基于應用能力培養的機械原理課程設計教學改革與實踐

劉艷艷 梁醫 趙建平

摘 要 以應用能力培養為目標，提出以選題多樣化、現代設計工具應用、參數化設計訓練、機械創新大賽相結合為手段的機械原理課程設計教學改革與實踐方案，并在南京理工大學紫金學院以2012級、2013級機械工程專業為改革試點。實踐表明：改革思路正確，教學效果明顯，學生自主化學習、現代設計工具應用、計算機綜合應用、創新設計等綜合應用能力得到明顯提升，使課程更好地適應獨立學院應用型人才培養目標。

關鍵詞 應用能力；機械原理；課程設計；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）02-0090-04

1 引言

隨著我國經濟、社會的快速發展，我國高等教育的人才培養目標也漸趨完善與合理[1]。作為我國高等教育體系重要組成部分的獨立學院，其人才培養目標大都定位于應用型本科人才的培養，因此，其人才培養模式及課程教學都必須要突出應用能力的培養和訓練。

“機械原理”（“機械設計基礎Ⅰ”）是機械類專業的一門主干技術基礎課，是理論基礎課與專業課的橋梁，是培養學生應用能力的基礎；作為其實踐環節，“機械原理課程設計”是學生應用能力培養與訓練的第一次“演練”，對學生綜合應用能力的培養至關重要。因此，加強此環節的教學研究與改革，對整個人才培養目標的實現具有重要意義。

2 課題研究現狀

2009年，教育部高等學校機械學科機械基礎課程教學指導分委員會機械原理課指組修訂的《機械原理基本要求》提出：“按照一個簡單機械系統的功能要求，綜合運用所學知識擬定機械系統的運動方案，并對其中某些機構進行分析和設計。”按照這一要求，南京理工大學紫金學院“機械原理課程設計”課程在“機械原理”課程結束后的第二學期，針對“插床導桿機構”10組不同的性能參數和15個不同的位置，分別進行機構運動簡圖的繪制、運動分析和動態靜力學分析。該方案基本上滿足了該校“機械原理課程設計”的教學要求。

然而，隨著現代設計方法的發展和計算機應用軟件的提升，原來這種以“指導書為主動、學生為被動”的課程設計方式固然可以“鞏固學生所學機械原理知識”“培養學生應用技術資料和查閱資料的能力”，但與現階段應用型人才培養目標不能有效適應，存在下面一些問題。

選題單一，無法培養自主化學習能力 所有學生均以“插床導桿機構”為研究對象，采用圖解法進行設計計算，唯一的區別在于分析計算的“位置”不同，學生基本“依葫蘆畫瓢”，且較易引起抄襲現象。

設計手段落后，無法體現對先進設計工具的運用 傳統設計方法只注重“圖解法”的訓練，對學生基本理論知識的掌握有一定作用，但應用型人才更要注重對以計算機輔助設計（CAD）為代表的現代設計工具的應用。

設計內容過窄，無法培養系統工程概念 一部機器一般由原動機、傳動系統和執行系統三部分組成，而本課程設計僅對執行系統進行設計，沒有對“機械系統的方案和機構的選型”進行設計，缺乏整體設計理念和系統訓練，無法培養學生“系統工程”的概念與意識。

教學形式死板，創新能力培養不夠 基于單一的選題，采取的教學方式基本為集中式教學訓練，導致學生基本處于被動地位，沒有為他們創新思維和創新能力的培養和發揮提供擴展空間。

3 課題研究的具體思路與方法

根據學院機械專業人才培養目標和市場需求，從學院實際情況出發，對“機械原理課程設計”課程進行有益的改革與實踐，取得一定的研究成果。基本改革思路如圖1所示。

通過多樣化選題，培養學生的自主化學習能力 自主學習是一種現代學習方式，強調以學生作為學習的主體，學生自己做主，通過閱讀、聽講、研究、觀察、實踐等手段，使個體可以得到持續變化，包括知識與技能的提升、方法與過程的體驗、情感與價值的改善和升華等。自主學習是大學教育的終極目標，自主學習能力的培養對提高學生的應用能力起到至關重要的作用[2-3]。本項目瞄準學生自主化學習能力培養的目標，對課程題目進行有效設計，在盡可能緊跟機械原理教材主要內容的同時，將課題分為常規性題目和主題性題目兩大類。其中，常規性題目的方案、任務和功能比較明確，學生從任務或題目組中選擇，獨立完成設計內容。這類題目主要從生活實際出發，對典型機構進行設計，見表1。

