“工程機(jī)械設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐

王軍 王海花 祖炳潔 張建超

摘要：本文針對(duì)“工程機(jī)械設(shè)計(jì)”教學(xué)中遇到的問(wèn)題，結(jié)合多年的“工程機(jī)械設(shè)計(jì)”課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面進(jìn)行了深入探討與研究，注重教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性、實(shí)踐性、拓展性、創(chuàng)新性，采用范例教學(xué)、實(shí)例講解、案例實(shí)踐的教學(xué)方法，以求探索出提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的新型教學(xué)模式，培養(yǎng)出具有工程意識(shí)、設(shè)計(jì)能力及創(chuàng)新精神的合格人才。

關(guān)鍵詞：工程機(jī)械設(shè)計(jì)；教學(xué)；方法；實(shí)踐；創(chuàng)新

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）18-0089-02

隨著我國(guó)鐵路、公路等重大建設(shè)項(xiàng)目的不斷展開(kāi)，大型工程專(zhuān)用機(jī)械的市場(chǎng)需求急劇增加，亟須大量專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)人才。“工程機(jī)械設(shè)計(jì)”課程作為我校工程機(jī)械專(zhuān)業(yè)的核心課程之一，目的通過(guò)對(duì)工程機(jī)械系統(tǒng)的深入學(xué)習(xí)和研究，讓學(xué)生理解并初步掌握常見(jiàn)工程機(jī)械的設(shè)計(jì)思路和方法，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力。它的課程教學(xué)成功與否，從個(gè)體層次來(lái)講涉及到學(xué)生個(gè)人設(shè)計(jì)能力和工程素質(zhì)的培養(yǎng)，從社會(huì)層次來(lái)講可能會(huì)影響工程機(jī)械設(shè)計(jì)人才后備力量。但是由于本課程復(fù)雜廣泛的課程內(nèi)容與有限的課時(shí)之間存在的矛盾，限制了學(xué)生掌握深層次的有關(guān)工程機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)，再者傳統(tǒng)的教學(xué)模式單一，缺乏必備的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，因此對(duì)于這門(mén)理論性和實(shí)踐性兼顧的課程，學(xué)生普遍認(rèn)為學(xué)習(xí)這門(mén)課程感覺(jué)吃力，從而影響了學(xué)習(xí)效果和工程素質(zhì)的培養(yǎng)質(zhì)量。

本文針對(duì)“工程機(jī)械設(shè)計(jì)”教學(xué)中遇到的問(wèn)題，并結(jié)合多年的“工程機(jī)械設(shè)計(jì)”課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面進(jìn)行了深入探討與研究，以期培養(yǎng)具有工程意識(shí)、設(shè)計(jì)能力及創(chuàng)新精神的合格人才。

一、教學(xué)內(nèi)容注重系統(tǒng)性、實(shí)踐性、拓展性、創(chuàng)新性

在教學(xué)內(nèi)容的選擇上，突出表現(xiàn)在系統(tǒng)性、實(shí)踐性、拓展性、創(chuàng)新性等幾個(gè)方面，不僅內(nèi)容選擇合理，難度程度適中，重點(diǎn)突出基本理論和分析設(shè)計(jì)方法，密切聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用，還注重對(duì)教學(xué)內(nèi)容的取舍和更新，根據(jù)最新科研成果，補(bǔ)充一些教材中未包括的新技術(shù)。[1]

