基于創(chuàng)新設(shè)計能力培養(yǎng)的機(jī)械設(shè)計課程群建設(shè)

摘 要：機(jī)械設(shè)計課程群是機(jī)械類專業(yè)核心課程群，它對培養(yǎng)機(jī)械工程類專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識起著非常重要的作用。本文從課程的教學(xué)體系，教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)實踐，教學(xué)方法，教學(xué)評估，師資教師六方面，對基于學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力培養(yǎng)的機(jī)械設(shè)計課程群建設(shè)作了探討。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新設(shè)計；機(jī)械設(shè)計；課程群

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.214

1 前言

“機(jī)械設(shè)計課程群”作為機(jī)械工程類學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計能力培養(yǎng)的主要課程群，具有重要的地位。按群中各門課程地位，可分為基礎(chǔ)設(shè)計類、專業(yè)設(shè)計類、現(xiàn)代設(shè)計類三大類課程，每類課程又包含3-4門具體課程?！皺C(jī)械設(shè)計課程群”包括課堂講授及課程實驗、課程設(shè)計、實習(xí)等實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。它們在教學(xué)內(nèi)容和方式上會有很多內(nèi)在與共性的問題。因此，機(jī)械設(shè)計課程群建設(shè)是一個統(tǒng)籌系統(tǒng)的工程[1]。

在當(dāng)代高等教育中，學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新設(shè)計能力是機(jī)械工程類專業(yè)學(xué)生的核心能力。而機(jī)械學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力的培養(yǎng)很大程度上決于機(jī)械設(shè)計課程群學(xué)習(xí)的情況，因此需要綜合起來考慮機(jī)械設(shè)計類相關(guān)課程改革，從教學(xué)體系，教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)實踐，教學(xué)方法，教學(xué)評估，師資教師等各個方面進(jìn)行全面的建設(shè)。

2 機(jī)械設(shè)計課程群當(dāng)下的問題

機(jī)械設(shè)計課程群還存在以下問題：（1）課程群中部分教材的內(nèi)容比較陳舊，教材的體系不是很合理。課程群中部分課程之間內(nèi)容重復(fù)或不銜接，譬如“CAD/CAM”課程與“三維實體建?！蓖谲浖榻B時會重復(fù)同一個軟件的學(xué)習(xí)。（2）傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容和方法與現(xiàn)代先進(jìn)的機(jī)械設(shè)計方法結(jié)合得不夠，不能適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的發(fā)展要求。如機(jī)械設(shè)計課程中的齒輪等工程實例內(nèi)容繁瑣，計算復(fù)雜，而企業(yè)實際設(shè)計中往往采用輔助設(shè)計手段，快捷方便而且正確。（3）課程群實踐課依附理論課，難以保證人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)的需要。另外綜合性、設(shè)計性、工程性實驗項目占比少，理論驗證性實驗項目占比大，不利于學(xué)生創(chuàng)新意識和工程綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。如沒有開設(shè)專門的創(chuàng)新實驗及實踐課程，系統(tǒng)提高學(xué)生創(chuàng)新能力的實踐機(jī)會較少。（4）部分課程群中的課程設(shè)計題目（機(jī)械原理課程設(shè)計、機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計、機(jī)電一體化課程設(shè)計等），有些假擬題往往脫離了工程實際，導(dǎo)致學(xué)生缺乏解決實際工程問題的鍛煉機(jī)會和能力，不能滿足現(xiàn)代企業(yè)

對人才的要求。（5）部分課程群課程的教學(xué)方法陳舊，不能吸引和啟發(fā)學(xué)生積極開展創(chuàng)新設(shè)計。（6）沒有完善的創(chuàng)新設(shè)計教學(xué)基地，缺乏合理的創(chuàng)新設(shè)計教學(xué)評估考核體系，創(chuàng)新設(shè)計課外實踐學(xué)生積極性有待提高。（7）教師的自身創(chuàng)新設(shè)計能力不夠，有待加強(qiáng)。

3 機(jī)械設(shè)計課程群教學(xué)改革實踐

以培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力為目標(biāo)，針對機(jī)械設(shè)計課程群建設(shè)中存在的問題，可以從以下幾方面開展工作。

