智能制造背景下機械設計課程教學改革探索與實踐

梁棟 陳星

[摘 要] 新時代智能制造背景下，本科高等院校機械設計課程實施過程中存在一定的問題，較難適應時代發展新需求。文章在教學資源和平臺建設、教學方法與手段、教學實踐相結合、考核評價實施等方面，提出一系列教學改革與探索思路，更好地為高校課程教學和人才培養服務。

[關鍵詞] 智能制造;機械設計;教學改革;人才培養

[基金項目] 2020年度重慶市高等教育教學改革研究項目“新工科背景下基于STEI模式的智能制造類高技能復合型人才培養體系研究與實踐”（203304）;2018年度重慶市高等教育教學改革研究項目“基于TOPCARES-CDIO理念的城市軌道車輛工程復合型人才培養模式研究”（183086）;2019年度重慶交通大學教育教學改革研究項目“‘智能制造背景下以創新能力培養為核心的機械設計課程教學改革探索與實踐”（1903029）

[作者簡介] 梁 棟（1987—），男，山東煙臺人，博士，重慶交通大學機電與車輛工程學院副教授，主要從事機械設計及理論研究;陳 星（1985—），男，江西南昌人，博士，重慶交通大學機電與車輛工程學院副教授，主要從事機械系統動力學研究。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）42-0183-02? ? [收稿日期] 2020-03-02

作為“中國制造2025”的核心目標之一，智能制造是實現制造業轉型升級的關鍵，也是由“制造大國”向“制造強國”轉變的必由之路。智能制造體系下，產品設計研發周期大幅縮短，生產效率和質量性能快速提高，對機械行業人員的綜合素質和能力需求也相應提高。

一、現階段機械設計課程存在的問題

（一）教學定位、培養目標與智能制造背景聯系不緊密

現有機械設計課程標準和培養目標的制定是按照傳統人才培養標準和模式形成的，在課程目標定位、實施方法和手段、評價方式等方面與智能制造背景聯系不緊密，較難適應新時代發展需求和人才能力建設。在教學實踐中應當認清課程的性質、地位和作用，注重理論聯系實際，培養學生的工程意識和綜合能力運用，提高創新能力和意識，培養專業與復合型人才。

（二）課程內容多，教學課時少，教學效果較差

當前，機械設計教學章節包含總論、連接、機械傳動、軸系零部件和其他零部件五篇內容，教學課時設定40學時。在課程授課過程中，學生前期對于零、部件的了解或熟識程度不夠，往往感覺內容較繁多雜亂，各篇之間的關聯性不清晰，沒有學習頭緒從而導致能力培養達成度不高，教學效果較差。

（三）教學方法和手段不夠靈活

現階段機械設計課程教學方式以“教+看”為主，即課程教師按照大綱要求和教材內容制作PPT展示，學生在課堂上觀看，教學效果不理想。教師通常依據課本內容講授，很少結合具體工程實例，在教學手段和方法應用形式上較為單一，信息化輔助教學應用較少，學生對涉及的通用零、部件具體結構和工作原理等理解不清楚。

（四）學生工程意識薄弱，實踐能力較差，創新能力有待提高

課程內容缺乏本領域內相關現狀及前沿技術，難以延伸學生知識面，理論授課內容與工程實踐聯系不夠緊密?，F有的課程實踐內容主要是課程設計，往往采用設計兩級齒輪減速器為主要內容，內容單一且現有資料較多學生抄襲現象存在。

二、智能制造背景下課程教學改革與探索

（一）優化教學資源和課程平臺

在“智能制造”主題下，按照人才培養的新目標和新要求，在進行充分的調研和討論分析的基礎上，對課程教學內容和體系設置進行合理的設置和調整，明確人才培養的側重點和落腳點，著重于綜合能力、素質和技能的培養。

教學資源內容與課件等應緊密結合智能制造主題，注重與智能設計、綠色設計和智能生產等知識的聯系。在課程教學體系上按照“總-分-總”的思路和主線開展課程講授與教學，即以減速器總體結構為主體，介紹各部分組成零、部件形式及結構設計，再整體裝配合成。教學過程中，將螺紋連接強度計算、齒輪傳動強度計算、滾動軸承的選擇及設計、軸的設計列為每篇的典型重點內容講解，并且在課程體系設置上注重多學科交叉，內容中適當穿插其他學科相關知識點，同時合理調整教學內容和順序，既保證知識的合理銜接，增加理論知識理解和運用，又可以避免內容的重復講授。

