基于“卓越計劃”的機械設計課程教學改革與實踐探索

付瑩瑩+趙世田+劉道標+馮偉

摘要：基于培養“卓越機械工程師”的基本要求，對機械設計課堂教學進行創新改革和實踐，主要包括重構教學體系和教學內容，以設計為主線實現理論與實踐一體化教學，設計項目式教學對學生進行創新能力培養。

關鍵詞：卓越計劃；機械設計；改革與實踐

一、 引言

“卓越工程師教育培養計劃”簡稱“卓越計劃”，是國家教育部貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發展規劃綱要（2010-2020年）》的重大改革項目。該計劃于2010年啟動，目的在于培養和造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，從而促進高等教育面向社會需求培養人才，對全面提高工程教育人才培養質量具有十分重要的示范和引導。

鹽城工學院（以下簡稱“我校”）是教育部批準的第二批“卓越計劃”高校。機械設計制造及自動化專業是我校最早啟動“卓越計劃”的專業之一，而機械設計又是高等學校機械類專業中必修的一門核心技術基礎課程。因此，為全面落實“卓越計劃”，基于培養“卓越機械工程師”的基本要求，對機械設計課程教學進行了創新改革和實踐。

二、 基于CDIO工程教育理念，重構教學體系和教學內容

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，它是由美國麻省理工學院和瑞典皇家理工學院等四所大學組成的跨國團隊，經過四年的探索研究，創立的全新工程教育理念。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它以工程能力培養為目標，將工科畢業生的能力分為工程理論知識、個人能力、人際交流與團隊協作能力和企業工程系統運作能力4個層面。我們將CDIO工程教育模式與機械設計課程教學有機結合，對課程教學體系和教學內容進行改革和創新實踐，以適應“卓越機械工程師”的基本培養要求。

傳統的機械設計課程體系包括理論教學和實踐教學兩個模塊，其中實踐教學又包括實驗教學和課程設計。根據“卓越計劃”培養方案要求，將機械設計課程體系改為理論教學、實踐教學和創新性教學三模塊。理論教學中強調學生的主體地位，注重學生學習能力、創新能力和團隊協作能力的培養。把教材的每個章節作為一個獨立的教學單元，教學過程主要包括：

1. 課前下達設計任務書。要求學生通過查閱資料、提前預習等方式明確任務書的具體內容和要求。

2. 課堂進行理論知識講解。采用多媒體、教具等多種教學方式方法，詳細講解單元知識點，使學生打好堅實的理論基礎。

3. 課后完成設計內容。任務中的設計題目難易度不一，學生可以以個人或小組形式進行，以培養學生創新能力及團隊合作能力。

4. 設計作品提交。在每個教學單元結束時，總結、梳理本單元的重點和難點內容。對學生作品中的優秀典型案例，由學生團隊制作PPT上臺匯報，學生集體進行技術交流和討論，指出設計的亮點和不足，并給出解決方法。

機械設計課程的主要內容是一般尺寸和參數的通用零部件的設計和選用，包括基本的設計理論和方法以及有關技術資料的應用。傳統的教學方式是以典型零件為例，按照失效形式、受力分析、強度計算、結構設計為設計主線進行設計。采用一定的理論分析和計算，結合人們在長期的設計和生產實踐中總結出的方法、公式、圖表等進行設計。傳統設計方法公式化較強，影響了學生的學習積極性和創新思維的發展。我校將計算機輔助設計、優化設計、有限元計算等一些現代設計方法引入機械設計課程中來，并在教學中結合教師們的實際在科研項目或企業實際工程設計案例，讓學生了解學科前沿知識，有效激發了學生的學習興趣，開拓了學生的創新思維方式。

三、 以設計為主線，實現理論與實踐一體化教學

機械設計課程的理論性和實踐性均很強，傳統的機械設計課程教學采用“先理論后實踐”的教學模式，理論教學和實踐教學兩模塊相互脫節。學生在理論學習過程中積極性不高，在實踐環節缺乏綜合設計能力。針對“卓越計劃”的培養目標，我校構建以設計為主線課程教學體系，改革傳統教學模式，實現理論與實踐一體化教學。

