基于項目意識的機械實踐課程成果實物化教學改革探究

程立艷，周亮亮，劉景景，孫小燕，袁 力

（池州學院 機電工程學院，安徽 池州 247000）

0 引言

機械實踐課程教學是機械專業課程體系中重要的實踐性教學環節。機械實踐教學課程體系涉及面廣，主要包括實驗類、實習類、實訓類、課程設計類等工程實踐和畢業設計（論文）等課程，并與企業合作開展實習、實訓。多數高校的機械實驗類課程都基于課程配備了與實驗項目相關的機械實物或模型供學生直觀地學習研究；機械實習、實訓類課程也配有多種機械設備用來制作課程成果的實物或模型。然而機械實踐課程往往受傳統教學模式和方法的影響，設計類課程仍然延續著重理論輕實踐的傳統思維，設計題目及設計手段單一，設計計算的最終結果往往是圖紙形式，不夠直觀，也無法驗證，再加上實踐儀器設備不夠先進，有工程背景的實踐教師少等諸多因素的影響，在推進機械專業實踐教學改革中，很多地方性應用型高校機械專業的實踐教學仍屬于薄弱環節，在機械實踐課程教學方面仍存在一系列的問題。

通過優化設計選題、優化設計手段及將設計成果實物化引入機械實踐課程的教學環節中，使學生基于項目意識選擇貼近工程實際的題目，結合現代化設計手段設計分析，并制作出設計成果的實物或模型，直觀感受設計成果是否可行，從而大幅度提高學生的實踐動手能力和工程應用能力。

1 傳統機械實踐課程實物化教學面臨的問題

1.1 課程教學內容缺乏項目意識、題目種類單一

目前，機械課程設計類教學設計內容缺乏項目意識且與生產工作實際脫節，設計題目及其完成模式常年不變，設計內容往往針對一些典型實例的不同性能參數，學生分組進行，這種方案雖能基本滿足機械實踐課程的教學要求，但由于實踐課程題目種類單一，設計參考資料又比較多，所以常常出現設計方案雷同、設計質量不高等問題，甚至會出現全班或者半個班級的學生同時做一個題目，這樣導致部分同學自己并沒有擬定方案，甚至有學生根本沒有動腦就直接抄襲，缺少主動參與的熱情，沒有得到應有的鍛煉，更談不上通過機械實踐類課程培養學生動手能力及創新能力。

1.2 課程實踐過程中學生缺乏自主性

目前，多數高校的實踐教學設備不足，難以保證每位學生自主操作的機會和時長，導致課程實踐過程缺乏自主性，而且絕大多數企業的生產設備優于高校的教學設備，導致學生實際動手能力與企業實際生產脫節，學生的綜合素質能力達不到生產企業的要求。

由于師少生多，在機械實踐課程環節中，大都是多人一組，分組進行實踐，而且學生學習態度和水平參差不齊，部分學生按照指導書“步驟式”完成實踐內容，走馬觀花，存在應付思想，只看到表層現象，不去思考實踐內在的運行原理。

1.3 成果設計手段相對落后

傳統的機械實踐教學通常采用圖解法和解析法完成機械結構的設計與分析。圖解法清晰、直觀，但作圖復雜、工作量大、精度低、效率低。解析法不直觀且工作量較大，主要是根據計算公式得出設計結果，而計算的結果是以數字的形式顯示，使設計變得枯燥，吸引不了學生的興趣，最后設計結果只停留在書面報告和圖紙上，學生不能直觀地感受到自己的設計成果，對自己設計的機械結構是否可行也不得而知，導致學生的主觀積極性較差。

1.4 成果缺少實踐驗證環節

成果實物化的校內實踐條件不足往往導致設計成果缺少驗證環節。

（1）工程背景教師少

大多數應用型高校教師的工程背景可以滿足專業教學需要，但大都缺少具有豐厚工程背景又有學術水平的“雙師”型、“雙能”型教師[1]。實踐教學的教師雖然理論知識淵博，科研功底扎實，大都是研究生畢業之后直接到校工作，工程實踐經驗比較薄弱。另外，科技發展迅速，能夠讓教師與時俱進地真正“走出去”進修實踐的校企合作機會少，合作缺乏深度。

（2）校內儀器設備不足

機械類儀器設備更新換代快、價格昂貴，高校教學設備經常更新換代也不切實際，使得多數應用型本科院校實踐設備資源不足，缺少先進的生產型機床設備。即使學生自主完成方案設計，若很難自主加工制造課程成果實物或模型，由于缺少實踐的驗證環節，學生難以判斷方案正確與否，也很難更好地調動學生的積極性，不利于學生能力的培養。

2 基于項目意識的實踐課程教學改革

2.1 教學內容項目化、多樣化

（1）建立項目式多樣化課程實踐項目庫

1）規劃設計接近工程實際的項目，串聯專業知識，由簡單到復雜，由單一到綜合，從低級到高級，能力進階的實踐項目體系。

2）積極鼓勵學生基于項目意識進行團隊協作，參與機械專業相關的學科競賽，如結合企業的生產或科研需求的校企合作項目、教師的工程研究項目、大學生創新創業訓練項目、創新創業大賽、挑戰杯大賽、“華為杯”三維成圖大賽、機械創新設計大賽等機械學科競賽項目。

