全程項(xiàng)目化教學(xué)在“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程中的實(shí)踐

高廣娣 張佃平 尚欣

摘? ? 要：“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程包含機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)兩部分內(nèi)容，是學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)并培養(yǎng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的重要課程，也是機(jī)械類及近機(jī)類專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程，課程的強(qiáng)實(shí)踐性需要將理論和實(shí)踐密切、有機(jī)結(jié)合?；趧?chuàng)新項(xiàng)目在課程理論授課的各個(gè)環(huán)節(jié)有機(jī)融合的實(shí)施，使得理論學(xué)習(xí)與創(chuàng)新實(shí)踐同向同行，同時(shí)，通過課程自身特點(diǎn)來培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新合作的思想意識(shí)、職業(yè)素養(yǎng)和工匠精神，取得了較好的教學(xué)和學(xué)習(xí)效果。

關(guān)鍵詞：全程項(xiàng)目化;機(jī)械;創(chuàng)新項(xiàng)目

中圖分類號(hào)：G640? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1002-4107（2021）05-0076-02

“機(jī)械原理”“機(jī)械設(shè)計(jì)”及“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程在培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維及創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力方面起著非常重要的作用。“機(jī)械原理”課程主要研究有關(guān)機(jī)械的基本理論;“機(jī)械設(shè)計(jì)”主要介紹整臺(tái)機(jī)器機(jī)械部分設(shè)計(jì)的基本知識(shí)，重點(diǎn)討論一般尺寸和常用工作參數(shù)下的通用零件的設(shè)計(jì)，包括基本設(shè)計(jì)理論和方法、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)資料等。此外，課程思政這一新型綜合教育理念，對于確保高校育人工作穩(wěn)步貫穿教育教學(xué)全過程、促進(jìn)高校隱性思想政治教育理念的創(chuàng)新發(fā)展等均具有重要意義與突出作用[1]。因此，在課程建設(shè)過程中，要充分挖掘課程的思政元素，國無德不興，人無德不立，教師要把德育觀念潛移默化地滲透到課堂教學(xué)中去[2]。有學(xué)者從機(jī)械設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、機(jī)械發(fā)展史和大國重器研發(fā)等方面設(shè)計(jì)了思政教育內(nèi)容[3]。如何在創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的過程中，體現(xiàn)課程思政育人也是本課程探索實(shí)踐的一個(gè)重要內(nèi)容。

一、現(xiàn)狀及問題

“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程一般在大學(xué)二年級或三年級開設(shè)，經(jīng)過一到兩年時(shí)間的適應(yīng)、準(zhǔn)備和積累，學(xué)生對自己的專業(yè)方向有了更為清晰的認(rèn)同和把握。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，大學(xué)二年級到三年級學(xué)生是各級各類創(chuàng)新項(xiàng)目申報(bào)的主體，學(xué)生在申報(bào)及開展項(xiàng)目的過程中，還存在一些問題。

（一）學(xué)生所申報(bào)的題目多是來自于生活、生產(chǎn)實(shí)際需求的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，比如解放雙手的拐杖、“樹墻”自動(dòng)修剪成型機(jī)、農(nóng)家枸杞便攜晾曬裝置、自動(dòng)打包垃圾桶等，實(shí)際上，對產(chǎn)品的需求多數(shù)并沒有進(jìn)行調(diào)查分析，對產(chǎn)品的定位不夠準(zhǔn)確。

（二）學(xué)生前期的先修課程所學(xué)內(nèi)容主要為通識(shí)課程，如大學(xué)英語、大學(xué)物理等，沒有解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容和系統(tǒng)知識(shí)。

（三）產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要有系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)理論知識(shí)作為支撐，學(xué)生還沒有涉及。

（四）創(chuàng)新項(xiàng)目推進(jìn)過程中，需要進(jìn)行一些必要的表達(dá)且必需提供一些技術(shù)類文件，學(xué)生還沒有經(jīng)過系統(tǒng)化的訓(xùn)練。

因此，機(jī)械設(shè)計(jì)類課程提出建設(shè)“依托創(chuàng)新項(xiàng)目的全程項(xiàng)目化”教學(xué)，能夠在課程教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)對應(yīng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)，將二者有機(jī)結(jié)合、有序推進(jìn)，以團(tuán)隊(duì)為基礎(chǔ)結(jié)合課程思政，在解決問題中學(xué)知識(shí)，用所學(xué)知識(shí)解決問題，培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和基本素養(yǎng)。

