基于創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的機(jī)械設(shè)計(jì)課程群建設(shè)

摘 要：機(jī)械設(shè)計(jì)課程群是機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)核心課程群，它對(duì)培養(yǎng)機(jī)械工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識(shí)起著非常重要的作用。本文從課程的教學(xué)體系，教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)實(shí)踐，教學(xué)方法，教學(xué)評(píng)估，師資教師六方面，對(duì)基于學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的機(jī)械設(shè)計(jì)課程群建設(shè)作了探討。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新設(shè)計(jì)；機(jī)械設(shè)計(jì)；課程群

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.214

1 前言

“機(jī)械設(shè)計(jì)課程群”作為機(jī)械工程類(lèi)學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的主要課程群，具有重要的地位。按群中各門(mén)課程地位，可分為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)類(lèi)、專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)類(lèi)、現(xiàn)代設(shè)計(jì)類(lèi)三大類(lèi)課程，每類(lèi)課程又包含3-4門(mén)具體課程。“機(jī)械設(shè)計(jì)課程群”包括課堂講授及課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)等實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。它們?cè)诮虒W(xué)內(nèi)容和方式上會(huì)有很多內(nèi)在與共性的問(wèn)題。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)課程群建設(shè)是一個(gè)統(tǒng)籌系統(tǒng)的工程[1]。

在當(dāng)代高等教育中，學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力是機(jī)械工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的核心能力。而機(jī)械學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)很大程度上決于機(jī)械設(shè)計(jì)課程群學(xué)習(xí)的情況，因此需要綜合起來(lái)考慮機(jī)械設(shè)計(jì)類(lèi)相關(guān)課程改革，從教學(xué)體系，教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)實(shí)踐，教學(xué)方法，教學(xué)評(píng)估，師資教師等各個(gè)方面進(jìn)行全面的建設(shè)。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)課程群當(dāng)下的問(wèn)題

機(jī)械設(shè)計(jì)課程群還存在以下問(wèn)題：（1）課程群中部分教材的內(nèi)容比較陳舊，教材的體系不是很合理。課程群中部分課程之間內(nèi)容重復(fù)或不銜接，譬如“CAD/CAM”課程與“三維實(shí)體建模”往往在軟件介紹時(shí)會(huì)重復(fù)同一個(gè)軟件的學(xué)習(xí)。（2）傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容和方法與現(xiàn)代先進(jìn)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法結(jié)合得不夠，不能適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的發(fā)展要求。如機(jī)械設(shè)計(jì)課程中的齒輪等工程實(shí)例內(nèi)容繁瑣，計(jì)算復(fù)雜，而企業(yè)實(shí)際設(shè)計(jì)中往往采用輔助設(shè)計(jì)手段，快捷方便而且正確。（3）課程群實(shí)踐課依附理論課，難以保證人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)的需要。另外綜合性、設(shè)計(jì)性、工程性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目占比少，理論驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目占比大，不利于學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和工程綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。如沒(méi)有開(kāi)設(shè)專(zhuān)門(mén)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐課程，系統(tǒng)提高學(xué)生創(chuàng)新能力的實(shí)踐機(jī)會(huì)較少。（4）部分課程群中的課程設(shè)計(jì)題目（機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)、機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)等），有些假擬題往往脫離了工程實(shí)際，導(dǎo)致學(xué)生缺乏解決實(shí)際工程問(wèn)題的鍛煉機(jī)會(huì)和能力，不能滿足現(xiàn)代企業(yè)

對(duì)人才的要求。（5）部分課程群課程的教學(xué)方法陳舊，不能吸引和啟發(fā)學(xué)生積極開(kāi)展創(chuàng)新設(shè)計(jì)。（6）沒(méi)有完善的創(chuàng)新設(shè)計(jì)教學(xué)基地，缺乏合理的創(chuàng)新設(shè)計(jì)教學(xué)評(píng)估考核體系，創(chuàng)新設(shè)計(jì)課外實(shí)踐學(xué)生積極性有待提高。（7）教師的自身創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力不夠，有待加強(qiáng)。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)課程群教學(xué)改革實(shí)踐

以培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力為目標(biāo)，針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程群建設(shè)中存在的問(wèn)題，可以從以下幾方面開(kāi)展工作。

