問題引導(dǎo)下的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)創(chuàng)新教學(xué)模式探討

劉宏

摘要：機(jī)械設(shè)計(jì)及其系列課程設(shè)計(jì)以其綜合運(yùn)用專業(yè)理論知識(shí)解決工程實(shí)際問題的訓(xùn)練特點(diǎn)，在培養(yǎng)學(xué)生向工程技術(shù)人員角色轉(zhuǎn)化過程中起到關(guān)鍵作用，但目前教學(xué)過程不能完全滿足新工科背景下應(yīng)用型機(jī)械專業(yè)人才培養(yǎng)的需求。本文在分析目前機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)在教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、設(shè)計(jì)對(duì)象及其考核形式等方面問題的基礎(chǔ)上，基于新工科背景，結(jié)合產(chǎn)學(xué)研合作提出了問題引導(dǎo)下的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)教改思路，深化產(chǎn)學(xué)研合作基礎(chǔ)上，以解決企業(yè)一線典型產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求為目標(biāo)，以問題為導(dǎo)向，同步實(shí)施理論課與課程設(shè)計(jì)教學(xué)，滿足學(xué)生個(gè)性化發(fā)展需要，達(dá)到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)些和創(chuàng)新能力的目的。

關(guān)鍵詞：新工科;產(chǎn)學(xué)研合作;機(jī)械設(shè)計(jì);課程設(shè)計(jì);先進(jìn)設(shè)計(jì)方法

因其理論抽象、概念繁多、實(shí)踐性較強(qiáng)的特點(diǎn)，使得專業(yè)課在課程理論學(xué)習(xí)結(jié)束后均配有課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，能否對(duì)其學(xué)懂學(xué)透學(xué)以致用是一名學(xué)生能否向?qū)I(yè)技術(shù)人才轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。隨著新工科建設(shè)的逐步深入，應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案也對(duì)專業(yè)課課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐環(huán)節(jié)提出了更高要求[1]。

機(jī)械設(shè)計(jì)課程是面向機(jī)械類相關(guān)專業(yè)學(xué)生開設(shè)的一門重要的專業(yè)課，通過課程學(xué)習(xí)要求學(xué)生了解通用機(jī)械設(shè)備的工作原理、掌握通用零件的設(shè)計(jì)原理、方法和機(jī)械設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，進(jìn)而綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)研究改進(jìn)并開發(fā)新的零部件。因此，在課程理論學(xué)習(xí)結(jié)束后，開設(shè)為期三周的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，通過本環(huán)節(jié)把機(jī)械設(shè)計(jì)及其它相關(guān)先修課程中所獲得的理論知識(shí)在設(shè)計(jì)實(shí)踐中加以綜合應(yīng)用，使理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)踐密切結(jié)合起來，培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力和分析問題、解決問題的能力，是培養(yǎng)學(xué)生向工程技術(shù)人員轉(zhuǎn)變的切入點(diǎn)。然而，目前機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)存在選題單一、教學(xué)模式固定、設(shè)計(jì)方法滯后等諸多問題，不能完全滿足當(dāng)前新工科發(fā)展對(duì)機(jī)械類人才培養(yǎng)的需求，同時(shí)對(duì)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)成長極為不利。

鑒于此，本文結(jié)合新工科建設(shè)背景，在產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人的基礎(chǔ)上，提出基于問題導(dǎo)向的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)創(chuàng)新教學(xué)模式，充分利用合作企業(yè)教學(xué)資源，使學(xué)生切實(shí)感受到生產(chǎn)需求，并以問題驅(qū)動(dòng)教學(xué)的方式，同步開展課堂理論教學(xué)與課程設(shè)計(jì)實(shí)踐，幫助學(xué)生更好搭建機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)構(gòu)架，提升機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)效果。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)目前存在的問題

機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)一般以傳動(dòng)裝置中的減速器為設(shè)計(jì)對(duì)象，設(shè)計(jì)課題主要以圓柱齒輪、圓錐齒輪和蝸桿傳動(dòng)中任意兩者的組合構(gòu)成兩級(jí)減速器[2]。為達(dá)到獨(dú)立設(shè)計(jì)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的目的，指導(dǎo)教師一般只進(jìn)行方向性指導(dǎo)，切實(shí)培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)工作的能力，普遍收獲較大。但通過指導(dǎo)和評(píng)閱機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，特別是隨著新工科建設(shè)和產(chǎn)學(xué)研合作的逐步深入，從中發(fā)現(xiàn)還存在一些必須引起重視和解決的問題。