1.系統(tǒng)性。“工程機(jī)械設(shè)計(jì)”課程內(nèi)容多而雜，各個(gè)章節(jié)相對(duì)獨(dú)立，相互聯(lián)系疏松，重點(diǎn)不突出。各個(gè)部件的知識(shí)和設(shè)計(jì)方法缺乏共性介紹和系統(tǒng)闡述，缺少工程應(yīng)用實(shí)例和應(yīng)用背景。為了解決這一問(wèn)題，在組織教學(xué)活動(dòng)中逐步歸納總結(jié)，在授課之初強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)性，不僅是對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化組合，還要促使學(xué)生具備系統(tǒng)性思維以理解掌握工程機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)。首先簡(jiǎn)要但系統(tǒng)地介紹其總體設(shè)計(jì)和計(jì)算原理，讓學(xué)生僅需在頭腦中建立一個(gè)工程機(jī)械設(shè)計(jì)的相對(duì)完整概念。可以這么認(rèn)為，學(xué)生在這個(gè)階段學(xué)習(xí)可“不求甚解”，但是肯定會(huì)促使學(xué)生產(chǎn)生“知識(shí)空白”，自然會(huì)激發(fā)學(xué)生將后期學(xué)到的各個(gè)章節(jié)的知識(shí)自動(dòng)“填空”。這種改變，徹底顛覆了以往教學(xué)中首先介紹相關(guān)概念，然后講述主要零部件的設(shè)計(jì)方法，最后才進(jìn)行整機(jī)設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容，避免了在學(xué)生在聽(tīng)課過(guò)程中將學(xué)到的知識(shí)視為“無(wú)的之矢”，逐步就失去了繼續(xù)學(xué)習(xí)的興趣和愿望。近年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐表明，這種“本末倒置”的教學(xué)內(nèi)容確實(shí)激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)了學(xué)生工程機(jī)械設(shè)計(jì)能力的提高。

2.實(shí)踐性。實(shí)踐教學(xué)是高等教育人才培養(yǎng)系統(tǒng)工程中不可缺少的組成部分，是非常重要的教學(xué)環(huán)節(jié)之一，是實(shí)現(xiàn)高等工程院校培養(yǎng)人才目標(biāo)的重要途徑和手段。由于課程的教學(xué)環(huán)節(jié)實(shí)踐性較強(qiáng)，在教學(xué)內(nèi)容安排上，要求在實(shí)踐教學(xué)基礎(chǔ)上完成理論教學(xué)，并以實(shí)踐來(lái)驗(yàn)證理論。因?yàn)閷W(xué)生此前對(duì)于工程機(jī)械的作業(yè)特點(diǎn)、工作原理、施工工藝技術(shù)等并不十分了解，必須適當(dāng)補(bǔ)充一些必要的背景知識(shí)。授課前組織學(xué)生通過(guò)對(duì)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地的鏟土機(jī)、挖掘機(jī)等常規(guī)工程機(jī)械進(jìn)行課前實(shí)習(xí)，使學(xué)生真實(shí)地了解工程機(jī)械的用途、結(jié)構(gòu)組成、工作原理等，這樣可保證學(xué)生在對(duì)各章節(jié)的設(shè)計(jì)理論學(xué)習(xí)中，能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)“對(duì)號(hào)入座”，便于知識(shí)的消化和吸收。并且在授課期間，該實(shí)訓(xùn)基地及其他相關(guān)實(shí)訓(xùn)室全程開(kāi)放，學(xué)生可動(dòng)手進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、離合器、泵、閥等主要部件的拆裝，以此鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力與創(chuàng)造能力，提高分析問(wèn)題與解決實(shí)際工程問(wèn)題能力，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

3.拓展性。筆者在課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生對(duì)于工程機(jī)械的整機(jī)和部件設(shè)計(jì)中有關(guān)強(qiáng)度和剛度的理解并不是很深入。為了彌補(bǔ)該缺陷，在授課中特意加入部分“鋼結(jié)構(gòu)”設(shè)計(jì)知識(shí)，盡管這部分知識(shí)沒(méi)有納入工程機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)計(jì)劃，但是從學(xué)生整體把握和設(shè)計(jì)工程機(jī)械的角度來(lái)說(shuō)顯然是必要的。并且引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行相關(guān)繪圖和仿真計(jì)算，例如，學(xué)生們前期課程學(xué)過(guò)SolidWorks軟件，在工程機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中，鼓勵(lì)學(xué)生應(yīng)用該軟件進(jìn)行產(chǎn)品“樣品設(shè)計(jì)”和“虛擬設(shè)計(jì)”，進(jìn)行模擬裝配和運(yùn)動(dòng)仿真，這將大大減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。并且應(yīng)用專(zhuān)業(yè)軟件對(duì)零件的三維模型進(jìn)行有限元分析。此外，還向?qū)W生們講授了MIDAS軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單的鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算。經(jīng)多次課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐表明，學(xué)生們對(duì)于此類(lèi)擴(kuò)展性的知識(shí)很感興趣，收到很好的教學(xué)和應(yīng)用效果。

