基于“卓越計劃2.0”的機械設計基礎課程教學改革分析
——以昌吉學院為例

薛 婷 彭科學 李家印

（昌吉學院 新疆昌吉 831100)

引言

制造業是工業的重要組成部分，是拉動國民經濟發展的重要力量，是國家綜合國力的重要保障[1]。2017年，教育部啟動實施國家級新工科研究與實踐項目，即“卓越工程師教育培養計劃2.0”（以下簡稱“卓越計劃2.0”），進一步明確目的，即應對新一輪科技革命和產業變革的挑戰，主動服務國家創新驅動發展和“一帶一路”“互聯網+”等重大戰略實施，加快工程教育改革創新，培養造就一大批多樣化、創新型卓越工程科技人才，從而支撐產業轉型升級[2]。

對于新疆而言，雖然具有豐富的自然資源，但由于長期依靠的是投入多、效益少的粗放式增長模式，進而導致產能過剩、高質量的產品嚴重不足，進一步導致新疆本土加工制造企業長期處于全球價值鏈的低端位置[3]。專業型工程技術人才是關鍵，但目前新疆各大高校的相關人才輸出一直滿足不了各企業的發展需求，人才需求日益迫切。因此，培養出具有動手能力強、創新能力強的專業型卓越工程技術人才，支撐新疆制造業產業轉型升級，迫在眉睫。

材料成型及控制工程專業是一門典型的工科類交叉學科[4]，其培養目標之一就是培養學生不僅具有材料成型方面的基礎知識，并且能夠在鑄造、鍛造、焊接以及相關模具設計方面等具有創新精神和實踐能力[5]。本論文通過比較全面深刻地分析目前昌吉學院物理系的材料成型及控制工程專業師生在機械設計基礎課程教學中存在的問題，提出相應的改革方案，從而有效促進學生動手能力的提升。

一、“卓越計劃2.0”概述

教育部于2010年6月開始實施“卓越計劃”，其目標是培養具有較強創新思維與能力，能夠較好地適應當今社會經濟發展的技術工程型高質量人才，能夠較好地服務于國家提出的“人才強國”戰略和新型工業化發展，并對滿足社會需求人才的培養，以及對高質量工程型人才的培養具有特別重要的示范、引導作用。“卓越計劃”的主要目標是面向工業界、面向世界、面向未來，培養造就一大批具有較強創新能力、能夠適應當今社會經濟發展需要的高質量工程技術人才，為建設創新型國家、實現工業化和現代化奠定堅實的人力資源優勢增強我國的核心競爭力和綜合國力[6]。

在此基礎上，2017年6月16日，教育部提出了“卓越計劃2.0”，這是應對新一輪科技革命和產業變革挑戰的重要舉措，從而為“創新驅動”“中國制造2025”“一帶一路”等國家發展戰略的順利實施提供豐富的人才儲備。從本質來說，“卓越計劃2.0”具有以下特點：①需要高校采用相應的標準去培養工程人才；②在培養過程中需要各大行業與各大企業的深度參與；③需要進一步提高大學生的創新實踐動手能力和工程應用能力。鑒于此，“卓越計劃2.0”能夠增強我國的核心競爭力和綜合國力[7]。

二、當前教學現狀分析

1.學生知識零碎，未形成完整知識框架

目前，昌吉學院物理系材料成型及控制工程專業的學生使用的課程教材是由楊可楨主編、高等教育出版社出版的《機械設計基礎》（第六版）[8]。這本教材覆蓋面比較廣，涵蓋了平面連桿結構、齒輪機構、凸輪機構等18個章節，能夠滿足本專業的教學要求。但我們通過對學生進行深入調查后，發現大多數學生在學習這門課的時候，沒有形成完整的知識結構框架，聽得多，想得少，記得多，用得少，導致在具體設計實踐時，雖然腦海中有很多知識碎片，但卻無法聯系在一起，不知該如何運用。

2.教師教法單一，學生理論知識運用不足

目前，這門課主要采用的是“板書+PPT”的教學手段，老師一直占主導地位，學生一直處于被動學習狀態，互動較少。這種“填鴨型”的授課方式很難使學生長時間專注于課堂教學，同時也會大幅度降低學生對本課程學習的積極性與主動性，并且基本都是按照課程目錄進行講解，即按照平面機構的自由度和速度分析、平面連桿機構、凸輪機構、齒輪機構、輪系、間歇運動機構、機械運轉速度波動的調節、回轉件的平衡、機械零件設計概論、連接、齒輪傳動、蝸桿傳動、帶傳動和鏈傳動、軸、滑動軸承、滾動軸承、聯軸器、離合器和制動器、彈簧的順序進行授課，沒有區分重點章節和難點章節，所學知識沒有側重點。學生即使比較扎實地學會了理論知識，但只能比較順利地通過期末考試，然而在設計階段無法對理論知識進行有效運用，無法對相關知識進行融會貫通，最終導致設計效果不佳，同時學生的機械設計能力也沒有得到有效提高。

