基于工程教育理念下機械設計課程教學的思考

高江紅

摘要：機械設計是機械類專業的核心課程，擔負著培養學生具有初步解決復雜機械工程問題能力的任務。在機械設計的教學過程中，以工程教育方式為指導思想，通過優化課程內容體系，引入項目實踐精心進行教學設計，將在線課堂與面對面教學模式相結合等方式，對我校機械設計課程教學改革進行了有益的探討，取得了較好的教學效果。

關鍵詞：工程教育；優化課程內容；項目實踐；在線課堂

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）16-0230-02

機械設計課程是機械類各專業中研究機械共性問題，并具有承前啟后作用的設計性主干技術基礎課程。通過本課程的教學，能夠訓練和培養學生設計通用零件、機械傳動裝置及簡單機械的能力，能夠針對生產一線有關產品設計的復雜機械工程問題進行分析判斷，確定設計目標，提出解決方案，為學生學習后續課程及新的科學技術打下必要的基礎，同時也為學生今后從事機械技術工作打下一定的基礎。[1]通過機械設計課程學習，要求學生具有解決機械工程問題所需的工程基礎知識及其應用能力；能夠理解、分析需求，確定設計目標；能夠對生產一線的產品設計問題進行分析，并提出解決方案；能夠實施滿足特定需求的機械產品的解決方案，并能用圖紙、報告、實物等形式呈現設計成果。[2]機械設計是一門設計性的課程，實踐性很強，很多問題的解答都是多方案的，而目前課程教材一般理論分析多，實踐應用較少，學生在初學時普遍感到課程知識點零散，缺乏系統性，遇到工程實際問題無處下手。

一、抓住主線，優化課程內容體系

機械設計課程的主要內容是機器中通用零件的設計，內容豐富，公式煩瑣，看似各部分內容松散、零碎，之間沒有聯系，但實際上在機械設計學習過程中有一條主線，即通用零件設計的基本的研究思路是按“分析失效現象—失效機理（原因、后果、措施）—設計準則—建立簡化力學模型—強度計算—結構設計”這一主線進行，機械設計的教學內容也按照這一主線形成講授體系，使學生找到各章節之間的聯系，有一個明確的學習路線，從而建立機械設計的完整的理論體系。在教學過程中，將零件常見的失效形式，材料選擇、齒輪、帶輪、蝸輪蝸桿等零件的結構形式等相同或類似的內容歸納總結，在講解相關的內容時，用共性知識將不同的內容貫穿起來，使學生觸類旁通，加深理解。這樣做所用的學時數并不多，但能夠使學生在類比中加深直觀認識，取得了較好的教學效果。教師首先應該認真備課，組織好教材的內容，根據學生的特點進行教學設計。對于統編教材，應當有所取舍。各機械設計的教材對于機器的裝配設計沒有做系統的介紹，導致學生學習完通用零件設計后，在對機器進行具體結構設計時，感到無從下手。事實上，裝配設計在整個機械設計過程中占有十分重要的地位。另外機座和箱體的設計很多教材也不作介紹。事實上，機架和箱體是設備的基礎部件，起到支承和基準的作用，所以應適當增加學時介紹機械裝配設計的基本原則、結構設計的步驟和方法以及結構設計的形式選擇等。