4.創(chuàng)新性。從工程機(jī)械發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，全球工程機(jī)械將向著環(huán)保、智能、大型化方向發(fā)展，誰(shuí)掌握核心技術(shù)，誰(shuí)就掌握工程機(jī)械的生命線。在“工程機(jī)械設(shè)計(jì)”授課中，引領(lǐng)學(xué)生堅(jiān)持從實(shí)際出發(fā)，從生產(chǎn)需要出發(fā)，尊重前人的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，不“閉門(mén)造車(chē)”，創(chuàng)造性地學(xué)、創(chuàng)造性地用，在理論研究和創(chuàng)新取得良好成果的基礎(chǔ)上爭(zhēng)取技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新。課上以徐工集團(tuán)設(shè)計(jì)制造的“鋼鐵蜘蛛俠”ET110步履式挖掘機(jī)為例，講解其步履、輪式驅(qū)動(dòng)結(jié)合的符合式結(jié)構(gòu)，能全輪驅(qū)動(dòng)、全輪轉(zhuǎn)向、輪腿復(fù)合，以實(shí)現(xiàn)跋山涉水如履平地，靈活機(jī)動(dòng)操控自如的目的，并強(qiáng)調(diào)自主創(chuàng)新是工程機(jī)械設(shè)計(jì)的生命力。

二、教學(xué)方法突出范例教學(xué)、實(shí)例講解、案例實(shí)踐

為了保障在“工程機(jī)械設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)過(guò)程中，將教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性、實(shí)踐性、實(shí)用性、拓展性、創(chuàng)新性一一體現(xiàn)出來(lái)，并且能夠讓學(xué)生們輕松接受，需采用突破常規(guī)的教學(xué)方法，突出范例教學(xué)、實(shí)例講解、案例實(shí)踐這三種授課方法，它們并非相互獨(dú)立，而是環(huán)環(huán)相扣構(gòu)成一個(gè)完整的教學(xué)方法體系。

1.剔除冗雜臃腫，講求范例教學(xué)。由于“工程機(jī)械設(shè)計(jì)”課程課時(shí)有限，而內(nèi)容繁多冗雜，教學(xué)內(nèi)容中著重提出了系統(tǒng)性的概念。采用范例教學(xué)的方法，對(duì)輪式工程機(jī)械和履帶式工程機(jī)械各個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的共性介紹和闡述，例如：對(duì)輪式工程機(jī)械的傳動(dòng)系計(jì)算傳動(dòng)比時(shí)，包括總傳動(dòng)比的計(jì)算，傳動(dòng)比的分配，以及變速箱檔位數(shù)和中間傳動(dòng)比的確定，這些是經(jīng)過(guò)精選的基本性的基礎(chǔ)性的知識(shí)，以起到示范窗口作用，從這個(gè)窗口可以看到全室。通過(guò)范例教學(xué)，首先達(dá)到“個(gè)”的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而達(dá)到“類(lèi)”的認(rèn)識(shí)，再者達(dá)到規(guī)律性的認(rèn)識(shí)，最后還要達(dá)到通過(guò)自己的體驗(yàn)，提高對(duì)各個(gè)系統(tǒng)及整體結(jié)構(gòu)的完整認(rèn)識(shí)。

