基于新工科建設(shè)背景下的《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材建設(shè)的幾點(diǎn)思考

摘 要：新工科建設(shè)需要有新的教材和新的教法。本文從培養(yǎng)適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要的卓越機(jī)械類(lèi)工程人才的視角出發(fā)，通過(guò)研究?jī)杀緡?guó)外《機(jī)械設(shè)計(jì)》經(jīng)典教材的體系和特色，并與我國(guó)現(xiàn)行的《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材進(jìn)行比較分析，提出了我國(guó)《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材建設(shè)在革新教育教學(xué)理念、優(yōu)化教材結(jié)構(gòu)、更新教材內(nèi)容以及強(qiáng)化與工程實(shí)際和現(xiàn)代信息技術(shù)融合等方面需進(jìn)一步改進(jìn)的幾個(gè)方面，力圖為新工科建設(shè)背景下的《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材建設(shè)提供一些參考。

關(guān)鍵詞：新工科;機(jī)械設(shè)計(jì);教材;課程;成果導(dǎo)向教育

2017年，我國(guó)提出新工科教育理念和工程教育改革，旨在以立德樹(shù)人為引領(lǐng)，通過(guò)研究和實(shí)踐圍繞工程教育改革的新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系，著力培養(yǎng)適應(yīng)未來(lái)社會(huì)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要的多元化、創(chuàng)新性卓越工程人才[1]。為此，李培根院士指出，“新工科”計(jì)劃的推進(jìn)關(guān)鍵在于對(duì)“新”的內(nèi)涵的認(rèn)識(shí)。而“新”的內(nèi)涵首先表現(xiàn)在面向未來(lái)的工程人才應(yīng)該具備怎樣的“新素養(yǎng)”。為了使學(xué)生具備“新素養(yǎng)”，需要工程教育的新結(jié)構(gòu)，其主要的著眼點(diǎn)應(yīng)該在專(zhuān)業(yè)和課程的邊界再設(shè)計(jì)、課程重構(gòu)等?！靶鹿た啤币涞卦诮滩暮徒虒W(xué)方法的“新”[2]，可謂一語(yǔ)中的。

教材是人們按照教育教學(xué)目標(biāo)，遵循相應(yīng)的教育教學(xué)規(guī)律而組織的教學(xué)資源，具有規(guī)范化、程序化、具體化的特點(diǎn)。作為教學(xué)內(nèi)容的物化形態(tài)，教材是教學(xué)系統(tǒng)必須具有的實(shí)質(zhì)性的因素，在教學(xué)中占據(jù)重要地位[3]。所以，一本優(yōu)秀的教材，必須堅(jiān)持正確的政治方向和價(jià)值導(dǎo)向，體現(xiàn)先進(jìn)的教育教學(xué)理念，教學(xué)目標(biāo)明確，教材內(nèi)容應(yīng)具有科學(xué)性、先進(jìn)性和適用性，教材結(jié)構(gòu)合理、完備且應(yīng)具有一定的彈性與靈活性。具體到新工科背景下的相關(guān)教材建設(shè)，需要圍繞培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的多元化、創(chuàng)新性卓越工程人才的目標(biāo)，在教材的教育教學(xué)理念上要進(jìn)一步強(qiáng)化諸如OBE、CDIO等先進(jìn)工程教育理念的引領(lǐng)，在教材內(nèi)容上要進(jìn)一步強(qiáng)化與工程實(shí)際、現(xiàn)代信息技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展新成果的深度融合，在教材體系和結(jié)構(gòu)上要進(jìn)一步優(yōu)化，盡力滿(mǎn)足項(xiàng)目化學(xué)習(xí)、案例學(xué)習(xí)、模塊化學(xué)習(xí)等不同學(xué)習(xí)方式的要求。

本文從培養(yǎng)適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要的卓越機(jī)械類(lèi)工程人才的視角出發(fā)，針對(duì)目前我國(guó)《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材建設(shè)現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，通過(guò)研究?jī)杀緡?guó)外《機(jī)械設(shè)計(jì)》經(jīng)典教材的體系和特色，并與我國(guó)現(xiàn)行的《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材進(jìn)行分析比較，提出我國(guó)《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材建設(shè)需進(jìn)一步改進(jìn)的幾個(gè)方面，力圖為新工科背景下的《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材建設(shè)提供一些參考。

