基于“卓越計(jì)劃2.0”的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革分析
——以昌吉學(xué)院為例

薛 婷 彭科學(xué) 李家印

（昌吉學(xué)院 新疆昌吉 831100)

引言

制造業(yè)是工業(yè)的重要組成部分，是拉動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要力量，是國(guó)家綜合國(guó)力的重要保障[1]。2017年，教育部啟動(dòng)實(shí)施國(guó)家級(jí)新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目，即“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃2.0”（以下簡(jiǎn)稱“卓越計(jì)劃2.0”），進(jìn)一步明確目的，即應(yīng)對(duì)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的挑戰(zhàn)，主動(dòng)服務(wù)國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展和“一帶一路”“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大戰(zhàn)略實(shí)施，加快工程教育改革創(chuàng)新，培養(yǎng)造就一大批多樣化、創(chuàng)新型卓越工程科技人才，從而支撐產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)[2]。

對(duì)于新疆而言，雖然具有豐富的自然資源，但由于長(zhǎng)期依靠的是投入多、效益少的粗放式增長(zhǎng)模式，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)能過(guò)剩、高質(zhì)量的產(chǎn)品嚴(yán)重不足，進(jìn)一步導(dǎo)致新疆本土加工制造企業(yè)長(zhǎng)期處于全球價(jià)值鏈的低端位置[3]。專業(yè)型工程技術(shù)人才是關(guān)鍵，但目前新疆各大高校的相關(guān)人才輸出一直滿足不了各企業(yè)的發(fā)展需求，人才需求日益迫切。因此，培養(yǎng)出具有動(dòng)手能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)的專業(yè)型卓越工程技術(shù)人才，支撐新疆制造業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，迫在眉睫。

材料成型及控制工程專業(yè)是一門(mén)典型的工科類(lèi)交叉學(xué)科[4]，其培養(yǎng)目標(biāo)之一就是培養(yǎng)學(xué)生不僅具有材料成型方面的基礎(chǔ)知識(shí)，并且能夠在鑄造、鍛造、焊接以及相關(guān)模具設(shè)計(jì)方面等具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力[5]。本論文通過(guò)比較全面深刻地分析目前昌吉學(xué)院物理系的材料成型及控制工程專業(yè)師生在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，提出相應(yīng)的改革方案，從而有效促進(jìn)學(xué)生動(dòng)手能力的提升。

一、“卓越計(jì)劃2.0”概述

教育部于2010年6月開(kāi)始實(shí)施“卓越計(jì)劃”，其目標(biāo)是培養(yǎng)具有較強(qiáng)創(chuàng)新思維與能力，能夠較好地適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的技術(shù)工程型高質(zhì)量人才，能夠較好地服務(wù)于國(guó)家提出的“人才強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略和新型工業(yè)化發(fā)展，并對(duì)滿足社會(huì)需求人才的培養(yǎng)，以及對(duì)高質(zhì)量工程型人才的培養(yǎng)具有特別重要的示范、引導(dǎo)作用。“卓越計(jì)劃”的主要目標(biāo)是面向工業(yè)界、面向世界、面向未來(lái)，培養(yǎng)造就一大批具有較強(qiáng)創(chuàng)新能力、能夠適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才，為建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家、實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化奠定堅(jiān)實(shí)的人力資源優(yōu)勢(shì)增強(qiáng)我國(guó)的核心競(jìng)爭(zhēng)力和綜合國(guó)力[6]。

在此基礎(chǔ)上，2017年6月16日，教育部提出了“卓越計(jì)劃2.0”，這是應(yīng)對(duì)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革挑戰(zhàn)的重要舉措，從而為“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)”“中國(guó)制造2025”“一帶一路”等國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略的順利實(shí)施提供豐富的人才儲(chǔ)備。從本質(zhì)來(lái)說(shuō)，“卓越計(jì)劃2.0”具有以下特點(diǎn)：①需要高校采用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)去培養(yǎng)工程人才；②在培養(yǎng)過(guò)程中需要各大行業(yè)與各大企業(yè)的深度參與；③需要進(jìn)一步提高大學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐動(dòng)手能力和工程應(yīng)用能力。鑒于此，“卓越計(jì)劃2.0”能夠增強(qiáng)我國(guó)的核心競(jìng)爭(zhēng)力和綜合國(guó)力[7]。

