機械類專業課程實驗與課程設計綜合改革探索

張玲莉　趙堅　汪文津　張婧

（天津城建大學控制與機械工程學院 天津 300384）

摘 要 本文在調研分析高校機械專業課程的基礎上，分析總結機械類專業課程的實驗與課程設計教學環節中存在的問題，從教學體系、內容、方法和手段等方面，對機械類專業課程的實驗與課程設計教學進行了綜合改革探索，表明這些教學改革措施對提高機械類學生的工程思維和工程能力效果顯著。

關鍵詞 綜合教學改革 課程實驗 課程設計 應用型本科人才

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.08.025

On Mechanical Course Experiment and Course

Design Comprehensive Reform

ZHANG Lingli， ZHAO Jian， WANG Wenjin， ZHANG Jing

（School of Control and Mechanical Engineering， Tianjin Chengjian University， Tianjin 300384）

Abstract： On the basis of surveying and analyzing mechanical courses in university. It is analyzed and summarized in the paper against to the existing problems of experimental and course design for mechanical courses in the teaching link. The comprehensive reform exploration has been carried on the teaching of mechanical course experimental and course design in the aspect of teaching system， methods， ways and means. It is illustrated that those teaching reform methods have remarkable effects in aspect of improving engineering thought and ability for mechanical undergraduates.

Keywords： comprehensive teaching reform; course experimental; course design; practical undergraduate

根據機械類本科人才培養要求及社會發展需要，學生在校期間應得到系統化工程實踐能力和創新能力的培養，具體表現在識圖及工程語義的表達及其包括機械產品的加工、制造、裝配和調試等實踐能力。因此，對機械類本科生在校期間應注重這兩方面的培養。機械類本科生所學主干課程的實踐教學包括實驗和課程設計兩部分，它們是培養學生工程實踐能力和創新能力的重要環節。

目前，本科院校開設的機械基礎實驗所涉及的教學課程較多，但各門課程的實驗各自獨立開設，互不聯系，沒有從專業培養的目標和課程綜合學習的角度出發，形成機械基礎綜合實驗教學體系。實驗室能開設的實驗多為常規驗證性的，內容較為陳舊，實驗手段較落后，設計性和創新性的綜合實驗很少;實驗僅僅作為理論課的輔助教學，學生也不重視，實驗的成績并不能反映出學生真實的實驗能力和水平;在實驗教學方式上，學生只能按照教師事先搭接好的實驗平臺和設計好的實驗步驟進行操作，讀取實驗數據及進行數據處理，這種實驗教學方法嚴重制約了學生實際動手能力和創新能力的培養。①

在課程設計教學實踐中，很多院校在選擇設計題目時一直選用傳統、單一的二級減速器，雖然減速器的設計包含了齒輪、軸和軸承等典型軸系零件的設計，學生所學到的知識也能得到較全面的綜合應用，但是中國制造業的不斷發展，又對機械類專業設計者提出了新要求，在這種形勢下，以往的教學模式暴露出了諸多問題，具體表現為：設計題目相對單一，設計參數數量不足，導致部分同學的設計結果雷同，存在抄襲現象;②學生盲目模仿，甚至照搬照抄;在結構設計中，存在不能綜合考慮零件的強度、剛度、工藝、裝配、潤滑和密封等問題。③這些都致使學生的設計能力及創新能力得不到應有的鍛煉。

針對上述問題，結合機械專業特點，本文主要從機械類本科生所學主干課程的實驗教學和課程設計入手，提出一套面向機械類學生綜合創新能力培養的教學改革方案。

1 改革實驗教學，建立全新的基礎實驗教學體系

遵循模仿、掌握、熟練和創新的認識規律，必要的基礎實驗應該保留，設計性、創新性、綜合性實驗的比例適當增加，通過綜合性實驗項目和開放性課外創新實踐教學活動，培養學生在機械設計方面的創新能力和密切配合的團隊精神。

（1）整合實驗內容，建立科學完整的實驗體系。突破實驗原有的課程界限，把一部分實驗內容采用單元形式進行教學，每一單元設計一組實驗，再把另一部分實驗內容組合在一起，設置成為機械基礎綜合實驗單元，形成分層次的實驗教學。各實驗單元既互相獨立又相互聯系。機械基礎綜合實驗教學內容分三個層次：基礎實驗、綜合設計性實驗、創新性實驗，通過綜合設計性實驗項目和科技創新活動，既提高了學生對機械產品的創新思維能力，又培養了相互協作的團隊精神。

（2）改革實驗教學方法，引入案例式實驗教學手段。在實驗教學中引入案例式教學手段，教師應根據教學目標，用典型的教學案例將機、電知識結合在一起，調動學生參與討論、分析及實踐的積極性，進一步提高學生認識、分析和解決工程實際問題以及理論聯系實際的能力，形成培養創新思維意識、自主學習方法、溝通能力和合作精神能力的一種教學方法。

（3）創設開放性實驗，培養學生創新意識。在規定范圍內允許學生自選實驗題目，由學生自行設計實驗，整個實驗過程在教師的指導下獨立完成，無固定實驗模式，這種教學模式既能讓學生認識到機械方案設計的重要性，又強化了學生獨立設計的意識和動手能力。同時，增加成果展示和學生互評環節，促進創新經驗交流和創新意識的激發。

