機械類專業(yè)課程實驗與課程設(shè)計綜合改革探索

張玲莉　趙堅　汪文津　張婧

（天津城建大學(xué)控制與機械工程學(xué)院 天津 300384）

摘 要 本文在調(diào)研分析高校機械專業(yè)課程的基礎(chǔ)上，分析總結(jié)機械類專業(yè)課程的實驗與課程設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的問題，從教學(xué)體系、內(nèi)容、方法和手段等方面，對機械類專業(yè)課程的實驗與課程設(shè)計教學(xué)進(jìn)行了綜合改革探索，表明這些教學(xué)改革措施對提高機械類學(xué)生的工程思維和工程能力效果顯著。

關(guān)鍵詞 綜合教學(xué)改革 課程實驗 課程設(shè)計 應(yīng)用型本科人才

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.08.025

On Mechanical Course Experiment and Course

Design Comprehensive Reform

ZHANG Lingli， ZHAO Jian， WANG Wenjin， ZHANG Jing

（School of Control and Mechanical Engineering， Tianjin Chengjian University， Tianjin 300384）

Abstract： On the basis of surveying and analyzing mechanical courses in university. It is analyzed and summarized in the paper against to the existing problems of experimental and course design for mechanical courses in the teaching link. The comprehensive reform exploration has been carried on the teaching of mechanical course experimental and course design in the aspect of teaching system， methods， ways and means. It is illustrated that those teaching reform methods have remarkable effects in aspect of improving engineering thought and ability for mechanical undergraduates.

Keywords： comprehensive teaching reform; course experimental; course design; practical undergraduate

根據(jù)機械類本科人才培養(yǎng)要求及社會發(fā)展需要，學(xué)生在校期間應(yīng)得到系統(tǒng)化工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，具體表現(xiàn)在識圖及工程語義的表達(dá)及其包括機械產(chǎn)品的加工、制造、裝配和調(diào)試等實踐能力。因此，對機械類本科生在校期間應(yīng)注重這兩方面的培養(yǎng)。機械類本科生所學(xué)主干課程的實踐教學(xué)包括實驗和課程設(shè)計兩部分，它們是培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。

目前，本科院校開設(shè)的機械基礎(chǔ)實驗所涉及的教學(xué)課程較多，但各門課程的實驗各自獨立開設(shè)，互不聯(lián)系，沒有從專業(yè)培養(yǎng)的目標(biāo)和課程綜合學(xué)習(xí)的角度出發(fā)，形成機械基礎(chǔ)綜合實驗教學(xué)體系。實驗室能開設(shè)的實驗多為常規(guī)驗證性的，內(nèi)容較為陳舊，實驗手段較落后，設(shè)計性和創(chuàng)新性的綜合實驗很少;實驗僅僅作為理論課的輔助教學(xué)，學(xué)生也不重視，實驗的成績并不能反映出學(xué)生真實的實驗?zāi)芰退?在實驗教學(xué)方式上，學(xué)生只能按照教師事先搭接好的實驗平臺和設(shè)計好的實驗步驟進(jìn)行操作，讀取實驗數(shù)據(jù)及進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，這種實驗教學(xué)方法嚴(yán)重制約了學(xué)生實際動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。①

在課程設(shè)計教學(xué)實踐中，很多院校在選擇設(shè)計題目時一直選用傳統(tǒng)、單一的二級減速器，雖然減速器的設(shè)計包含了齒輪、軸和軸承等典型軸系零件的設(shè)計，學(xué)生所學(xué)到的知識也能得到較全面的綜合應(yīng)用，但是中國制造業(yè)的不斷發(fā)展，又對機械類專業(yè)設(shè)計者提出了新要求，在這種形勢下，以往的教學(xué)模式暴露出了諸多問題，具體表現(xiàn)為：設(shè)計題目相對單一，設(shè)計參數(shù)數(shù)量不足，導(dǎo)致部分同學(xué)的設(shè)計結(jié)果雷同，存在抄襲現(xiàn)象;②學(xué)生盲目模仿，甚至照搬照抄;在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，存在不能綜合考慮零件的強度、剛度、工藝、裝配、潤滑和密封等問題。③這些都致使學(xué)生的設(shè)計能力及創(chuàng)新能力得不到應(yīng)有的鍛煉。

針對上述問題，結(jié)合機械專業(yè)特點，本文主要從機械類本科生所學(xué)主干課程的實驗教學(xué)和課程設(shè)計入手，提出一套面向機械類學(xué)生綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)改革方案。

1 改革實驗教學(xué)，建立全新的基礎(chǔ)實驗教學(xué)體系

遵循模仿、掌握、熟練和創(chuàng)新的認(rèn)識規(guī)律，必要的基礎(chǔ)實驗應(yīng)該保留，設(shè)計性、創(chuàng)新性、綜合性實驗的比例適當(dāng)增加，通過綜合性實驗項目和開放性課外創(chuàng)新實踐教學(xué)活動，培養(yǎng)學(xué)生在機械設(shè)計方面的創(chuàng)新能力和密切配合的團(tuán)隊精神。

