新工科背景下《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程教學(xué)的思考

高全福

（蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院<教務(wù)處>，甘肅 蘭州730101）

“新工科”建設(shè)是國(guó)家對(duì)“一帶一路”“互聯(lián)網(wǎng)+”“中國(guó)制造2025”等重大部署的積極響應(yīng)，主要是為了解決國(guó)家和產(chǎn)業(yè)的重大需求與科學(xué)技術(shù)的重大需求問(wèn)題。自2016年，“新工科”的提出引起了社會(huì)各界的關(guān)注及熱議，尤其是在全國(guó)各個(gè)高等學(xué)校刮起了建設(shè)新工科的旋風(fēng)，先后出爐了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”三部交響曲。這三部交響曲提綱挈領(lǐng)，立意鮮明，為我國(guó)高等學(xué)校的新工科建設(shè)提出了新要求，指明了新方向。目前，世界產(chǎn)業(yè)都面臨著轉(zhuǎn)型升級(jí)的重大改革，以新產(chǎn)業(yè)、新技術(shù)、新模式、新業(yè)態(tài)為特征的新經(jīng)濟(jì)成了世界經(jīng)濟(jì)的主要競(jìng)爭(zhēng)方向。在如此新形勢(shì)下，對(duì)各種人才的需求將會(huì)變得更為苛刻，因此，高等學(xué)校作為人才培養(yǎng)的基地，首先要緊跟形勢(shì)變化，加大對(duì)高等工程教育的改革創(chuàng)新，為國(guó)家培養(yǎng)出符合新形勢(shì)需求的人才。

自“新工科”提出以來(lái)，全國(guó)各大高校對(duì)建設(shè)新工科專業(yè)進(jìn)行了積極的探索，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化、機(jī)械工程、機(jī)械電子工程等機(jī)械類專業(yè)有幸成了新工科專業(yè)的范疇。而機(jī)械設(shè)計(jì)作為機(jī)械類專業(yè)的核心專業(yè)課之一，對(duì)機(jī)械類專業(yè)學(xué)生尤為重要，則其課程教學(xué)應(yīng)符合“新工科”建設(shè)的新要求，力爭(zhēng)改革創(chuàng)新。本文以我所在的蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)為例，對(duì)其所存在的一些問(wèn)題進(jìn)行思考，并將個(gè)人的想法做出如下探討。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)現(xiàn)狀

機(jī)械設(shè)計(jì)是一門綜合性較強(qiáng)的專業(yè)課程，課程內(nèi)容涵蓋了機(jī)械制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、互換性與測(cè)量技術(shù)等多門學(xué)科，學(xué)習(xí)內(nèi)容較多，并且難度較大，不宜理解。該課程采用的教學(xué)方法仍是最為傳統(tǒng)的教學(xué)方法，教師滿堂灌輸，學(xué)生被動(dòng)接受，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，學(xué)習(xí)效果不佳。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)仍然很薄弱，模式單一老套，缺少新意。學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性不高，缺乏自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新精神，只為應(yīng)付考試，能順利畢業(yè)而被動(dòng)學(xué)習(xí)。教學(xué)設(shè)施跟不上，實(shí)驗(yàn)設(shè)備落后老舊，缺少實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地，校企合作力度較小，學(xué)生所學(xué)理論知識(shí)不能很好地進(jìn)行實(shí)踐，導(dǎo)致理論與實(shí)踐脫節(jié)。以上諸多問(wèn)題都是建設(shè)新工科的攔路虎，因此，我們必須打破陳規(guī)，進(jìn)行改革創(chuàng)新。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)課程改革舉措

