《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》教學(xué)思考與創(chuàng)新

趙正彩

【摘要】針對《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》課程當(dāng)前教學(xué)過程中存在的學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高、教學(xué)效果差、培養(yǎng)目標(biāo)難以有效實(shí)現(xiàn)的問題，本研究深度剖析了該課程教學(xué)問題產(chǎn)生的主要原因，并從學(xué)生知識儲備、教學(xué)方案設(shè)計(jì)、教學(xué)方法提升等方面進(jìn)行了教學(xué)手段創(chuàng)新的探索，以期有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情、提升教學(xué)效果，更多地培養(yǎng)具備解決實(shí)際機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)問題能力的人才。

【關(guān)鍵詞】《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》教學(xué)問題教學(xué)手段創(chuàng)新機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是將優(yōu)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于機(jī)械領(lǐng)域的一項(xiàng)技術(shù)方法，對于機(jī)械工程專業(yè)的發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。隨著我國制造強(qiáng)國戰(zhàn)略《中國制造2025》的實(shí)施，數(shù)字化、自動(dòng)化和智能化已經(jīng)成為機(jī)械工程學(xué)科主流發(fā)展方向。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)機(jī)械工程數(shù)字化、自動(dòng)化和智能化的核心基礎(chǔ)之一，培養(yǎng)熟練掌握并靈活運(yùn)用機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的人才對于順利實(shí)現(xiàn)我國制造強(qiáng)國戰(zhàn)略的意義重大?！稒C(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》這門課主要講授機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、經(jīng)典機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法以及應(yīng)用實(shí)例分析等，對于培養(yǎng)學(xué)生具備機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)基本概念和基礎(chǔ)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)能力具有顯著的成效，廣泛開設(shè)于各大工科院校機(jī)械工程相關(guān)專業(yè)。

一、對《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》課程教學(xué)問題的思考

《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》課程主要面向已經(jīng)具備一定機(jī)械專業(yè)課知識的高年級本科生開設(shè)，大多數(shù)院校為大四年級本科生安排此課程?！稒C(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》課程要求學(xué)生具有一定的高等數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)以及機(jī)械制造等知識基礎(chǔ)，還要求學(xué)生具有較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)編程能力。由于涉及到微積分、矩陣運(yùn)算、泰勒展開式等高等數(shù)學(xué)知識，并與機(jī)械工程領(lǐng)域?qū)嶋H問題相結(jié)合，需要采用計(jì)算機(jī)編程方法實(shí)現(xiàn)優(yōu)化算法，學(xué)生普遍反映課程學(xué)習(xí)難度較大，教學(xué)效果不太理想，課程考試通過率較低。探究其原因有三：（1）該課程的學(xué)習(xí)對學(xué)生的知識儲備要求過高，貫穿大學(xué)四年的整個(gè)學(xué)習(xí)過程，沒有經(jīng)過有效復(fù)習(xí)的學(xué)生難以將學(xué)過的知識用于本課程的學(xué)習(xí);（2）機(jī)械工程專業(yè)的學(xué)生計(jì)算機(jī)編程能力不是非常突出，完成優(yōu)化設(shè)計(jì)算法的編程較困難，學(xué)生畏難情緒較為嚴(yán)重;（3）機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)更多地解決實(shí)際工程問題，學(xué)生缺乏實(shí)踐經(jīng)歷和思考體會，難以將優(yōu)化問題從實(shí)際工程問題中剝離提取，缺乏建立機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的能力?，F(xiàn)有《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)模式主要為教師講授，學(xué)生積極性較低，難以取得滿意的教學(xué)效果。因此，如何突破現(xiàn)有教學(xué)模式束縛、創(chuàng)新教學(xué)手段，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，進(jìn)而有效提升教學(xué)質(zhì)量已經(jīng)成為機(jī)械工程專業(yè)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)的當(dāng)務(wù)之急。