（1）整合實驗內(nèi)容，建立科學(xué)完整的實驗體系。突破實驗原有的課程界限，把一部分實驗內(nèi)容采用單元形式進(jìn)行教學(xué)，每一單元設(shè)計一組實驗，再把另一部分實驗內(nèi)容組合在一起，設(shè)置成為機械基礎(chǔ)綜合實驗單元，形成分層次的實驗教學(xué)。各實驗單元既互相獨立又相互聯(lián)系。機械基礎(chǔ)綜合實驗教學(xué)內(nèi)容分三個層次：基礎(chǔ)實驗、綜合設(shè)計性實驗、創(chuàng)新性實驗，通過綜合設(shè)計性實驗項目和科技創(chuàng)新活動，既提高了學(xué)生對機械產(chǎn)品的創(chuàng)新思維能力，又培養(yǎng)了相互協(xié)作的團(tuán)隊精神。

（2）改革實驗教學(xué)方法，引入案例式實驗教學(xué)手段。在實驗教學(xué)中引入案例式教學(xué)手段，教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，用典型的教學(xué)案例將機、電知識結(jié)合在一起，調(diào)動學(xué)生參與討論、分析及實踐的積極性，進(jìn)一步提高學(xué)生認(rèn)識、分析和解決工程實際問題以及理論聯(lián)系實際的能力，形成培養(yǎng)創(chuàng)新思維意識、自主學(xué)習(xí)方法、溝通能力和合作精神能力的一種教學(xué)方法。

（3）創(chuàng)設(shè)開放性實驗，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識。在規(guī)定范圍內(nèi)允許學(xué)生自選實驗題目，由學(xué)生自行設(shè)計實驗，整個實驗過程在教師的指導(dǎo)下獨立完成，無固定實驗?zāi)Ｊ?，這種教學(xué)模式既能讓學(xué)生認(rèn)識到機械方案設(shè)計的重要性，又強化了學(xué)生獨立設(shè)計的意識和動手能力。同時，增加成果展示和學(xué)生互評環(huán)節(jié)，促進(jìn)創(chuàng)新經(jīng)驗交流和創(chuàng)新意識的激發(fā)。

（4）探索設(shè)計性、綜合性和創(chuàng)新性實驗的教學(xué)模式。嘗試在設(shè)計性、綜合性和創(chuàng)新性實驗過程采用自主形式，即允許學(xué)生自選實驗題目。例如，機電系統(tǒng)創(chuàng)意組合搭接實驗，這個實驗完全由學(xué)生自己設(shè)計傳動方案，整個裝配、調(diào)整、測試、數(shù)據(jù)采集及分析過程也由學(xué)生獨立完成。這樣就極大地調(diào)動了學(xué)生動手的興趣，這種實驗教學(xué)模式排除了由教師統(tǒng)一定傳動方案、實驗步驟，禁錮學(xué)生創(chuàng)新思維的現(xiàn)象。

（5）開放實驗室，開展課外實踐性教學(xué)活動。將實驗室作為學(xué)生的課外科技創(chuàng)新活動基地，教師引導(dǎo)學(xué)生自由組建項目小組，由學(xué)生自行尋找課題或根據(jù)競賽主題確定題目，進(jìn)行方案設(shè)計論證，通過小組分析、研究和討論確定項目內(nèi)容，最終根據(jù)設(shè)計思想和創(chuàng)意理念，在教師指導(dǎo)下形成設(shè)計作品，作品可參加校級或市級機械創(chuàng)新大賽，在實踐過程中促進(jìn)學(xué)生間交流，拓寬知識面，開闊眼界。同時，可以將學(xué)生暴露出的問題進(jìn)行總結(jié)并引入到實驗教學(xué)中，使實驗教學(xué)和課外科技創(chuàng)新活動形成良性循環(huán)。

2 改革課程設(shè)計教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力

課程設(shè)計環(huán)節(jié)實踐性和實用性強，結(jié)合機械類專業(yè)特色，培養(yǎng)學(xué)生“學(xué)以致用”成為應(yīng)用型創(chuàng)新人才，為后續(xù)面向卓越工程師培養(yǎng)的課程教學(xué)體制改革進(jìn)行有益的初步探索。

