基于事件驅(qū)動的機械設(shè)計課程群體系研究與協(xié)同創(chuàng)新

周廷美　陳曉岑　趙敬澤　劉衛(wèi)

摘要：本文針對機械設(shè)計課程群存在的教學(xué)內(nèi)容分散、系統(tǒng)設(shè)計思想淡化和創(chuàng)新意識薄弱等問題，以機械類本科生的機械設(shè)計課程群為例，結(jié)合學(xué)科競賽的內(nèi)涵體系，對基于事件（各類學(xué)科競賽和實踐教學(xué)）的主動式教學(xué)模式進行了探索，構(gòu)建了協(xié)同創(chuàng)新體系以及創(chuàng)新活動管理模式，并將該思路運用于機械設(shè)計課程群的建設(shè)和學(xué)科競賽中，取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：事件驅(qū)動；機械設(shè)計；課程群；體系研究；協(xié)同創(chuàng)新

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）31-0094-03

機械設(shè)計課程群（包括機械原理、機械設(shè)計、互換性與工程測量等機械類專業(yè)基礎(chǔ)課）是機械制造及自動化專業(yè)及近機類專業(yè)的核心課程，其相關(guān)的課程設(shè)計、實驗及大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練和機械創(chuàng)新大賽等學(xué)科競賽作為實踐教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生動手能力、創(chuàng)新能力和工程能力的有效途徑。

世界發(fā)達國家工科院校在專業(yè)基礎(chǔ)課建設(shè)與教學(xué)方法研究上，強調(diào)專業(yè)理論性、實踐性、適應(yīng)性和互動性。美國、德國等發(fā)達國家采取了一種“3+1”模式，即3個課時理論課后就有1個課時的實踐課（實驗或?qū)嵺`活動），極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)激情和興趣。

多年來，國內(nèi)各高校針對機械設(shè)計類專業(yè)基礎(chǔ)課程，在課程建設(shè)與教學(xué)方法研究方面做了許多工作。如陳曉岑等對機械原理實驗方法和內(nèi)容進行了教學(xué)改革[1]；江帆等針對傳統(tǒng)機械原理實驗教學(xué)中存在的不足，將TRIZ理論引入機械原理的實驗教學(xué)[2]；侯雨雷等借鑒國際先進的CDIO工程教育理念，提出以適應(yīng)產(chǎn)業(yè)需求的項目為載體，以完整工作過程為向?qū)В罁?jù)企業(yè)的真實工作過程設(shè)計和組織教學(xué)的理念并應(yīng)用于機械設(shè)計基礎(chǔ)的課程改革實踐[3]；龔厚仙針對機械設(shè)計基礎(chǔ)課程存在的教學(xué)內(nèi)容零散、系統(tǒng)設(shè)計思想淡化等問題，采取以能力培養(yǎng)為本位的“項目驅(qū)動”教學(xué)模式[4]。上述研究已初見成效，而結(jié)合課程設(shè)計、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練以及各種學(xué)科競賽更深入、全面地研究機械設(shè)計課程群的教學(xué)體系與協(xié)同創(chuàng)新的課程群建設(shè)和教學(xué)改革的較少，探索一種適合機械設(shè)計課程群的、注重理論與實踐相結(jié)合的，在課程設(shè)計、學(xué)科競賽中集研討式、啟發(fā)式教學(xué)方法的多元化教學(xué)模式，是高校教學(xué)研究的重要課題[5，6]。

一、以事件驅(qū)動為核心的課程群構(gòu)建

針對機械設(shè)計課程群教學(xué)中原各門課程自成體系、不能有機聯(lián)系和綜合應(yīng)用的弊端，結(jié)合本科生的實踐教學(xué)、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練以及各種學(xué)科競賽活動，將機械設(shè)計的相關(guān)課程作為一個課程群實施整體性建設(shè)，按照其在培養(yǎng)學(xué)生知識能力結(jié)構(gòu)中的任務(wù)和作用，加強教學(xué)內(nèi)容的有機聯(lián)系，構(gòu)建連貫而完善的新型課程體系。

