學科競賽與機械設計基礎課程教學融合的改革與實踐*
——以九江學院為例

李養(yǎng)良 ，張德勤 ，滿達虎 ，杜大明 ，羅紅梅

（1.九江學院材料科學與工程學院，江西 九江 332005；2.2020年江西省高水平本科教學團隊，江西 九江 332005）

0 引言

《中國制造2025》是由國務院印發(fā)，對我國全面推進和實施強國制造進行部署的戰(zhàn)略文件和行動綱領，其對機械工程專業(yè)人才提出了越來越高的要求[1]。工程教育專業(yè)認證的核心是基于成果導向的教育理念（OBE教育理念）。和傳統(tǒng)教育理念相比，OBE教育理念強調(diào)學生中心、成果導向、持續(xù)改進。即以學生為中心，以培養(yǎng)目標為導向，以持續(xù)改進促進培養(yǎng)質(zhì)量不斷提高。通過轉(zhuǎn)變教育教學理念和進行一系列教學改革，使我國的人才培養(yǎng)質(zhì)量邁上一個新臺階[2-3]。

OBE教育理念關(guān)注的是學生能力的達成，是以成果導向為前提。首先，要有明確的工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標，學生的畢業(yè)要求要支撐專業(yè)培養(yǎng)目標的實現(xiàn)。通過學生的培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求，建立課程體系模塊，在設置課程模塊時，要注意專業(yè)課程能夠分別支撐畢業(yè)要求的指標點。因此，每個模塊內(nèi)每一門課程的目標集成后就形成了該模塊的培養(yǎng)目標，各模塊的目標綜合后就達到了學生最終的畢業(yè)要求，所以，每門課程的教學目標內(nèi)容關(guān)注的是學生能力培養(yǎng)和達成度、矢量化等指標。這樣，任課教師根據(jù)課程教學目標就可以很清楚地了解需要學生學什么、怎么學，利用達成度評價機制來檢驗學生的學習成果，進而做到持續(xù)改進。

1 機械設計基礎課程教學現(xiàn)狀

機械設計基礎是機械類或近機械類的專業(yè)基礎課，課程主要介紹機械零件的工作能力和計算準則、機械零件常用材料及選用原則、機械零件工藝性和標準化。內(nèi)容包括平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運動分析，常見機構(gòu)原理及設計，連接件設計，傳動件設計，軸和軸轂連接、軸承以及聯(lián)軸器、離合器、彈簧等其他零部件設計。通過本課程的學習，學生具備初步分析和設計基本機構(gòu)的能力，能夠掌握常用機構(gòu)的基本特點和原理、運動特性和機構(gòu)動力學的基本知識，并能夠了解如何確定機械運動的方案；掌握常用零件的失效形式、設計準則，具備機械設計實驗技能和設計簡單機械及傳動裝置的基本能力；具備使用機械工作手冊、文獻檢索等有關(guān)資料的能力，可為學生的畢業(yè)設計夯實基礎[4]。

機械設計基礎課程在全國大多數(shù)工科院校中都有開設，具有較為悠久的歷史。課題組在中國知網(wǎng)上輸入“機械設計基礎”等關(guān)鍵字，檢索出2 500多條信息，很多學者對機械設計基礎課程的教學內(nèi)容、教學方法、考試環(huán)節(jié)、課程設計等進行了研究。許多高校將先進的教學理念、先進技術(shù)及時更新到教學內(nèi)容中，改革機械設計基礎課程，將單一的減速器設計與課堂教學內(nèi)容、學生課外科技創(chuàng)新活動、機械創(chuàng)新設計大賽、工程訓練等競賽結(jié)合起來，實現(xiàn)無縫對接，并取得了很好的效果。但該課程教學過程中仍然存在一些問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

1.1 教學方法比較單一

目前，大多數(shù)高校的機械設計基礎課程，主要采用教師課堂講解的方式，在教學過程中注重知識傳授的完整性和準確性，而對于培養(yǎng)、提高學生工程意識、工程能力和創(chuàng)新意識的重視度不夠。教師以教材內(nèi)容來設定課程教學大綱和授課計劃，制定課程目標，因此，教學內(nèi)容主要圍繞教材內(nèi)容，比較單一，機械相關(guān)領域的發(fā)展動態(tài)沒有與教學內(nèi)容相銜接、更未及時走進學生課堂，大學生所學的專業(yè)知識系統(tǒng)性不夠，跟不上行業(yè)企業(yè)的發(fā)展需求[5]。

