關(guān)于新工科背景下機(jī)械設(shè)計課程教學(xué)的思考

韓 林

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，中國 天津 300222）

“新工科”自2016年提出以來，在兩年多的時間里，先后形成了復(fù)旦共識、天大行動和北京指南，構(gòu)成了新工科建設(shè)的“三部曲”。新工科是在新科技革命、新產(chǎn)業(yè)革命、新經(jīng)濟(jì)背景下工程教育改革的重大戰(zhàn)略選擇，是今后我國工程教育發(fā)展的新思維、新方式[1-3]。

新工科建設(shè)提出了“三個目標(biāo)、三個任務(wù)、三個突破”的行動方案，其中，“三個任務(wù)”包括學(xué)與教、實(shí)踐與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、本土化與國際化等三個關(guān)鍵任務(wù)。具體地，學(xué)與教又主要涉及重構(gòu)人才知識體系、重塑人才培養(yǎng)質(zhì)量觀以及創(chuàng)新教學(xué)方式與技術(shù)三個方面[4]。新工科專業(yè)建設(shè)的落地，又以各門課程的教與學(xué)方面的改革為支撐。

華中科技大學(xué)李培根院士從兩個方面探討了工科之“新”的文化高度：一是從教育文化的層面去俯視工程教育，當(dāng)是工科之“新”的關(guān)鍵與高度，并從存在、時空、互聯(lián)、去中心化等方面探討了工程與技術(shù)本身所蘊(yùn)含的文化要素；二是從善、自由、超越、批判性思維等文化視角討論工程教育，并強(qiáng)調(diào)教育文化要落地于教學(xué)活動中，如教材、課堂、實(shí)踐環(huán)節(jié)、非正式學(xué)習(xí)等[5-6]。

機(jī)械設(shè)計課程是機(jī)械類專業(yè)課程體系中的核心課程之一，在新工科新要求的時代背景下，勢必充當(dāng)新工科建設(shè)的排頭兵。上海交通大學(xué)的高峰教授在第十六屆全國機(jī)械設(shè)計教學(xué)研討會上指出現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計課程體現(xiàn)“新”之處，包括：從系統(tǒng)到關(guān)鍵環(huán)節(jié)闡釋產(chǎn)品設(shè)計原理；根據(jù)現(xiàn)代機(jī)電產(chǎn)品對機(jī)械的功能、精度、承載、驅(qū)動與傳動、動態(tài)性能及控制等的新要求，形成現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計課程體系；采用原理講述與實(shí)際案例相結(jié)合方式闡述機(jī)械設(shè)計方法；建立產(chǎn)品設(shè)計所需的系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生貫通現(xiàn)代產(chǎn)品機(jī)械系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計意識、思維和能力?！靶鹿た啤睓C(jī)械設(shè)計課程建設(shè)要有利于增強(qiáng)工科學(xué)生價值感與使命感、有利于學(xué)生興趣的形成、有利于學(xué)生在更高層次和境界上創(chuàng)造性工作。

本文以新工科建設(shè)對機(jī)械設(shè)計課程教學(xué)新要求為出發(fā)點(diǎn)，就筆者所在的職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)的實(shí)際情況，探討對該課程教學(xué)改革方面的一些認(rèn)識和見解。

1 教學(xué)內(nèi)容方面

著重培養(yǎng)學(xué)生大工程理念、系統(tǒng)設(shè)計理念。一般院校的機(jī)械設(shè)計課程基本上采用國內(nèi)知名學(xué)校知名學(xué)者編著的教材。教材內(nèi)容主要包括總論、連接篇、機(jī)械傳動篇、軸系零部件篇以及其他零部件等內(nèi)容。教材內(nèi)容編寫雖主抓機(jī)械零件設(shè)計一般步驟主線，但在工程設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計方面涉及內(nèi)容不夠。比如螺栓連接強(qiáng)度計算，國內(nèi)教材計算實(shí)例或課后練習(xí)題對于螺紋連接應(yīng)用場合的描述較為簡單、問題設(shè)置較為單一，而一向以嚴(yán)謹(jǐn)著稱的德國版教材，在問題描述時，均具有詳細(xì)的工程背景，包括防松措施、潤滑、被連接件具體材料、預(yù)選螺紋件標(biāo)準(zhǔn)號等內(nèi)容，問題也較為多樣化，除了要求設(shè)計或校核螺紋連接件強(qiáng)度外，部分題目還要求選擇被連接件的配合等。題目設(shè)計的更合理，考察更全面。不僅是強(qiáng)度計算問題，也體現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計觀念。為此，授課教師應(yīng)在現(xiàn)有教材基礎(chǔ)上，可編寫更具系統(tǒng)設(shè)計理念的教材或增加相關(guān)習(xí)題訓(xùn)練。