二、當(dāng)前教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.學(xué)生知識(shí)零碎，未形成完整知識(shí)框架

目前，昌吉學(xué)院物理系材料成型及控制工程專業(yè)的學(xué)生使用的課程教材是由楊可楨主編、高等教育出版社出版的《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》（第六版）[8]。這本教材覆蓋面比較廣，涵蓋了平面連桿結(jié)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等18個(gè)章節(jié)，能夠滿足本專業(yè)的教學(xué)要求。但我們通過(guò)對(duì)學(xué)生進(jìn)行深入調(diào)查后，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)學(xué)生在學(xué)習(xí)這門(mén)課的時(shí)候，沒(méi)有形成完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)框架，聽(tīng)得多，想得少，記得多，用得少，導(dǎo)致在具體設(shè)計(jì)實(shí)踐時(shí)，雖然腦海中有很多知識(shí)碎片，但卻無(wú)法聯(lián)系在一起，不知該如何運(yùn)用。

2.教師教法單一，學(xué)生理論知識(shí)運(yùn)用不足

目前，這門(mén)課主要采用的是“板書(shū)+PPT”的教學(xué)手段，老師一直占主導(dǎo)地位，學(xué)生一直處于被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)，互動(dòng)較少。這種“填鴨型”的授課方式很難使學(xué)生長(zhǎng)時(shí)間專注于課堂教學(xué)，同時(shí)也會(huì)大幅度降低學(xué)生對(duì)本課程學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性，并且基本都是按照課程目錄進(jìn)行講解，即按照平面機(jī)構(gòu)的自由度和速度分析、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)、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)、回轉(zhuǎn)件的平衡、機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論、連接、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)、軸、滑動(dòng)軸承、滾動(dòng)軸承、聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器、彈簧的順序進(jìn)行授課，沒(méi)有區(qū)分重點(diǎn)章節(jié)和難點(diǎn)章節(jié)，所學(xué)知識(shí)沒(méi)有側(cè)重點(diǎn)。學(xué)生即使比較扎實(shí)地學(xué)會(huì)了理論知識(shí)，但只能比較順利地通過(guò)期末考試，然而在設(shè)計(jì)階段無(wú)法對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行有效運(yùn)用，無(wú)法對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行融會(huì)貫通，最終導(dǎo)致設(shè)計(jì)效果不佳，同時(shí)學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)能力也沒(méi)有得到有效提高。

3.設(shè)計(jì)課時(shí)過(guò)少，學(xué)生軟件運(yùn)用能力較差

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是一門(mén)應(yīng)用性比較強(qiáng)的設(shè)計(jì)類(lèi)課程，因此學(xué)生最終能否比較好地完成一個(gè)機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)也是一項(xiàng)重要的衡量依據(jù)。根據(jù)前期調(diào)研，學(xué)生的設(shè)計(jì)能力較弱，一方面是對(duì)理論知識(shí)理解不到位，另一方面是不能熟練運(yùn)用設(shè)計(jì)軟件。再者，由于這門(mén)課的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)定在考試周前的最后兩周進(jìn)行，而那段時(shí)間學(xué)生的精力主要集中在復(fù)習(xí)考試上，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)不夠重視，甚至敷衍了事，從而影響設(shè)計(jì)效果。