一、目前我國(guó)《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材的現(xiàn)狀分析

機(jī)械設(shè)計(jì)課程是一門(mén)培養(yǎng)機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)能力的技術(shù)基礎(chǔ)課。課程教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生掌握通用機(jī)械零部件設(shè)計(jì)計(jì)算的基本知識(shí)、基本理論、基本方法和創(chuàng)新思維，以及機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)構(gòu)思和綜合設(shè)計(jì)技能的實(shí)踐能力的基本訓(xùn)練。通過(guò)學(xué)習(xí)，要求學(xué)生具有以下能力：（1）掌握通用機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)原理、方法和機(jī)械設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，具有機(jī)械系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)能力;（2）具有應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的能力;（3）具有運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)等有關(guān)技術(shù)資料的能力;（4）掌握典型機(jī)械零件的實(shí)驗(yàn)方法，獲得實(shí)驗(yàn)技能的基本訓(xùn)練;（5）樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，了解國(guó)家當(dāng)前的有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策[4]。

目前，我國(guó)正式出版的《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材有130余種，其中既有一批多次再版、經(jīng)久不衰的經(jīng)典教材，也有一批獨(dú)具特色、個(gè)性鮮明的新教材。對(duì)照新工科建設(shè)的新要求，不少教材不論是在培養(yǎng)學(xué)生掌握最先進(jìn)知識(shí)包括自然科學(xué)、工程科學(xué)等專(zhuān)業(yè)知識(shí)方面，還是在培養(yǎng)綜合能力包括應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題、工程創(chuàng)造創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、團(tuán)隊(duì)意識(shí)、溝通交流和領(lǐng)導(dǎo)能力、終身學(xué)習(xí)能力等核心技能和職業(yè)素養(yǎng)方面，都不同程度存在需要進(jìn)一步改進(jìn)的地方。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）教育教學(xué)理念有待更新。在著力培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)尤其是學(xué)生發(fā)展的核心素養(yǎng)，滿(mǎn)足學(xué)生個(gè)性化、多樣化發(fā)展等需求方面的意識(shí)和理念有待提高。（2）教材結(jié)構(gòu)有待優(yōu)化。由于機(jī)械設(shè)計(jì)課程所涉及的內(nèi)容繁雜多樣，在教材結(jié)構(gòu)上一方面表現(xiàn)出系統(tǒng)性、整體性、邏輯性有待進(jìn)一步完善，另一方面在教材內(nèi)容組織上開(kāi)放性不夠，一定程度上還滿(mǎn)足不了彈性教學(xué)、分層教學(xué)的要求。（3）教材內(nèi)容更新力度不夠。體現(xiàn)學(xué)科專(zhuān)業(yè)新理論、行業(yè)發(fā)展新動(dòng)態(tài)，反映新知識(shí)、新技術(shù)、新工藝和新規(guī)范，展現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展新成就、科技發(fā)展新成果的內(nèi)容還是比較欠缺。（4）教材的適用性有待提高。按照現(xiàn)代教育理論，探討進(jìn)一步符合學(xué)生年齡特點(diǎn)、認(rèn)知規(guī)律和學(xué)習(xí)特點(diǎn)，適應(yīng)項(xiàng)目學(xué)習(xí)、案例學(xué)習(xí)、模塊化學(xué)習(xí)等不同學(xué)習(xí)方式要求方面尚需努力。（5）與現(xiàn)代信息技術(shù)，尤其是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工程以及計(jì)算機(jī)輔助制造等方面的深度融合不夠。還不能將學(xué)生從一些煩瑣的常規(guī)計(jì)算中解放出來(lái)，從而使學(xué)生有更多精力專(zhuān)注于核心知識(shí)、技能的學(xué)習(xí)研究中去。

