《機械優化設計》教學思考與創新

趙正彩

【摘要】針對《機械優化設計》課程當前教學過程中存在的學生學習積極性不高、教學效果差、培養目標難以有效實現的問題，本研究深度剖析了該課程教學問題產生的主要原因，并從學生知識儲備、教學方案設計、教學方法提升等方面進行了教學手段創新的探索，以期有效提高學生學習熱情、提升教學效果，更多地培養具備解決實際機械優化設計問題能力的人才。

【關鍵詞】《機械優化設計》教學問題教學手段創新機械優化設計是將優化設計方法應用于機械領域的一項技術方法，對于機械工程專業的發展具有至關重要的作用。隨著我國制造強國戰略《中國制造2025》的實施，數字化、自動化和智能化已經成為機械工程學科主流發展方向。機械優化設計是實現機械工程數字化、自動化和智能化的核心基礎之一，培養熟練掌握并靈活運用機械優化設計方法的人才對于順利實現我國制造強國戰略的意義重大。《機械優化設計》這門課主要講授機械優化設計數學基礎、經典機械優化設計方法以及應用實例分析等，對于培養學生具備機械優化設計基本概念和基礎機械優化設計能力具有顯著的成效，廣泛開設于各大工科院校機械工程相關專業。

一、對《機械優化設計》課程教學問題的思考

《機械優化設計》課程主要面向已經具備一定機械專業課知識的高年級本科生開設，大多數院校為大四年級本科生安排此課程。《機械優化設計》課程要求學生具有一定的高等數學、計算機科學、機械原理、機械設計以及機械制造等知識基礎，還要求學生具有較強的計算機編程能力。由于涉及到微積分、矩陣運算、泰勒展開式等高等數學知識，并與機械工程領域實際問題相結合，需要采用計算機編程方法實現優化算法，學生普遍反映課程學習難度較大，教學效果不太理想，課程考試通過率較低。探究其原因有三：（1）該課程的學習對學生的知識儲備要求過高，貫穿大學四年的整個學習過程，沒有經過有效復習的學生難以將學過的知識用于本課程的學習;（2）機械工程專業的學生計算機編程能力不是非常突出，完成優化設計算法的編程較困難，學生畏難情緒較為嚴重;（3）機械優化設計更多地解決實際工程問題，學生缺乏實踐經歷和思考體會，難以將優化問題從實際工程問題中剝離提取，缺乏建立機械優化設計數學模型的能力。現有《機械優化設計》課程的教學模式主要為教師講授，學生積極性較低，難以取得滿意的教學效果。因此，如何突破現有教學模式束縛、創新教學手段，提高學生學習積極性，進而有效提升教學質量已經成為機械工程專業機械優化設計人才培養的當務之急。

二、創新《機械優化設計》課程的教學手段

1.梳理必要數學知識，夯實學生基礎知識

數學是建立機械優化設計數學模型的核心，也是《機械優化設計》課程難點之一。由于學生通常在大一年級學習高等數學，等到大四年級的時候已經遺忘很多。所以，教師在講授《機械優化設計》課程時應仔細梳理本課程涉及的主要數學知識，在正式學習機械優化設計方法前重點講授必要數學知識點，幫助學生進行有效的復習。這不但能夠為本課程的順利開展提供基礎，還能幫助學生進一步鞏固數學知識，為其他相關課程的開展提供必要幫助。在講授數學知識的過程中，教師應注重引導學生建立數學知識點與機械優化設計方法之間的關聯，提高學生學習積極性。此外，在講授機械優化設計方法時應注意適時地復習相應數學知識點，進一步夯實學生的數學能力。

2.以需求為牽引，問題為導向

機械優化設計方法應機械工程領域優化設計需求而產生，目的是為了解決機械的優化設計問題。教師在講授知識點過程中，應當加強機械工程領域優化設計需求的教學，讓學生有較為清晰的學習動力和強烈的學習積極性。針對機械工程領域典型的優化設計問題，包括機械結構設計、機械加工工藝優化以及機械電子控制等方向涉及的具有代表性的問題，對學生進行重點講授。只有以機械優化設計需求為牽引、問題為導向，學生才能更為清晰地認識到機械優化設計方法的重要性和實際應用意義，通過需求問題的解決激發學生學習機械優化設計的更大熱情，有助于教學效果的有效提升。

3.增設課程實踐內容，提升學生工程認識水平

機械優化設計方法的應用關鍵在于建立優化設計的數學模型。優化設計模型來源于機械工程實際問題，需要進行歸納總結和剝離提煉。現如今大學生的工程閱歷較淺，工程實踐能力不足。縱然課堂知識學習再好，但離形成解決實際工程問題的能力仍然差距非常大。因此，教師在進行課程教學大綱設計時，應當根據講授的經典優化設計方法有針對性地制定相關實踐內容，使得學生有機會進入到實驗室甚至實際的生產工廠，了解實際的工程問題，經歷問題總結和提煉的過程，熟悉機械優化設計數學模型的建立的必要步驟和注意事項，培養其解決實際工程問題的能力。

4.設置課程大作業，培養學生編寫優化設計算法能力

教師在講授課程知識點的過程中，應當根據教學進度的安排，由易到難地設置一系列大作業，從經典工程問題中提煉作業題目，要求學生采用計算機編程的方式解決機械優化設計問題，并組織學生定期講演自己大作業的成果，調動學生積極討論的主動性，加深課程知識點的學習和理解。

三、結語

《機械優化設計》是一門綜合高等數學、計算機技術和機械等知識的課程，對于培養學生解決實際問題的能力具有重要意義。今后教學過程中應當更加注重學生基礎知識和專業能力的培養，創新教學模式和手段，服務于國家制造強國戰略，培養更多的專業人才。

參考文獻：

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