二、創(chuàng)新《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)手段

1.梳理必要數(shù)學(xué)知識，夯實(shí)學(xué)生基礎(chǔ)知識

數(shù)學(xué)是建立機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的核心，也是《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》課程難點(diǎn)之一。由于學(xué)生通常在大一年級學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)，等到大四年級的時(shí)候已經(jīng)遺忘很多。所以，教師在講授《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》課程時(shí)應(yīng)仔細(xì)梳理本課程涉及的主要數(shù)學(xué)知識，在正式學(xué)習(xí)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法前重點(diǎn)講授必要數(shù)學(xué)知識點(diǎn)，幫助學(xué)生進(jìn)行有效的復(fù)習(xí)。這不但能夠?yàn)楸菊n程的順利開展提供基礎(chǔ)，還能幫助學(xué)生進(jìn)一步鞏固數(shù)學(xué)知識，為其他相關(guān)課程的開展提供必要幫助。在講授數(shù)學(xué)知識的過程中，教師應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生建立數(shù)學(xué)知識點(diǎn)與機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法之間的關(guān)聯(lián)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。此外，在講授機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法時(shí)應(yīng)注意適時(shí)地復(fù)習(xí)相應(yīng)數(shù)學(xué)知識點(diǎn)，進(jìn)一步夯實(shí)學(xué)生的數(shù)學(xué)能力。

2.以需求為牽引，問題為導(dǎo)向

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)機(jī)械工程領(lǐng)域優(yōu)化設(shè)計(jì)需求而產(chǎn)生，目的是為了解決機(jī)械的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。教師在講授知識點(diǎn)過程中，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)機(jī)械工程領(lǐng)域優(yōu)化設(shè)計(jì)需求的教學(xué)，讓學(xué)生有較為清晰的學(xué)習(xí)動(dòng)力和強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)積極性。針對機(jī)械工程領(lǐng)域典型的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，包括機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)械加工工藝優(yōu)化以及機(jī)械電子控制等方向涉及的具有代表性的問題，對學(xué)生進(jìn)行重點(diǎn)講授。只有以機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)需求為牽引、問題為導(dǎo)向，學(xué)生才能更為清晰地認(rèn)識到機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的重要性和實(shí)際應(yīng)用意義，通過需求問題的解決激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的更大熱情，有助于教學(xué)效果的有效提升。

3.增設(shè)課程實(shí)踐內(nèi)容，提升學(xué)生工程認(rèn)識水平

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用關(guān)鍵在于建立優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型。優(yōu)化設(shè)計(jì)模型來源于機(jī)械工程實(shí)際問題，需要進(jìn)行歸納總結(jié)和剝離提煉。現(xiàn)如今大學(xué)生的工程閱歷較淺，工程實(shí)踐能力不足?？v然課堂知識學(xué)習(xí)再好，但離形成解決實(shí)際工程問題的能力仍然差距非常大。因此，教師在進(jìn)行課程教學(xué)大綱設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)講授的經(jīng)典優(yōu)化設(shè)計(jì)方法有針對性地制定相關(guān)實(shí)踐內(nèi)容，使得學(xué)生有機(jī)會進(jìn)入到實(shí)驗(yàn)室甚至實(shí)際的生產(chǎn)工廠，了解實(shí)際的工程問題，經(jīng)歷問題總結(jié)和提煉的過程，熟悉機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的建立的必要步驟和注意事項(xiàng)，培養(yǎng)其解決實(shí)際工程問題的能力。

4.設(shè)置課程大作業(yè)，培養(yǎng)學(xué)生編寫優(yōu)化設(shè)計(jì)算法能力

教師在講授課程知識點(diǎn)的過程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)教學(xué)進(jìn)度的安排，由易到難地設(shè)置一系列大作業(yè)，從經(jīng)典工程問題中提煉作業(yè)題目，要求學(xué)生采用計(jì)算機(jī)編程的方式解決機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，并組織學(xué)生定期講演自己大作業(yè)的成果，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極討論的主動(dòng)性，加深課程知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)和理解。

三、結(jié)語

《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》是一門綜合高等數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和機(jī)械等知識的課程，對于培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力具有重要意義。今后教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)更加注重學(xué)生基礎(chǔ)知識和專業(yè)能力的培養(yǎng)，創(chuàng)新教學(xué)模式和手段，服務(wù)于國家制造強(qiáng)國戰(zhàn)略，培養(yǎng)更多的專業(yè)人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]張珂.《優(yōu)化設(shè)計(jì)》課程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].中國校外教育，2017，（12）：102.

[2]崔立，蔣佳.基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的應(yīng)用型高校機(jī)械設(shè)計(jì)課程群教學(xué)改革[J].高教論壇，2018，（05）：41.

[3]翟國棟，李明陽.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)課程實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2017，（05）：178.