3.1 修訂專業(yè)培養(yǎng)方案，完善課程群教學(xué)體系

重新修訂機(jī)械工程類專業(yè)的培養(yǎng)方案，建立適合創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)體系。在厚基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，開設(shè)寬口徑的專業(yè)教育課程及交叉學(xué)科課程，加強(qiáng)學(xué)生的實踐精神和創(chuàng)新意識的訓(xùn)練，促使學(xué)生知識、能力和素質(zhì)協(xié)同發(fā)展，使學(xué)生具備優(yōu)秀的的專業(yè)素質(zhì)和創(chuàng)新能力。從現(xiàn)代企業(yè)對機(jī)械工程類創(chuàng)新人才的要求出發(fā)，優(yōu)化“平臺+模塊”的創(chuàng)新教育課程體系，開展機(jī)械設(shè)計課程群的研究，加強(qiáng)課程精品化建設(shè)[2]。

為了培養(yǎng)高素質(zhì)機(jī)械創(chuàng)新人才，需要從工程實際出發(fā)，重點培養(yǎng)的學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力。因此在設(shè)置機(jī)械設(shè)計課程群體系時，應(yīng)當(dāng)結(jié)合機(jī)械設(shè)計的創(chuàng)新設(shè)計理論及方法，注重高新科技對機(jī)械工程創(chuàng)新與發(fā)展的影響，增加機(jī)械學(xué)科發(fā)展的新內(nèi)容、新方向。從機(jī)械系統(tǒng)的整體考慮，搭建機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計系列的課程模塊：設(shè)置“機(jī)械原理”、“機(jī)械設(shè)計”、“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計”、“機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計”、“現(xiàn)代設(shè)計方法”、“CAD/CAM”，“三維實體建?！?“有限元分析”等課程，使學(xué)生獲得創(chuàng)新設(shè)計的基本理論與方法。課程模塊包含基礎(chǔ)設(shè)計類、專業(yè)設(shè)計類現(xiàn)代設(shè)計類課程的三個逐步提高的層次，來建設(shè)機(jī)械設(shè)計課程群。上下承接的各層課程群，為學(xué)生構(gòu)建完整的理論知識，使學(xué)生掌握扎實的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理論與技術(shù)。同時通過課程中大量的工程設(shè)計實例，為提高學(xué)生解決實際問題的能力奠定基礎(chǔ)。

3.2 優(yōu)化課程群教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)效果

通過課程群教師對機(jī)械設(shè)計課程群各課教學(xué)內(nèi)容的詳細(xì)解構(gòu)，重新整合機(jī)械設(shè)計的先進(jìn)設(shè)計手段、創(chuàng)新設(shè)計、創(chuàng)新性綜合實驗及工程實踐等內(nèi)容，編寫新的機(jī)械設(shè)計系列課程群教學(xué)大綱。

（1）開展以“產(chǎn)品設(shè)計”為中心的課程群建設(shè)。為保證教學(xué)的連貫性，教學(xué)中開展以“產(chǎn)品設(shè)計”為中心的課程群建設(shè)，如圖學(xué)實踐中以減速箱軸系部件為繪圖對象，進(jìn)行基本二維圖學(xué)繪制的練習(xí)，工程技能訓(xùn)練中，以整個減速箱測繪來強(qiáng)化對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、公差配合的認(rèn)識；在機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計中以整個設(shè)備的傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計為題目，圍繞主要傳動機(jī)構(gòu)減速器的尺寸及結(jié)構(gòu)設(shè)計來強(qiáng)化學(xué)生對產(chǎn)品設(shè)計的認(rèn)識。從不同角度對同一產(chǎn)品進(jìn)行逐步的深入認(rèn)識，從而掌握產(chǎn)品設(shè)計的方法及要領(lǐng)。

（2）強(qiáng)化課程群中的計算機(jī)輔助設(shè)計模塊?，F(xiàn)代機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計已經(jīng)很大程度上依賴計算機(jī)輔助設(shè)計。用計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)連接課程群中的各門傳統(tǒng)課程，建立新的課程群體系，會更有利于激發(fā)學(xué)生的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計潛力。因此在教改中側(cè)重引入計算機(jī)輔助設(shè)計的內(nèi)容。如在《機(jī)械原理》《機(jī)械設(shè)計》課程中設(shè)置了計算機(jī)輔助設(shè)計的學(xué)時，購買機(jī)械設(shè)計手冊軟件版，各種機(jī)構(gòu)及零件都可以采用計算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計軟件進(jìn)行設(shè)計，如圖1，既加深學(xué)生的認(rèn)識，又大大提高學(xué)生的興趣。同時購買機(jī)械工程師軟件，如圖2，使學(xué)生在計算機(jī)繪圖設(shè)計過程中更易標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，大大節(jié)省繪圖時間，提高學(xué)生的繪圖的興趣和能力。還購買3D打印設(shè)備，使學(xué)生在學(xué)習(xí)《三維繪圖》及進(jìn)行《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計》課程學(xué)習(xí)時能及時把所設(shè)計的三維零件打印出來如圖3，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時在進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽和工程技能大賽時能學(xué)生應(yīng)用3D打印進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，取得了很好的效果。下階段準(zhǔn)備購買三維機(jī)械工程師軟件，讓學(xué)生更快更好的創(chuàng)新設(shè)計三維零件及產(chǎn)品。

