基于新工科建設(shè)下機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革探索
——以農(nóng)機(jī)專業(yè)為例*

李鋒霞，肖 萍，王 夢(mèng)，尹君馳，劉銀萍

（新疆工程學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830023）

制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，目前我國(guó)的制造業(yè)是大而不強(qiáng)的現(xiàn)狀，為了助力強(qiáng)國(guó)建設(shè)、支撐服務(wù)國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，2015年國(guó)務(wù)院印發(fā)的《中國(guó)制造2025》實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，該戰(zhàn)略的實(shí)施迫切需要大量實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才[1]。為了滿足這類工程人才的需求，2017年教育部積極推動(dòng)了新工科建設(shè)工作，指出以培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力為主線，把學(xué)科導(dǎo)向變成產(chǎn)業(yè)需求導(dǎo)向，助力新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展、服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)。這場(chǎng)新型工程教育改革對(duì)工程技術(shù)人才培養(yǎng)提出了更高標(biāo)準(zhǔn)、更高質(zhì)量的要求[2]。新工科建設(shè)正在改變高校人才培養(yǎng)方向，尤其在教學(xué)體系建設(shè)中注重實(shí)踐教學(xué)對(duì)學(xué)生工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)后進(jìn)行的重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)之一，是一門根據(jù)常用機(jī)械傳動(dòng)裝置中機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性，分析傳動(dòng)方案的可行性，并對(duì)通用零部件的選型、設(shè)計(jì)計(jì)算及校核的實(shí)踐課程設(shè)計(jì)[3]。也是農(nóng)機(jī)專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)踐課程，農(nóng)機(jī)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是學(xué)生具備從事農(nóng)業(yè)機(jī)械性能試驗(yàn)研究、農(nóng)機(jī)新產(chǎn)品開發(fā)、關(guān)鍵工作部件研究、機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用、農(nóng)機(jī)自動(dòng)控制、機(jī)械制造技術(shù)等方面的現(xiàn)代研究能力。機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)銜接了后期農(nóng)機(jī)專業(yè)課程的開設(shè)，并為畢業(yè)設(shè)計(jì)做了鋪墊。因此，在教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中，不斷地探討適應(yīng)社會(huì)需求的教學(xué)方法和理論是非常必要的。對(duì)該專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)造性思維設(shè)計(jì)、解決農(nóng)業(yè)機(jī)械化裝備領(lǐng)域的工程設(shè)計(jì)問題具有重要意義。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)中存在的矛盾及問題

目前機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目是帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容是對(duì)單級(jí)圓柱齒輪減速器和二級(jí)展開式圓柱齒輪減速器的設(shè)計(jì)。減速器設(shè)計(jì)要求學(xué)生完成減速器裝配圖、軸及齒輪等零件圖、設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份。在此過程中，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的諸多專業(yè)知識(shí)并將之融會(huì)貫通的能力；同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生查閱相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)等相關(guān)資料文獻(xiàn)的能力，利用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)、全面、綜合的機(jī)械設(shè)計(jì)。根據(jù)近幾年來作者所帶學(xué)生的課程設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，提出機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)中存在以下一些典型問題：

1.1 課程設(shè)計(jì)題目單一，無法適應(yīng)應(yīng)用型本科教學(xué)要求

目前課程設(shè)計(jì)題目不變，只是每人設(shè)計(jì)參數(shù)不同，任務(wù)書中的傳動(dòng)方案、工作條件和設(shè)計(jì)要求基本相同[4]。學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中往往可借鑒的設(shè)計(jì)資料很多，部分同學(xué)僅僅依靠改動(dòng)相應(yīng)的參數(shù)按照模板進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，內(nèi)容容易抄襲，課程設(shè)計(jì)雷同現(xiàn)象比較嚴(yán)重，造成農(nóng)機(jī)專業(yè)的學(xué)生實(shí)踐能力沒有得到鍛煉，無法適應(yīng)應(yīng)用型本科教學(xué)要求。

1.2 學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)與農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)要求不匹配，缺乏系統(tǒng)性、體系化的設(shè)計(jì)思路