（1）改革課程設(shè)計內(nèi)容，引入“能力導(dǎo)向”原則。能力導(dǎo)向原則是以能力為中心設(shè)計課程體系，以能力為目標(biāo)改進(jìn)教學(xué)方法，以能力為標(biāo)準(zhǔn)考評教學(xué)效果。④⑤面向機械類學(xué)生，我們以學(xué)生為中心，以能力導(dǎo)向為原則，構(gòu)建了完善的課程設(shè)計教學(xué)體系，目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生基本設(shè)計能力和創(chuàng)新性設(shè)計能力，專業(yè)設(shè)計能力和相關(guān)專業(yè)設(shè)計能力。根據(jù)學(xué)校自身特色和社會需要擬定課程設(shè)計題目，打破傳統(tǒng)設(shè)計兩級齒輪減速器局限，在部分有能力的同學(xué)中開設(shè)創(chuàng)新性設(shè)計內(nèi)容，選定以工程實際為背景的設(shè)計題目，把構(gòu)思、方案設(shè)計、功能設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計與CAD相結(jié)合，并進(jìn)行系統(tǒng)訓(xùn)練，形成一個面向工程實踐的教學(xué)體系。

（2）把學(xué)生的課外創(chuàng)新設(shè)計作品，納入到課程設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)。在部分有能力的同學(xué)中開展課外創(chuàng)新性設(shè)計活動，設(shè)計過程嘗試采用項目式實踐模式，教師提出項目的目標(biāo)，不規(guī)定題目，不指定方法，不提供參考資料;由學(xué)生自行探索，允許幾個人組成小組，共同完成項目，成果可以作為課程設(shè)計的教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行考核。這種教學(xué)模式既培養(yǎng)了團(tuán)隊合作的能力，又培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，極大地挖掘了學(xué)生的潛力。

（3）將CAD（計算機輔助設(shè)計）運用到課程設(shè)計中，提高繪圖效率。把現(xiàn)代設(shè)計手段引入到課程設(shè)計中，如利用機械專業(yè)常用設(shè)計軟件AutoCAD、PRO/E、UG、SolidWorks等，鼓勵學(xué)生使用計算機輔助設(shè)計軟件構(gòu)建三維模型，實現(xiàn)運動和裝配仿真等，最后可將零件的三維實體模型轉(zhuǎn)換為二維工程圖，并進(jìn)一步完成尺寸和公差的標(biāo)注，這樣，既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，又將學(xué)生從繁雜的繪圖中解放出來，提高繪圖效率，同時，學(xué)生對整個設(shè)計過程及結(jié)果具有更加直觀和形象的了解，使學(xué)生將注意力集中在設(shè)計方法上，有更多時間去思考產(chǎn)品的整體設(shè)計、細(xì)節(jié)設(shè)計及創(chuàng)新設(shè)計，真正體驗到機械設(shè)計的樂趣。

3 開辟第二課堂，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

利用實驗和課程設(shè)計這兩個實踐教學(xué)環(huán)節(jié)組織學(xué)生進(jìn)行課外科技創(chuàng)新活動，通過課外實踐性教學(xué)活動，鍛煉學(xué)生從方案確定、到結(jié)構(gòu)設(shè)計、再到工藝實現(xiàn)等工程實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力、綜合設(shè)計能力、動手能力、工程實踐能力和團(tuán)隊協(xié)作精神，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，挖掘?qū)W生自身潛力，施展學(xué)生創(chuàng)造才能。一方面，實驗教學(xué)、課程設(shè)計等可以為課外實踐性教學(xué)活動打下良好的實踐基礎(chǔ);另一方面，課外實踐性教學(xué)活動又使實驗教學(xué)、課程設(shè)計得到了延伸。例如我校機械專業(yè)的同學(xué)，6人自由組成一設(shè)計小組，進(jìn)行機械創(chuàng)新設(shè)計，學(xué)生們從設(shè)計方案的確定、參數(shù)的選擇，零件的設(shè)計、校核及繪圖再到零件的加工等都是在教師的指導(dǎo)下獨立完成，其中一組同學(xué)設(shè)計的產(chǎn)品“思維空間”平面機構(gòu)創(chuàng)意組合演示教具，參加全國第六屆機械創(chuàng)新大賽和天津市第五屆機械創(chuàng)新大賽，分別獲二等獎和一等獎榮譽。通過我校的教學(xué)實踐改革證明，學(xué)生主動學(xué)習(xí)、溝通能力、理論聯(lián)系實際和創(chuàng)新思維意識有了很大的提高。

4 結(jié)語

本文立足機械類本科生所學(xué)主干課程的課程實驗和課程設(shè)計，通過具體實踐教學(xué)和學(xué)生第二課堂，就教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段等方面進(jìn)行全面改革，提出了以學(xué)生為中心，教師為主導(dǎo)，注重動手能力的培養(yǎng)，發(fā)揮學(xué)生的想象力，使學(xué)生在獲取知識（自學(xué)）、共享知識（團(tuán)隊工作）、應(yīng)用知識（解決問題）、總結(jié)知識（創(chuàng)新）和傳播知識（溝通）過程中得到能力提升的改革思路，教學(xué)改革已初見成效。實踐證明，這種改革更能充分地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新的積極性，提高學(xué)生實際動手能力、協(xié)作能力及創(chuàng)新能力，教學(xué)效果顯著，為把學(xué)生培養(yǎng)成應(yīng)用型本科人才打下了良好的基礎(chǔ)。

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