基于創新設計能力培養的機械設計課程群建設

摘 要：機械設計課程群是機械類專業核心課程群，它對培養機械工程類專業學生的創新能力和創新意識起著非常重要的作用。本文從課程的教學體系，教學內容，教學實踐，教學方法，教學評估，師資教師六方面，對基于學生創新設計能力培養的機械設計課程群建設作了探討。

關鍵詞：創新設計；機械設計；課程群

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.214

1 前言

“機械設計課程群”作為機械工程類學生機械創新設計能力培養的主要課程群，具有重要的地位。按群中各門課程地位，可分為基礎設計類、專業設計類、現代設計類三大類課程，每類課程又包含3-4門具體課程。“機械設計課程群”包括課堂講授及課程實驗、課程設計、實習等實踐性教學環節。它們在教學內容和方式上會有很多內在與共性的問題。因此，機械設計課程群建設是一個統籌系統的工程[1]。

在當代高等教育中，學生的創新精神和創新設計能力是機械工程類專業學生的核心能力。而機械學生創新設計能力的培養很大程度上決于機械設計課程群學習的情況，因此需要綜合起來考慮機械設計類相關課程改革，從教學體系，教學內容，教學實踐，教學方法，教學評估，師資教師等各個方面進行全面的建設。

2 機械設計課程群當下的問題

機械設計課程群還存在以下問題：（1）課程群中部分教材的內容比較陳舊，教材的體系不是很合理。課程群中部分課程之間內容重復或不銜接，譬如“CAD/CAM”課程與“三維實體建模”往往在軟件介紹時會重復同一個軟件的學習。（2）傳統教學內容和方法與現代先進的機械設計方法結合得不夠，不能適應現代機械產品設計的發展要求。如機械設計課程中的齒輪等工程實例內容繁瑣，計算復雜，而企業實際設計中往往采用輔助設計手段，快捷方便而且正確。（3）課程群實踐課依附理論課，難以保證人才創新能力培養的需要。另外綜合性、設計性、工程性實驗項目占比少，理論驗證性實驗項目占比大，不利于學生創新意識和工程綜合素質的培養。如沒有開設專門的創新實驗及實踐課程，系統提高學生創新能力的實踐機會較少。（4）部分課程群中的課程設計題目（機械原理課程設計、機械設計課程設計、機電一體化課程設計等），有些假擬題往往脫離了工程實際，導致學生缺乏解決實際工程問題的鍛煉機會和能力，不能滿足現代企業

對人才的要求。（5）部分課程群課程的教學方法陳舊，不能吸引和啟發學生積極開展創新設計。（6）沒有完善的創新設計教學基地，缺乏合理的創新設計教學評估考核體系，創新設計課外實踐學生積極性有待提高。（7）教師的自身創新設計能力不夠，有待加強。

3 機械設計課程群教學改革實踐

以培養大學生創新設計能力為目標，針對機械設計課程群建設中存在的問題，可以從以下幾方面開展工作。

3.1 修訂專業培養方案，完善課程群教學體系

重新修訂機械工程類專業的培養方案，建立適合創新能力培養的教學體系。在厚基礎知識學習的基礎上，開設寬口徑的專業教育課程及交叉學科課程，加強學生的實踐精神和創新意識的訓練，促使學生知識、能力和素質協同發展，使學生具備優秀的的專業素質和創新能力。從現代企業對機械工程類創新人才的要求出發，優化“平臺+模塊”的創新教育課程體系，開展機械設計課程群的研究，加強課程精品化建設[2]。

為了培養高素質機械創新人才，需要從工程實際出發，重點培養的學生創新設計能力。因此在設置機械設計課程群體系時，應當結合機械設計的創新設計理論及方法，注重高新科技對機械工程創新與發展的影響，增加機械學科發展的新內容、新方向。從機械系統的整體考慮，搭建機械創新設計系列的課程模塊：設置“機械原理”、“機械設計”、“機電一體化系統設計”、“機械創新設計”、“現代設計方法”、“CAD/CAM”，“三維實體建模” “有限元分析”等課程，使學生獲得創新設計的基本理論與方法。課程模塊包含基礎設計類、專業設計類現代設計類課程的三個逐步提高的層次，來建設機械設計課程群。上下承接的各層課程群，為學生構建完整的理論知識，使學生掌握扎實的現代機械設計理論與技術。同時通過課程中大量的工程設計實例，為提高學生解決實際問題的能力奠定基礎。