在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)工作中，很多學(xué)生對(duì)尺寸、粗糙度、公差與配合等的標(biāo)注過于隨意，公差等級(jí)和粗糙度等級(jí)的選取不合理，圖紙繪制不標(biāo)準(zhǔn)[4]。主要原因是學(xué)生對(duì)先修課程的理論知識(shí)掌握不扎實(shí)，對(duì)各個(gè)部分間的聯(lián)系缺乏系統(tǒng)的理解，對(duì)設(shè)計(jì)思路不清晰，也缺乏對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的理解和應(yīng)用，這就造成體系中的基礎(chǔ)理論知識(shí)和設(shè)計(jì)實(shí)踐的分離。

1.3 設(shè)計(jì)安排不合理，完成質(zhì)量良莠不齊

課程設(shè)計(jì)通常安排在理論課程結(jié)束兩周之后進(jìn)行，這一時(shí)段學(xué)生往往忙于復(fù)習(xí)考試，不能完全投入到課程設(shè)計(jì)當(dāng)中。課程設(shè)計(jì)時(shí)間為2周，從教師開始布置題目、專題引導(dǎo)和學(xué)生準(zhǔn)備圖板、圖紙等工作，到學(xué)生完成所有的設(shè)計(jì)計(jì)算和繪圖工作，2周的設(shè)計(jì)時(shí)間較短，學(xué)生沒有時(shí)間對(duì)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)消化和思考[5]。這就使課程設(shè)計(jì)的進(jìn)度難以保證，往往由于課程設(shè)計(jì)沒有按時(shí)完成造成答辯延后、完成質(zhì)量良莠不齊等問題[6]。

1.4 考核評(píng)價(jià)體系相對(duì)單一，無法培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力

課程設(shè)計(jì)考核評(píng)價(jià)方式主要依靠學(xué)生的圖紙、設(shè)計(jì)說明書、最終的答辯成績(jī)?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)方式單一，對(duì)中間過程的考核評(píng)價(jià)較少[7]。這樣的考核評(píng)價(jià)方式，學(xué)生只注重自己工作的完成情況，小組合作和討論的作用沒有得到發(fā)揮，設(shè)計(jì)氛圍不濃厚。學(xué)生對(duì)于普遍的設(shè)計(jì)問題都需要尋求老師給予解決，沒有充分發(fā)揮學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力和創(chuàng)新思維能力。

上述問題已經(jīng)影響到學(xué)生后續(xù)農(nóng)機(jī)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)以及實(shí)踐，因此，在新工科建設(shè)的背景下，在“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的時(shí)代變革下，農(nóng)機(jī)專業(yè)的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)改革極為迫切。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革的基本思路和具體措施

在新工科建設(shè)背景下，堅(jiān)持采用“應(yīng)用為本，學(xué)以致用”的教學(xué)理念與機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)農(nóng)機(jī)專業(yè)學(xué)生工程應(yīng)用能力、分析問題及解決實(shí)際問題的能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、創(chuàng)新思維能力等多方面的綜合能力。具體課程改革措施如下。

2.1 采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式，設(shè)計(jì)時(shí)間靈活化

傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)題目一般是在實(shí)訓(xùn)周開始時(shí)才給學(xué)生布置。為了保證學(xué)生有充分的設(shè)計(jì)時(shí)間，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，將設(shè)計(jì)時(shí)間靈活化，在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程開課初期就將設(shè)計(jì)題目下發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生帶著任務(wù)和問題去學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)目標(biāo)明確，更具有興趣和針對(duì)性。教學(xué)過程中，教師講授課程內(nèi)容與課程設(shè)計(jì)內(nèi)容同步進(jìn)行，包括設(shè)計(jì)方案的制定、可行性分析、電機(jī)的選擇、標(biāo)準(zhǔn)件的選型，以及帶輪、齒輪、軸、軸承等相關(guān)零件的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算和校核，教師利用答疑時(shí)間給予輔導(dǎo)及抽查[8]。學(xué)生可在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)的過程完成相應(yīng)的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容。在實(shí)訓(xùn)周期間學(xué)生進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)內(nèi)容和圖紙的繪制，這樣就避免了短時(shí)間內(nèi)匆忙完成課程設(shè)計(jì)造成設(shè)計(jì)質(zhì)量不高和進(jìn)度緩慢的問題，同時(shí)也可規(guī)避由于實(shí)訓(xùn)時(shí)間集中造成教室、圖板及電腦等資源使用沖突等問題，也提高學(xué)生課程設(shè)計(jì)的能力。任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，變被動(dòng)為主動(dòng)。設(shè)計(jì)時(shí)間靈活化也保證了學(xué)生有充裕的時(shí)間對(duì)結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行創(chuàng)新思考。