目前，根據(jù)該課程課時(shí)安排，設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的課時(shí)僅有16學(xué)時(shí)，且大多數(shù)學(xué)生在學(xué)習(xí)此門(mén)課之前接觸過(guò)的設(shè)計(jì)軟件只有AutoCAD，而當(dāng)時(shí)學(xué)習(xí)使用AutoCAD的實(shí)踐課時(shí)也只安排了14學(xué)時(shí)，學(xué)完之后只能掌握一些基本技能，無(wú)法熟練操作。再加上學(xué)生在學(xué)完軟件之后基本不再使用了，因此等再次運(yùn)用時(shí)，又相當(dāng)于從零點(diǎn)開(kāi)始，重新學(xué)習(xí)使用，耗時(shí)又費(fèi)力，嚴(yán)重制約了學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)水平的提高，并且也限制了學(xué)生在設(shè)計(jì)軟件運(yùn)用方面的能力的提高。

4.理論考試占比過(guò)重，學(xué)生過(guò)分重視考試環(huán)節(jié)

目前，這門(mén)課的考試總成績(jī)是按照30%×平時(shí)成績(jī)+70%×試卷成績(jī)的比例進(jìn)行，其中在30%的平時(shí)成績(jī)中，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)成績(jī)僅占15%。占比過(guò)高的試卷成績(jī)和占比過(guò)低的設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)成績(jī)，讓學(xué)生過(guò)于注重應(yīng)付理論考試，而忽視了實(shí)踐環(huán)節(jié)。同時(shí)，在這種考核機(jī)制下，教師也逐漸開(kāi)始輕視設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)。長(zhǎng)此以往，就會(huì)使學(xué)生的設(shè)計(jì)能力降低，且理論知識(shí)也沒(méi)有得到有效應(yīng)用。

三、教學(xué)改革措施與建議

1.優(yōu)化理論教學(xué)內(nèi)容，修訂課程教學(xué)大綱

昌吉學(xué)院學(xué)生基礎(chǔ)較弱，考慮到我校學(xué)生生源的具體情況，因此將在滿足教學(xué)要求的前提，對(duì)教材章節(jié)進(jìn)行整合，調(diào)整章節(jié)順序，形成知識(shí)體系，對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分層，對(duì)基礎(chǔ)章節(jié)進(jìn)行詳細(xì)講述，對(duì)重點(diǎn)、難點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行重點(diǎn)講述，對(duì)過(guò)難知識(shí)進(jìn)行刪除，具體框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。同時(shí)，對(duì)于基礎(chǔ)章節(jié)，還會(huì)加強(qiáng)設(shè)計(jì)思維訓(xùn)練，為后面學(xué)習(xí)重點(diǎn)、難點(diǎn)章節(jié)相關(guān)知識(shí)打下良好的基礎(chǔ)。這樣一方面能夠有效地幫助學(xué)生形成本課程的知識(shí)框架結(jié)構(gòu)，另一方面也能讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)癥下藥、抓住重點(diǎn)、有的放矢，從而加強(qiáng)對(duì)理論知識(shí)的理解和融會(huì)貫通。

圖1 調(diào)整后的課程目錄[8]