1.1 教學(xué)方法固定且教學(xué)內(nèi)容不連貫

新工科背景下，現(xiàn)有機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)在教學(xué)模式上存在教學(xué)方法固定、教學(xué)內(nèi)容不連貫問題，難以滿足學(xué)生個(gè)性化發(fā)展、特別是應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求。通常一位教師指導(dǎo)近40位學(xué)生，時(shí)間緊、任務(wù)重，在教學(xué)上采用“批量生產(chǎn)通用產(chǎn)品”的方法，要求學(xué)生按照指導(dǎo)教師規(guī)劃的設(shè)計(jì)框架，填充式完成模板內(nèi)各部分內(nèi)容，導(dǎo)致學(xué)生形成了以習(xí)題形式開展設(shè)計(jì)工作、以進(jìn)度快和圖紙美觀為得分追求點(diǎn)的片面認(rèn)識(shí)，這嚴(yán)重限制了學(xué)生思維和個(gè)性化開展工作的途徑，使學(xué)生欠缺對(duì)各部分內(nèi)容間連貫性和前因后果的考慮，設(shè)計(jì)過程難以體現(xiàn)出學(xué)生的創(chuàng)新能力。

1.2 課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)與理論教學(xué)過程脫節(jié)

機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)通常安排在機(jī)械設(shè)計(jì)課程結(jié)束后才統(tǒng)一布置設(shè)計(jì)題目，要求學(xué)生在三周內(nèi)完成設(shè)計(jì)工作任務(wù)，由于理論課程持續(xù)時(shí)間較長，且缺乏實(shí)際工程問題的設(shè)計(jì)訓(xùn)練，學(xué)生對(duì)理論課程知識(shí)點(diǎn)記憶淡化，需重溫和實(shí)操課程內(nèi)容而花費(fèi)較多時(shí)間，造成課程設(shè)計(jì)時(shí)間緊張，學(xué)生都要加班加點(diǎn)，通宵達(dá)旦，對(duì)很對(duì)知識(shí)點(diǎn)的實(shí)際應(yīng)用來不及思考就在匆忙中完成課程設(shè)計(jì)[3]，在注重效率的情況下忽略了設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1.3 課程設(shè)計(jì)選題陳舊單一

長期以來，課程設(shè)計(jì)的命題主要是根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)所學(xué)內(nèi)容對(duì)通用二級(jí)齒輪減速器進(jìn)行設(shè)計(jì)，相關(guān)指導(dǎo)書和網(wǎng)絡(luò)資源豐富，難免有部分學(xué)生存在抄襲和依葫蘆畫瓢的仿制現(xiàn)象，就導(dǎo)致學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性，并少有結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)[2]。因此，從命題角度看，現(xiàn)有課程設(shè)計(jì)缺少新工科背景下對(duì)產(chǎn)學(xué)研合作企業(yè)新型零件設(shè)計(jì)的考慮。

1.4 設(shè)計(jì)方法滯后

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，如何利用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和技術(shù)手段進(jìn)行新產(chǎn)品設(shè)計(jì)，最大程度縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和節(jié)約開發(fā)成本，已成為同行們所追求的目標(biāo)。

一方面，目前機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)仍要求學(xué)生采用手工繪圖，修改工作量較大，但往往繪圖效率較低且繪圖質(zhì)量層次不齊，也是導(dǎo)致學(xué)生不能如期完成設(shè)計(jì)任務(wù)的主要原因之一。另一方面，新工科背景下，機(jī)械產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計(jì)方法已逐漸改變，計(jì)算機(jī)輔助工程及其創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法已被提升到了重要地位[4]。有限元分析作為先修課程，其所強(qiáng)調(diào)的對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析、力學(xué)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法已成為機(jī)械設(shè)計(jì)的重要方法，能有效減少不必要的手工重復(fù)計(jì)算。

1.5 考核方式單調(diào)

課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)通常注重方向性引導(dǎo)，已期望學(xué)生獨(dú)立完成整個(gè)設(shè)計(jì)過程的目的。因此，在最終考核上采取學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)過程答辯方式闡述，加之對(duì)完成圖紙及設(shè)計(jì)報(bào)告評(píng)分給出最終成績，缺乏對(duì)各設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的關(guān)注，缺乏設(shè)計(jì)過程中的交流與互動(dòng)，難以有效調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，對(duì)抄襲和獨(dú)立完成情況的判斷和最終成績的評(píng)定欠公平。

2 新工科背景下基于問題的教改思路

新工科教育理念的提出對(duì)人才培養(yǎng)提出了更高的要求，隨之制定了新版人才培養(yǎng)方案。作為應(yīng)用型本科院校，機(jī)械類專業(yè)已全面實(shí)行卓越工程師人才培養(yǎng)模式，在人才培養(yǎng)過程中增加了實(shí)踐教學(xué)的比重，重視理論知識(shí)的同時(shí)更加重視實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。因此，課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教改也迫在眉睫。本文在目前教學(xué)環(huán)節(jié)突出問題的基礎(chǔ)上，結(jié)合新工科建設(shè)要求，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)提出以下教改思路。