在機械設(shè)計課程群的教學(xué)內(nèi)容上，要涵蓋“系統(tǒng)的設(shè)計思維、創(chuàng)新的設(shè)計理念、現(xiàn)代的設(shè)計方法、具體的設(shè)計實踐”這幾方面的教學(xué)訓(xùn)練。在課程群設(shè)置上，選擇了機械原理、機械原理課程設(shè)計、機械設(shè)計、機械設(shè)計課程設(shè)計、互換性與工程測量、創(chuàng)新設(shè)計與制作等6門課程。通過對機械原理、機械設(shè)計、互換性與工程測量這幾門主修課程的內(nèi)容和體系進行整合重組，并融入AutoCAD、Pro/E、Ansys等相關(guān)熱門應(yīng)用軟件知識，使學(xué)生在學(xué)習(xí)進程中，既有理論知識的學(xué)習(xí)，又有實際的操作訓(xùn)練。以課程設(shè)計、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練和機械創(chuàng)新大賽等各種學(xué)科競賽活動為契機，強化實踐教學(xué)，全面提升機械設(shè)計課程群的實踐教學(xué)效果，增加學(xué)生的創(chuàng)新能力。

二、以學(xué)科競賽為主線的教學(xué)流程規(guī)劃

在機械設(shè)計課程群的建設(shè)中，除將課程群內(nèi)的6門課程進行內(nèi)容整合和重組外，同時針對新形勢下的人才培養(yǎng)目標，將學(xué)科競賽的主線貫穿課程群教學(xué)的全過程。

機械設(shè)計課程群以學(xué)科競賽的創(chuàng)新設(shè)計項目作為教學(xué)的載體，按項目實施的需要合理安排教學(xué)內(nèi)容。在課程教學(xué)的初期向?qū)W生布置設(shè)計題目（結(jié)合老師的科研課題的設(shè)計選題或按教學(xué)內(nèi)容選定的常規(guī)選題），或?qū)W生結(jié)合大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練和機械創(chuàng)新大賽自主提出設(shè)計意向，在課程的教學(xué)過程中有意識地結(jié)合設(shè)計題目進行授課、實驗和布置課外作業(yè)，隨著機械原理課程的結(jié)束，學(xué)生完成產(chǎn)品的原理設(shè)計；隨著機械設(shè)計和互換性與工程測量等課程的結(jié)束，學(xué)生完成機械產(chǎn)品的初步設(shè)計。當(dāng)課程群的教學(xué)任務(wù)完成后，結(jié)合各類學(xué)科競賽，指導(dǎo)老師聯(lián)合指導(dǎo)學(xué)生在初步設(shè)計的基礎(chǔ)上，采用計算機輔助設(shè)計方法對產(chǎn)品進行力學(xué)性能分析和運動仿真，根據(jù)分析結(jié)果修改設(shè)計，繪出工程圖。在通過設(shè)計評價后進行產(chǎn)品的制作，完成產(chǎn)品樣機的制作。

三、教學(xué)模式的改革

在課程群的教學(xué)模式改革中，以學(xué)生為主體，通過學(xué)科競賽和新穎的課程設(shè)計引導(dǎo)學(xué)生從被動學(xué)習(xí)向主動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，即通過具體的事件引導(dǎo)學(xué)生加強知識和能力的培養(yǎng)，強調(diào)課堂教學(xué)與課外學(xué)習(xí)相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題。如在每屆機械創(chuàng)新大賽前讓學(xué)生圍繞大賽主題自主提出項目申請，充分發(fā)揮學(xué)生的想象力和積極性，真正做到百花齊放。在此基礎(chǔ)上進行項目的第一輪篩選。對第一輪入選的項目進行可行性論證，引導(dǎo)學(xué)生自己提出問題、分析問題并提出解決問題的方法。然后進行第二輪篩選，篩選通過的項目才能進入學(xué)校的申報。在課程群教學(xué)模式上結(jié)合課程設(shè)計和學(xué)科競賽進行了系列改革嘗試，包括教學(xué)組織形式的創(chuàng)新，即教學(xué)過程相互銜接，設(shè)計過程聯(lián)合指導(dǎo)，設(shè)計成果統(tǒng)一評定。