3.設計課時過少，學生軟件運用能力較差

機械設計基礎是一門應用性比較強的設計類課程，因此學生最終能否比較好地完成一個機械設備的設計也是一項重要的衡量依據。根據前期調研，學生的設計能力較弱，一方面是對理論知識理解不到位，另一方面是不能熟練運用設計軟件。再者，由于這門課的設計環節定在考試周前的最后兩周進行，而那段時間學生的精力主要集中在復習考試上，導致學生對設計環節不夠重視，甚至敷衍了事，從而影響設計效果。

目前，根據該課程課時安排，設計實踐環節的課時僅有16學時，且大多數學生在學習此門課之前接觸過的設計軟件只有AutoCAD，而當時學習使用AutoCAD的實踐課時也只安排了14學時，學完之后只能掌握一些基本技能，無法熟練操作。再加上學生在學完軟件之后基本不再使用了，因此等再次運用時，又相當于從零點開始，重新學習使用，耗時又費力，嚴重制約了學生機械設計水平的提高，并且也限制了學生在設計軟件運用方面的能力的提高。

4.理論考試占比過重，學生過分重視考試環節

目前，這門課的考試總成績是按照30%×平時成績+70%×試卷成績的比例進行，其中在30%的平時成績中，設計環節成績僅占15%。占比過高的試卷成績和占比過低的設計實踐環節成績，讓學生過于注重應付理論考試，而忽視了實踐環節。同時，在這種考核機制下，教師也逐漸開始輕視設計實踐環節。長此以往，就會使學生的設計能力降低，且理論知識也沒有得到有效應用。

三、教學改革措施與建議

1.優化理論教學內容，修訂課程教學大綱

昌吉學院學生基礎較弱，考慮到我校學生生源的具體情況，因此將在滿足教學要求的前提，對教材章節進行整合，調整章節順序，形成知識體系，對知識點進行分層，對基礎章節進行詳細講述，對重點、難點知識進行重點講述，對過難知識進行刪除，具體框架結構如圖1所示。同時，對于基礎章節，還會加強設計思維訓練，為后面學習重點、難點章節相關知識打下良好的基礎。這樣一方面能夠有效地幫助學生形成本課程的知識框架結構，另一方面也能讓學生在學習過程中對癥下藥、抓住重點、有的放矢，從而加強對理論知識的理解和融會貫通。

圖1 調整后的課程目錄[8]

2.立足學生基礎現狀，調整課堂教學方法

鑒于之前的“滿堂灌”授課方式帶來的種種弊端，因此，在后續的教學過程中，將對教學方法和手段進行適當調整。例如，對于比較簡單的知識，可以對學生采用分組方式，讓學生展開課程討論并進行備課，然后舉行講課比賽，既能使學生充分理解相應內容，又能增加學生的團隊協助能力，同時還能活躍課堂氣氛，提高學生的主動性。其次，采用“線上+線下”的新型教學方式，結合諸如“大學慕課”等網絡課程優質資源平臺，讓學生提前學習，課堂上采用隨堂測驗方式，及時對學生的學習效果進行檢測，同時也能根據學生的測試結果，對于高出錯率的知識進行詳細講解，因地制宜，提過課堂學習效果。再者，由于這門課涉及的機構種類和傳動設備比較多，學生沒有工程經驗，無法理解機械結構的實際意義，因此可以通過建立課程視頻資源庫，在授課過程中根據課堂內容播放視頻動畫，如將“平面連桿機構”中的曲柄滑塊機構與單缸柴油機結合起來，通過演示柴油機的動畫，從而讓學生進一步明白曲柄滑塊機構的特點等。表1為部分平面機構與相應的演示案例，通過相關觀看動畫，從而使學生更加清楚地明白相關機構的運動模式和運動原理，并讓學生按照自己的理解進行描述，發散學生思維，發揮其空間想象力，從而為后續的設計環節奠定良好的基礎。

表1 部分平面機構與相應的動畫演示案例

3.加強實踐環節訓練，調整過程教學方法

對理論和實踐教學過程進行調整，即在教學過程中，當學習完每章知識后進行一次小設計練習，將理論部分與設計環節緊密結合，一方面促使學生對理論知識加深理解，另一方面也能促使學生充分鍛煉自己的設計思維與設計能力。同時，在理論教學的過程中，加強學生對設計軟件的熟悉度，在熟練掌握AutoCAD軟件的基礎上，學會使用SolidWorks軟件。考慮到學生有專門的實訓課程，可以與相應的教師聯合，加強學生對相關設計軟件的運用，從而提高學生的設計水平。

4.注重平時應用比重，調整課程考核體系

在后續的教學過程中，結合我校的考核制度，將考試總成績比例改為20%×平時成績+40%×設計成績+40%×試卷成績，提高設計環節占比，從而促使學生加強對設計環節的重視。同時，結合這門課的教學大綱要求，在理論考試出題時，加強對應用型知識的考察。

結語

材料成型與控制專業的培養目標是培養具備較高工程素養和實踐創新能力，能在材料成型與控制等領域從事設計、制造等相關工作的高素質應用型工程人才，且機械設計基礎課程培養目標與之相匹配，因此，在“卓越計劃2.0”大背景下，對本課程改革迫在眉睫。通過優化教學內容、調整教學方法、加強實踐訓練、完善考核體系等措施，從而促進學生設計能力的提高，為培養創新性工程技術人才奠定良好的基礎。