2.1 教學(xué)內(nèi)容方面

目前，包括本人所在學(xué)校在內(nèi)的大多數(shù)高校的機(jī)械設(shè)計(jì)課程所采用的教材仍是國(guó)內(nèi)著名專家編著的，其主要內(nèi)容包括總論、連接篇、傳動(dòng)篇、軸系零部件及其他零部件，以機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的一般步驟為主線，主要是根據(jù)零部件工作條件選取標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，最后校核檢驗(yàn)。教材中計(jì)算實(shí)例或課后習(xí)題對(duì)零部件工作環(huán)境或者是工作場(chǎng)合描述比較簡(jiǎn)單，設(shè)置的問(wèn)題較為單一，與實(shí)際工程案例相差甚遠(yuǎn)，缺乏系統(tǒng)性設(shè)計(jì)及大工程理念。根據(jù)新工科建設(shè)要求，高等工程教育要著重培養(yǎng)學(xué)生大工程理念和系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念。相比較而言，國(guó)外一些教材在這方面就比較嚴(yán)謹(jǐn)，比如，螺紋連接強(qiáng)度計(jì)算，在描述問(wèn)題時(shí)，應(yīng)有比較詳細(xì)的工程背景，包括防松措施、潤(rùn)滑、被連接件具體材料、預(yù)選螺紋件標(biāo)準(zhǔn)號(hào)，甚至還要求被連接件配合等，問(wèn)題也比較多樣化，不僅僅是強(qiáng)度計(jì)算的問(wèn)題，還體現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，考察更為全面。為此，教師應(yīng)該在現(xiàn)有教材的基礎(chǔ)上編寫具有系統(tǒng)設(shè)計(jì)觀念的教材或相關(guān)方面的練習(xí)題目。

2.2 教學(xué)方法及手段方面

教學(xué)手段是教學(xué)理念是否得以實(shí)施的關(guān)鍵，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)是以課堂講授為主，是以老師為中心。在新工科背景下的新要求下，對(duì)理論和實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改進(jìn)，應(yīng)增加課程的思政教學(xué)、項(xiàng)目教學(xué)或研討課，以學(xué)生為中心，老師以引導(dǎo)為主。

理論教學(xué)可采用線上和線下雙管齊下的形式，線下教學(xué)主要以原理、技巧和方法為側(cè)重點(diǎn)，不進(jìn)行詳細(xì)的公式推導(dǎo)和計(jì)算，適當(dāng)布置課后練習(xí)題，以鞏固加深為目的，除此之外，教師可通過(guò)各種渠道搜集一些具有工程實(shí)踐性的案例資料作為主要題目，向?qū)W生布置任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生利用MOOC慕課平臺(tái)、知網(wǎng)及其他一些網(wǎng)絡(luò)資源解決問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力和自主學(xué)習(xí)的能力。

實(shí)驗(yàn)課和實(shí)踐課相結(jié)合，除了以傳統(tǒng)的變速器為題的課程設(shè)計(jì)之外，還可以采用項(xiàng)目教學(xué)或研討課的形式。在開(kāi)課之初下發(fā)項(xiàng)目題目，題目可以是機(jī)電產(chǎn)品機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面、機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面、產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)等創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)設(shè)計(jì)大賽，課程結(jié)束時(shí)以答辯的方式進(jìn)行檢驗(yàn)。在此過(guò)程中，可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行專項(xiàng)考察，根據(jù)其學(xué)習(xí)特點(diǎn)進(jìn)行分組，對(duì)理論知識(shí)學(xué)習(xí)比較扎實(shí)的學(xué)生，可以讓其利用SolidWorks、UG、3Ds NAX等軟件進(jìn)行零件圖和裝配圖繪制，并完成仿真模擬；對(duì)動(dòng)手能力較強(qiáng)的學(xué)生，可讓其利用3D打印或?qū)嵅龠M(jìn)行零件加工并完成裝配，這樣可以培養(yǎng)學(xué)生之間的協(xié)調(diào)配合能力。除此之外，項(xiàng)目式教學(xué)還可以培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、學(xué)習(xí)興趣和科研能力，學(xué)生在完成項(xiàng)目題目的過(guò)程中會(huì)發(fā)現(xiàn)很多問(wèn)題，讓其對(duì)問(wèn)題進(jìn)行獨(dú)立思考，通過(guò)自己查閱資料解決問(wèn)題，在此過(guò)程中學(xué)生逐漸建立起自信心和成就感，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及創(chuàng)新能力有極大的推動(dòng)作用。

