新工科背景下“機械設計基礎” 課程改革探索與實踐

中圖分類號：TH11-4；G712 文獻標識碼：A 文章編號：2095-9052（2025）07-0196-03

引言

全球科技變革與產業升級推動工程教育深度轉型。傳統工科課程重理論輕實踐，難以適應智能制造、物聯網、AI等新技術對復合型人才的需求。教育部因此提出“新工科”理念，注重跨學科、技術創新和實踐能力。而機械設計基礎，作為核心課程，需更新內容、創新教法、促進學科交融，更應結合現代科技，提升學生解決復雜工程問題的實力，助力智能制造和工業進步。

一、新工科背景下“機械設計基礎”課程改革的重要價值

（一）對接新興產業需求，培養前沿技術人才

新工科時代，智能制造、新能源、新材料等產業的崛起，對機械設計人才提出了全新的技術要求。課改的價值，正是為學生構建與這些產業接軌的知識體系，幫助其掌握智能制造設備設計、新能源技術應用及新材料應用等尖端科技，讓學生跳出傳統機械設計框架，更能融合新技術與傳統方法，增強未來就業競爭力[1]。這種對接確保了教學與市場的同步，大幅提升了學生的就業適應能力，使其在畢業時即具備新興產業所需技能。同時，新工科對跨學科和創新能力的重視，進一步拓寬了學生的職業道路。

（二）強化創新實踐能力，培育新工科精神

相較于傳統教學的理論灌輸，新工科更看重學生解決實際問題的能力。借助實踐及項目驅動教學，學生在學習中不斷錘煉創新思維，提升解決復雜問題的能力，對學生職業發展影響深遠，不僅強化了技術操作，更能在面對復雜工程問題時激發創新火花。課程改革的優勢在于，它賦予學生超越課本的實踐能力，使其能靈活應對工業挑戰，提出創新性解決方案[2]。所培育的新工科精神，不應局限于機械設計，更需要通過實踐鍛煉，助力學生形成跨學科協作與創新思維，為未來工程領域發展奠定堅實基礎。

（三）促進學科交叉融合，構建新工科知識體系

在新工科浪潮下，機械設計基礎課程的改革展現了深遠的學術意義，打破了機械設計傳統框架，構建了跨計算機科學、自動化控制、材料科學等領域的寬廣知識體系。由此，學生夯實了機械設計基礎，更觸及了智能制造、物聯網等前沿科技。知識疆界的拓展，極大提升了學生的綜合應用能力，使其能從容應對現代工業的錯綜復雜。課改的精髓在于，多學科知識的融入拓寬了學生視野，深化了對不同技術領域的洞察，為多變工業環境中的創新奠定了堅實基礎。更進一步，此種學科交融催化了跨領域合作與學習，助力學生在未來職場中迅速適應技術變革，鑄就更強大的競爭力。

二、新工科背景下“機械設計基礎”課程改革面臨的挑戰

（一）傳統觀念桎梏，教學范式待革新

長期以來，工程教育側重于系統傳授理論知識，卻過于依賴“灌輸式”的書本教學，忽視了學生的實踐與創新思維訓練。眾多教師仍遵循傳統教學大綱，著重強調機械設計的經典理論與標準流程，認為掌握固定知識框架便足以應對未來工作。但現代工程教育要求傳授傳統機械設計理論，更需培養學生的創新思維與跨學科解決復雜工程問題的能力。因此，面對課程改革，不少教師因擔心偏離傳統而難以接受新的教學理念，對創新教學方法心存抵觸。同時，一些教師在課改中仍堅持“理論為主，實踐為輔”的觀點，忽視了實踐對學生綜合能力培養的重要性，不僅阻礙了改革的進程，也制約了學生創新與實踐能力的提升。

（二）教學資源短缺，體系構建待加強

在新工科背景下，機械設計基礎課程的改革對教學資源提出了更高要求。但現實情況是，許多高校面臨著資源嚴重短缺的問題，直接影響了課程改革的實施。具體來說，一些高校的機械設計實驗室設備已經過時，難以支持現代智能制造所需的復雜實驗操作。同時，缺乏與現代工業接軌的軟件工具，導致學生在課堂上學習的設計理論無法進行實踐驗證。此外，教材內容的更新也存在較大滯后，仍主要側重于傳統機械設計的理論和方法，缺乏對前沿技術的深入介紹。這種資源短缺的狀況，阻礙了學生獲得與現代工業接軌的實踐經驗，還使得課程改革在推進過程中困難重重。

（三）師資隊伍結構單一，新工科素養待提升

許多高校機械設計課程教師擁有深厚的機械工程背景，精通經典機械設計理論與傳統教法。但機械設計基礎課需融合尖端知識，以培育具備跨學科素養的學生。遺憾的是，目前高校中具備新工科背景的教師寥寥無幾，多數教師缺乏相關的科研與工業實操經驗，使得教師在實踐新工科理念時，難以引領學生深入多學科交融的前沿陣地。同時，部分教師對新技術吸收較慢，阻礙了教學內容的更新與教法的創新，導致學生無法及時觸及最新科技與方法，直接制約了課改的深度與廣度，束縛了學生的學習與成長空間。