3.2 優化課程群教學內容，提高教學效果

通過課程群教師對機械設計課程群各課教學內容的詳細解構，重新整合機械設計的先進設計手段、創新設計、創新性綜合實驗及工程實踐等內容，編寫新的機械設計系列課程群教學大綱。

（1）開展以“產品設計”為中心的課程群建設。為保證教學的連貫性，教學中開展以“產品設計”為中心的課程群建設，如圖學實踐中以減速箱軸系部件為繪圖對象，進行基本二維圖學繪制的練習，工程技能訓練中，以整個減速箱測繪來強化對產品結構、公差配合的認識；在機械設計課程設計中以整個設備的傳動機構設計為題目，圍繞主要傳動機構減速器的尺寸及結構設計來強化學生對產品設計的認識。從不同角度對同一產品進行逐步的深入認識，從而掌握產品設計的方法及要領。

（2）強化課程群中的計算機輔助設計模塊。現代機電產品的設計已經很大程度上依賴計算機輔助設計。用計算機輔助設計技術連接課程群中的各門傳統課程，建立新的課程群體系，會更有利于激發學生的機械創新設計潛力。因此在教改中側重引入計算機輔助設計的內容。如在《機械原理》《機械設計》課程中設置了計算機輔助設計的學時，購買機械設計手冊軟件版，各種機構及零件都可以采用計算機輔助機械設計軟件進行設計，如圖1，既加深學生的認識，又大大提高學生的興趣。同時購買機械工程師軟件，如圖2，使學生在計算機繪圖設計過程中更易標準化、規范化，大大節省繪圖時間，提高學生的繪圖的興趣和能力。還購買3D打印設備，使學生在學習《三維繪圖》及進行《機械創新設計》課程學習時能及時把所設計的三維零件打印出來如圖3，大大提高了學生的學習興趣。同時在進行機械創新設計大賽和工程技能大賽時能學生應用3D打印進行創新設計，取得了很好的效果。下階段準備購買三維機械工程師軟件，讓學生更快更好的創新設計三維零件及產品。

3.3 靈活運用各種教學方法，調動學生學習積極性

部分機械設計課程群中的課程，嘗試了采用多樣的教學方法和手段。如課程中引入大量工程實例來強化學生的工程實踐能力；部分課堂教學嘗試開展翻轉課堂教學改革，公開課演示；重新制作課件，豐富課堂內容，如在課堂上播放包含有豐富而生動的學科知識和多種媒體信息的課件、教學錄像片、加工現場錄以及三維動態機構、實物照片等。

機械設計課程群老師引入中國大學慕課平臺，鼓勵學生利用網絡平臺進行學習和交流。如北京航空航天大學郭衛東教授的《機械原理》、西南交通大學的《機械設計》、大連理工大學的《現代工程制圖》現在已經有比較成熟及優質的慕課課件。同時利用2017年國家教育部校企協作項目《機械設計》移動信息化教學改革”的建設，開展了課程群中3門課程的藍墨云班課及云教材的建設。利用學生喜愛的手機移動端藍墨云班課APP在線學習平臺，在課堂上學生和老師實時開展互動，輕松完成簽到，在線測試，回答問題等，課后作業輕松上傳并實時交流討論。大大提高了學生學習的自覺性和課堂效率，增加學生對課程的喜愛，教學效果顯著提高。