理論與實踐一體化教學是指理論教學和實踐教學兩個模塊要在同一時間和空間同步進行。理論與實踐一體化教學對教學過程提出了更高的要求。為了實現理實一體化的學習環境和硬件條件，我校對學習場所進行改造，如在實驗室或實習車間增制黑板、多媒體等教學設施等。把課堂搬入實驗室，把實驗引入課堂。在具體的教學過程中，根據每個教學單元的內容設置獨立的設計題目。學生帶著問題，帶著目的進行理論學習，讓學生在學中做，在做中學，有效的提高了學生積極發現問題、分析問題、解決問題的能力。同時，對于教師也提出了更高的要求，卓越班任課教師要求有企業任職經歷。我校通過校企合作、選派教師到企業實習等一系列措施進一步加強“雙師型”教師培養。

四、 項目式教學，注重學生創新能力培養

項目式教學法是“行為導向”教學方法中的一種形式。其特點是“以項目為主線、教師為引導、學生為主體”，改變了以往“教師講，學生聽”被動的教學模式，創造了學生主動參與、自主協作、探索創新的新型教學模式。傳統的機械設計多采用“填鴨式”教學方式，老師只是把書本的知識灌輸給學生，毫無創造性。學生只是被動的接受，缺乏獨立思考能力。在機械設計教學中，引入了項目式教學方法，調動了學生學習的主動性、創造性、積極性，有利于加強對學生自學能力、創新能力的培養。

課程項目的確定主要有三種途徑：

1. 機械設計課程設計題目。傳統的機械設計課程設計通常是在理論教學結束后單獨進行，題目也是多年一直沿用的減速器設計，雖然做到了一人一題，但由于受題目所限，學生設計無新意，設計質量不高。為提高學生設計的積極性，在理論教學之前就把設計題目分配下去，學生可以小組形式進行，除了完成傳統的設計內容，要求學生綜合運用所學知識，如使用UG或Pro/E軟件進行三維建模、運動仿真、運動分析等，積極探索機械設計的新方法、新理論和新思路。

2. 各類機械創新大賽題目。鼓勵學生積極參加“全國大學生機械創新設計大賽”、“全國大學生工程訓練綜合能力競賽”、“全國三維數字化創新設計大賽”等各類國家級比賽項目。把各競賽主題作為課程項目，學生不僅完成了機械設計課程的學習，同時鼓勵更多的學生參與到科技創新活動中來，由老師推薦優秀設計參加各級學科競賽，學以致用的同時，極大的提高了學生的學習興趣及特長發揮。

3. 教師的實際在研課題。教師也可以把自己實際在研課題介紹給學生，讓學生了解學科前沿問題，同時積極思考勇于創新設計。對于較為成熟的設計作品可以進一步給予指導加以完善，鼓勵學生申報專利或發表學術論文，參與各種創新設計大賽。培養學生的創新實踐能力，調動學生創新、發明的積極性。

五、 結語

機械設計是工科高等院校機械類專業主干技術基礎課之一，具有很強的綜合性和實踐性，對于“卓越工程師”的培養具有重要的意義。因此，在機械設計課程教學中應依據“卓越計劃”的基本要求，積極探索新的教學模式和教學方法，為培養合格的高素質應用型的“卓越機械工程師”奠定基礎。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部門戶網站.教育部啟動實施“卓越工程師教育培養計劃”（2010）[OL].

[2]銀光球，張福江.基于CDIO機械本科課程教學改革探索與實踐[J].教育教學論壇，2017，（29）：152-154.

[3]胡慶芳.優化課堂教學：方法與實踐[M].中國人民大學出版社，2014.

作者簡介：付瑩瑩，趙世田，劉道標，馮偉，江蘇省鹽城市，鹽城工學院機械優集學院。endprint