3.3 靈活運(yùn)用各種教學(xué)方法，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性

部分機(jī)械設(shè)計課程群中的課程，嘗試了采用多樣的教學(xué)方法和手段。如課程中引入大量工程實例來強(qiáng)化學(xué)生的工程實踐能力；部分課堂教學(xué)嘗試開展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革，公開課演示；重新制作課件，豐富課堂內(nèi)容，如在課堂上播放包含有豐富而生動的學(xué)科知識和多種媒體信息的課件、教學(xué)錄像片、加工現(xiàn)場錄以及三維動態(tài)機(jī)構(gòu)、實物照片等。

機(jī)械設(shè)計課程群老師引入中國大學(xué)慕課平臺，鼓勵學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行學(xué)習(xí)和交流。如北京航空航天大學(xué)郭衛(wèi)東教授的《機(jī)械原理》、西南交通大學(xué)的《機(jī)械設(shè)計》、大連理工大學(xué)的《現(xiàn)代工程制圖》現(xiàn)在已經(jīng)有比較成熟及優(yōu)質(zhì)的慕課課件。同時利用2017年國家教育部校企協(xié)作項目《機(jī)械設(shè)計》移動信息化教學(xué)改革”的建設(shè)，開展了課程群中3門課程的藍(lán)墨云班課及云教材的建設(shè)。利用學(xué)生喜愛的手機(jī)移動端藍(lán)墨云班課APP在線學(xué)習(xí)平臺，在課堂上學(xué)生和老師實時開展互動，輕松完成簽到，在線測試，回答問題等，課后作業(yè)輕松上傳并實時交流討論。大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺性和課堂效率，增加學(xué)生對課程的喜愛，教學(xué)效果顯著提高。

3.4 完善實踐教學(xué)，提升學(xué)生創(chuàng)新能力

從培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力角度改革原有的《機(jī)械原理》、《機(jī)械設(shè)計》、《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》等機(jī)械設(shè)計課程群的課程設(shè)計。設(shè)計一批基于工程實際的課程群課程設(shè)計題目。課程設(shè)計時著力提高計算機(jī)輔助設(shè)計能力的培養(yǎng)，提倡用計算機(jī)輔助設(shè)計軟件如進(jìn)行設(shè)計及繪圖。如采用機(jī)械設(shè)計手冊軟件版進(jìn)行零件的輔助設(shè)計，采用機(jī)械工程師軟件進(jìn)行快速繪圖，采用AMESim 系統(tǒng)仿真軟件進(jìn)行機(jī)電液一體化系統(tǒng)設(shè)計，大大提高了課程設(shè)計效率和質(zhì)量。采用Pro/E等軟件進(jìn)行三維造型，開展創(chuàng)新設(shè)計，進(jìn)行三維打印制作零件，完成各類大賽中的零件制作，提高學(xué)生的動手實踐能力。

整合建設(shè)創(chuàng)新設(shè)計實踐基地。本專業(yè)建立了能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維開展創(chuàng)新設(shè)計及實踐的活動中心，建立了機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計中心、CAD教學(xué)與培訓(xùn)中心、學(xué)生創(chuàng)新活動指導(dǎo)中心（3D打印室、學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計制作中心）三個中心。三個創(chuàng)新基地的建立為學(xué)生創(chuàng)造性思維的訓(xùn)練，創(chuàng)新潛能的開發(fā)，創(chuàng)新能力的鍛煉，創(chuàng)新設(shè)計方法的掌握，實踐動手能力的提高，提供良好的創(chuàng)新環(huán)境。