3.1 修訂專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案，完善課程群教學(xué)體系

重新修訂機(jī)械工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)方案，建立適合創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)體系。在厚基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，開(kāi)設(shè)寬口徑的專(zhuān)業(yè)教育課程及交叉學(xué)科課程，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐精神和創(chuàng)新意識(shí)的訓(xùn)練，促使學(xué)生知識(shí)、能力和素質(zhì)協(xié)同發(fā)展，使學(xué)生具備優(yōu)秀的的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)和創(chuàng)新能力。從現(xiàn)代企業(yè)對(duì)機(jī)械工程類(lèi)創(chuàng)新人才的要求出發(fā)，優(yōu)化“平臺(tái)+模塊”的創(chuàng)新教育課程體系，開(kāi)展機(jī)械設(shè)計(jì)課程群的研究，加強(qiáng)課程精品化建設(shè)[2]。

為了培養(yǎng)高素質(zhì)機(jī)械創(chuàng)新人才，需要從工程實(shí)際出發(fā)，重點(diǎn)培養(yǎng)的學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。因此在設(shè)置機(jī)械設(shè)計(jì)課程群體系時(shí)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論及方法，注重高新科技對(duì)機(jī)械工程創(chuàng)新與發(fā)展的影響，增加機(jī)械學(xué)科發(fā)展的新內(nèi)容、新方向。從機(jī)械系統(tǒng)的整體考慮，搭建機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)系列的課程模塊：設(shè)置“機(jī)械原理”、“機(jī)械設(shè)計(jì)”、“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”、“機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)”、“現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法”、“CAD/CAM”，“三維實(shí)體建模” “有限元分析”等課程，使學(xué)生獲得創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基本理論與方法。課程模塊包含基礎(chǔ)設(shè)計(jì)類(lèi)、專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)類(lèi)現(xiàn)代設(shè)計(jì)類(lèi)課程的三個(gè)逐步提高的層次，來(lái)建設(shè)機(jī)械設(shè)計(jì)課程群。上下承接的各層課程群，為學(xué)生構(gòu)建完整的理論知識(shí)，使學(xué)生掌握扎實(shí)的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論與技術(shù)。同時(shí)通過(guò)課程中大量的工程設(shè)計(jì)實(shí)例，為提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力奠定基礎(chǔ)。

3.2 優(yōu)化課程群教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)效果

通過(guò)課程群教師對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程群各課教學(xué)內(nèi)容的詳細(xì)解構(gòu)，重新整合機(jī)械設(shè)計(jì)的先進(jìn)設(shè)計(jì)手段、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、創(chuàng)新性綜合實(shí)驗(yàn)及工程實(shí)踐等內(nèi)容，編寫(xiě)新的機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程群教學(xué)大綱。

（1）開(kāi)展以“產(chǎn)品設(shè)計(jì)”為中心的課程群建設(shè)。為保證教學(xué)的連貫性，教學(xué)中開(kāi)展以“產(chǎn)品設(shè)計(jì)”為中心的課程群建設(shè)，如圖學(xué)實(shí)踐中以減速箱軸系部件為繪圖對(duì)象，進(jìn)行基本二維圖學(xué)繪制的練習(xí)，工程技能訓(xùn)練中，以整個(gè)減速箱測(cè)繪來(lái)強(qiáng)化對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、公差配合的認(rèn)識(shí)；在機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中以整個(gè)設(shè)備的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為題目，圍繞主要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)減速器的尺寸及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)強(qiáng)化學(xué)生對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)。從不同角度對(duì)同一產(chǎn)品進(jìn)行逐步的深入認(rèn)識(shí)，從而掌握產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方法及要領(lǐng)。