二、基于項目實踐的教學

傳統的機械設計教學仍是以教師課堂灌輸為主，缺乏和工程實際的必要聯系，很多學生在學習過程中覺得自己每一章習題都會做，可是在課程結束后的實踐期間，又不知這些知識點怎么用，面對選題不知如何下手。為了提高基礎知識解決實際問題的可應用性，更好培養學生解決復雜工程問題的能力和創新能力，同時激發學生主動學習的興趣，教研組在課程理論教學的過程中引入項目案例教學，以項目為主線精心設計教學。實踐證明，項目教學是提高機械設計課程教學質量的一個有效途徑。項目教學是通過完成一個整體的項目而實施的教學活動，項目的選擇應當盡可能涵蓋課程中所涉及的各種通用零件和知識點，并且具有一定的先進性，同時盡可能將當前科技的熱點引入選題。教師授課伊始即將設計任務布置下去，圍繞著一個大項目，通過對教學內容的分析，再將教學任務進行分解，將項目分解成一個個小項目，每個小項目都是大項目中一個個內容的分解，把要講授的知識蘊含于學生所需完成的任務之中，讓學生通過項目設計從而掌握所學知識。學期末學習完機械設計這門課程后，在小項目都完成的情況下，學生也完成了一個大的項目。同時在學習的過程中，將各知識點聯系在一起，形成了一個較完整的知識體系。通過項目教學，將理論教學和工程實踐有機結合起來，從而充分發掘學生的創造潛能，培養學生系統工程意識和分析問題、解決問題的能力。項目教學在機械設計授課過程中起到了非常重要的作用，正因為此，項目的選擇在教學過程中也是至關重要的。例如，減速器和變速器做為傳動裝置，項目中囊括了機械設計常用的基礎知識：傳動零件、軸系零件、連接件、箱體，所以可以將一些新興的高科技產品中減、變速器作為主項目，再將其分解為傳動方案設計、傳動零件設計、軸系零件設計、箱體等多個子項目。通過一個實際的項目案例，一方面可以引導學生自己提出問題并解決問題，變被動接受知識為主動學習，培養學生解決復雜工程問題的能力。另一方面，通過實際案例將課程知識點一一分解，再最終組合為一個整體，使學生更加容易理解各種典型零件在機械系統中的功用，也能夠從各零件協同工作的角度，更好地掌握各種通用零件的設計方法。

三、兩種教學模式的交互

由于目前機械設計的課時不斷被壓縮，對基于課堂的傳統教學模式提出了挑戰。國家精品開放課程共享系統中心網站（即愛課程網）將在線課堂與面對面教學模式相結合，把教師單向灌輸的傳輸知識方式轉變為激發學生學習興趣，引導學生主動學習的教學模式，對提高機械設計教學質量，深化課程改革起到了積極的促進作用。

互聯網的高速發展使得教學不再局限于課堂，任課教師可通過在線咨詢、QQ群、微信、個人郵箱、短信等將教學信息便捷、及時、準確地傳達給學生，教師也能及時了解到學生對課程的反饋。國家精品開放課程共享系統中心網站具有友好的用戶界面，為師生用戶提供了較完整的學習支持系統。老師在課前要求學生通過觀看相應視頻進行知識點的預習，課后布置學生完成在學習平臺上每一個知識點配備的測試卷和離線作業。學生在觀看視頻、完成相應練習時遇到問題，可以在系統中實時咨詢老師，也可與同學展開討論。通過網絡課程教學中豐富的功能模塊和靈活的形式，將面對面的教學與在線自主學習結合。一方面，學生的學習不再局限于有限的課堂教學時間，可自由支配學習的地點和時間；另一方面，與傳統的教學模式相比，新的教學模式對學生的自主學習能力也提出了更高的要求。

在線學習的過程中部分缺乏自我約束力學生，常常會在網絡學習中出現拖延癥。為了促進學生自主學習，規定學生需要完成一系列學習活動，才可獲得本課程的相應學分，比如，學生需要在截至時間之前完成系統中相關的預習、自測和練習，及時提交，否則當次練習為0分，累計一定次數，則無法取得本課程的學分，同時系統也對學生的學習過程進行實時記錄。作為任課教師，在機械設計共享課程建設時，首先要保證教學資源的完整性，教學資源應包括教學錄像、PPT講義、課程教案、備課筆記、教學設計及知識點匯總、思考題、作業參考答案、題庫或卷庫、學科前沿研究的熱點等。其次是教學資源的豐富性，豐富性是指盡可能增加不同種類的教學資源，不僅有文本資源、圖片和動畫、還有視頻資源等。豐富的教學資源有助于開闊學生視野，激發學習的熱情和興趣。[3]

四、結論

隨著現代機械工業的迅猛發展，創造型人才的需求與日俱增，機械設計課程在培養學生創造能力的過程中起著重要的作用。教師教學應當重視培養學生的創造性思維以及獲取信息、分析信息、處理信息和利用信息的能力。在教學過程中，以學生為主體，調動學生的主觀能動性，鼓勵其積極探索，主動學習。

參考文獻：

[1]吳宗澤，吳鹿鳴.機械設計[M].北京：中國鐵道出版社，2016.

[2]濮良貴，陳國定，等.機械設計[M].9版.北京：高等教育出版社，2013.

[3]江南，金曉磊，等.國家級精品資源共享課的建設與思考[J].中國大學教學，2014（6）.