2.立足學(xué)生基礎(chǔ)現(xiàn)狀，調(diào)整課堂教學(xué)方法

鑒于之前的“滿堂灌”授課方式帶來(lái)的種種弊端，因此，在后續(xù)的教學(xué)過(guò)程中，將對(duì)教學(xué)方法和手段進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。例如，對(duì)于比較簡(jiǎn)單的知識(shí)，可以對(duì)學(xué)生采用分組方式，讓學(xué)生展開(kāi)課程討論并進(jìn)行備課，然后舉行講課比賽，既能使學(xué)生充分理解相應(yīng)內(nèi)容，又能增加學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)助能力，同時(shí)還能活躍課堂氣氛，提高學(xué)生的主動(dòng)性。其次，采用“線上+線下”的新型教學(xué)方式，結(jié)合諸如“大學(xué)慕課”等網(wǎng)絡(luò)課程優(yōu)質(zhì)資源平臺(tái)，讓學(xué)生提前學(xué)習(xí)，課堂上采用隨堂測(cè)驗(yàn)方式，及時(shí)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)也能根據(jù)學(xué)生的測(cè)試結(jié)果，對(duì)于高出錯(cuò)率的知識(shí)進(jìn)行詳細(xì)講解，因地制宜，提過(guò)課堂學(xué)習(xí)效果。再者，由于這門(mén)課涉及的機(jī)構(gòu)種類(lèi)和傳動(dòng)設(shè)備比較多，學(xué)生沒(méi)有工程經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法理解機(jī)械結(jié)構(gòu)的實(shí)際意義，因此可以通過(guò)建立課程視頻資源庫(kù)，在授課過(guò)程中根據(jù)課堂內(nèi)容播放視頻動(dòng)畫(huà)，如將“平面連桿機(jī)構(gòu)”中的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)與單缸柴油機(jī)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)演示柴油機(jī)的動(dòng)畫(huà)，從而讓學(xué)生進(jìn)一步明白曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)等。表1為部分平面機(jī)構(gòu)與相應(yīng)的演示案例，通過(guò)相關(guān)觀看動(dòng)畫(huà)，從而使學(xué)生更加清楚地明白相關(guān)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)模式和運(yùn)動(dòng)原理，并讓學(xué)生按照自己的理解進(jìn)行描述，發(fā)散學(xué)生思維，發(fā)揮其空間想象力，從而為后續(xù)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)奠定良好的基礎(chǔ)。

表1 部分平面機(jī)構(gòu)與相應(yīng)的動(dòng)畫(huà)演示案例

3.加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練，調(diào)整過(guò)程教學(xué)方法

對(duì)理論和實(shí)踐教學(xué)過(guò)程進(jìn)行調(diào)整，即在教學(xué)過(guò)程中，當(dāng)學(xué)習(xí)完每章知識(shí)后進(jìn)行一次小設(shè)計(jì)練習(xí)，將理論部分與設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)緊密結(jié)合，一方面促使學(xué)生對(duì)理論知識(shí)加深理解，另一方面也能促使學(xué)生充分鍛煉自己的設(shè)計(jì)思維與設(shè)計(jì)能力。同時(shí)，在理論教學(xué)的過(guò)程中，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)軟件的熟悉度，在熟練掌握AutoCAD軟件的基礎(chǔ)上，學(xué)會(huì)使用SolidWorks軟件?？紤]到學(xué)生有專門(mén)的實(shí)訓(xùn)課程，可以與相應(yīng)的教師聯(lián)合，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)軟件的運(yùn)用，從而提高學(xué)生的設(shè)計(jì)水平。

4.注重平時(shí)應(yīng)用比重，調(diào)整課程考核體系

在后續(xù)的教學(xué)過(guò)程中，結(jié)合我校的考核制度，將考試總成績(jī)比例改為20%×平時(shí)成績(jī)+40%×設(shè)計(jì)成績(jī)+40%×試卷成績(jī)，提高設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)占比，從而促使學(xué)生加強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的重視。同時(shí)，結(jié)合這門(mén)課的教學(xué)大綱要求，在理論考試出題時(shí)，加強(qiáng)對(duì)應(yīng)用型知識(shí)的考察。

結(jié)語(yǔ)

材料成型與控制專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)具備較高工程素養(yǎng)和實(shí)踐創(chuàng)新能力，能在材料成型與控制等領(lǐng)域從事設(shè)計(jì)、制造等相關(guān)工作的高素質(zhì)應(yīng)用型工程人才，且機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程培養(yǎng)目標(biāo)與之相匹配，因此，在“卓越計(jì)劃2.0”大背景下，對(duì)本課程改革迫在眉睫。通過(guò)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、調(diào)整教學(xué)方法、加強(qiáng)實(shí)踐訓(xùn)練、完善考核體系等措施，從而促進(jìn)學(xué)生設(shè)計(jì)能力的提高，為培養(yǎng)創(chuàng)新性工程技術(shù)人才奠定良好的基礎(chǔ)。