基于新工科建設下機械設計課程設計教學改革探索
——以農機專業為例*

李鋒霞，肖 萍，王 夢，尹君馳，劉銀萍

（新疆工程學院 機電工程學院，新疆 烏魯木齊 830023）

制造業是國民經濟的基礎，目前我國的制造業是大而不強的現狀，為了助力強國建設、支撐服務國家創新驅動發展，2015年國務院印發的《中國制造2025》實施制造強國戰略，該戰略的實施迫切需要大量實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才[1]。為了滿足這類工程人才的需求，2017年教育部積極推動了新工科建設工作，指出以培養學生工程應用能力為主線，把學科導向變成產業需求導向，助力新興產業發展、服務地方經濟。這場新型工程教育改革對工程技術人才培養提出了更高標準、更高質量的要求[2]。新工科建設正在改變高校人才培養方向，尤其在教學體系建設中注重實踐教學對學生工程應用能力和創新能力的培養。

機械設計課程設計是學生學習專業基礎知識后進行的重要的實踐教學環節之一，是一門根據常用機械傳動裝置中機構運動特性，分析傳動方案的可行性，并對通用零部件的選型、設計計算及校核的實踐課程設計[3]。也是農機專業開設的一門專業基礎實踐課程，農機專業的培養目標是學生具備從事農業機械性能試驗研究、農機新產品開發、關鍵工作部件研究、機電一體化技術的應用、農機自動控制、機械制造技術等方面的現代研究能力。機械設計課程設計銜接了后期農機專業課程的開設，并為畢業設計做了鋪墊。因此，在教學實踐當中，不斷地探討適應社會需求的教學方法和理論是非常必要的。對該專業的學生培養應用創造性思維設計、解決農業機械化裝備領域的工程設計問題具有重要意義。

1 機械設計課程設計教學中存在的矛盾及問題

目前機械設計課程設計題目是帶式輸送機的設計，主要內容是對單級圓柱齒輪減速器和二級展開式圓柱齒輪減速器的設計。減速器設計要求學生完成減速器裝配圖、軸及齒輪等零件圖、設計計算說明書一份。在此過程中，培養學生綜合運用所學的諸多專業知識并將之融會貫通的能力；同時培養學生查閱相關的國家標準、行業標準、企業標準手冊等相關資料文獻的能力，利用所學知識進行系統、全面、綜合的機械設計。根據近幾年來作者所帶學生的課程設計的實際情況，提出機械設計課程設計教學環節中存在以下一些典型問題：

1.1 課程設計題目單一，無法適應應用型本科教學要求

目前課程設計題目不變，只是每人設計參數不同，任務書中的傳動方案、工作條件和設計要求基本相同[4]。學生在設計過程中往往可借鑒的設計資料很多，部分同學僅僅依靠改動相應的參數按照模板進行設計計算，內容容易抄襲，課程設計雷同現象比較嚴重，造成農機專業的學生實踐能力沒有得到鍛煉，無法適應應用型本科教學要求。

1.2 學生基礎知識與農業機械設計要求不匹配，缺乏系統性、體系化的設計思路

在圖紙設計工作中，很多學生對尺寸、粗糙度、公差與配合等的標注過于隨意，公差等級和粗糙度等級的選取不合理，圖紙繪制不標準[4]。主要原因是學生對先修課程的理論知識掌握不扎實，對各個部分間的聯系缺乏系統的理解，對設計思路不清晰，也缺乏對農業機械的理解和應用，這就造成體系中的基礎理論知識和設計實踐的分離。

1.3 設計安排不合理，完成質量良莠不齊

課程設計通常安排在理論課程結束兩周之后進行，這一時段學生往往忙于復習考試，不能完全投入到課程設計當中。課程設計時間為2周，從教師開始布置題目、專題引導和學生準備圖板、圖紙等工作，到學生完成所有的設計計算和繪圖工作，2周的設計時間較短，學生沒有時間對知識進行系統消化和思考[5]。這就使課程設計的進度難以保證，往往由于課程設計沒有按時完成造成答辯延后、完成質量良莠不齊等問題[6]。

1.4 考核評價體系相對單一，無法培養學生的團隊合作能力

課程設計考核評價方式主要依靠學生的圖紙、設計說明書、最終的答辯成績為標準，評價方式單一，對中間過程的考核評價較少[7]。這樣的考核評價方式，學生只注重自己工作的完成情況，小組合作和討論的作用沒有得到發揮，設計氛圍不濃厚。學生對于普遍的設計問題都需要尋求老師給予解決，沒有充分發揮學生的團隊合作能力和創新思維能力。

上述問題已經影響到學生后續農機專業課程的學習以及實踐，因此，在新工科建設的背景下，在“大眾創業、萬眾創新”的時代變革下，農機專業的機械設計課程設計的教學改革極為迫切。

2 機械設計課程設計教學改革的基本思路和具體措施

在新工科建設背景下，堅持采用“應用為本，學以致用”的教學理念與機械設計課程設計有機結合，培養農機專業學生工程應用能力、分析問題及解決實際問題的能力、團隊協作能力、創新思維能力等多方面的綜合能力。具體課程改革措施如下。

2.1 采用任務驅動的教學模式，設計時間靈活化

傳統的課程設計題目一般是在實訓周開始時才給學生布置。為了保證學生有充分的設計時間，采用任務驅動法，將設計時間靈活化，在機械設計基礎課程開課初期就將設計題目下發給學生，讓學生帶著任務和問題去學習，學習目標明確，更具有興趣和針對性。教學過程中，教師講授課程內容與課程設計內容同步進行，包括設計方案的制定、可行性分析、電機的選擇、標準件的選型，以及帶輪、齒輪、軸、軸承等相關零件的運動和動力參數設計計算和校核，教師利用答疑時間給予輔導及抽查[8]。學生可在機械設計基礎課程學習的過程完成相應的課程設計內容。在實訓周期間學生進一步完善設計內容和圖紙的繪制，這樣就避免了短時間內匆忙完成課程設計造成設計質量不高和進度緩慢的問題，同時也可規避由于實訓時間集中造成教室、圖板及電腦等資源使用沖突等問題，也提高學生課程設計的能力。任務驅動的教學模式讓學生明確學習目標，變被動為主動。設計時間靈活化也保證了學生有充裕的時間對結構方面進行創新思考。