二、對(duì)兩本國(guó)外《機(jī)械設(shè)計(jì)》經(jīng)典教材的分析

他山之石，可以攻玉?，F(xiàn)在結(jié)合兩本國(guó)外機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)《機(jī)械設(shè)計(jì)》經(jīng)典教材的特點(diǎn)，分析目前我國(guó)《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材的不足，旨在對(duì)我國(guó)相關(guān)教材建設(shè)起到積極的促進(jìn)作用。第一本是由德國(guó)D.穆斯等編著的《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材（原書(shū)第16版，以下簡(jiǎn)稱(chēng)第一本教材）[5]，第二本是由美國(guó)羅伯特·諾頓編著的《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材（原書(shū)第5版，以下簡(jiǎn)稱(chēng)第二本教材）[6]。這兩本教材分別作為德國(guó)、美國(guó)的優(yōu)秀經(jīng)典教材，大致代表了21世紀(jì)以來(lái)國(guó)外《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材的發(fā)展方向。

第一本教材的體系結(jié)構(gòu)和內(nèi)容大體和國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材相同，該書(shū)定位為既可以作為高等院校教材，又可用于工程實(shí)踐，所以除配套專(zhuān)門(mén)的《機(jī)械設(shè)計(jì)習(xí)題集》外，還配套有《機(jī)械設(shè)計(jì)表格手冊(cè)》，全面收錄了機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容所涉及的計(jì)算和設(shè)計(jì)所必需的數(shù)據(jù)、圖表、標(biāo)準(zhǔn)摘要和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可以說(shuō)覆蓋了通用機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的主要數(shù)據(jù)，手冊(cè)結(jié)構(gòu)緊湊、內(nèi)容豐富、簡(jiǎn)明扼要、便于查閱。該教材緊密結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際和行業(yè)發(fā)展最新情況，十分注重通用機(jī)械零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并提供了大量全新的通用機(jī)械零部件的結(jié)構(gòu)形式。

第二本教材的體系結(jié)構(gòu)新穎，共分為2篇。第1篇為基礎(chǔ)篇，主要圍繞工程材料靜動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，詳細(xì)介紹了材料和工藝、應(yīng)力應(yīng)變和撓度、靜態(tài)失效理論、疲勞失效理論和表面失效等，以及傳統(tǒng)機(jī)械原理課程中的運(yùn)動(dòng)和受力分析以及有限元分析的基本方法等，所占篇幅約占全書(shū)的一半。第2篇為機(jī)械設(shè)計(jì)篇，除傳統(tǒng)的通用機(jī)械零部件設(shè)計(jì)之外，還安排了系列設(shè)計(jì)案例研究，且將這些案例貫穿后續(xù)具體通用機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的各章節(jié)。該書(shū)十分強(qiáng)調(diào)專(zhuān)業(yè)綜合與設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，將CAD/CAE等技術(shù)充分融入通用機(jī)械零部件設(shè)計(jì)計(jì)算的各環(huán)節(jié)。另外一個(gè)鮮明的特點(diǎn)就是課后習(xí)題設(shè)計(jì)獨(dú)具匠心。全書(shū)886道習(xí)題中，有200道習(xí)題貫穿后續(xù)各章節(jié)，隨著各教學(xué)章節(jié)的次第開(kāi)展，同一主題的設(shè)計(jì)要求由易到難，把通用機(jī)械零部件設(shè)計(jì)問(wèn)題的復(fù)雜性漸次展開(kāi)，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由單一到綜合，非常符合學(xué)生的學(xué)習(xí)認(rèn)知規(guī)律。

通過(guò)對(duì)上述兩本國(guó)外優(yōu)秀經(jīng)典教材的分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)下《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材圍繞培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，有以下發(fā)展趨勢(shì)。

1.將通用機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)分析與CAD/CAE技術(shù)深度融合