在課堂教學(xué)中，根據(jù)機械設(shè)計課程群的特點，立足工程的觀念組織課堂教學(xué)內(nèi)容。受課時限制，不可能將機械設(shè)計中的所有內(nèi)容都在課堂中講解，而是結(jié)合課程設(shè)計和學(xué)科競賽進行學(xué)習(xí)，如機械設(shè)計中的機械創(chuàng)新及系統(tǒng)設(shè)計部分則根據(jù)具體的選題，學(xué)生在老師的指導(dǎo)下進行具體機構(gòu)的系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計，由此加強對機械系統(tǒng)的認識。

在機械設(shè)計課程群的實驗設(shè)置中，優(yōu)化了原有的實驗項目，創(chuàng)建了機械傳動綜合實驗，學(xué)生可以根據(jù)所學(xué)的機構(gòu)，自主進行實驗設(shè)計，搭建各種各樣的機構(gòu)，完成相應(yīng)的設(shè)計功能，并撰寫實驗報告，以加強學(xué)生創(chuàng)新實驗的能力，增強動手能力。同時結(jié)合各類學(xué)科競賽等科技創(chuàng)新活動激發(fā)學(xué)生參加創(chuàng)新實踐的積極性。

機械原理課程設(shè)計主要是鍛煉學(xué)生運用所學(xué)知識進行綜合設(shè)計的能力，在課程設(shè)計中不再是一個班的學(xué)生做某種機構(gòu)的設(shè)計、繪圖，而是精選出多種實際機構(gòu)，讓學(xué)生根據(jù)自己的興趣完成某個機構(gòu)的原理設(shè)計。機械設(shè)計課程設(shè)計主要鍛煉學(xué)生運用所學(xué)的機械原理、機械設(shè)計、互換性與工程測量等知識進行綜合設(shè)計的能力，主要經(jīng)歷方案選擇、傳動能力計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計等過程。在課程設(shè)計過程中老師通過講課、答疑等多種方式進行指導(dǎo)，設(shè)計完成后通過答辯讓學(xué)生清楚地了解自己的設(shè)計是否合理、還存在哪些問題，以避免在以后的設(shè)計過程中出現(xiàn)類似的錯誤。

四、課程群考核模式的改革及協(xié)同創(chuàng)新體系的構(gòu)建

機械設(shè)計課程群的課程考核以試卷、設(shè)計報告、成果答辯相結(jié)合的形式開展。學(xué)生成績考評特別注重在各類學(xué)科競賽中的創(chuàng)新價值，提高創(chuàng)新性在考評成績中的比例，以及獲獎學(xué)生在保研中的比例，大大提高了學(xué)生的自主創(chuàng)新意識及設(shè)計興趣。

