàn)的各種不確定性的情況也更大，學(xué)生更渴望了解所學(xué)知識與將來從事專業(yè)的聯(lián)系，這就要求教師有更多的知識儲備。

教師要廣泛查閱最新科技資料，掌握鐵路機車車輛的發(fā)展動態(tài)，給學(xué)生帶來最新、最實用的專業(yè)知識，把以教材內(nèi)容為主轉(zhuǎn)變?yōu)榻滩呐c工程應(yīng)用實例相結(jié)合、理論與實際問題互為補充，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生對專業(yè)保持一定的敏感性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和科學(xué)精神，為今后的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

4 明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，理論與實踐合理銜接

機械設(shè)計課程理論性強，概念多，公式推導(dǎo)多且抽象，學(xué)生難以抓住重點。因此，教師在與學(xué)生第一次交流的緒論課就讓學(xué)生清楚該課程的學(xué)習(xí)要點和主線，對該課程的知識框架有整體的認(rèn)識，對教學(xué)思路有準(zhǔn)確的把握。

對于課程的學(xué)習(xí)，興趣的培養(yǎng)莫過于從緒論開始，精心組織和設(shè)計緒論課不僅能給學(xué)生留下深刻的印象，而且能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望。通過介紹我國機械設(shè)計方面取得的成就，喚起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和民族自豪感；讓學(xué)生了解我國機械設(shè)計方面包括鐵路行業(yè)尚不及世界發(fā)達(dá)國家，激發(fā)學(xué)生的使命感。如國內(nèi)少部份企業(yè)可以制造時速200公里級別的動車軸承，但仍然是瑞典SKF、德國FAG、日本NTN等國際巨頭在牢牢占據(jù)著中國的市場，我國高端軸承領(lǐng)域只有攻堅克難才能取得進步，以此激發(fā)學(xué)生的責(zé)任感，使學(xué)生認(rèn)識到學(xué)好機械設(shè)計等專業(yè)基礎(chǔ)課程，打下堅實的理論基礎(chǔ)，才能為祖國機械工業(yè)及鐵路的發(fā)展做貢獻。

目前學(xué)生學(xué)習(xí)目的性很強，只有知道該課程跟自己的目標(biāo)一致，才會花大量的時間和精力去學(xué)習(xí)。因此，為了激發(fā)學(xué)生的求知欲，增強他們對機械技術(shù)工作的適應(yīng)，教師應(yīng)當(dāng)從學(xué)生的角度去看問題。

1）在競爭日益激烈的現(xiàn)代社會中，具有專業(yè)知識的人更具優(yōu)勢，專業(yè)知識是學(xué)生今后從事各種工作的基石，而機械設(shè)計學(xué)習(xí)的最終目標(biāo)就是使學(xué)生能夠創(chuàng)新設(shè)計機械，成為創(chuàng)造性的工程設(shè)計人才。在這種想要成為“卓越工程師”的目標(biāo)驅(qū)動下，學(xué)生自然由被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動的求知。

2）我校是一所具有鐵路行業(yè)背景的工科院校，車輛工程專業(yè)的學(xué)生除了少部分考研，其余90%以上會進入軌道交通領(lǐng)域工作。本專業(yè)培養(yǎng)的是從事機車車輛的設(shè)計、制造、檢修、運用以及技術(shù)開發(fā)等工作的基礎(chǔ)扎實、適應(yīng)性強、具有創(chuàng)新精神和實踐能力的應(yīng)用研究型高級工程技術(shù)人才。而機械設(shè)計課程恰恰是涉及軌道交通領(lǐng)域中設(shè)計、制造、開發(fā)、創(chuàng)新的基礎(chǔ)。因此，學(xué)生為了能在進入車輛工程領(lǐng)域前打下寬廣而堅實的理論基礎(chǔ)，將來成為軌道交通領(lǐng)域的一名卓越工程師，首要的任務(wù)就是學(xué)好機械設(shè)計課程。