二、實(shí)踐措施

在“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程中，推進(jìn)以創(chuàng)新項(xiàng)目為引領(lǐng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力全程化培養(yǎng)，具體實(shí)踐措施如下。

（一）將創(chuàng)新項(xiàng)目的申請和開展與課程計(jì)劃有機(jī)結(jié)合，根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)度制訂詳細(xì)、可行、易于操作的教學(xué)體系，包括教學(xué)計(jì)劃、課程教案、課程講義、實(shí)施日志、項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃表、量化考核表等，在課程內(nèi)容的相應(yīng)部分，設(shè)置需要完成的項(xiàng)目內(nèi)容。

（二）引導(dǎo)鼓勵(lì)學(xué)生深入調(diào)研社會(huì)需求，通過調(diào)查確立項(xiàng)目題目，并對計(jì)劃設(shè)計(jì)的機(jī)器的需求情況做充分的調(diào)研和分析，通過分析，進(jìn)一步明確機(jī)器所具有的功能，明確寫出設(shè)計(jì)任務(wù)的全面要求及細(xì)節(jié)，形成設(shè)計(jì)任務(wù)書，并積極申報(bào)創(chuàng)新項(xiàng)目。申報(bào)過程中，授課教師與指導(dǎo)教師一起，形成合力，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行團(tuán)隊(duì)協(xié)作分工、項(xiàng)目匯報(bào)文稿制作、項(xiàng)目答辯預(yù)演等能力訓(xùn)練，要求所有學(xué)生必須參與，旨在形成一種全程化、全員參與的教學(xué)方式，對未獲得創(chuàng)新項(xiàng)目專項(xiàng)批準(zhǔn)的項(xiàng)目，在本課程中進(jìn)行并給予支持。

（三）與課程進(jìn)度同向同行，將課程具體的知識(shí)點(diǎn)與項(xiàng)目實(shí)施密切結(jié)合，在講授相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)時(shí)段組織學(xué)生開展項(xiàng)目研究。分階段對研究路線、研究方法以及研究結(jié)果進(jìn)行分析，論證方案可行性，逐步完成機(jī)構(gòu)方案確定、機(jī)構(gòu)選型、尺度綜合、運(yùn)動(dòng)分析、力分析。涉及內(nèi)容涵蓋機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)條件、機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、機(jī)構(gòu)力分析、平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、輪系、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇設(shè)計(jì)等。

（四）項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案的最終確定。完成方案比對、優(yōu)選，確定功能參數(shù)，確定設(shè)計(jì)方案并繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。在此階段，逐步開展數(shù)據(jù)分析、參數(shù)確定、撰寫報(bào)告、總結(jié)匯報(bào)、表達(dá)交流等方面的能力訓(xùn)練。

以上環(huán)節(jié)涉及機(jī)械原理部分內(nèi)容，經(jīng)過此階段的訓(xùn)練，完成項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)，為后續(xù)產(chǎn)品的定型作好前期準(zhǔn)備。本階段的所有環(huán)節(jié)必須團(tuán)隊(duì)協(xié)作完成，并對其參與度、設(shè)計(jì)成果表達(dá)的規(guī)范性等進(jìn)行量化考核。原理部分完成后，即可進(jìn)行設(shè)計(jì)部分的工作。

（五）進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)，繪制總裝配草圖及部件裝配草圖。通過草圖設(shè)計(jì)確定各部件及其零件的外形及基本尺寸，包括各部件之間的連接、零部件的外形及基本尺寸，最后繪制零件的工作圖、部件裝配圖和總裝圖。在此階段主要對學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)訓(xùn)練：明確構(gòu)型要求—結(jié)構(gòu)化—選擇材料、確定尺寸—評價(jià)—決策（確定結(jié)構(gòu)形狀及尺寸）—零件設(shè)計(jì)—部件設(shè)計(jì)—總體設(shè)計(jì)[4]，同時(shí)，按照需求組織學(xué)生學(xué)習(xí)二維繪圖軟件CAD和CAXA、三維建模軟件SolidWorks和UG以及運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS等，要求學(xué)生掌握并熟練使用，從而培養(yǎng)學(xué)生圖紙繪制能力、模型創(chuàng)建能力、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析能力。此部分內(nèi)容對應(yīng)機(jī)械設(shè)計(jì)中的零部件設(shè)計(jì)，在講授相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的過程中，穿插進(jìn)行帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)、軸的設(shè)計(jì)、齒輪設(shè)計(jì)、軸承選擇、螺紋連接件的強(qiáng)度計(jì)算與選擇、鍵的選擇等，帶著問題學(xué)知識(shí)，用學(xué)到的知識(shí)解決實(shí)際問題，學(xué)生自然學(xué)得又好又快又扎實(shí)。

