現代設計方法課程的教學改革探析

王雪蓮

摘要：現代設計方法課程內容體系龐大，綜合性強，通過學習使學生開拓視野，提高知識運用能力與創新設計能力。結合本專業實際情況，通過對現代設計方法課程現有教學現狀的分析，針對課堂教學、實踐環節和考核體系提出改進措施。將多學科理論體系融合滲透于教學過程，課堂教學引入實踐環節，重新規劃授課內容和形式，制定新的考核細則及評判標準，實現全授課周期的跟蹤反饋。通過一系列改進措施，提高學生分析和解決問題的能力，培養學生個性化發展。

關鍵詞：現代設計方法；教學改革；課堂教學；實踐環節；考核體系

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）08-0131-03

現代設計方法是綜合性較強的一門課程，它與眾多學科緊密聯系，內容體系龐大。通過本課程的學習，可使學生了解現代設計方法的發展概況與趨勢，并對常用設計方法的理論、內涵、特點、應用領域有較深入的認識。一方面有助于開拓學生的視野，另一方面有利于提高學生的知識運用能力與創新設計能力，從而增強其創新設計意識及獨立解決問題的能力，為將來從事設計工作或科學研究打下一定基礎。

一、現代設計方法的教學內容及現有教學模式存在的問題

現代設計方法課程所集成的知識體系比較龐大，目前本專業現代設計方法課程共30學時，全部為理論授課學時，無實踐學時。受開課學時的限制，不可能把每一種現代設計方法一一介紹，在“重基礎、寬面向、重能力、新知識、少學時、低重心”的教學方針指導下，重點介紹了現代設計方法學、優化設計、有限元方法、可靠性設計的基本原理和方法。在此基礎上，為反映現代設計方法的發展前沿，還簡要介紹了創新設計、快速響應設計、綠色設計、并行設計、虛擬設計和協同設計等幾種前沿的設計理念和方法。

通過多年授課經驗及課后學生聽課效果反饋發現，現有教學模式存在以下問題：

1.課程內容多，課時少，學科交叉程度高，理論抽象，課堂理解吸收效果差。現代設計方法是一門工程實用性較強的新興邊緣學科，是一個種類繁多、知識面廣的學科群，由多種設計方法組成。由于課時有限，目前授課內容主要是介紹理論上比較成熟并已經獲得廣泛應用的現代設計計算方法，主要包括現代設計方法學、優化設計、有限元法和可靠性設計。“優化設計”部分涉及到高等數學、線性代數、矩陣論等數學知識；“有限單元法”部分涉及到彈性力學知識，在求單元剛度矩陣、總體剛度矩陣，求解平衡方程中，涉及到矩陣運算，計算工作量非常大；“可靠性設計”中涉及到概率論與數理統計的知識。多學科理論的交叉，內容的多元化，使學生在聽課時產生嚴重消化不良的現象。

2.缺少實踐環節，無法深化對課程內容的理解，對解決工程實際問題的能力訓練不夠。實踐教學是實現高校教育人才培養目標的主體教學之一，鑒于機械類專業的特點，應發揮其特色，重實踐教學環節，加強學生實踐能力和創新能力的培養。現代設計方法目前的授課模式均為采用多媒體的理論授課，并無實踐授課環節。由于學科高度交叉，知識體系又比較龐大和抽象，課堂的理解消化能力本來就不理想，若無實踐環節來加深知識點的鞏固，很難達到理想的學習效果。隨著社會對人才能力需求的高標準化，機械類專業所培養的學生，不但要有扎實的理論基礎，還要有解決實際問題的能力。尤其像現代設計方法這種設計理論類的課程，進行理論學習的同時，更要注重培養學生利用理論方法解決實際工程問題的能力，理論與實踐相結合，才能達到最佳的授課效果，提高學生的學習效率。實踐教學在使學生更好地領會并掌握現代設計方法在實際工程中的正確應用，培養學生基本素質和能力等方面具有不可替代的重要作用。

3.考核方法過于形式化，很難真實反映授課效果。現代設計方法目前采用的是平時成績與卷面考核綜合評價的考核機制，成績評定方法為：出勤10分+平時作業10分+期末考試80分，課程考核還是以卷面考試成績為主。通過多年的教學實踐發現，閉卷考試只能考查學生對一些基本概念和固定規律的死記硬背的功夫，無法得知學生真正的理解程度，對學生自學能力、應用能力、動手能力和創新能力的培養益處甚小。卷面測試的試題內容通常是對一些基本概念和定理字面意思的理解或簡單應用，試題類型具有一定的局限性，即使有些學生課堂上不聽課，只要考試前幾周突擊復習，通過一些類似于題庫的訓練，也可以通過考試，這就使整個考核過程變成了純粹的應試過程。考生比較粗心，計算容易出錯，導致卷面成績不理想等等，不能由此判定該生對該門課程的掌握程度，該成績也不能反映出學生的綜合能力。平時作業考核部分達到的效果更是差強人意，大部分同學的作業都存在抄襲現象，一個班級只要幾個人做出答案，其余的同學基本都是照抄無誤。由于授課班級包括大四畢業班，受學生找工作、考研等情況的影響，將出勤情況作為考核指標更是任課教師為保證出勤率的無奈之舉。由此可以看出，目前的考核方式弊端很大，無法真實的評價教學效果。