目前我們正處于工業(yè)化與信息化相互交織、深度融合的過(guò)渡期，如何將信息化技術(shù)深度融入課程教材，不同的《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程教材給出了不同的回答。如第一本教材中，根據(jù)一些通用機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)分析邏輯順序，給出了零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算框圖，讓學(xué)生據(jù)此自行編制相應(yīng)的計(jì)算程序。而在第二本教材中，作者針對(duì)不同的機(jī)械零部件設(shè)計(jì)，應(yīng)用SolidWorks，Mathcad，MATLAB，Excel等軟件，全方位培養(yǎng)學(xué)生的建模、分析和計(jì)算能力，讓學(xué)生既能充分體會(huì)機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程的本質(zhì)是一個(gè)逐步迭代、不斷尋優(yōu)的過(guò)程，也充分利用計(jì)算機(jī)手段，將學(xué)生從傳統(tǒng)的、煩瑣的、重復(fù)的單純計(jì)算中解脫出來(lái)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生在現(xiàn)代信息技術(shù)手段背景下解決工程實(shí)際問(wèn)題的素養(yǎng)。比如，在軸的強(qiáng)度計(jì)算和設(shè)計(jì)中，通過(guò)引入奇異函數(shù)，加之計(jì)算機(jī)計(jì)算技術(shù)，可以很方便、準(zhǔn)確地進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)，把學(xué)生從受力分析、彎矩和扭矩圖的計(jì)算分析等煩瑣的計(jì)算中解放出來(lái)，既了解了軸的強(qiáng)度計(jì)算和設(shè)計(jì)的基本理論、基本方法，又進(jìn)一步拓展到奇異函數(shù)法、CAE技術(shù)分析求解等方面，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生利用現(xiàn)代信息技術(shù)手段解決工程實(shí)際問(wèn)題的素養(yǎng)和能力。

2.進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)解決工程實(shí)際問(wèn)題能力的培養(yǎng)

在《華盛頓協(xié)議》或中國(guó)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中，有關(guān)畢業(yè)要求的第一條就是要求畢業(yè)生能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)用于解決復(fù)雜工程問(wèn)題。這個(gè)要求如何具體落實(shí)在課程教材之中，也是需要我們深入思考的一個(gè)重要問(wèn)題。比如，在我國(guó)傳統(tǒng)的《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材中，我們往往給出的是預(yù)先施加在機(jī)械零部件上的“載荷模型”，然后以此為基礎(chǔ)教學(xué)生如何通過(guò)這些載荷按照相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則計(jì)算確定這些載荷所引起的應(yīng)力和變形。且不說(shuō)在實(shí)際的機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，這些載荷除了外加載荷之外，往往還應(yīng)該包括由于零部件自身的質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)加速度所引起的慣性力，而且這些“載荷模型”從何而來(lái)？他是面向工程實(shí)際的嗎？實(shí)際上，這些“載荷模型”是已經(jīng)簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)模型，它的前身應(yīng)該來(lái)源于面向?qū)嶋H機(jī)器系統(tǒng)的物理模型，機(jī)械零部件設(shè)計(jì)中建立計(jì)算模型的次序應(yīng)該是“工程實(shí)際對(duì)象—物理模型—數(shù)學(xué)模型（載荷模型）”。在第二本教材中，面向具體的機(jī)械零部件設(shè)計(jì)問(wèn)題，首先要求學(xué)生在觀察、分析甚至實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)際的工程設(shè)計(jì)問(wèn)題的主要方面做出合理的簡(jiǎn)化與假設(shè)，從而建立物理模型，然后據(jù)此再進(jìn)一步簡(jiǎn)化建立機(jī)械零部件設(shè)計(jì)計(jì)算所需要的數(shù)學(xué)模型，即“載荷模型”。這樣的建模方法和過(guò)程才是真正面向工程實(shí)際問(wèn)題，符合機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)目標(biāo)的。事實(shí)上，不但是第二本教材如此，許多美國(guó)版《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材都是這樣做的[7-8]。但我國(guó)傳統(tǒng)的《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材在這方面明顯是一個(gè)弱項(xiàng)。

3.進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)采用系統(tǒng)集成的方法來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力