2.2 課程設(shè)計(jì)題目形式柔性化、多樣性

新工科建設(shè)背景下，課程設(shè)計(jì)題目應(yīng)貼近農(nóng)業(yè)工程實(shí)際，形式應(yīng)多樣性、柔性化。學(xué)生的選題多樣性：減速器的設(shè)計(jì)具有典型性和普遍性，且被大多數(shù)高校接受和采用，故減速器設(shè)計(jì)需要保留，但除此之外還應(yīng)根據(jù)農(nóng)機(jī)專業(yè)學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)，設(shè)定多樣化的題目，拋棄“多年一題”的現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)題目和內(nèi)容上進(jìn)行改革，教師依據(jù)教學(xué)大綱所要求的內(nèi)容和難度，建立以貼近農(nóng)業(yè)機(jī)械工程實(shí)際應(yīng)用為主的題目庫(kù)，題目庫(kù)主要來源于教師科研課題項(xiàng)目、企業(yè)實(shí)際工程需求、歷年的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)、各類機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新競(jìng)賽、挑戰(zhàn)杯競(jìng)賽等，例如壓力機(jī)、送料機(jī)、脫粒機(jī)等。題目庫(kù)中的題目每年根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)增加。學(xué)生的選題柔性化：學(xué)生可以根據(jù)自己的能力和興趣愛好由題目庫(kù)中選取適合自己的設(shè)計(jì)題目，學(xué)生也可以根據(jù)教師的設(shè)計(jì)要求，結(jié)合實(shí)際工程需要或農(nóng)機(jī)類競(jìng)賽提出新想法自擬設(shè)計(jì)題目[9]。

2.3 教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化和整合，使理論與實(shí)踐相結(jié)合

堅(jiān)持新工科教育背景下“應(yīng)用為本，學(xué)以致用”的教學(xué)理念，將課程內(nèi)容中理論知識(shí)與農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)相結(jié)合。農(nóng)機(jī)專業(yè)的學(xué)生需要掌握的設(shè)計(jì)要求從農(nóng)業(yè)機(jī)械裝置的組成、工作原理的確定、傳動(dòng)方案的確定，到農(nóng)業(yè)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力的設(shè)計(jì)等各個(gè)環(huán)節(jié)中相應(yīng)的理論課程內(nèi)容[5]。以前期的機(jī)械制圖、機(jī)械原理、機(jī)械基礎(chǔ)、農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)和公差與互換性等理論知識(shí)作為支撐，結(jié)合農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)需求，將專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)融會(huì)貫通，加深學(xué)生對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械系統(tǒng)的整體認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)設(shè)計(jì)中的農(nóng)業(yè)工程應(yīng)用意識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力，從而實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐的結(jié)合。

2.4 充分發(fā)揮團(tuán)隊(duì)合作的精神

為培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，可采用劃分小組的管理學(xué)習(xí)法。對(duì)班級(jí)人數(shù)進(jìn)行分組，將4～5人劃分為一組，選擇綜合能力強(qiáng)的學(xué)生做組長(zhǎng)，協(xié)助教師對(duì)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行組織、輔導(dǎo)和監(jiān)督[8]。分組形成后，小組成員可以通過查閱相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)等資料，相互探討、分析和解決遇到的普遍共性問題。不同的小組也可以相互學(xué)習(xí)和借鑒，形成良好的設(shè)計(jì)氛圍，充分發(fā)揮團(tuán)隊(duì)合作的精神。

