關于新工科背景下機械設計課程教學的思考

韓 林

（天津職業技術師范大學機械工程學院，中國 天津 300222）

“新工科”自2016年提出以來，在兩年多的時間里，先后形成了復旦共識、天大行動和北京指南，構成了新工科建設的“三部曲”。新工科是在新科技革命、新產業革命、新經濟背景下工程教育改革的重大戰略選擇，是今后我國工程教育發展的新思維、新方式[1-3]。

新工科建設提出了“三個目標、三個任務、三個突破”的行動方案，其中，“三個任務”包括學與教、實踐與創新創業、本土化與國際化等三個關鍵任務。具體地，學與教又主要涉及重構人才知識體系、重塑人才培養質量觀以及創新教學方式與技術三個方面[4]。新工科專業建設的落地，又以各門課程的教與學方面的改革為支撐。

華中科技大學李培根院士從兩個方面探討了工科之“新”的文化高度：一是從教育文化的層面去俯視工程教育，當是工科之“新”的關鍵與高度，并從存在、時空、互聯、去中心化等方面探討了工程與技術本身所蘊含的文化要素；二是從善、自由、超越、批判性思維等文化視角討論工程教育，并強調教育文化要落地于教學活動中，如教材、課堂、實踐環節、非正式學習等[5-6]。

機械設計課程是機械類專業課程體系中的核心課程之一，在新工科新要求的時代背景下，勢必充當新工科建設的排頭兵。上海交通大學的高峰教授在第十六屆全國機械設計教學研討會上指出現代機械設計課程體現“新”之處，包括：從系統到關鍵環節闡釋產品設計原理；根據現代機電產品對機械的功能、精度、承載、驅動與傳動、動態性能及控制等的新要求，形成現代機械設計課程體系；采用原理講述與實際案例相結合方式闡述機械設計方法；建立產品設計所需的系統的知識結構，培養學生貫通現代產品機械系統的創新設計意識、思維和能力。“新工科”機械設計課程建設要有利于增強工科學生價值感與使命感、有利于學生興趣的形成、有利于學生在更高層次和境界上創造性工作。

本文以新工科建設對機械設計課程教學新要求為出發點，就筆者所在的職業技術師范大學的實際情況，探討對該課程教學改革方面的一些認識和見解。

1 教學內容方面

著重培養學生大工程理念、系統設計理念。一般院校的機械設計課程基本上采用國內知名學校知名學者編著的教材。教材內容主要包括總論、連接篇、機械傳動篇、軸系零部件篇以及其他零部件等內容。教材內容編寫雖主抓機械零件設計一般步驟主線，但在工程設計、系統設計方面涉及內容不夠。比如螺栓連接強度計算，國內教材計算實例或課后練習題對于螺紋連接應用場合的描述較為簡單、問題設置較為單一，而一向以嚴謹著稱的德國版教材，在問題描述時，均具有詳細的工程背景，包括防松措施、潤滑、被連接件具體材料、預選螺紋件標準號等內容，問題也較為多樣化，除了要求設計或校核螺紋連接件強度外，部分題目還要求選擇被連接件的配合等。題目設計的更合理，考察更全面。不僅是強度計算問題，也體現了系統設計觀念。為此，授課教師應在現有教材基礎上，可編寫更具系統設計理念的教材或增加相關習題訓練。

講授內容應多結合地方經濟發展情況。地方高校最重要的屬性是“地方性”?！皬偷┕沧R”提出地方高校服務面向的具體要求，指出地方高校要對區域經濟發展和產業轉型升級發揮支撐作用[7]。為此，在開展機械設計教學時，應引入區域行業背景，如天津市工業和信息化委研究制定了高檔數控機床、機器人、3D打印、工程機械、新能源汽車以及新能源汽車等產業三年行動方案（2018-2020年），旨在加快全國先進制造研發基地建設。在講授機械設計課程時，可以數控機床、機器人或其它產業為背景，采用原理講述與實際案例相結合方式闡釋機械設計方法，培養學生貫通現代產品機械系統的創新設計意識、思維和能力，為學生將來從事技術工作或科學研究工作，奠定堅實基礎。

2 教學手段與方法方面

教育教學理念能否得到實現，教學手段、方法是關鍵。傳統的機械設計課程教學一般由課堂講授為主的理論教學和驗證性的實驗教學為主。在新工科建設的新要求下，可增加課程研討課，并對理論教學和實驗教學進行改進。

理論教學應重原理、方法，輕技術?？梢圆捎谜n上講授和課下自學相結合的方式。課上講授強調設計思想，強化公式推導所考慮的因素，弱化最終計算公式；鼓勵學生主動使用慕課平臺、中國知網及國外文獻檢索網站等網絡資源開展自學。

實驗教學可更改為實踐教學，采用項目教學法。課程伊始就布置項目題目、學生分組，題目可以是創新設計大賽相關題目，也可以是學生自主選題，課程結束時進行答辯。當然，學生特點不同，項目考核方式也應有所區別，因材施教。以本校本科生為例，生源有兩類：一類為參加全國普通高等學校統招考試的高中畢業生；另一類為面向全國中職院校學生，以單獨招生的方式招錄的學生。后者具有較好的操作技能與工程實踐基礎，但抽象思維與邏輯思維能力相對薄弱，針對該類學生特點，可要求他們通過3D打印或實操加工零件并完成裝配，完成實物制作并答辯；而對于前者，由于之前未接觸過機械基礎方面的內容，可以要求他們利用三維設計和分析軟件繪制零件圖和裝配圖，并參與答辯。這個過程主要培養學生團隊合作能力。

研討課的主題應多樣化，可設置前沿科技產品、交叉學科的主題。比如，對于機自學生，研討重點可傾向于機電產品機械系統的設計方面；機電專業學生，研討重點可傾向于機電產品控制系統的設計方面；而若是工業設計專業學生，研討重點可偏于產品外觀設計方面。觀察記錄每位同學在研討課上的表現，作為給定部分成績的依據。

3 師資隊伍方面

教師是教學活動的主體，新工科建設的效果如何，很大程度上取決于師資隊伍方面。老資歷的教師教學經驗豐富，能夠處理好教與學的關系，但喜歡固守現成的教學方式方法，缺乏創新意愿，對前沿科技不夠敏感；而青年教師雖創新意識強，但缺乏工程實踐、教學經驗有限，還難以挑起教學大梁。

為此，可以以構建課程組的形式，將講授同類課程的老中青三代教師集中在一起。教學方面，老教師傳幫帶青年教師；青年教師將獲取的與課程相關的最新科技、科研前沿與老教師積極溝通交流。

此外，青年教師除了應積極與國內外同行交流外，也應定期去與專業、課程相關的企業掛職實習，了解相關產業前沿，增加工程實踐經驗，服務教學。

4 小結

上述內容是本人在新工科建設、服務工科專業新要求的背景下，對機械設計課程教學改革方面的一些見解。當然，新工科建設不是短時間內可以完成的，還需要建設長效機制來保證可持續性。

總之，通過深入系統地開展新工科研究和實踐，我國高校必能培養出實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才，將建設工程教育強國的藍圖變成現實。