（2）強(qiáng)化課程群中的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模塊。現(xiàn)代機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)已經(jīng)很大程度上依賴計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)連接課程群中的各門(mén)傳統(tǒng)課程，建立新的課程群體系，會(huì)更有利于激發(fā)學(xué)生的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)潛力。因此在教改中側(cè)重引入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的內(nèi)容。如在《機(jī)械原理》《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程中設(shè)置了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的學(xué)時(shí)，購(gòu)買(mǎi)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)軟件版，各種機(jī)構(gòu)及零件都可以采用計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖1，既加深學(xué)生的認(rèn)識(shí)，又大大提高學(xué)生的興趣。同時(shí)購(gòu)買(mǎi)機(jī)械工程師軟件，如圖2，使學(xué)生在計(jì)算機(jī)繪圖設(shè)計(jì)過(guò)程中更易標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，大大節(jié)省繪圖時(shí)間，提高學(xué)生的繪圖的興趣和能力。還購(gòu)買(mǎi)3D打印設(shè)備，使學(xué)生在學(xué)習(xí)《三維繪圖》及進(jìn)行《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程學(xué)習(xí)時(shí)能及時(shí)把所設(shè)計(jì)的三維零件打印出來(lái)如圖3，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)在進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽和工程技能大賽時(shí)能學(xué)生應(yīng)用3D打印進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，取得了很好的效果。下階段準(zhǔn)備購(gòu)買(mǎi)三維機(jī)械工程師軟件，讓學(xué)生更快更好的創(chuàng)新設(shè)計(jì)三維零件及產(chǎn)品。

3.3 靈活運(yùn)用各種教學(xué)方法，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性

部分機(jī)械設(shè)計(jì)課程群中的課程，嘗試了采用多樣的教學(xué)方法和手段。如課程中引入大量工程實(shí)例來(lái)強(qiáng)化學(xué)生的工程實(shí)踐能力；部分課堂教學(xué)嘗試開(kāi)展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革，公開(kāi)課演示；重新制作課件，豐富課堂內(nèi)容，如在課堂上播放包含有豐富而生動(dòng)的學(xué)科知識(shí)和多種媒體信息的課件、教學(xué)錄像片、加工現(xiàn)場(chǎng)錄以及三維動(dòng)態(tài)機(jī)構(gòu)、實(shí)物照片等。

機(jī)械設(shè)計(jì)課程群老師引入中國(guó)大學(xué)慕課平臺(tái)，鼓勵(lì)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行學(xué)習(xí)和交流。如北京航空航天大學(xué)郭衛(wèi)東教授的《機(jī)械原理》、西南交通大學(xué)的《機(jī)械設(shè)計(jì)》、大連理工大學(xué)的《現(xiàn)代工程制圖》現(xiàn)在已經(jīng)有比較成熟及優(yōu)質(zhì)的慕課課件。同時(shí)利用2017年國(guó)家教育部校企協(xié)作項(xiàng)目《機(jī)械設(shè)計(jì)》移動(dòng)信息化教學(xué)改革”的建設(shè)，開(kāi)展了課程群中3門(mén)課程的藍(lán)墨云班課及云教材的建設(shè)。利用學(xué)生喜愛(ài)的手機(jī)移動(dòng)端藍(lán)墨云班課APP在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，在課堂上學(xué)生和老師實(shí)時(shí)開(kāi)展互動(dòng)，輕松完成簽到，在線測(cè)試，回答問(wèn)題等，課后作業(yè)輕松上傳并實(shí)時(shí)交流討論。大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺(jué)性和課堂效率，增加學(xué)生對(duì)課程的喜愛(ài)，教學(xué)效果顯著提高。

3.4 完善實(shí)踐教學(xué)，提升學(xué)生創(chuàng)新能力

從培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力角度改革原有的《機(jī)械原理》、《機(jī)械設(shè)計(jì)》、《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》等機(jī)械設(shè)計(jì)課程群的課程設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)一批基于工程實(shí)際的課程群課程設(shè)計(jì)題目。課程設(shè)計(jì)時(shí)著力提高計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，提倡用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件如進(jìn)行設(shè)計(jì)及繪圖。如采用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)軟件版進(jìn)行零件的輔助設(shè)計(jì)，采用機(jī)械工程師軟件進(jìn)行快速繪圖，采用AMESim 系統(tǒng)仿真軟件進(jìn)行機(jī)電液一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，大大提高了課程設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。采用Pro/E等軟件進(jìn)行三維造型，開(kāi)展創(chuàng)新設(shè)計(jì)，進(jìn)行三維打印制作零件，完成各類(lèi)大賽中的零件制作，提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。

整合建設(shè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐基地。本專(zhuān)業(yè)建立了能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維開(kāi)展創(chuàng)新設(shè)計(jì)及實(shí)踐的活動(dòng)中心，建立了機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)中心、CAD教學(xué)與培訓(xùn)中心、學(xué)生創(chuàng)新活動(dòng)指導(dǎo)中心（3D打印室、學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)制作中心）三個(gè)中心。三個(gè)創(chuàng)新基地的建立為學(xué)生創(chuàng)造性思維的訓(xùn)練，創(chuàng)新潛能的開(kāi)發(fā)，創(chuàng)新能力的鍛煉，創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法的掌握，實(shí)踐動(dòng)手能力的提高，提供良好的創(chuàng)新環(huán)境。