2.5 采用過程評(píng)價(jià)和最終評(píng)價(jià)相結(jié)合的多元化考核評(píng)價(jià)方式

改革考核評(píng)價(jià)體系，考核評(píng)價(jià)過程應(yīng)該貫穿于課程設(shè)計(jì)開展的全過程，綜合考慮組員的設(shè)計(jì)態(tài)度、設(shè)計(jì)工作量、工作能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、組員互評(píng)排序等因素[10]。因此，考核評(píng)價(jià)體系采用過程評(píng)價(jià)和最終評(píng)價(jià)相結(jié)合的多元化考核評(píng)價(jià)方式，過程性評(píng)價(jià)考查學(xué)生積極的學(xué)習(xí)態(tài)度、溝通表達(dá)能力、小組合作和團(tuán)隊(duì)合作的能力以及實(shí)際應(yīng)用的能力。最終評(píng)價(jià)更加側(cè)重以學(xué)生對(duì)基本知識(shí)的掌握，工作量的完成情況、設(shè)計(jì)成果的優(yōu)良及創(chuàng)新為標(biāo)準(zhǔn)。采用過程評(píng)價(jià)和最終評(píng)價(jià)相結(jié)合的多元化考核評(píng)價(jià)方式，能更有效和全面地反映學(xué)生的真實(shí)學(xué)習(xí)狀況，促進(jìn)學(xué)生掌握知識(shí)和能力的培養(yǎng)。

2.6 加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)教學(xué)基地建設(shè)，探索虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，為提高課程設(shè)計(jì)質(zhì)量提供可靠的保證

我校專門用來做課程設(shè)計(jì)的教室較少，設(shè)施設(shè)備條件落后。因此，還應(yīng)該加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)教學(xué)基地的建設(shè)，在設(shè)計(jì)室內(nèi)增加課程設(shè)計(jì)陳列室，擺放相關(guān)的實(shí)物模型，以及品種齊全、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的農(nóng)業(yè)機(jī)械傳動(dòng)裝置和設(shè)計(jì)掛圖等。同時(shí)可以探索開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)機(jī)械的感性認(rèn)識(shí)，創(chuàng)造良好的機(jī)械設(shè)計(jì)氛圍，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的靈感。加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)教學(xué)基地的建設(shè)能為提高課程設(shè)計(jì)質(zhì)量提供堅(jiān)實(shí)的保障。

2.7 深化信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力

隨著信息化時(shí)代的到來，教育知識(shí)的獲取和傳授方式都發(fā)生了革命性的變革。隨著國(guó)家精品在線開放課程的建設(shè)和推薦，MOOC等優(yōu)秀的在線教學(xué)資源，可以提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，拓寬學(xué)生的思維，更好地引導(dǎo)學(xué)生開展課程設(shè)計(jì)，解決課程設(shè)計(jì)中常見的問題。應(yīng)用信息化技術(shù)手段，深化信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

3 結(jié)束語

新工科建設(shè)對(duì)我國(guó)工程教育的改革發(fā)展提出了新要求，本文針對(duì)目前的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)過程中存在的問題，結(jié)合農(nóng)機(jī)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，提出基于新工科建設(shè)下機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)改革，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，變被動(dòng)為主動(dòng)；設(shè)計(jì)時(shí)間靈活化也保證了學(xué)生有充裕的時(shí)間對(duì)結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行創(chuàng)新思考；建立以貼近農(nóng)業(yè)機(jī)械工程實(shí)際應(yīng)用為主的柔性化、多樣性題目庫(kù)；將教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化和整合，使理論知識(shí)與農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)相結(jié)合；采用過程評(píng)價(jià)和最終評(píng)價(jià)相結(jié)合的多元化考核評(píng)價(jià)方式，更有效和全面地反映學(xué)生的真實(shí)學(xué)習(xí)狀況，充分發(fā)揮團(tuán)隊(duì)合作的精神；并加強(qiáng)對(duì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)基地的建設(shè)，探索虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，保證課程設(shè)計(jì)高質(zhì)量的完成；深化信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。通過多方面的改革探究，使農(nóng)機(jī)專業(yè)學(xué)生的應(yīng)用能力、分析問題及解決實(shí)際問題能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新思維能力等多方面綜合能力得到提升。