主題性題目是在常規性題目基礎上的提升，要求學生在限定的主題范圍內通過調研，自主確定課題內容、課題設計方案等，并獨立完成課題設計。該類課題一般方向比較新穎，但所給方案信息比較模糊，比如綠色環保教育主題、教學設備主題等。該類課題任務量的大小由所設計機械的具體性能和創新點確定，對學生自主化學習能力提出更高的要求。

通過PRO/E、ADAMS等工具的引入，培養學生對現代設計工具的應用能力 在現代機械設計中，設計手段越來越多，特別是以計算機輔助設計（CAD）為代表的現代設計工具，其應用越來越廣泛。本項目研究瞄準學生現代設計工具應用能力培養的目標，在課程設計過程中，有目的性地引入Pro/E、SolidWorks等計算機輔助設計軟件進行相關機械結構的設計，引入ADAMS軟件進行機構的運動學分析和動力學分析，并與傳統的圖解法分析結果進行比較。

圖2所示為應用Pro/E軟件完成的課題“沖壓式蜂窩煤成型機的設計”的系統主要組成部件三維裝配圖，學生可依據該三維裝配圖進一步實現“沖頭”的運動分析。

圖3所示為應用ADAMS軟件完成的課題“半自動平壓模切機的設計”的機構模型案例，進一步可實現該機構各組成構件的運動分析。

此措施在鍛煉學生基本技能的同時，又提升了對先進現代設計工具的應用與訓練，對學生應用技能的培養及就業開拓了更廣闊的空間。

通過機構的參數化設計，培養學生的計算機綜合應用能力 計算機技術和信息技術已經滲透到現代社會生活的各個領域，很多企業和用人單位對高校畢業生的計算機綜合應用能力要求越來越高，不僅要求掌握計算機基礎知識，還要掌握應用計算機來解決實際問題的能力。因此，技術應用型院校更應該培養學生的計算機綜合應用能力。但在現階段的人才培養過程中，普遍存在僅注重計算機基礎知識的傳授、片面追求計算機等級考試通過率等實際問題，導致學生不能將計算機基礎與專業知識應用有效銜接。本項目研究瞄準學生計算機綜合應用能力培養的目標，在課程設計過程中，對部分機構的設計輔助以VB編程語言來完成，編寫機構的參數化設計程序。圖4所示為引入VB計算機語言對“插床導桿機構”進行參數化設計的案例。

該項改革改變了機械專業學生對計算機課程普遍存在的“重理論”“無用論”的觀點，將計算機基礎知識與專業教學實現有機結合，進一步提升了學生的計算機綜合應用能力。

通過與各類機械創新大賽相結合，培養學生的創新設計能力 培養學生的創新精神和創新能力是高等學校人才培養的重要目標。創新設計是一種具體的實踐活動，對大學生而言，機械創新設計能力主要包括創新意識、創新思維和創新實踐能力，在具有創新意識和創新思維的基礎上，通過創新實踐來實現創新設計。以“機械創新設計大賽”為代表的各類科技競賽活動是開展創新設計能力培養的重要載體，本項目將課程設計與競賽活動相結合，部分優秀的課程設計成果優先推薦參加“全國大學生機械創新大賽”；同時，大賽的作品也將充實到課程設計題目庫之內，廣泛調動學生積極性，培養學生的創新設計能力。圖5所示為課程設計中表現出的優秀作品——垂直式膠帶封箱機，獲得“第七屆全國大學生機械創新設計大賽”江蘇省賽區二等獎。

4 結語

本文是南京理工大學紫金學院2012級、2013級機械工程專業“機械原理課程設計”教學改革的實踐總結。通過多樣化選題、引入現代設計工具的應用、參數化設計訓練，并與各類機械創新大賽相結合，改變傳統教學中選題單一、設計手段落后、設計內容過窄、教學形式死板的狀況，在重復調動學生學習積極性的同時，培養學生自主化學習能力、現代設計工具應用能力、計算機綜合應用能力和創新設計能力，更好地適應和服務了獨立學院應用型人才培養的目標。

參考文獻

[1]劉獻君.我國高等教育發展的主導思想及面臨的主要矛盾[J].高等教育研究，2017，38（1）：1-7.

[2]何基生.大學生自主學習能力的內涵、構成及培養[J].湖南科技學院學報，2012，33（5）：75-78.

[3]董德發，張艷叢，趙婧，等.提升應用型本科高校大學生自主學習能力途徑研究[J].中國科教創新導刊，2014（2）：38.