講授內(nèi)容應(yīng)多結(jié)合地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況。地方高校最重要的屬性是“地方性”。“復(fù)旦共識”提出地方高校服務(wù)面向的具體要求，指出地方高校要對區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級發(fā)揮支撐作用[7]。為此，在開展機(jī)械設(shè)計教學(xué)時，應(yīng)引入?yún)^(qū)域行業(yè)背景，如天津市工業(yè)和信息化委研究制定了高檔數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、3D打印、工程機(jī)械、新能源汽車以及新能源汽車等產(chǎn)業(yè)三年行動方案（2018-2020年），旨在加快全國先進(jìn)制造研發(fā)基地建設(shè)。在講授機(jī)械設(shè)計課程時，可以數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人或其它產(chǎn)業(yè)為背景，采用原理講述與實(shí)際案例相結(jié)合方式闡釋機(jī)械設(shè)計方法，培養(yǎng)學(xué)生貫通現(xiàn)代產(chǎn)品機(jī)械系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計意識、思維和能力，為學(xué)生將來從事技術(shù)工作或科學(xué)研究工作，奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2 教學(xué)手段與方法方面

教育教學(xué)理念能否得到實(shí)現(xiàn)，教學(xué)手段、方法是關(guān)鍵。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計課程教學(xué)一般由課堂講授為主的理論教學(xué)和驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主。在新工科建設(shè)的新要求下，可增加課程研討課，并對理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改進(jìn)。

理論教學(xué)應(yīng)重原理、方法，輕技術(shù)。可以采用課上講授和課下自學(xué)相結(jié)合的方式。課上講授強(qiáng)調(diào)設(shè)計思想，強(qiáng)化公式推導(dǎo)所考慮的因素，弱化最終計算公式；鼓勵學(xué)生主動使用慕課平臺、中國知網(wǎng)及國外文獻(xiàn)檢索網(wǎng)站等網(wǎng)絡(luò)資源開展自學(xué)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)可更改為實(shí)踐教學(xué)，采用項(xiàng)目教學(xué)法。課程伊始就布置項(xiàng)目題目、學(xué)生分組，題目可以是創(chuàng)新設(shè)計大賽相關(guān)題目，也可以是學(xué)生自主選題，課程結(jié)束時進(jìn)行答辯。當(dāng)然，學(xué)生特點(diǎn)不同，項(xiàng)目考核方式也應(yīng)有所區(qū)別，因材施教。以本校本科生為例，生源有兩類：一類為參加全國普通高等學(xué)校統(tǒng)招考試的高中畢業(yè)生；另一類為面向全國中職院校學(xué)生，以單獨(dú)招生的方式招錄的學(xué)生。后者具有較好的操作技能與工程實(shí)踐基礎(chǔ)，但抽象思維與邏輯思維能力相對薄弱，針對該類學(xué)生特點(diǎn)，可要求他們通過3D打印或?qū)嵅偌庸ち慵⑼瓿裳b配，完成實(shí)物制作并答辯；而對于前者，由于之前未接觸過機(jī)械基礎(chǔ)方面的內(nèi)容，可以要求他們利用三維設(shè)計和分析軟件繪制零件圖和裝配圖，并參與答辯。這個過程主要培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作能力。

研討課的主題應(yīng)多樣化，可設(shè)置前沿科技產(chǎn)品、交叉學(xué)科的主題。比如，對于機(jī)自學(xué)生，研討重點(diǎn)可傾向于機(jī)電產(chǎn)品機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計方面；機(jī)電專業(yè)學(xué)生，研討重點(diǎn)可傾向于機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)的設(shè)計方面；而若是工業(yè)設(shè)計專業(yè)學(xué)生，研討重點(diǎn)可偏于產(chǎn)品外觀設(shè)計方面。觀察記錄每位同學(xué)在研討課上的表現(xiàn)，作為給定部分成績的依據(jù)。

3 師資隊(duì)伍方面

教師是教學(xué)活動的主體，新工科建設(shè)的效果如何，很大程度上取決于師資隊(duì)伍方面。老資歷的教師教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富，能夠處理好教與學(xué)的關(guān)系，但喜歡固守現(xiàn)成的教學(xué)方式方法，缺乏創(chuàng)新意愿，對前沿科技不夠敏感；而青年教師雖創(chuàng)新意識強(qiáng)，但缺乏工程實(shí)踐、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)有限，還難以挑起教學(xué)大梁。

為此，可以以構(gòu)建課程組的形式，將講授同類課程的老中青三代教師集中在一起。教學(xué)方面，老教師傳幫帶青年教師；青年教師將獲取的與課程相關(guān)的最新科技、科研前沿與老教師積極溝通交流。

此外，青年教師除了應(yīng)積極與國內(nèi)外同行交流外，也應(yīng)定期去與專業(yè)、課程相關(guān)的企業(yè)掛職實(shí)習(xí)，了解相關(guān)產(chǎn)業(yè)前沿，增加工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，服務(wù)教學(xué)。

4 小結(jié)

上述內(nèi)容是本人在新工科建設(shè)、服務(wù)工科專業(yè)新要求的背景下，對機(jī)械設(shè)計課程教學(xué)改革方面的一些見解。當(dāng)然，新工科建設(shè)不是短時間內(nèi)可以完成的，還需要建設(shè)長效機(jī)制來保證可持續(xù)性。

總之，通過深入系統(tǒng)地開展新工科研究和實(shí)踐，我國高校必能培養(yǎng)出實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才，將建設(shè)工程教育強(qiáng)國的藍(lán)圖變成現(xiàn)實(shí)。