5 強化案例教學(xué)，培養(yǎng)工程設(shè)計能力

將案例作為課堂教學(xué)的基本素材，把學(xué)生引到機械設(shè)計工程問題的現(xiàn)場，調(diào)動學(xué)生參與討論，并對案例進行深入分析，領(lǐng)會案例涉及的工程領(lǐng)域中的重要理論，使學(xué)生將機械設(shè)計課程中通用機械零、部件的原理、結(jié)構(gòu)、作用與案例中的實際應(yīng)用相對應(yīng)，實現(xiàn)理論教學(xué)與工程實際的有機結(jié)合。

例如：2002年5月17日，英國的一列火車由于道軌螺絲釘松動，火車出軌；2004年9月，俄羅斯航天專家在拜科努爾發(fā)射場對“聯(lián)盟TMA-5”載人飛船進行系統(tǒng)測試時，飛船對接系統(tǒng)的一個螺栓突然爆裂，飛船發(fā)射被迫推遲兩天；2008年3月，美國航空公司一架波音757客機由于一個螺絲釘松動，導(dǎo)致駕駛艙內(nèi)加熱器起火，擋風(fēng)玻璃上出現(xiàn)無數(shù)裂縫。通過這樣的案例，學(xué)生認(rèn)識到一個小小螺栓的設(shè)計對機器是至關(guān)重要的，從而加強學(xué)生在工程設(shè)計中的安全意識。

結(jié)合DF4內(nèi)燃機車柴油機連桿螺栓斷裂失效的實物，讓學(xué)生了解斷裂的部位、斷口的形貌以及斷裂造成的嚴(yán)重后果，在學(xué)生真切感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上深入分析斷裂原因，思考避免斷裂的辦法，從而培養(yǎng)他們的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。

通過內(nèi)燃機車啟動變速箱，讓學(xué)生學(xué)習(xí)齒輪、軸、軸承等重要零、部件的原理、結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法，彌補機械設(shè)計課程的離散性、零碎性，讓學(xué)生感受到課程各部分之間的聯(lián)系，實現(xiàn)課程的統(tǒng)一。學(xué)生不僅對減速器有了深入的了解，而且與機械設(shè)計課程設(shè)計進行了很好的融合，培養(yǎng)了學(xué)生的工程設(shè)計能力。

將案例教學(xué)應(yīng)用于機械設(shè)計課堂教學(xué)中，為理論知識與工程實際的結(jié)合找到了最佳的切入點，有利于“卓越計劃”的實施，更有利于高素質(zhì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)［2］。

6 多種教學(xué)方法并用，強化學(xué)生思維能力

由于機械設(shè)計課程內(nèi)容多、涉及面廣，要真正學(xué)好這門課程，不僅教師要講好，更要鼓勵學(xué)生主動思考，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。在有限的課堂中引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，主要取決于教師的主導(dǎo)作用。

以往的接受式教學(xué)方法忽略了學(xué)生的主體地位，忽視了學(xué)生的個性需求，課堂上教師與學(xué)生之間缺乏互動和溝通，學(xué)生難以積極主動地參與教學(xué)活動，造成實踐能力不足、創(chuàng)新精神缺乏、團隊意識淡薄。為了更好地實現(xiàn)卓越工程師培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的要求，多種教學(xué)方法并用，實現(xiàn)學(xué)生知識的獲取、應(yīng)用、創(chuàng)新以及綜合素質(zhì)的養(yǎng)成和提升［3］。

教師講授，突出要點 課堂講授是高校重要的教學(xué)方法之一，教師在講授時不能照本宣科，要對教材的核心內(nèi)容、難點內(nèi)容以及教材之外的重要內(nèi)容進行分析和講解。

啟發(fā)、討論式教學(xué)，注重學(xué)生參與、互動 教師精心設(shè)計和選擇在課堂教學(xué)中用于引導(dǎo)學(xué)生分析和討論的問題，或者根據(jù)授課情況在課堂教學(xué)中及時提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考、發(fā)表自己的見解，提出不同的觀點，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