（四）學生適應性差異大，教學難度增加

新工科理念提升了對學生創新能力、自主學習及跨學科綜合能力的期望，但學生表現卻大相徑庭。在機械設計基礎課程中，興趣濃厚、基礎好的學生能迅速融人多學科交叉與項目驅動的教學。然而，基礎薄弱或缺乏自主學習習慣的學生，面對復雜項目時則顯得力不從心，甚至產生畏難心理。同時，部分學生對編程、自動化等非機械內容感到陌生，適應緩慢，難以跟上課程進度，需要教師投人更多精力進行個性化指導，以幫助學生適應新教學模式，導致課程實踐效果常不如預期，成為課改面臨的一大難題。

三、新工科背景下“機械設計基礎”課程改革的實踐探索

（一）更新內容，引入新工科元素

新工科理念強調跨學科的融合與前沿技術的應用，因此，課程內容必須突破傳統的學科框架，積極融入人工智能、物聯網、大數據分析等新興技術元素，以培育學生在多變復雜環境中解決問題的能力[3]。首先，智能制造作為新工業革命的核心驅動力，對機械設計產生了深遠的影響。課程中應增設智能傳感器、自動化控制系統、工業機器人等相關內容的介紹與實踐，引導學生深入理解智能制造對機械設計領域的變革性作用。通過學習與實踐，學生將不僅掌握機械部件的設計技巧，更能學會如何將這些部件高效集成至自動化生產體系之中[4]。其次，在新工科背景下，教師可以通過實戰案例，展示如何利用大數據技術深入剖析機械設備的運行數據，精準定位優化設計的關鍵所在，從而幫助學生更好地把握數字化設計的實踐精髓。此外，跨學科融合是新工科不可或缺的特質，機械設計課程應引入電氣工程、自動化、計算機科學等相關領域的基礎知識，助力學生掌握機械設計與其他技術的有機融合之道。例如，在構建自動化生產系統的實踐項目中，學生將需要綜合運用機械傳動、結構設計以及電控系統、軟件控制等多學科知識，以實現系統的高效穩定運作。最后，隨著智能制造、綠色制造等理念的興起，機械設計基礎課程必須與時俱進，根據新興產業的發展趨勢調整和完善教學內容。例如，增加關于可持續設計和環保制造的教學內容，將有助于學生設計出更加高效、節能且環保的機械設備，這順應了全球工程教育的發展潮流，也為學生未來應對工業技術的快速變革奠定了堅實的基礎。

（二）創新方法，強化實踐環節

在新工科浪潮的推動下，教學手段的創新成為機械設計基礎課程改革的關鍵動力。這意味著機械設計基礎課程應積極采納智能化設計軟件，如CAD（計算機輔助設計）和CAE（計算機輔助工程）等，助力學生從傳統的二維平面設計躍升至三維建模設計，進而大幅提升設計的效率與精準度。舉例來說，教師可借助CAD軟件指導學生完成機械部件的建模與裝配，并運用CAE軟件進行力學分析和優化設計，打破紙筆設計的局限，使學生能更快速地融入現代工業設計流程。同時，課程應采用線上線下相結合的混合式教學模式，通過靈活多樣的教學安排來增強學生的學習效果。其中，線上教學可將豐富的理論知識移至網絡平臺，即教師可采用翻轉課堂的模式，在課堂上組織案例研討和設計項目討論，而學生則利用課余時間通過在線學習平臺鞏固理論知識。這種靈活的教學布局使學生能夠自主掌控學習節奏，充分利用線上資源，同時在線下課堂中獲得更多與教師及同學互動交流的機會，從而提升解決復雜問題的能力。此外，在機械設計基礎課程中，許多實驗環節受限于實體機械設備的數量和條件，難以滿足大規模學生的實踐需求。而通過虛擬仿真技術，學生可以在計算機上模擬機械設備的運行狀態、檢測其性能，并進行相應的設計調整。因此，教師可以安排學生在虛擬仿真平臺上設計傳動裝置，并通過仿真測試來驗證其運轉效果。最后，在教學評價方面也應進行革新。教師應借助在線平臺實時追蹤學生的學習行為、作業進度和實驗結果，并利用大數據技術對學生的學習成效進行全面深入的分析評估，從而更準確地發現學生在學習過程中遇到的問題和困難，及時調整教學策略以提供更有針對性的指導。

