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

關(guān)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(yǎng)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(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)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(yǎng)和造就一大批創(chuàng)新能力強、適應經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，從而促進高等教育面向社會需求培養(yǎng)人才，對全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)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(yè)是我校最早啟動“卓越計劃”的專業(yè)之一，而機械設計又是高等學校機械類專業(yè)中必修的一門核心技術(shù)基礎(chǔ)課程。因此，為全面落實“卓越計劃”，基于培養(yǎng)“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(chuàng)新改革和實踐。

二、 基于CDIO工程教育理念，重構(gòu)教學體系和教學內(nèi)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(jīng)過四年的探索研究，創(chuàng)立的全新工程教育理念。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），它以工程能力培養(yǎng)為目標，將工科畢業(yè)生的能力分為工程理論知識、個人能力、人際交流與團隊協(xié)作能力和企業(yè)工程系統(tǒng)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(jié)合，對課程教學體系和教學內(nèi)容進行改革和創(chuàng)新實踐，以適應“卓越機械工程師”的基本培養(yǎng)要求。

傳統(tǒng)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(jù)“卓越計劃”培養(yǎng)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(chuàng)新性教學三模塊。理論教學中強調(diào)學生的主體地位，注重學生學習能力、創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作能力的培養(yǎng)。把教材的每個章節(jié)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(nèi)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(chǔ)。

3. 課后完成設計內(nèi)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(yǎng)學生創(chuàng)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(jié)束時，總結(jié)、梳理本單元的重點和難點內(nèi)容。對學生作品中的優(yōu)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(shù)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(nèi)容是一般尺寸和參數(shù)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(guān)技術(shù)資料的應用。傳統(tǒng)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(jié)構(gòu)設計為設計主線進行設計。采用一定的理論分析和計算，結(jié)合人們在長期的設計和生產(chǎn)實踐中總結(jié)出的方法、公式、圖表等進行設計。傳統(tǒng)設計方法公式化較強，影響了學生的學習積極性和創(chuàng)新思維的發(fā)展。我校將計算機輔助設計、優(yōu)化設計、有限元計算等一些現(xiàn)代設計方法引入機械設計課程中來，并在教學中結(jié)合教師們的實際在科研項目或企業(yè)實際工程設計案例，讓學生了解學科前沿知識，有效激發(fā)了學生的學習興趣，開拓了學生的創(chuàng)新思維方式。

三、 以設計為主線，實現(xiàn)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(tǒng)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(jié)。學生在理論學習過程中積極性不高，在實踐環(huán)節(jié)缺乏綜合設計能力。針對“卓越計劃”的培養(yǎng)目標，我校構(gòu)建以設計為主線課程教學體系，改革傳統(tǒng)教學模式，實現(xiàn)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(xiàn)理實一體化的學習環(huán)境和硬件條件，我校對學習場所進行改造，如在實驗室或?qū)嵙曑囬g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(jù)每個教學單元的內(nèi)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(fā)現(xiàn)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(yè)任職經(jīng)歷。我校通過校企合作、選派教師到企業(yè)實習等一系列措施進一步加強“雙師型”教師培養(yǎng)。

四、 項目式教學，注重學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)

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(chuàng)造了學生主動參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng)新的新型教學模式。傳統(tǒng)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(chuàng)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(diào)動了學生學習的主動性、創(chuàng)造性、積極性，有利于加強對學生自學能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

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(tǒng)的機械設計課程設計通常是在理論教學結(jié)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(zhì)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(tǒng)的設計內(nèi)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(chuàng)新大賽題目。鼓勵學生積極參加“全國大學生機械創(chuàng)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(shù)字化創(chuàng)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(chuàng)新活動中來，由老師推薦優(yōu)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(fā)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(chuàng)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(fā)表學術(shù)論文，參與各種創(chuàng)新設計大賽。培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實踐能力，調(diào)動學生創(chuàng)新、發(fā)明的積極性。

五、 結(jié)語

機械設計是工科高等院校機械類專業(yè)主干技術(shù)基礎(chǔ)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(yǎng)具有重要的意義。因此，在機械設計課程教學中應依據(jù)“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(yǎng)合格的高素質(zhì)應用型的“卓越機械工程師”奠定基礎(chǔ)。

參考文獻：

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[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(yōu)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(yōu)集學院。endprint