2.2 課程設計題目形式柔性化、多樣性

新工科建設背景下，課程設計題目應貼近農業工程實際，形式應多樣性、柔性化。學生的選題多樣性：減速器的設計具有典型性和普遍性，且被大多數高校接受和采用，故減速器設計需要保留，但除此之外還應根據農機專業學生的專業特點，設定多樣化的題目，拋棄“多年一題”的現象。在設計題目和內容上進行改革，教師依據教學大綱所要求的內容和難度，建立以貼近農業機械工程實際應用為主的題目庫，題目庫主要來源于教師科研課題項目、企業實際工程需求、歷年的本科畢業設計、各類機械設計創新競賽、挑戰杯競賽等，例如壓力機、送料機、脫粒機等。題目庫中的題目每年根據實際情況適當增加。學生的選題柔性化：學生可以根據自己的能力和興趣愛好由題目庫中選取適合自己的設計題目，學生也可以根據教師的設計要求，結合實際工程需要或農機類競賽提出新想法自擬設計題目[9]。

2.3 教學內容的優化和整合，使理論與實踐相結合

堅持新工科教育背景下“應用為本，學以致用”的教學理念，將課程內容中理論知識與農業機械設計相結合。農機專業的學生需要掌握的設計要求從農業機械裝置的組成、工作原理的確定、傳動方案的確定，到農業機械系統結構設計和工作能力的設計等各個環節中相應的理論課程內容[5]。以前期的機械制圖、機械原理、機械基礎、農業機械學和公差與互換性等理論知識作為支撐，結合農業機械生產需求，將專業基礎知識融會貫通，加深學生對農業機械系統的整體認識，加強設計中的農業工程應用意識，培養創新設計的能力，從而實現理論和實踐的結合。

2.4 充分發揮團隊合作的精神

為培養學生的團隊合作精神，可采用劃分小組的管理學習法。對班級人數進行分組，將4～5人劃分為一組，選擇綜合能力強的學生做組長，協助教師對設計環節進行組織、輔導和監督[8]。分組形成后，小組成員可以通過查閱相關的國家標準、行業標準、企業標準手冊等資料，相互探討、分析和解決遇到的普遍共性問題。不同的小組也可以相互學習和借鑒，形成良好的設計氛圍，充分發揮團隊合作的精神。

2.5 采用過程評價和最終評價相結合的多元化考核評價方式

改革考核評價體系，考核評價過程應該貫穿于課程設計開展的全過程，綜合考慮組員的設計態度、設計工作量、工作能力、團隊協作、組員互評排序等因素[10]。因此，考核評價體系采用過程評價和最終評價相結合的多元化考核評價方式，過程性評價考查學生積極的學習態度、溝通表達能力、小組合作和團隊合作的能力以及實際應用的能力。最終評價更加側重以學生對基本知識的掌握，工作量的完成情況、設計成果的優良及創新為標準。采用過程評價和最終評價相結合的多元化考核評價方式，能更有效和全面地反映學生的真實學習狀況，促進學生掌握知識和能力的培養。

2.6 加強課程設計教學基地建設，探索虛擬仿真實驗室的建設，為提高課程設計質量提供可靠的保證

我校專門用來做課程設計的教室較少，設施設備條件落后。因此，還應該加強課程設計教學基地的建設，在設計室內增加課程設計陳列室，擺放相關的實物模型，以及品種齊全、結構創新的農業機械傳動裝置和設計掛圖等。同時可以探索開展虛擬仿真實驗教學項目建設，增強學生對機械的感性認識，創造良好的機械設計氛圍，激發學生創新的靈感。加強課程設計教學基地的建設能為提高課程設計質量提供堅實的保障。

2.7 深化信息技術與教育教學深度融合，提高學生自主學習能力

隨著信息化時代的到來，教育知識的獲取和傳授方式都發生了革命性的變革。隨著國家精品在線開放課程的建設和推薦，MOOC等優秀的在線教學資源，可以提高學生的自主學習能力，拓寬學生的思維，更好地引導學生開展課程設計，解決課程設計中常見的問題。應用信息化技術手段，深化信息技術與教育教學深度融合，提高學生自主學習的能力。

3 結束語

新工科建設對我國工程教育的改革發展提出了新要求，本文針對目前的機械設計課程設計過程中存在的問題，結合農機專業的人才培養目標，提出基于新工科建設下機械設計課程設計的教學改革，采用任務驅動的教學模式讓學生明確學習目標，變被動為主動；設計時間靈活化也保證了學生有充裕的時間對結構方面進行創新思考；建立以貼近農業機械工程實際應用為主的柔性化、多樣性題目庫；將教學內容優化和整合，使理論知識與農業機械設計相結合；采用過程評價和最終評價相結合的多元化考核評價方式，更有效和全面地反映學生的真實學習狀況，充分發揮團隊合作的精神；并加強對課程設計教學基地的建設，探索虛擬仿真實驗室的建設，保證課程設計高質量的完成；深化信息技術與教育教學深度融合，提高學生自主學習能力。通過多方面的改革探究，使農機專業學生的應用能力、分析問題及解決實際問題能力、團隊協作能力和創新思維能力等多方面綜合能力得到提升。