在教學上依托項目研究成果不斷更新專業教學內容，以項目為導向，建立多樣化項目式課程實踐項目庫[2]。與課程相關的大賽作品可以充實到課程實踐教學的選題庫內，對于優秀的機械實踐課程成果也可以推薦參加相應的賽事。

（2）構建項目式機械專業實踐課程體系

結合學校的實際情況，遵循學生的認知規律，將傳統的機械實踐項目進行優化設置，使其具有較強的層次性。構建以學生為主體，課程項目為基礎，能力導向為主線的項目式機械專業實踐課程體系。該課程體系的實踐項目由淺入深，主要包括基礎項目、專業項目、綜合項目和創新項目四個層次[1]，如圖1 所示，以培養學生基于項目意識的基本技能、專業技能、綜合應用能力及創新創業能力等[3]。

2.2 課程實踐過程自主化

學生結合個人興趣和實際知識儲備，在項目式多樣化課程實踐項目庫中，進行自主選題模式，激發學生興趣。學生自主選題后，通過限制每組學生數量，啟發學生獨立構思，不再“手把手”地教授，使學生獨立自主地利用工程設計軟件對設計方案進行建模和運動仿真分析，思考實踐內在的運行原理，驗證實踐成果的可行性，并進行實物或模型制造，直至組裝成完整機構甚至機器。

培養學生基于項目意識進行團隊協作，并對零件制造和組裝過程中遇到的問題進行分析總結，對比傳統的“灌輸式”教學模式，項目式實踐教學讓學生自主選題、自主創意設計、自主制作、自我完善，充分發揮學生的主觀能動性，實現實踐課堂教學的“以生為本”。

2.3 成果設計手段多樣化

在機械實踐教學過程中，學生熟練使用現代設計手段，可以提高設計精度和設計效率，節省設計周期，還可以及時發現并修改錯誤，也方便展示設計成果，給學生間的信息交流、互相學習提供了另一個渠道。

在機械設計方案完成后，融合AutoCAD、Solid-Works、Pro/E、UG 和Adams 等多種計算機輔助分析設計手段來設計、分析、計算、校核、繪圖。導出設計成果的圖紙后，可借助3D 打印機或其他機械設備完成零部件實物或模型的制作。

2.4 成果實物化實踐條件

（1）培養和引進“雙師”型、“雙能”型教師

將機械專業與地域經濟相結合，選擇具有產業特色的企業進行“產學研”合作。學校可以主動利用具有較多高學歷人才優勢，積極與企業建立合作雙贏關系，可以選派優秀的專業教師深入企業并參與解決企業實際工程項目，以提高教師自身的工程實踐能力；組織教師參加儀器設備操作培訓；還可通過大力引進具有豐富工程經歷的實踐教師，選聘實踐經驗豐富的高水平工程專家到學校任教，承擔指導學生完成實物或模型作品的加工的實踐教學任務，或擔任本科生的聯合導師，切實承擔培養學生、指導設計等實踐教學任務[1]。

（2）加大校企合作共建實驗室的力度

機械課程的實踐教學環節需要實踐教學環境的硬件支撐和保障。應用型高校不能“閉門造車”，應加強校企合作的力度、深度和廣度，積極拓展校企聯合實踐基地和校內實踐場所，構建多方位面向工程的實踐教學平臺[2，5]。這樣，學生可以由以往的學校單邊學習變為學校和企業雙邊項目化驅動學習。學生通過對不同企業的各類先進生產型機床設備的了解、學習甚至操作，鍛煉自身的工程實踐能力，保證不與企業實際生產相脫節。

通過對實踐教學師資隊伍和校企合作實驗室的雙重建設，不但可以優化實踐類課程的教學條件，還可以為學生進行實物產品的加工制造提供可行性條件。通過項目驅動式，學生將課程實踐設計成果借助實踐教學平臺的制造設備加工出零件實物或模型后，組裝成完整機構或機器，使課程實踐的成果實物化。

3 成果實物化

學生基于項目意識對課題項目進行方案設計后，融合現代設計手段繪制工程圖紙，制定詳細的零件工藝流程，并按照圖紙要求對零部件進行加工或采購，然后裝配成實物模型，并對其進行性能調試，最后完成設計說明書的整理[4-5]。

近年來，我院機械專業在新的實踐教學理念的培養模式下，積極鼓勵學生參加各種賽事也取得了初步的成效。如蔡雨根負責設計的“仿生螞蟻”獲得大學生挑戰杯大賽安徽省三等獎；沈飛宏負責設計的“仿生壁虎”全自動高空玻璃清洗機獲得第九屆“互聯網+”大學生創新創業大賽安徽省三等獎，實物模型如圖2 所示。

圖2 “仿生壁虎”全自動高空玻璃清洗機實物模型

4 結語

在應用型地方本科院校人才培養模式轉型的大背景下，結合目前機械實踐課程教學的現狀和出現的一些問題，提出了將機械實踐課程成果實物化的教學方法，主要通過學生基于項目意識的多樣化借助現代工程分析設計手段和多方位的實踐教學平臺的制造設備多方面多舉措進行教學改革，促進“機械實踐”學科發展，以培養滿足新時期新要求的復合型人才。因此，這一研究具有很強的現實意義和廣闊的應用前景。