（三）組建團隊，促進跨學科合作

機械設計基礎課程在新工科時代背景下，已不再局限于傳統的機械設計原理，而是與智能制造、物聯網、大數據分析等先進技術緊密相連，要求教師不斷更新自身的知識體系，熟練掌握并運用新興技術工具。例如，學校可以定期組織教師培訓，指導教師學習智能設計軟件、虛擬仿真技術以及大數據分析方法的操作與應用，讓教師充分掌握新工科的核心技術，并將其有機融人教學之中，從而提升課程內容的時代性與實用性。此外，新工科強調學科的交叉與融合，機械設計基礎課程的教師也需要拓寬視野，對其他相關學科有所了解。比如，隨著機械設計與電子、控制、計算機等領域的深度融合，教師應掌握基礎的控制系統設計知識、電氣工程技能，甚至包括編程語言，以便更好地指導學生進行機械系統的綜合設計。通過跨學科的深人學習與實踐，教師能夠幫助學生打通不同學科之間的壁壘，實現真正意義上的跨學科合作與創新。再者，新工科教育要求教師具備專業技術能力，更要擁有先進的教學理念與方法，即教師應運用翻轉課堂、混合式教學、項目式學習等新型教學模式，根據學生的個性化需求和學習進度，靈活調整教學內容和教學策略[5]。例如，在翻轉課堂的實踐中，教師可以結合學生的學習情況，定制個性化的學習任務，引導學生在自主學習中深入探索知識。最后，在新工科背景下，教育與產業的結合更加緊密，教師通過親身參與企業項目或行業實踐，能夠更準確地把握現代工業對機械設計人才的需求方向，并將寶貴經驗轉化為課程改革的寶貴資源。例如，與企業合作，共同開發具有實際工程背景的教學案例，將真實的項目場景引入課堂，讓學生在實踐中學習如何應對和解決現代工業中的技術挑戰。

（四）完善評價，能力與素質并重

新工科理念下的工程教育，更加注重以實際問題為教學導向，借助項目驅動的教學模式，致力于培育學生解決復雜難題的能力。所以，課程改革應當推行項目制教學法（PBL），借助具體項目引導學生深入理解和應用機械設計理論，主動運用所學知識去解決問題。例如，策劃一個“智能機械設備研發”的項目，引導學生從需求調研、方案設計到模型構建和優化完善等全流程進行實踐操作。在此過程中，學生需要考慮機械設計的具體技術要點，還需融合物聯網、自動化控制等前沿技術，以打造出符合未來工業發展趨勢的設計方案。此外，課程應強化實踐教學環節，通過大量的實驗和實踐操作來提升學生的工程實踐能力。具體，學校應著力建設高水平的實驗室，或利用虛擬仿真實驗平臺，鼓勵學生利用虛擬仿真軟件進行機械系統的設計和優化，對傳動系統進行性能測試和改進，甚至借助3D打印技術將設計成果實體化進行驗證。且課程改革應通過設立創新實驗室、組織創新競賽等多種途徑，激發學生的創新思維，鼓勵他們提出獨具匠心的設計方案。例如，定期舉辦“機械設計創新挑戰賽”，同時由專業教師進行技術指導，促使學生將理論知識轉化為實踐應用，通過競賽的形式點燃他們的創造激情和探索欲望。最后，評價學生的標準不應再唯考試成績論，而是應綜合考慮項目完成質量、實驗報告、設計作品等多個方面來全面衡量學生的學習成效。通過這種多元化的評價方式，可以更好地激勵學生積極投身于項目實踐和創新設計之中，從而逐步培養出他們的自主學習習慣和創新精神。

結語

借助智能制造、大數據分析等前沿科技，以及跨學科的合作模式，課程改革增強了學生的創新能力與實踐技能，使他們在應對復雜工業挑戰時更加游刃有余。改革雖遭遇傳統觀念束縛與資源限制等難題，但其寶貴經驗為未來教學革新指明了方向。未來，應進一步深化課程的多學科整合，拓寬學生的國際視野，促進工程教育與現代產業的深度融合，從而為打造具有全球競爭力的工程人才筑牢根基。

參考文獻：

［1］李麗，徐楠，姚龍元.新工科背景下機械設計基礎課程設計教學改革探索與實踐［J].中國機械，2024，（11）：115-118.

［2]孫小路，李國平，周春俠，等.新工科背景下礦業類機械設計基礎課程改革與探索［J].創新創業理論研究與實踐，2024，7（01）：52-54+64.

[3］鄭靜，龍湘云，伍素珍.面向新工科人才培養的機械設計基礎課程教學改革[J].高教學刊，2023，9（05）：117-120.

[4］徐一心，周洪祥，王振玉，等.新工科背景下工業設計專業機械設計基礎課程教學改革探索［J].內江科技，2022，43（06）：103-104.

[5］蔣丹，王麗偉.面向新工科人才培養的機械基礎課程改革探析［J].高等工程教育研究，2021，（S1）：56-58.

（責任編輯：于淼）