在綜合分析高校創(chuàng)新人才培養(yǎng)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身專業(yè)特色和機械設(shè)計課程群的建設(shè)，機電工程學(xué)院于2011年成立大學(xué)生創(chuàng)新基地，并派有多年教學(xué)管理經(jīng)驗的管理人員負責(zé)基地管理，該基地在組織學(xué)生參與創(chuàng)新活動上做了很多努力，形成了一整套完善的創(chuàng)新活動管理模式。（1）構(gòu)建學(xué)科競賽的整合機制。機電工程學(xué)院歷來高度重視對學(xué)生創(chuàng)新能力和實踐能力的培養(yǎng)，積極引導(dǎo)和支持學(xué)生大膽創(chuàng)新，重視和鼓勵學(xué)生參加各類學(xué)科競賽。在學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和老師的大力支持下，在2011年專門籌措資金、配備場地與師資、添置設(shè)備儀器，成立了大學(xué)生機械創(chuàng)新基地，負責(zé)學(xué)院學(xué)生創(chuàng)新活動的指導(dǎo)和課外科技創(chuàng)新比賽的籌備、申報及指導(dǎo)工作，培養(yǎng)與引導(dǎo)大學(xué)生自主進行方案設(shè)計、原型樣機選材、組裝與實驗室調(diào)試驗證。（2）學(xué)生團隊的組織形式。創(chuàng)新基地成立了4支大學(xué)生創(chuàng)新團隊，專注于創(chuàng)新訓(xùn)練和創(chuàng)新競賽，有各自完善的團隊管理機制，是創(chuàng)新項目的載體，也是人才培養(yǎng)的主要組織形式。學(xué)生開展招聘會，自主選拔優(yōu)秀人才，以高年級帶低年級的方式進行項目的申報及實施，以便在各類學(xué)科競賽中充分發(fā)揮集體優(yōu)勢。同時團隊采用考核制和淘汰制，定期引進新鮮血液，以保證團隊的生命力和成員的積極性。團隊“以老帶新”的培養(yǎng)模式避免了創(chuàng)新人才的脫節(jié)。（3）教師團隊的構(gòu)建。創(chuàng)新基地根據(jù)教師的研究方向，采取自愿的原則建立了一支強大的指導(dǎo)教師團隊。教師的悉心指導(dǎo)是團隊和項目順利發(fā)展的強大推動力。部分教師將科研項目引入大學(xué)生的培養(yǎng)過程，這種方式激發(fā)了大學(xué)生對科研與創(chuàng)新的興趣，培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。（4）創(chuàng)新基地的管理不斷完善。創(chuàng)新基地從活動場地管理、物品借還管理、經(jīng)費管理、項目實施管理、基地成員管理及合同管理6個方面確立了完善的管理制度，為基地的運營提供了良好的基礎(chǔ)條件。創(chuàng)新基地的管理執(zhí)行者由基地志愿者完成，志愿者分為宣傳組、事務(wù)組和技術(shù)組。技術(shù)組負責(zé)自主創(chuàng)新等項目的初審，事務(wù)組負責(zé)日常事務(wù)的處理、活動的組織和人事的協(xié)調(diào)，宣傳組負責(zé)創(chuàng)新團隊、創(chuàng)新成果和創(chuàng)新基地的宣傳以及基地網(wǎng)站的管理。3個組的良好分工是創(chuàng)新基地良好運行的有力支撐。（5）創(chuàng)新實踐訓(xùn)練。針對不同學(xué)生，基地相應(yīng)地開展不同的創(chuàng)新活動。對于普通學(xué)生，主要開展優(yōu)秀學(xué)子交流會、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力培訓(xùn)會、團隊招聘會、創(chuàng)新成果展示等活動；對于團隊成員或賽事經(jīng)選拔后的成員，基地會組織開展專業(yè)技能培訓(xùn)會、模擬答辯、優(yōu)秀研究生交流會等，并組織參與校企合作的創(chuàng)新大賽。全方位的創(chuàng)新活動能夠有效、循序漸進地培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。（6）創(chuàng)新訓(xùn)練成果。自2011年成立以來，機電創(chuàng)新基地經(jīng)過3年多的探索引起了廣泛的關(guān)注，并取得了驕人的成績：3年來基地收集學(xué)生自主創(chuàng)新項目申報200余項，全國大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目100余項，覆蓋人數(shù)近1100人次，約占本院45%的本科學(xué)生；2011—2013年自主創(chuàng)新和國家創(chuàng)新訓(xùn)練計劃總立項資金達100萬元；2013—2014年自主創(chuàng)新團隊項目和個人項目立項14項，班級項目立項4項，總覆蓋人數(shù)達238人次。2012—2014年學(xué)院整體參與科技創(chuàng)新活動及獲獎情況如表1所示。

五、結(jié)論

基于事件驅(qū)動的機械設(shè)計課程群的體系研究，將機械專業(yè)的幾門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課作為一個課程群實施整體性建設(shè)，解決了機械設(shè)計課程群教學(xué)中各門課程自成體系、不能有機聯(lián)系和綜合應(yīng)用的弊病。以學(xué)科競賽等事件為主線的課程群教學(xué)流程設(shè)計，讓學(xué)生將課程學(xué)習(xí)和學(xué)科競賽等實踐環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系起來，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的目的性。課程群考核模式的改革進一步提高了學(xué)生參加各種學(xué)科競賽的積極性，收到了良好的教學(xué)效果。

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