教材凝結(jié)了教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)模式。教材既是師生教學(xué)活動(dòng)的基本依據(jù)，也是師生教學(xué)活動(dòng)的對(duì)象和客體，它作為教學(xué)目標(biāo)的物化形態(tài)并通過(guò)師生的教學(xué)活動(dòng)來(lái)求得教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[3]。機(jī)械設(shè)計(jì)課程主要講授通用機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)理論、設(shè)計(jì)方法，一門(mén)課程涉及十幾類(lèi)典型的通用機(jī)械零部件，這些通用機(jī)械零部件所履行的功能不同、所依據(jù)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法各異，極易給初學(xué)者造成課程就是一個(gè)“食品拼盤(pán)”的錯(cuò)誤印象。如何在這些看似分散、功能各異的通用機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的背后發(fā)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)的基本思想、基本方法，教材內(nèi)容的構(gòu)造和教學(xué)模式的選擇在教材中間應(yīng)有明確的體現(xiàn)。比如，在第一本教材中，作者從所設(shè)計(jì)的零部件必須滿(mǎn)足規(guī)定功能的前提出發(fā)，從零部件材料的可選擇性、設(shè)計(jì)的可靠性（包括應(yīng)力分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）以及零部件加工的可能性三方面入手，來(lái)開(kāi)展教學(xué)內(nèi)容的組織，以此培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力。而第二本教材則試圖采用系列案例研究的方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)遞進(jìn)培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力的目標(biāo)。這些系列案例給出同一設(shè)計(jì)問(wèn)題的不同方面的目標(biāo)要求，覆蓋了課程所涉及的各類(lèi)通用機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)，以此為學(xué)習(xí)者提供整體工程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，且為后續(xù)的項(xiàng)目教學(xué)提供素材，以進(jìn)一步鞏固學(xué)生對(duì)課程中分析設(shè)計(jì)知識(shí)、技能和團(tuán)隊(duì)合作精神的培養(yǎng)。

4.進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)教材內(nèi)容與新知識(shí)、新技術(shù)、新產(chǎn)品的融合

一本優(yōu)秀的教材，其內(nèi)容必須具有適用性、科學(xué)性、先進(jìn)性。所謂適用性，就是教材必須與經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展相適應(yīng)，與學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)和認(rèn)知規(guī)律相適應(yīng)，教材的深度廣度同課程學(xué)習(xí)目標(biāo)和專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)相適應(yīng)，同時(shí)要充分吸收現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論的新成果，適應(yīng)項(xiàng)目化學(xué)習(xí)、案例學(xué)習(xí)、模塊化學(xué)習(xí)等不同學(xué)習(xí)方式的要求。所謂科學(xué)性，是指教材內(nèi)容必須經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)或者科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明是正確的，不能把一些無(wú)定論、猜測(cè)性、主觀臆想的內(nèi)容引入教材。所謂先進(jìn)性，就是教材要及時(shí)展現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展新成就和科技領(lǐng)域新成果，及時(shí)吸納學(xué)科專(zhuān)業(yè)新理論，反映新知識(shí)、新技術(shù)、新工藝和新規(guī)范，實(shí)現(xiàn)教材內(nèi)容成熟與創(chuàng)新的有機(jī)統(tǒng)一，使學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)，體會(huì)到工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的綜合性和創(chuàng)新性，同時(shí)也要為學(xué)生提供進(jìn)一步自主學(xué)習(xí)的空間。比如，在第一本教材中，一方面，每章最后提供的參考文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、專(zhuān)利等共有約400篇，且所引用的最新資料時(shí)間截至原文版教材出版的前一年;另一方面，還特別強(qiáng)調(diào)讀者在使用該教材進(jìn)行工程實(shí)踐時(shí)，一定要有結(jié)合最新的和完整的德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和供貨商提供的最新設(shè)計(jì)資料進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和選型的意識(shí);而第二本教材在每章的最后，分別以參考文獻(xiàn)、參考書(shū)目和網(wǎng)上資料的形式提供了共約380篇文獻(xiàn)資料，且所引用的最新資料時(shí)間截至原文版教材出版的前兩年。這些豐富翔實(shí)的資料為學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)提供了廣闊的空間。在這方面，我國(guó)傳統(tǒng)的《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材也存在需要進(jìn)一步改進(jìn)的空間。