3.4 完善實踐教學，提升學生創新能力

從培養學生創新設計能力角度改革原有的《機械原理》、《機械設計》、《機電一體化系統設計》等機械設計課程群的課程設計。設計一批基于工程實際的課程群課程設計題目。課程設計時著力提高計算機輔助設計能力的培養，提倡用計算機輔助設計軟件如進行設計及繪圖。如采用機械設計手冊軟件版進行零件的輔助設計，采用機械工程師軟件進行快速繪圖，采用AMESim 系統仿真軟件進行機電液一體化系統設計，大大提高了課程設計效率和質量。采用Pro/E等軟件進行三維造型，開展創新設計，進行三維打印制作零件，完成各類大賽中的零件制作，提高學生的動手實踐能力。

整合建設創新設計實踐基地。本專業建立了能夠激發學生的創造性思維開展創新設計及實踐的活動中心，建立了機械創新設計中心、CAD教學與培訓中心、學生創新活動指導中心（3D打印室、學生創新設計制作中心）三個中心。三個創新基地的建立為學生創造性思維的訓練，創新潛能的開發，創新能力的鍛煉，創新設計方法的掌握，實踐動手能力的提高，提供良好的創新環境。

組織學生積極開展創新設計第二課堂。參加“全國機械設計創新大賽”、“挑戰杯”、“全國大學生智能汽車大賽”“大學生工程訓練綜合能力大賽”等，取得很好的成績。

3.5 創新評估體系，發揮導向作用

機械設計課程群按照學習過程評估結合目標管理的原則，建立了新的考核規范及其具體的實施辦法。建立全面考核學生綜合能力（學業水平、科研能力、創新素質等）的評估考核系統。改革機械設計課程群的考核方式，采用形式多樣的考核方式：如閉卷、開卷、半開卷，上機、設計論文、實際作品等。強化教學過程中的平時考查，如課堂測試、提問、作業、課程設計、科技論文、創新實驗、工程實踐、各類項目訓練（如新苗計劃項目、國家大學生創新計劃項目）等，增大平時考查成績的比重，使考試成為教學的中間環節。課程的考核過程中，強化學生的學習過程的監控及考核，側重自主學習能力的考核，提高學生在課程中的積極性和參與度。

3.6 加強師資隊伍建設，落實研究性教學

建設一支與創新設計教學相適應機械設計課程群教學團隊。由學術水平高、教學能力強的課程群責任教師帶領，教授、副教授、講師、實驗師等不同層次的教師組成的機械設計課程群教學團隊。采用引進或自己培養等方法提高課程群教師的教學水平，鼓勵教師走出去調研國內兄弟院校，參加各種與機械設計教學相關的會議，以開拓教師的眼界。建立科學規范的教學研究制度，逐步形成了自由討論與交流的寬松環境，積極促進教師主動進行課程教學方法的改革和教學內容的更新。

4 機械設計課程群改革的效果

在近幾年的機械設計課程群的教學與實踐中，機械設計課程群團隊堅持以培養學生的創新設計素質為主要目標，從教學內容和教學手段等方面對機械設計課程群進行了積極的改革和探索。通過基于學生創新設計能力培養的機械設計課程群建設，完善了課程群教學體系，完成了課程群中課程的多媒體及網絡建設，編寫了一批基于工程實際的創新設計實驗項目及課程設計題目，大大提高了機械設計課程群的教學質量。為創新設計人才培養模式的形成起到很大的推動作用，為后續各屆逐漸普及培養創新設計人才的研究性教學模式積累經驗，也為本校其他工科類創新設計人才的培養提供經驗。

參考文獻：

[1]陳波，張建中.基于CDIO的“機械設計課程群”教學改革與實踐[J].教育教學論壇，2012（30）：181-182.

[2]田正琳，周長江等.機械基礎課程群研究性教學的新模式與實踐[J].長沙鐵道學院學報（社會科學版），2012，136（04）：96-98.

[3]胡曉珍.機械設計類課程設計的教學探索與實踐[J].機械管理開發，2012（02）：153-154.

基金項目：浙江省高等教育教學改革研究項目（jg2015088）

作者簡介：胡曉珍（1971-），女，浙江慈溪人，碩士，副教授，從事機械設計制造及其自動化專業的教學與科研工作。