（二）先進教學方式方法，加強師生互動，提高教學效率

教學準備階段，教師提前根據教學內容設計好問題，引導學生主動思考，激發他們探究真相的興趣。教學過程中，準確把握重點和難點內容講授，傳授學生設計思路和方法，同時鼓勵學生敢于提出問題、積極回答問題，實現教師與學生的良好互動;通過典型實際工程案例來引導教學，豐富機械應用實例教學內容，可包含各種重點工程重大裝備系統等;設置涉及多學科的綜合性討論題目，讓學生參與到教學中來，調動學生的主觀能動性，注重對學生知識、能力與綜合素質的培養。

采用先進的多媒體信息教學手段，豐富機械設計應用實例教學內容，通過“國之重器”“重大工程裝備”“典型裝備與系統”等介紹，輔助學生理解和掌握課堂教授內容，更好地掌握零部件結構與設計的問題;利用學習通、雨課堂等先進在線教學媒介，培養學生自主學習能力。

（三）理論聯系實際，提高學生自主思考和解決問題能力

教學過程中，增加學生理論與實踐相結合的機會，通過現場參觀、生產實習或機械裝備安全實操等方式方法，進一步加強學生對機械設備通用零、部件的感性認識和了解;通過觀看相關現代機械裝備及自動化生產線的文獻及資料，對典型機械裝備工作原理、主要特點和應用場合等更好地理解。針對學生對典型傳動機構方案、結構工作原理和參數設計等了解甚少，缺少系統的知識架構和學習等問題，借助計算機輔助設計手段，如采用CAD、Pro/E、Solidworks等軟件對相關內容進行機構運動仿真和裝配等，分析不同設計參數對機構結構和性能影響，加深對機械設備的認識和了解;以實際工程為事例進行課堂討論和分析探討等，幫助學生消化抽象難懂的理論知識，培養學生建立工程實際意識。此外，在課后作業中結合工程實際命題，在齒輪設計、軸結構設計校核、齒輪測繪過程等鍛煉學生解決工程實際問題的能力;也可采用一些涉及多學科知識點的綜合練習題目，通過學生自主思考和設計，老師輔以指導和訓練，增強學生理論聯系實際能力。

（四）加強實踐環節設置，提升學生創新和實踐能力

課程設計不再是傳統二級減速器設計，教師結合自己專業實際，利用自身科研項目或企業實際問題案例等，提出能夠兼顧課程基礎知識運用又能解決實際問題的方案和設想，不拘泥于形式和結果，給予學生更多思考和實踐空間，比如某企業天車減速器經常出現使用斷齒故障，讓學生結合所學齒輪傳動知識，分析問題來源，提出解決辦法和措施，給予計算過程和結果驗證，并形成計算說明書和結果圖等;加強實訓實操水平和素質，不再是演示和驗證的單一形式，采取綜合和創新的教學形式，幫助學生掌握機械設計的基本實驗技能。鼓勵學生積極踴躍參加各級機械設計競賽，培養學生的創新設計意識、綜合設計能力和團隊協作精神。

（五）合理評價學生水平和能力

提出一種綜合反映學生學習能力和水平的課程評價方式，不同于以往片面看重考試成績的考核方法，采用平時成績、卷面考試及工程應用能力相結合的考核方式，按比例合理設定，傾向考核學生綜合素質和能力。

三、結語

結合新時代智能制造背景，本文在教學資源與平臺建設、教學方法與手段、教學實踐相結合、考核評價實施等方面，提出一系列教學改革與探索思路，更好地為高校課程教學和人才培養服務。

參考文獻

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[5]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（10）：181-182.

Teaching Reform and Exploration on Mechanical Design Course under the Background of Intelligent Manufacturing

LIANG Dong， CHEN Xing

（School of Mechatronics & Vehicle Engineering， Chongqing Jiaotong University， Chongqing 400074， China）

Abstract：Under the background of intelligent manufacturing， there are some problems in the implementation of Mechanical Design course in many universities， which is difficult to meet the new requirements of the development of the times.This paper puts forward a series of teaching reform and exploration ideas in the aspects of teaching resources and platform construction， teaching methods and means， combination of teaching and practice， and implementation of assessment and evaluation， in order to better serve the course teaching and personnel training.

Key words：intelligent manufacturing;Mechanical Design;teaching reform;personnel training