組織學(xué)生積極開(kāi)展創(chuàng)新設(shè)計(jì)第二課堂。參加“全國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽”、“挑戰(zhàn)杯”、“全國(guó)大學(xué)生智能汽車(chē)大賽”“大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力大賽”等，取得很好的成績(jī)。

3.5 創(chuàng)新評(píng)估體系，發(fā)揮導(dǎo)向作用

機(jī)械設(shè)計(jì)課程群按照學(xué)習(xí)過(guò)程評(píng)估結(jié)合目標(biāo)管理的原則，建立了新的考核規(guī)范及其具體的實(shí)施辦法。建立全面考核學(xué)生綜合能力（學(xué)業(yè)水平、科研能力、創(chuàng)新素質(zhì)等）的評(píng)估考核系統(tǒng)。改革機(jī)械設(shè)計(jì)課程群的考核方式，采用形式多樣的考核方式：如閉卷、開(kāi)卷、半開(kāi)卷，上機(jī)、設(shè)計(jì)論文、實(shí)際作品等。強(qiáng)化教學(xué)過(guò)程中的平時(shí)考查，如課堂測(cè)試、提問(wèn)、作業(yè)、課程設(shè)計(jì)、科技論文、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、工程實(shí)踐、各類(lèi)項(xiàng)目訓(xùn)練（如新苗計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目）等，增大平時(shí)考查成績(jī)的比重，使考試成為教學(xué)的中間環(huán)節(jié)。課程的考核過(guò)程中，強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程的監(jiān)控及考核，側(cè)重自主學(xué)習(xí)能力的考核，提高學(xué)生在課程中的積極性和參與度。

3.6 加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)，落實(shí)研究性教學(xué)

建設(shè)一支與創(chuàng)新設(shè)計(jì)教學(xué)相適應(yīng)機(jī)械設(shè)計(jì)課程群教學(xué)團(tuán)隊(duì)。由學(xué)術(shù)水平高、教學(xué)能力強(qiáng)的課程群責(zé)任教師帶領(lǐng)，教授、副教授、講師、實(shí)驗(yàn)師等不同層次的教師組成的機(jī)械設(shè)計(jì)課程群教學(xué)團(tuán)隊(duì)。采用引進(jìn)或自己培養(yǎng)等方法提高課程群教師的教學(xué)水平，鼓勵(lì)教師走出去調(diào)研國(guó)內(nèi)兄弟院校，參加各種與機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)相關(guān)的會(huì)議，以開(kāi)拓教師的眼界。建立科學(xué)規(guī)范的教學(xué)研究制度，逐步形成了自由討論與交流的寬松環(huán)境，積極促進(jìn)教師主動(dòng)進(jìn)行課程教學(xué)方法的改革和教學(xué)內(nèi)容的更新。

4 機(jī)械設(shè)計(jì)課程群改革的效果

在近幾年的機(jī)械設(shè)計(jì)課程群的教學(xué)與實(shí)踐中，機(jī)械設(shè)計(jì)課程群團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)素質(zhì)為主要目標(biāo)，從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段等方面對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程群進(jìn)行了積極的改革和探索。通過(guò)基于學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的機(jī)械設(shè)計(jì)課程群建設(shè)，完善了課程群教學(xué)體系，完成了課程群中課程的多媒體及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，編寫(xiě)了一批基于工程實(shí)際的創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及課程設(shè)計(jì)題目，大大提高了機(jī)械設(shè)計(jì)課程群的教學(xué)質(zhì)量。為創(chuàng)新設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)模式的形成起到很大的推動(dòng)作用，為后續(xù)各屆逐漸普及培養(yǎng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)人才的研究性教學(xué)模式積累經(jīng)驗(yàn)，也為本校其他工科類(lèi)創(chuàng)新設(shè)計(jì)人才的培養(yǎng)提供經(jīng)驗(yàn)。

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基金項(xiàng)目：浙江省高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（jg2015088）

作者簡(jiǎn)介：胡曉珍（1971-），女，浙江慈溪人，碩士，副教授，從事機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的教學(xué)與科研工作。