基于“卓越計(jì)劃”的機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革與實(shí)踐探索

付瑩瑩+趙世田+劉道標(biāo)+馮偉

摘要：基于培養(yǎng)“卓越機(jī)械工程師”的基本要求，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課堂教學(xué)進(jìn)行創(chuàng)新改革和實(shí)踐，主要包括重構(gòu)教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容，以設(shè)計(jì)為主線實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐一體化教學(xué)，設(shè)計(jì)項(xiàng)目式教學(xué)對(duì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：卓越計(jì)劃；機(jī)械設(shè)計(jì)；改革與實(shí)踐

一、 引言

“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”簡(jiǎn)稱“卓越計(jì)劃”，是國(guó)家教育部貫徹落實(shí)《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《國(guó)家中長(zhǎng)期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》的重大改革項(xiàng)目。該計(jì)劃于2010年啟動(dòng)，目的在于培養(yǎng)和造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，從而促進(jìn)高等教育面向社會(huì)需求培養(yǎng)人才，對(duì)全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量具有十分重要的示范和引導(dǎo)。

鹽城工學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱“我校”）是教育部批準(zhǔn)的第二批“卓越計(jì)劃”高校。機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)是我校最早啟動(dòng)“卓越計(jì)劃”的專業(yè)之一，而機(jī)械設(shè)計(jì)又是高等學(xué)校機(jī)械類專業(yè)中必修的一門核心技術(shù)基礎(chǔ)課程。因此，為全面落實(shí)“卓越計(jì)劃”，基于培養(yǎng)“卓越機(jī)械工程師”的基本要求，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)進(jìn)行了創(chuàng)新改革和實(shí)踐。

二、 基于CDIO工程教育理念，重構(gòu)教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容

CDIO工程教育模式是近年來(lái)國(guó)際工程教育改革的最新成果，它是由美國(guó)麻省理工學(xué)院和瑞典皇家理工學(xué)院等四所大學(xué)組成的跨國(guó)團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過(guò)四年的探索研究，創(chuàng)立的全新工程教育理念。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），它以工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)，將工科畢業(yè)生的能力分為工程理論知識(shí)、個(gè)人能力、人際交流與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和企業(yè)工程系統(tǒng)運(yùn)作能力4個(gè)層面。我們將CDIO工程教育模式與機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)有機(jī)結(jié)合，對(duì)課程教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革和創(chuàng)新實(shí)踐，以適應(yīng)“卓越機(jī)械工程師”的基本培養(yǎng)要求。

傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)課程體系包括理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩個(gè)模塊，其中實(shí)踐教學(xué)又包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)。根據(jù)“卓越計(jì)劃”培養(yǎng)方案要求，將機(jī)械設(shè)計(jì)課程體系改為理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和創(chuàng)新性教學(xué)三模塊。理論教學(xué)中強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位，注重學(xué)生學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的培養(yǎng)。把教材的每個(gè)章節(jié)作為一個(gè)獨(dú)立的教學(xué)單元，教學(xué)過(guò)程主要包括：

1. 課前下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書。要求學(xué)生通過(guò)查閱資料、提前預(yù)習(xí)等方式明確任務(wù)書的具體內(nèi)容和要求。

2. 課堂進(jìn)行理論知識(shí)講解。采用多媒體、教具等多種教學(xué)方式方法，詳細(xì)講解單元知識(shí)點(diǎn)，使學(xué)生打好堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

3. 課后完成設(shè)計(jì)內(nèi)容。任務(wù)中的設(shè)計(jì)題目難易度不一，學(xué)生可以以個(gè)人或小組形式進(jìn)行，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力及團(tuán)隊(duì)合作能力。

4. 設(shè)計(jì)作品提交。在每個(gè)教學(xué)單元結(jié)束時(shí)，總結(jié)、梳理本單元的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容。對(duì)學(xué)生作品中的優(yōu)秀典型案例，由學(xué)生團(tuán)隊(duì)制作PPT上臺(tái)匯報(bào)，學(xué)生集體進(jìn)行技術(shù)交流和討論，指出設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)和不足，并給出解決方法。

機(jī)械設(shè)計(jì)課程的主要內(nèi)容是一般尺寸和參數(shù)的通用零部件的設(shè)計(jì)和選用，包括基本的設(shè)計(jì)理論和方法以及有關(guān)技術(shù)資料的應(yīng)用。傳統(tǒng)的教學(xué)方式是以典型零件為例，按照失效形式、受力分析、強(qiáng)度計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)主線進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用一定的理論分析和計(jì)算，結(jié)合人們?cè)陂L(zhǎng)期的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出的方法、公式、圖表等進(jìn)行設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法公式化較強(qiáng)，影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)新思維的發(fā)展。我校將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元計(jì)算等一些現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法引入機(jī)械設(shè)計(jì)課程中來(lái)，并在教學(xué)中結(jié)合教師們的實(shí)際在科研項(xiàng)目或企業(yè)實(shí)際工程設(shè)計(jì)案例，讓學(xué)生了解學(xué)科前沿知識(shí)，有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開拓了學(xué)生的創(chuàng)新思維方式。

三、 以設(shè)計(jì)為主線，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐一體化教學(xué)

機(jī)械設(shè)計(jì)課程的理論性和實(shí)踐性均很強(qiáng)，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)采用“先理論后實(shí)踐”的教學(xué)模式，理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩模塊相互脫節(jié)。學(xué)生在理論學(xué)習(xí)過(guò)程中積極性不高，在實(shí)踐環(huán)節(jié)缺乏綜合設(shè)計(jì)能力。針對(duì)“卓越計(jì)劃”的培養(yǎng)目標(biāo)，我校構(gòu)建以設(shè)計(jì)為主線課程教學(xué)體系，改革傳統(tǒng)教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐一體化教學(xué)。