二、現代設計方法教學改革措施

針對現代設計方法課程授課內容特點及現有教學模式的不足，從以下幾方面提出改進措施：

1.基本理論講授。借鑒長安大林鐘祺教授曾提出“數力合授”方法，在《現代設計方法》授課過程中針對同一個問題采用不同學科的理論和思維進行聯合授課，將多學科理論體系融合滲透于同一個問題之中，同時再輔以課堂多媒體教學，采用播放圖像、動畫、聲音、視頻等手段，使許多抽象問題具體化、生動化。在加深學生對問題理解的同時，降低基礎理論的枯燥乏味性，拓展學生的知識面，激發學生學習的興趣，提高學習的主動性，同時也可以培養學生解決同一個專業問題的多學科思維模式。

2.實踐教學。《現代設計方法》課時嚴格控制在30學時，增加實驗學時是基本不可行的，至于生產實習或者社會實踐更是受種種客觀因素的影響，實施起來比較困難。由于課程能夠進行實踐的部分主要集中在優化設計、有限單元法和可靠性設計這三部分，而這三部分的知識結構都是理論計算偏多，多學科理論體系交叉程度高的特點，所以實踐環節的增加可以有兩種途徑：

（1）教師課堂授課時增加實際工程案例分析。在講授理論內容的同時選取相應的實際工程案例進行分析，使學生在課堂上就能將知識點消化吸收，既節省課后復習時間，又能使學生很快的留下直觀印象。這需要授課教師對所講內容進行高度精練，既能在完成原大綱規定的理論授課環節的同時引入實際案例分析環節，又不需額外增加學時。這對授課教師的總結概括能力是一個挑站，需要在授課內容的編排上花費一些心思，既精煉、全面，又生動，使學生容易接受。

（2）將實踐內容納入考核體系。每講完一個部分，布置大作業，讓學生按要求自行分組，自行規劃組成成員的任務，每個組要針對作業內容進行課堂討論，大作業成績評定根據作業內容完成情況和分組討論情況綜合評定。大作業的性質類似于課程設計的縮小版，完成的方式方法和手段讓學生自行選擇，通常需要采用C語言，C++，VB，MATLAB，ADAMS和ANSYS等常用的編程語言和工程分析軟件來完成，可以督促學生對常用的程序語言和設計軟件的學習，拓寬學生知識面。

3.考核方法。考核內容仍然由考勤、課后作業和閉卷考試三部分構成，增加大作業在考核體系中的比重。考勤以平時上課隨機點名為主，占總成績的10%。課后作業以布置典型的工程案例分析為主，要求利用相關編程軟件或分析軟件完成；成績評定時不僅以作業內容完成的情況為參考，同時要求每位同學提交作業時針對自己的作業進行簡短介紹，這部分內容可在課后進行，不占用課堂時間，這部分成績占30%。閉卷考試全面考察學生對基本知識點的掌握情況，占總成績的60%。改進后的考核體系即考核了基礎知識，又能對學生的個人能力有所了解。這種跟蹤式考核方法即能從全局上評價教學效果，也能反映出階段性教學狀態。

三、結論

遵循科學的發展規律，適應新時期高校人才培養的新形式，對現代設計方法課程進行教學改革。從提高授課內容的多學科融合力度，授課手段方法的多元化，將實踐教學引入課堂講授和考核體系，采用針對一個問題多學科聯合授課的思路，重新規劃授課內容和形式，重新制定考核指標，并配比各指標所占比重，制定新的考核細則及評判標準，將考核機制貫穿整個授課周期，提高考核體系對真實授課效果的評判力度，實現全授課周期的跟蹤反饋。

內容結構上的多學科聯合授課，加入實際工程案例的講解，并配以多媒體教學手段，將工程實踐訓練作為考核指標，進行全授課周期的跟蹤考核。從課程內容編排的多元化、授課手段方法的多元化，到考核方法的多元化，通過科學合理的安排，整個授課過程更加靈活。實時授課，實時考核，將考核貫穿整個授課周期，每一授課階段都能有一個相對真實的效果評價，提高考核體系的評價力度。通過對《現代設計方法》多元化教學模式與考核方法的實踐與探索，對課程教學大綱的修訂提出一些建議，目的是加強課程建設，著力提高學生的學習能力、實踐能力、創新能力，增強學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。

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