新工科背景下加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的課程思政教學(xué)及其重要，思政教學(xué)是現(xiàn)代高等工程教育不可缺少的一部分。授課老師要盡可能挖掘機(jī)械設(shè)計(jì)課程的思政元素，為課程教學(xué)引入新內(nèi)容、新思想、新問(wèn)題、新業(yè)態(tài)、新領(lǐng)域、新科學(xué)問(wèn)題，要時(shí)刻向?qū)W生傳遞大國(guó)工匠思想，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的責(zé)任感、使命感、榮譽(yù)感和自信心，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。比如，在講授連接篇中的螺紋連接時(shí)，可引入中國(guó)古代機(jī)械的輝煌，螺紋驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：地動(dòng)儀機(jī)構(gòu)、木牛馬車、多足步行機(jī)構(gòu)等；大國(guó)重器——月球車、多足機(jī)器人、地震仿真儀等。這樣可以使課堂變得靈活有趣，也可以建立學(xué)生大國(guó)工匠的責(zé)任感和自信心。

2.3 師資結(jié)構(gòu)方面

教師作為教學(xué)理念的執(zhí)行者，新工科建設(shè)效果的好與不好，教師起到很關(guān)鍵的作用。目前，師資結(jié)構(gòu)存在如下幾個(gè)問(wèn)題：老教師工程實(shí)踐能力扎實(shí)，教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富，但喜歡守舊，接受新事物的速度較慢，對(duì)前沿科學(xué)不敏感；年輕教師教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和工程實(shí)踐能力不足，但學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，通過(guò)各種渠道接觸的新事物較多，接受新事物、新知識(shí)的速度較快，是新工科建設(shè)的潛力股。目前，年輕教師仍不足以挑起教學(xué)任務(wù)的大梁，還需要成長(zhǎng)。

為此，可以構(gòu)建課程研討組，將老中青三代教師進(jìn)行分組，在教學(xué)方面，老教師可以對(duì)年輕教師進(jìn)行傳幫帶，傳授教學(xué)經(jīng)驗(yàn)；年輕教師負(fù)責(zé)搜集和整理最新科技和產(chǎn)業(yè)前沿方面的資料，和老教師一起討論交流，這樣既可以提升年輕教師的教學(xué)能力，也可以使老教師獲得最新教學(xué)資料。

除此之外，年輕教師應(yīng)該利用閑暇時(shí)間去一些與專業(yè)或課程有關(guān)的企業(yè)實(shí)習(xí)，提高工程實(shí)踐能力；年輕教師還應(yīng)該積極地與國(guó)內(nèi)外同行進(jìn)行交流學(xué)習(xí)，便于知識(shí)更新同步。

2.4 教學(xué)設(shè)施方面

學(xué)校應(yīng)加大實(shí)驗(yàn)室和實(shí)踐教學(xué)基地的投資建設(shè)，及時(shí)更換實(shí)踐教學(xué)設(shè)備，加強(qiáng)校企合作，定期讓老師和學(xué)生到相關(guān)企業(yè)實(shí)習(xí)，了解產(chǎn)業(yè)新動(dòng)態(tài)，為老師和學(xué)生提供良好的工程實(shí)踐場(chǎng)所。

以上內(nèi)容是本人關(guān)于新工科建設(shè)背景下，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革方面的一些思考和想法。新工科建設(shè)是實(shí)現(xiàn)工程教育強(qiáng)國(guó)的偉大舉措，實(shí)施過(guò)程將會(huì)很艱難，也不是短時(shí)間內(nèi)就能完成的，但是，我相信經(jīng)過(guò)深入系統(tǒng)地對(duì)建設(shè)新工科進(jìn)行研究和實(shí)踐，我國(guó)一定會(huì)培養(yǎng)出創(chuàng)新能力強(qiáng)、工程實(shí)踐能力強(qiáng)、具有較強(qiáng)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的復(fù)合型人才。