組織學(xué)生積極開展創(chuàng)新設(shè)計第二課堂。參加“全國機(jī)械設(shè)計創(chuàng)新大賽”、“挑戰(zhàn)杯”、“全國大學(xué)生智能汽車大賽”“大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力大賽”等，取得很好的成績。

3.5 創(chuàng)新評估體系，發(fā)揮導(dǎo)向作用

機(jī)械設(shè)計課程群按照學(xué)習(xí)過程評估結(jié)合目標(biāo)管理的原則，建立了新的考核規(guī)范及其具體的實施辦法。建立全面考核學(xué)生綜合能力（學(xué)業(yè)水平、科研能力、創(chuàng)新素質(zhì)等）的評估考核系統(tǒng)。改革機(jī)械設(shè)計課程群的考核方式，采用形式多樣的考核方式：如閉卷、開卷、半開卷，上機(jī)、設(shè)計論文、實際作品等。強(qiáng)化教學(xué)過程中的平時考查，如課堂測試、提問、作業(yè)、課程設(shè)計、科技論文、創(chuàng)新實驗、工程實踐、各類項目訓(xùn)練（如新苗計劃項目、國家大學(xué)生創(chuàng)新計劃項目）等，增大平時考查成績的比重，使考試成為教學(xué)的中間環(huán)節(jié)。課程的考核過程中，強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)習(xí)過程的監(jiān)控及考核，側(cè)重自主學(xué)習(xí)能力的考核，提高學(xué)生在課程中的積極性和參與度。

3.6 加強(qiáng)師資隊伍建設(shè)，落實研究性教學(xué)

建設(shè)一支與創(chuàng)新設(shè)計教學(xué)相適應(yīng)機(jī)械設(shè)計課程群教學(xué)團(tuán)隊。由學(xué)術(shù)水平高、教學(xué)能力強(qiáng)的課程群責(zé)任教師帶領(lǐng)，教授、副教授、講師、實驗師等不同層次的教師組成的機(jī)械設(shè)計課程群教學(xué)團(tuán)隊。采用引進(jìn)或自己培養(yǎng)等方法提高課程群教師的教學(xué)水平，鼓勵教師走出去調(diào)研國內(nèi)兄弟院校，參加各種與機(jī)械設(shè)計教學(xué)相關(guān)的會議，以開拓教師的眼界。建立科學(xué)規(guī)范的教學(xué)研究制度，逐步形成了自由討論與交流的寬松環(huán)境，積極促進(jìn)教師主動進(jìn)行課程教學(xué)方法的改革和教學(xué)內(nèi)容的更新。

4 機(jī)械設(shè)計課程群改革的效果

在近幾年的機(jī)械設(shè)計課程群的教學(xué)與實踐中，機(jī)械設(shè)計課程群團(tuán)隊堅持以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計素質(zhì)為主要目標(biāo)，從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段等方面對機(jī)械設(shè)計課程群進(jìn)行了積極的改革和探索。通過基于學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力培養(yǎng)的機(jī)械設(shè)計課程群建設(shè)，完善了課程群教學(xué)體系，完成了課程群中課程的多媒體及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，編寫了一批基于工程實際的創(chuàng)新設(shè)計實驗項目及課程設(shè)計題目，大大提高了機(jī)械設(shè)計課程群的教學(xué)質(zhì)量。為創(chuàng)新設(shè)計人才培養(yǎng)模式的形成起到很大的推動作用，為后續(xù)各屆逐漸普及培養(yǎng)創(chuàng)新設(shè)計人才的研究性教學(xué)模式積累經(jīng)驗，也為本校其他工科類創(chuàng)新設(shè)計人才的培養(yǎng)提供經(jīng)驗。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳波，張建中.基于CDIO的“機(jī)械設(shè)計課程群”教學(xué)改革與實踐[J].教育教學(xué)論壇，2012（30）：181-182.

[2]田正琳，周長江等.機(jī)械基礎(chǔ)課程群研究性教學(xué)的新模式與實踐[J].長沙鐵道學(xué)院學(xué)報（社會科學(xué)版），2012，136（04）：96-98.

[3]胡曉珍.機(jī)械設(shè)計類課程設(shè)計的教學(xué)探索與實踐[J].機(jī)械管理開發(fā)，2012（02）：153-154.

基金項目：浙江省高等教育教學(xué)改革研究項目（jg2015088）

作者簡介：胡曉珍（1971-），女，浙江慈溪人，碩士，副教授，從事機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的教學(xué)與科研工作。