課堂教學(xué)中教師應(yīng)當(dāng)重視師生間的互動，注重學(xué)生參與課堂教學(xué)過程。如講授鏈傳動時，首先根據(jù)課前設(shè)計的問題提出：騎自行車時鏈條出現(xiàn)過什么情況？如何解決？在問題的情境中開展探索性學(xué)習(xí)，強化學(xué)生的思維能力，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在此期間教師要關(guān)注學(xué)生的反應(yīng)，鼓勵學(xué)生參與討論。如果能讓所有的學(xué)生在課堂上勇敢地表達(dá)各自的想法和觀點，這將是最好的課堂教學(xué)，也是教師和教育的成功。

探究式教學(xué)，強調(diào)學(xué)生課后自主學(xué)習(xí) 課堂上教師給學(xué)生布置課后需要思考和研討的題目，讓學(xué)生課后查找資料。這些題目是探索式和開放式的，可以開闊學(xué)生的思維空間、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。如讓學(xué)生課后了解機車車輛用齒輪的應(yīng)用場合、失效形式等，并要求在課堂上進行交流。不甘示弱的心理會驅(qū)使學(xué)生下功夫、花時間去閱讀文獻資料，以贏得滿意的評價。這樣，學(xué)生切實參與到教學(xué)活動中，學(xué)習(xí)積極性提高了，教學(xué)效果也得到了增強。

教師在教學(xué)過程中還可以選擇工程實際問題作為研究對象，通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺布置給學(xué)生，給予學(xué)生富有挑戰(zhàn)性和自主性的研究機會，激發(fā)學(xué)生解決實際工程問題的興趣，調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)和提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。

探究式教學(xué)是一種符合工程能力培養(yǎng)規(guī)律、綜合素質(zhì)形成的教學(xué)組織形式和教學(xué)方式，最適合卓越工程師的培養(yǎng)，它得到了“卓越計劃”的大力提倡和著力推行［4］。

7 多元化的教學(xué)手段，引領(lǐng)學(xué)生創(chuàng)新能力

機械設(shè)計課程實踐性強，但是學(xué)生工程實踐經(jīng)驗少，對機械的感性認(rèn)識不夠，對課程中遇到的一些工程實際問題，如零件的裝拆順序、齒輪的固定、軸承的裝配以及間隙的調(diào)整等難以理解。要講清楚這些問題，使用傳統(tǒng)的教學(xué)手段教師往往需要花費大量的時間和精力，即使這樣，很多學(xué)生仍然理解不深。

采用多媒體教學(xué)，將這些問題動態(tài)地演示出來，使抽象變得具體、復(fù)雜變得簡單，難以用語言表達(dá)的教學(xué)難點迎刃而解，取得傳統(tǒng)教學(xué)手段無法比擬的效果，極大地提高了授課效率，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。另外，多媒體教學(xué)還特別適合知識的更新和隨時在課堂教學(xué)中增補學(xué)術(shù)前沿的內(nèi)容。

在多媒體教學(xué)中，適當(dāng)?shù)囊曨l和生動的動畫可以有效地激發(fā)學(xué)生的興趣，拓寬學(xué)生的視野，但是信息量增大的同時節(jié)奏太快，學(xué)生沒有思考的空間；而且多媒體教學(xué)在公式推導(dǎo)、例題講解等方面還是弱項，所以必須保留必要的板書。如斜齒輪、蝸桿蝸輪的受力分析，教師在黑板上邊畫圖、邊講解，加強學(xué)生的理解、記憶和掌握，增強教學(xué)效果。因此，多媒體終究不可以代替板書。

板書設(shè)計是教師的基本教學(xué)技能之一，板書作為一種重要的教學(xué)手段直接影響教學(xué)效果。教師的板書是將所講授的材料濃縮成綱要的形式，有條理地呈現(xiàn)給學(xué)生，體現(xiàn)了課堂教學(xué)內(nèi)容的整體性，使主要內(nèi)容一目了然，有利于學(xué)生的理解、鞏固。