2.1 問題引導(dǎo)下理論教學(xué)與課程設(shè)計(jì)同步進(jìn)行

一方面在新工科背景下，更應(yīng)注重加強(qiáng)學(xué)生專業(yè)實(shí)踐的教學(xué)環(huán)節(jié)，在本課程進(jìn)行前或課程實(shí)驗(yàn)（機(jī)械零件認(rèn)知）環(huán)節(jié)，有目的的將學(xué)生帶入產(chǎn)學(xué)研合作企業(yè)工廠參觀實(shí)習(xí)，在企業(yè)現(xiàn)場開展機(jī)械零件認(rèn)知實(shí)驗(yàn)，并了解企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際需求，讓學(xué)生自行選擇或企業(yè)師傅推薦相關(guān)產(chǎn)品重點(diǎn)認(rèn)知，作為自己課程設(shè)計(jì)目標(biāo);另一方面，在開展機(jī)械設(shè)計(jì)理論教學(xué)伊始，指導(dǎo)教師布置課程設(shè)計(jì)任務(wù)，將理論課學(xué)習(xí)和課程設(shè)計(jì)同步進(jìn)行，按照理論課教學(xué)進(jìn)度，學(xué)習(xí)完一部分理論內(nèi)容后，學(xué)生應(yīng)針對(duì)該部分理論知識(shí)完成課程設(shè)計(jì)中相應(yīng)模塊的設(shè)計(jì)、計(jì)算任務(wù)，將理論知識(shí)得以充分實(shí)踐，既增強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)解決工程問題的能力，又保證課程設(shè)計(jì)任務(wù)順利完成。

2.2 產(chǎn)學(xué)研合作基礎(chǔ)上擬定課程設(shè)計(jì)命題

在題目設(shè)定方面應(yīng)盡可能從產(chǎn)學(xué)研或?qū)W生經(jīng)常開展專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的企業(yè)工廠中獲得，保證學(xué)生能在開展實(shí)習(xí)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)時(shí)經(jīng)常接觸，以提高感性認(rèn)識(shí)。因此，搜集課程設(shè)計(jì)題目可通過與產(chǎn)學(xué)研合作企業(yè)的合作關(guān)系，主動(dòng)了解企業(yè)需求，將工廠一線問題納入到課程設(shè)計(jì)中，明確設(shè)計(jì)目標(biāo)，提高學(xué)生參與課程設(shè)計(jì)的主動(dòng)性，將原有仿制產(chǎn)品設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生主動(dòng)思考型。

2.3 運(yùn)用先進(jìn)設(shè)計(jì)方法提高產(chǎn)品開發(fā)效率

新形勢下，產(chǎn)品的開發(fā)過程更注重先進(jìn)設(shè)計(jì)方法，不僅縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，又節(jié)省了大量開發(fā)成本。課程設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)應(yīng)注重學(xué)生和工程技術(shù)人員過渡過程的培養(yǎng)，將三維設(shè)計(jì)軟件、二維繪圖軟件和有限元分析軟件引入到課程設(shè)計(jì)，學(xué)生可采用三維設(shè)計(jì)軟件完成系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用有限元分析軟件完成結(jié)構(gòu)受力、壽命模擬及結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程，最后使用二維制圖軟件完成零件圖和裝配圖的繪制，不僅提高了課程設(shè)計(jì)的含金量，同時(shí)也大大提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)和繪圖質(zhì)量，鍛煉了學(xué)生應(yīng)用先進(jìn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)的能力。

2.4 增加設(shè)計(jì)過程的評(píng)分比重

教育部印發(fā)《關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》的文件中提到，在教學(xué)方面，應(yīng)嚴(yán)格過程考核，加大過程考核成績?cè)谡n程總成績中的比重。因此，指導(dǎo)教師更應(yīng)注重在設(shè)計(jì)過程中與學(xué)生的交流和討論，在不同設(shè)計(jì)階段，及時(shí)了解和記錄學(xué)生設(shè)計(jì)情況，給予相應(yīng)評(píng)分，作為最終成績的重要組成成分，以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，同時(shí)也能有效避免抄襲現(xiàn)象的發(fā)生，從而保證最終成績能全面反映出學(xué)生的設(shè)計(jì)能力。

3 結(jié)語

新工科建設(shè)是對(duì)傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級(jí)改造，更是以學(xué)生實(shí)踐能力本位的培養(yǎng)模式，這就要求更加注重學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的鍛煉。結(jié)合產(chǎn)學(xué)研合作，基于問題引導(dǎo)下的創(chuàng)新教學(xué)模式正是強(qiáng)調(diào)學(xué)生實(shí)踐基礎(chǔ)前提下提出的教學(xué)改革思路，以解決企業(yè)一線典型產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求為目標(biāo)，通過同步實(shí)施理論課與課程設(shè)計(jì)兩個(gè)環(huán)節(jié)，運(yùn)用先進(jìn)設(shè)計(jì)方法，重視和加大設(shè)計(jì)過程的評(píng)分比重，以滿足學(xué)生個(gè)性化發(fā)展需要，達(dá)到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)些和創(chuàng)新能力的目的。

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