（4）探索設計性、綜合性和創新性實驗的教學模式。嘗試在設計性、綜合性和創新性實驗過程采用自主形式，即允許學生自選實驗題目。例如，機電系統創意組合搭接實驗，這個實驗完全由學生自己設計傳動方案，整個裝配、調整、測試、數據采集及分析過程也由學生獨立完成。這樣就極大地調動了學生動手的興趣，這種實驗教學模式排除了由教師統一定傳動方案、實驗步驟，禁錮學生創新思維的現象。

（5）開放實驗室，開展課外實踐性教學活動。將實驗室作為學生的課外科技創新活動基地，教師引導學生自由組建項目小組，由學生自行尋找課題或根據競賽主題確定題目，進行方案設計論證，通過小組分析、研究和討論確定項目內容，最終根據設計思想和創意理念，在教師指導下形成設計作品，作品可參加校級或市級機械創新大賽，在實踐過程中促進學生間交流，拓寬知識面，開闊眼界。同時，可以將學生暴露出的問題進行總結并引入到實驗教學中，使實驗教學和課外科技創新活動形成良性循環。

2 改革課程設計教學，培養學生的工程應用能力

課程設計環節實踐性和實用性強，結合機械類專業特色，培養學生“學以致用”成為應用型創新人才，為后續面向卓越工程師培養的課程教學體制改革進行有益的初步探索。

（1）改革課程設計內容，引入“能力導向”原則。能力導向原則是以能力為中心設計課程體系，以能力為目標改進教學方法，以能力為標準考評教學效果。④⑤面向機械類學生，我們以學生為中心，以能力導向為原則，構建了完善的課程設計教學體系，目標是培養學生基本設計能力和創新性設計能力，專業設計能力和相關專業設計能力。根據學校自身特色和社會需要擬定課程設計題目，打破傳統設計兩級齒輪減速器局限，在部分有能力的同學中開設創新性設計內容，選定以工程實際為背景的設計題目，把構思、方案設計、功能設計、結構設計、優化設計與CAD相結合，并進行系統訓練，形成一個面向工程實踐的教學體系。

（2）把學生的課外創新設計作品，納入到課程設計教學環節。在部分有能力的同學中開展課外創新性設計活動，設計過程嘗試采用項目式實踐模式，教師提出項目的目標，不規定題目，不指定方法，不提供參考資料;由學生自行探索，允許幾個人組成小組，共同完成項目，成果可以作為課程設計的教學環節進行考核。這種教學模式既培養了團隊合作的能力，又培養了學生的創新能力，極大地挖掘了學生的潛力。

（3）將CAD（計算機輔助設計）運用到課程設計中，提高繪圖效率。把現代設計手段引入到課程設計中，如利用機械專業常用設計軟件AutoCAD、PRO/E、UG、SolidWorks等，鼓勵學生使用計算機輔助設計軟件構建三維模型，實現運動和裝配仿真等，最后可將零件的三維實體模型轉換為二維工程圖，并進一步完成尺寸和公差的標注，這樣，既激發了學生的學習熱情，又將學生從繁雜的繪圖中解放出來，提高繪圖效率，同時，學生對整個設計過程及結果具有更加直觀和形象的了解，使學生將注意力集中在設計方法上，有更多時間去思考產品的整體設計、細節設計及創新設計，真正體驗到機械設計的樂趣。

3 開辟第二課堂，調動學生的學習興趣

利用實驗和課程設計這兩個實踐教學環節組織學生進行課外科技創新活動，通過課外實踐性教學活動，鍛煉學生從方案確定、到結構設計、再到工藝實現等工程實踐能力，培養學生的創新設計能力、綜合設計能力、動手能力、工程實踐能力和團隊協作精神，調動學生學習興趣，挖掘學生自身潛力，施展學生創造才能。一方面，實驗教學、課程設計等可以為課外實踐性教學活動打下良好的實踐基礎;另一方面，課外實踐性教學活動又使實驗教學、課程設計得到了延伸。例如我校機械專業的同學，6人自由組成一設計小組，進行機械創新設計，學生們從設計方案的確定、參數的選擇，零件的設計、校核及繪圖再到零件的加工等都是在教師的指導下獨立完成，其中一組同學設計的產品“思維空間”平面機構創意組合演示教具，參加全國第六屆機械創新大賽和天津市第五屆機械創新大賽，分別獲二等獎和一等獎榮譽。通過我校的教學實踐改革證明，學生主動學習、溝通能力、理論聯系實際和創新思維意識有了很大的提高。

4 結語

本文立足機械類本科生所學主干課程的課程實驗和課程設計，通過具體實踐教學和學生第二課堂，就教學體系、教學內容、教學方法和教學手段等方面進行全面改革，提出了以學生為中心，教師為主導，注重動手能力的培養，發揮學生的想象力，使學生在獲取知識（自學）、共享知識（團隊工作）、應用知識（解決問題）、總結知識（創新）和傳播知識（溝通）過程中得到能力提升的改革思路，教學改革已初見成效。實踐證明，這種改革更能充分地調動學生的學習和創新的積極性，提高學生實際動手能力、協作能力及創新能力，教學效果顯著，為把學生培養成應用型本科人才打下了良好的基礎。

參考文獻

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