另外，采用板書還可以將教師從電腦前面解脫出來，走到學(xué)生面前或?qū)W生中間，吸引學(xué)生的注意力，拉近和學(xué)生的距離，發(fā)揮教師和學(xué)生面對面交流、溝通的優(yōu)勢，利于增強教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量。

只有將多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)的板書有機結(jié)合，拾遺補缺，并合理地分配他們在課堂教學(xué)中的比重，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，才能取得良好的課堂教學(xué)效果。

8 豐富實踐教學(xué)，加強對技術(shù)工作適應(yīng)能力

課堂教學(xué)雖然是目前學(xué)校對學(xué)生進行教育的主要形式，沒有哪一種教學(xué)形式能夠取代課堂教學(xué)，但是僅僅利用課堂教學(xué)來培養(yǎng)卓越工程師遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，必須要通過工程實踐，才能培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和工程設(shè)計能力。

鐵路行業(yè)的迅速發(fā)展對學(xué)生提出更高的要求。我校肩負(fù)著為鐵路部門培養(yǎng)高級工程技術(shù)人才的重任，如何使培養(yǎng)的學(xué)生成為滿足行業(yè)發(fā)展需要的鐵路工程師，是教師在教學(xué)工作中必須思考的問題。

我校機械設(shè)計的實踐教學(xué)主要是課內(nèi)實驗和課程設(shè)計，與工程實際結(jié)合不強，學(xué)生實踐能力培養(yǎng)略顯不足，特別是創(chuàng)新能力得不到充分的培養(yǎng)和鍛煉。為了提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程實踐能力，為了在現(xiàn)有的條件下讓學(xué)生更好地參與工程實踐，在課間播放實際加工的短片；讓學(xué)生利用課余時間參觀學(xué)院車輛總體結(jié)構(gòu)實驗室、制動原理室、蘭州機車廠、蘭西車輛段等；并且建立穩(wěn)定的校外生產(chǎn)實習(xí)基地，為學(xué)生提供真實的職業(yè)環(huán)境，縮小與社會需求的差距。

立足“卓越計劃”的教學(xué)理念，結(jié)合專業(yè)特色，使機械設(shè)計課程的教學(xué)模式與“卓越計劃”相適應(yīng)，在保證學(xué)生掌握基本理論知識的前提下，以應(yīng)用知識為目標(biāo)，注重學(xué)生應(yīng)用機械設(shè)計理論的綜合能力、工程實踐能力、工程設(shè)計能力，不斷培養(yǎng)軌道交通領(lǐng)域全面發(fā)展的高素質(zhì)工程人才。■

［1］魯明麗，劉燕.基于卓越計劃的“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)改革探索［J］.中國電力教育，2014（2）∶103-104.

［2］何波，李思漫.“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”下機械設(shè)計課堂教學(xué)改革探討［J］.農(nóng)業(yè)科技與裝備，2013（3）∶89-90.

［3］林鍵.卓越工程師培養(yǎng)的質(zhì)量保障（上）［J］.高等工程教育研究，2013（1）∶24.

［4］林鍵.面向世界培養(yǎng)卓越工程師［J］.高等工程教育研究，2012（2）∶1-6.

Exploration and Practice of Machinery Design Course based on Cultivation Project for Excellent Engineer

LI Aijiao

According to the cultivation project for excellent engineers plan ，the classroom teaching reform of the course can satisfy the needs of the development of China railway， through an exploration of the reform in course contents， teaching methods and teaching means， the careful design and organization of classroom teaching， stimulate students' learning interest and learning initiative，the teaching qualities and standards have been promoted， develop the students' engineering design consciousness and engineering design ability.

excellence； machinery design； class teaching； railway rolling stock

G642

B

1671-489X（2016）10-0004-04

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.10.004

*項目來源：甘肅省自然科學(xué)基金項目（148RJZA054）；蘭州交通大學(xué)校級教學(xué)團隊項目（101004）。

作者：李愛姣，蘭州交通大學(xué)副教授，研究方向為機械設(shè)計及理論（730070）。