理論與實(shí)踐一體化教學(xué)是指理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩個(gè)模塊要在同一時(shí)間和空間同步進(jìn)行。理論與實(shí)踐一體化教學(xué)對(duì)教學(xué)過(guò)程提出了更高的要求。為了實(shí)現(xiàn)理實(shí)一體化的學(xué)習(xí)環(huán)境和硬件條件，我校對(duì)學(xué)習(xí)場(chǎng)所進(jìn)行改造，如在實(shí)驗(yàn)室或?qū)嵙?xí)車間增制黑板、多媒體等教學(xué)設(shè)施等。把課堂搬入實(shí)驗(yàn)室，把實(shí)驗(yàn)引入課堂。在具體的教學(xué)過(guò)程中，根據(jù)每個(gè)教學(xué)單元的內(nèi)容設(shè)置獨(dú)立的設(shè)計(jì)題目。學(xué)生帶著問(wèn)題，帶著目的進(jìn)行理論學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在學(xué)中做，在做中學(xué)，有效的提高了學(xué)生積極發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。同時(shí)，對(duì)于教師也提出了更高的要求，卓越班任課教師要求有企業(yè)任職經(jīng)歷。我校通過(guò)校企合作、選派教師到企業(yè)實(shí)習(xí)等一系列措施進(jìn)一步加強(qiáng)“雙師型”教師培養(yǎng)。

四、 項(xiàng)目式教學(xué)，注重學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)

項(xiàng)目式教學(xué)法是“行為導(dǎo)向”教學(xué)方法中的一種形式。其特點(diǎn)是“以項(xiàng)目為主線、教師為引導(dǎo)、學(xué)生為主體”，改變了以往“教師講，學(xué)生聽”被動(dòng)的教學(xué)模式，創(chuàng)造了學(xué)生主動(dòng)參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng)新的新型教學(xué)模式。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)多采用“填鴨式”教學(xué)方式，老師只是把書本的知識(shí)灌輸給學(xué)生，毫無(wú)創(chuàng)造性。學(xué)生只是被動(dòng)的接受，缺乏獨(dú)立思考能力。在機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中，引入了項(xiàng)目式教學(xué)方法，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、創(chuàng)造性、積極性，有利于加強(qiáng)對(duì)學(xué)生自學(xué)能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

課程項(xiàng)目的確定主要有三種途徑：

1. 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)通常是在理論教學(xué)結(jié)束后單獨(dú)進(jìn)行，題目也是多年一直沿用的減速器設(shè)計(jì)，雖然做到了一人一題，但由于受題目所限，學(xué)生設(shè)計(jì)無(wú)新意，設(shè)計(jì)質(zhì)量不高。為提高學(xué)生設(shè)計(jì)的積極性，在理論教學(xué)之前就把設(shè)計(jì)題目分配下去，學(xué)生可以小組形式進(jìn)行，除了完成傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容，要求學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，如使用UG或Pro/E軟件進(jìn)行三維建模、運(yùn)動(dòng)仿真、運(yùn)動(dòng)分析等，積極探索機(jī)械設(shè)計(jì)的新方法、新理論和新思路。

2. 各類機(jī)械創(chuàng)新大賽題目。鼓勵(lì)學(xué)生積極參加“全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽”、“全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽”、“全國(guó)三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽”等各類國(guó)家級(jí)比賽項(xiàng)目。把各競(jìng)賽主題作為課程項(xiàng)目，學(xué)生不僅完成了機(jī)械設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)，同時(shí)鼓勵(lì)更多的學(xué)生參與到科技創(chuàng)新活動(dòng)中來(lái)，由老師推薦優(yōu)秀設(shè)計(jì)參加各級(jí)學(xué)科競(jìng)賽，學(xué)以致用的同時(shí)，極大的提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及特長(zhǎng)發(fā)揮。

3. 教師的實(shí)際在研課題。教師也可以把自己實(shí)際在研課題介紹給學(xué)生，讓學(xué)生了解學(xué)科前沿問(wèn)題，同時(shí)積極思考勇于創(chuàng)新設(shè)計(jì)。對(duì)于較為成熟的設(shè)計(jì)作品可以進(jìn)一步給予指導(dǎo)加以完善，鼓勵(lì)學(xué)生申報(bào)專利或發(fā)表學(xué)術(shù)論文，參與各種創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，調(diào)動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新、發(fā)明的積極性。

五、 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械設(shè)計(jì)是工科高等院校機(jī)械類專業(yè)主干技術(shù)基礎(chǔ)課之一，具有很強(qiáng)的綜合性和實(shí)踐性，對(duì)于“卓越工程師”的培養(yǎng)具有重要的意義。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)中應(yīng)依據(jù)“卓越計(jì)劃”的基本要求，積極探索新的教學(xué)模式和教學(xué)方法，為培養(yǎng)合格的高素質(zhì)應(yīng)用型的“卓越機(jī)械工程師”奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)教育部門戶網(wǎng)站.教育部啟動(dòng)實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（2010）[OL].

[2]銀光球，張福江.基于CDIO機(jī)械本科課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2017，（29）：152-154.

[3]胡慶芳.優(yōu)化課堂教學(xué)：方法與實(shí)踐[M].中國(guó)人民大學(xué)出版社，2014.

作者簡(jiǎn)介：付瑩瑩，趙世田，劉道標(biāo)，馮偉，江蘇省鹽城市，鹽城工學(xué)院機(jī)械優(yōu)集學(xué)院。endprint