（六）進(jìn)行技術(shù)文件編制訓(xùn)練，編制設(shè)計(jì)計(jì)算說明書、使用說明書、標(biāo)準(zhǔn)明細(xì)表、其他技術(shù)文件等，培養(yǎng)學(xué)生撰寫規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及專業(yè)化項(xiàng)目的表述能力。

（七）進(jìn)行部分元器件的采購、實(shí)物模型搭建、功能測試等，并進(jìn)行展示、匯報(bào)、交流。在實(shí)物模型搭建環(huán)節(jié)，需要與生產(chǎn)廠家進(jìn)行溝通交流，并不斷修改完善方案，這也是學(xué)生鍛煉能力的一個(gè)良好契機(jī)。

需要注意的是，上述每一環(huán)節(jié)均需進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)、跟進(jìn)和量化考核并與本課程的期末成績掛鉤，學(xué)生必須給予足夠的重視并付諸實(shí)踐，最終，通過系統(tǒng)、完整的訓(xùn)練，學(xué)生將會(huì)受益匪淺。此外，通過組織學(xué)生開展多次討論、匯報(bào)、交流，能夠很好地鍛煉其表達(dá)能力、理解溝通能力并激發(fā)創(chuàng)新思維。在制訂購買計(jì)劃及購買部分元器件、制作采購計(jì)劃方面，也能夠在一定程度上鍛煉學(xué)生的判斷能力、協(xié)調(diào)能力以及計(jì)劃能力。

三、實(shí)踐效果及展望

在17級交通運(yùn)輸專業(yè)學(xué)生的“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程中實(shí)施基于創(chuàng)新項(xiàng)目的全程項(xiàng)目化、全員參與的教學(xué)方式，通過課前動(dòng)員、課中督促、課后組織討論、指導(dǎo)等環(huán)節(jié)的推進(jìn)，完成了分組、選題和項(xiàng)目開展。據(jù)該專業(yè)學(xué)生反映，在課程中融入項(xiàng)目的培養(yǎng)模式讓他們受益匪淺，既豐富了課余生活又鍛煉了專業(yè)設(shè)計(jì)能力。該專業(yè)全體學(xué)生一直比較積極地開展項(xiàng)目研究，如老人閱讀書架、自動(dòng)拉窗簾裝置以及多功能輔助椅等項(xiàng)目完成了裝置主體結(jié)構(gòu)的三維模型、運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫，其中自動(dòng)拉窗簾裝置項(xiàng)目已采購部分元器件，并進(jìn)行了簡易的實(shí)物裝置搭建、組裝。受課余時(shí)間不足以及疫情影響，學(xué)生作品沒能完全呈現(xiàn)，但整個(gè)過程鍛煉了學(xué)生調(diào)查分析能力、提煉問題能力、分享交流表達(dá)能力、機(jī)構(gòu)分析及綜合能力、通用零部件的設(shè)計(jì)及選用能力、各類規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)的使用能力、圖表的查閱能力以及常用軟件的使用能力，綜合素質(zhì)有所提高，過程學(xué)習(xí)在一定程度上要好于結(jié)果的單純考核，在后續(xù)課程中將繼續(xù)優(yōu)化方案，提升效果。

大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)對于培育創(chuàng)新型人才具有極其重要的作用，以創(chuàng)新項(xiàng)目為載體，將項(xiàng)目融合在“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程中，邊學(xué)習(xí)課程邊開展創(chuàng)新項(xiàng)目，從創(chuàng)建團(tuán)隊(duì)、確立課題、教師實(shí)時(shí)指導(dǎo)及動(dòng)態(tài)管理、學(xué)生自主開展研究工作等環(huán)節(jié)入手，實(shí)現(xiàn)全程項(xiàng)目化、全員參與的教學(xué)方式，從而實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)與實(shí)踐問題相結(jié)合，通過生生/師生的溝通、交流、討論、辨析、評價(jià)等多個(gè)環(huán)節(jié)，真正激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力、思辨能力、探究能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、溝通能力及創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，提高其社會(huì)實(shí)踐能力、綜合職業(yè)能力和專業(yè)素養(yǎng)，了解行業(yè)規(guī)范要求、職業(yè)道德、工匠精神等，通過課程與項(xiàng)目的結(jié)合，在潛移默化中受到思想政治教育。

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編輯∕李夢迪