5.注重課后習(xí)題的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

習(xí)題是教材的重要組成部分，是學(xué)習(xí)過(guò)程中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，是學(xué)生掌握知識(shí)、形成技能、培養(yǎng)運(yùn)用知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題能力的主要載體和有效工具。習(xí)題作為學(xué)生學(xué)習(xí)成果的具體體現(xiàn)，通過(guò)學(xué)生大量習(xí)題的演練和任課教師批改作業(yè)，可以部分回答引導(dǎo)工程教育改革理念的成果導(dǎo)向教育（OBE）所強(qiáng)調(diào)的：（1）我們想讓學(xué)生取得的學(xué)習(xí)成果是什么？（2）我們?yōu)槭裁匆寣W(xué)生取得這樣的學(xué)習(xí)成果？（3）我們?nèi)绾斡行У貛椭鷮W(xué)生取得這些學(xué)習(xí)成果？（4）我們?nèi)绾沃缹W(xué)生已經(jīng)取得了這些學(xué)習(xí)成果？同時(shí)，恰當(dāng)?shù)牧?xí)題還有助于學(xué)生建立學(xué)習(xí)自信心，提高用專(zhuān)業(yè)語(yǔ)言進(jìn)行表達(dá)和交流的能力，感受課程的嚴(yán)謹(jǐn)性和確定性，進(jìn)而形成正確的工程設(shè)計(jì)思維和工程價(jià)值觀。在這方面，第二本教材做了比較深入的研究探索，它基于以學(xué)習(xí)者為核心的建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，構(gòu)建了一套比較科學(xué)的課后習(xí)題體系。比如，圍繞拖車(chē)掛接裝置的設(shè)計(jì)，習(xí)題3-4要求學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的運(yùn)動(dòng)與受力分析方法，對(duì)拖車(chē)掛接裝置進(jìn)行靜態(tài)受力分析;習(xí)題4-4要求學(xué)生基于習(xí)題3-4的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行掛接裝置的應(yīng)力分析;習(xí)題5-4則要求學(xué)生用習(xí)題4-4計(jì)算得到的應(yīng)力進(jìn)一步計(jì)算靜態(tài)安全系數(shù);習(xí)題6-4則進(jìn)一步要求學(xué)生結(jié)合本章學(xué)習(xí)的疲勞失效理論對(duì)同一掛接裝置進(jìn)行疲勞失效分析;習(xí)題7-4則要求學(xué)生對(duì)該掛接裝置進(jìn)行接觸應(yīng)力分析;而在第八章，作為案例研究?jī)?nèi)容，對(duì)該掛接裝置進(jìn)行了有限元分析。這樣的習(xí)題設(shè)計(jì)與安排，通過(guò)不斷引入新的設(shè)計(jì)要求，將工程設(shè)計(jì)問(wèn)題的復(fù)雜性梯次展開(kāi)，接續(xù)培養(yǎng)和檢驗(yàn)學(xué)生解決工程問(wèn)題的能力。對(duì)照這樣的課后習(xí)題設(shè)計(jì)思想，無(wú)須諱言，近年來(lái)我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)課程與教材的建設(shè)和改革，還缺乏基于OBE教育理念對(duì)教材習(xí)題的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和深入研究，而且由于多方面的原因，布置學(xué)生演練的習(xí)題量較少，導(dǎo)致學(xué)生得不到全方位遞進(jìn)的、嚴(yán)格規(guī)范的、艱苦的基本技能和創(chuàng)新思維的訓(xùn)練。

三、結(jié)束語(yǔ)

機(jī)械設(shè)計(jì)課程作為機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)技術(shù)基礎(chǔ)課，在機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的課程體系中起著承前啟后的重要作用。對(duì)于未來(lái)機(jī)械設(shè)計(jì)課程的教材建設(shè)，我們應(yīng)圍繞新工科建設(shè)的新要求和培養(yǎng)適應(yīng)未來(lái)社會(huì)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要的多元化、創(chuàng)新性卓越工程人才的目標(biāo)，要進(jìn)一步創(chuàng)新和吸收先進(jìn)教育教學(xué)理念，廣泛吸收當(dāng)下先進(jìn)學(xué)習(xí)理論和學(xué)科、專(zhuān)業(yè)以及行業(yè)發(fā)展的新知識(shí)、新技術(shù)、新工藝和新規(guī)范，基于培養(yǎng)學(xué)生面向解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力進(jìn)一步優(yōu)化教材結(jié)構(gòu)體系和內(nèi)容，進(jìn)一步與工程實(shí)際和現(xiàn)代信息技術(shù)相融合，真正打造出一批“中國(guó)特色，世界水平”的優(yōu)秀的《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材。

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武寶林，天津工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授。