2.現(xiàn)場(chǎng)理論教學(xué)，實(shí)現(xiàn)實(shí)例講解。“工程機(jī)械設(shè)計(jì)”這門(mén)課程本身內(nèi)容具有很強(qiáng)的實(shí)踐性特征，因此，很有必要帶領(lǐng)學(xué)生到學(xué)校實(shí)驗(yàn)室、訓(xùn)練中心，或距離學(xué)校較近的工程施工現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行部分課時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)理論教學(xué)，對(duì)典型工程機(jī)械的種類(lèi)、特點(diǎn)、工作原理及運(yùn)用進(jìn)行集中合理的直觀教學(xué)。例如，對(duì)鏟土機(jī)、挖掘機(jī)等工程機(jī)械的類(lèi)別、組成構(gòu)造、現(xiàn)場(chǎng)布置、運(yùn)用等內(nèi)容，可以按照課程大綱要求，結(jié)合教學(xué)進(jìn)度，合理安排施工現(xiàn)場(chǎng)理論教學(xué)，讓學(xué)生更直觀地學(xué)習(xí)工程機(jī)械的有關(guān)內(nèi)容，能夠?qū)φn堂教學(xué)中學(xué)生理解困難或吃力的內(nèi)容起到彌補(bǔ)的作用。

此外，還提出引入科研成果以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。近十多年來(lái)，我校在大噸位架橋機(jī)、造橋機(jī)、全斷面隧道硬巖掘進(jìn)機(jī)、大斷面隧道盾構(gòu)機(jī)等設(shè)備的研制與施工領(lǐng)域承擔(dān)了一批重大科研項(xiàng)目，取得了多項(xiàng)國(guó)際先進(jìn)和國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的科研成果。我們通過(guò)篩選、整理，將這些最新的研究成果引入到教學(xué)中，不但豐富了課堂教學(xué)內(nèi)容，使枯燥知識(shí)變得生動(dòng)具體，而且同學(xué)們感到學(xué)習(xí)“工程機(jī)械設(shè)計(jì)”課程的實(shí)用性，增加了學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)積極性。

3.改革實(shí)踐環(huán)節(jié)，倡導(dǎo)案例實(shí)踐。本課程理論性較強(qiáng)，實(shí)踐性也較強(qiáng)，本科生學(xué)習(xí)的目的是：將所學(xué)的工程機(jī)械設(shè)計(jì)方法和理論應(yīng)用到實(shí)際問(wèn)題中去。在授課結(jié)束后安排為期一周的“工程機(jī)械課程設(shè)計(jì)”，使用案例法進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，突出“學(xué)生為主，教師為輔”的教學(xué)指導(dǎo)思想，以達(dá)到以下目的[2-3]：（1）通過(guò)設(shè)置工程需求，將學(xué)生置身于真實(shí)復(fù)雜的工作環(huán)境中；（2）讓學(xué)生練習(xí)使用在課堂所學(xué)及其拓展的知識(shí)和技能來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)決策；（3）幫助學(xué)生獲得解決工程機(jī)械領(lǐng)域內(nèi)實(shí)際問(wèn)題的能力，并培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)。

根據(jù)我校專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，近幾年開(kāi)設(shè)的工程機(jī)械設(shè)計(jì)范疇的課程設(shè)計(jì)題目主要有：有軌平板運(yùn)輸車(chē)設(shè)計(jì)、起重機(jī)主結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、挖掘機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)等，課程設(shè)計(jì)內(nèi)容既與課堂教學(xué)內(nèi)容銜接，又有所擴(kuò)充。

三、改革的效果

在“工程機(jī)械設(shè)計(jì)”課程的改革和實(shí)踐中，為實(shí)現(xiàn)從“知識(shí)傳授”轉(zhuǎn)向“能力培養(yǎng)”的教育目的，對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法進(jìn)行一系列改革，深入探索提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的新型教學(xué)模式。

多年的教學(xué)實(shí)踐表明，本次改革不僅有助于學(xué)生深入理解課堂所學(xué)的基本理論和方法，掌握工程機(jī)械設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)，而且激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性，明顯提高了教學(xué)質(zhì)量，是培養(yǎng)知識(shí)面寬、動(dòng)手能力強(qiáng)、能很快適應(yīng)社會(huì)需求的高素質(zhì)學(xué)生的有效途徑，近幾屆學(xué)生的專(zhuān)業(yè)知識(shí)及能力都有顯著的提高，深受用人單位的歡迎。

參考文獻(xiàn)：

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[3]汪建春，嚴(yán)運(yùn)兵等.提高機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量的實(shí)踐和思考[J].中國(guó)冶金教育，2010，（5）：54-56.