1.2 學生學習積極性不高

課堂教學主要是老師講、學生聽，學生在課堂上被動地接受專業(yè)知識，不能充分調(diào)動學習積極性；課程作業(yè)主要是課本習題，以理論計算為主，設計類題目較少，學生完成作業(yè)的過程中存在應付和抄襲現(xiàn)象；課程考核主要以期末和期中考試成績?yōu)橐罁?jù)，教學過程中對學生表現(xiàn)的評價不多，沒有全面體現(xiàn)學生的學習情況；學生平時學習遲到、曠課，上課玩手機，注意力不集中，考前突擊復習，考完就忘得一干二凈等現(xiàn)象屢見不鮮，這些情況直接影響了學生自主學習和創(chuàng)新能力的提高。

1.3 實踐教學環(huán)節(jié)需要不斷加強

機械設計基礎的實踐教學主要是對理論教學的驗證，不能充分調(diào)動學生主動學習和創(chuàng)新的積極性。另外，機械設計基礎課程的設計題目主要是單級或二級減速器設計，與當前行業(yè)發(fā)展和工程實際存在部分脫節(jié)；課程的實驗內(nèi)容主要為演示型和驗證型，綜合型以及創(chuàng)新型較少，這不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神。

2 學科競賽的意義

學科競賽是提升大學生創(chuàng)新實踐能力的平臺，反映了大學生應用專業(yè)知識的綜合能力，也是將專業(yè)知識和工程實際相結(jié)合的重要環(huán)節(jié)。學科競賽對于培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神、團隊協(xié)作能力、工程實踐水平等，都具有非常重要的意義。

當下，與機械專業(yè)密切聯(lián)系的大學生學科競賽有以下幾項：1）全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽。目的是推動高校在教學過程中關(guān)注學生創(chuàng)新設計能力、培養(yǎng)團隊協(xié)作意識，加強對學生工程實際的訓練和動手能力的培養(yǎng)，提高學生針對生活實際需求進行創(chuàng)新思維、機械設計和制作等的工作能力。2）中國大學生工程訓練綜合能力競賽。目的在于促進高校提高工程實踐、工程訓練的水平，培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新思維、綜合工程實際應用能力、團隊協(xié)作能力，使大學生的專業(yè)基礎知識、綜合能力水平、理論與實踐三者實現(xiàn)有機結(jié)合。3）3D大賽，即全國大學生三維數(shù)字化創(chuàng)新設計大賽。該競賽彰顯了科技發(fā)展、科技進步和產(chǎn)業(yè)升級的需求，是大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新的具體實踐。4）全國大學生先進成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽。大賽以培養(yǎng)學生的工匠精神、激發(fā)學生的創(chuàng)新意識、全面提高大學生的圖學能力為宗旨。此外，還有全國大學生信息應用技術(shù)水平大賽、“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外科技學術(shù)作品競賽、中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、中國大學生機械工程創(chuàng)新創(chuàng)意大賽——鑄造工藝設計賽、全國大學生金相技能大賽、江西省“天工杯”工業(yè)設計大賽等。

3 機械設計基礎課程教學改革

3.1 教學目標改革

OBE理念重點強調(diào)對學生能力的培養(yǎng)，而不局限于對課本知識的掌握。教學目標要根據(jù)學生所在專業(yè)的人才培養(yǎng)計劃目標來制定，專業(yè)人才培養(yǎng)目標是大學生在畢業(yè)五年左右應該具備的素質(zhì)和能力的總體概述。經(jīng)過學習機械設計基礎課程，學生應具備分析一般機械基本機構(gòu)、常用機器傳動裝置的能力，通過課程實踐教學環(huán)節(jié)的訓練，使學生具備設計特定要求的機構(gòu)、選用常用機械傳動的素質(zhì)，同時利用分析和設計計算能夠?qū)C構(gòu)或傳動裝置的方案進行優(yōu)化。在大學生學習專業(yè)基礎知識、訓練工程實踐能力的過程中培養(yǎng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新精神，在課程設計中能夠自覺考慮各種因素，比如安全、健康、環(huán)境、法律等，培養(yǎng)出基礎知識扎實牢靠、設計思路清晰明確、工程實踐和創(chuàng)新能力較強的專業(yè)人才。

3.2 教學內(nèi)容改革

3.2.1 基于學科競賽實際問題的課程教學

課程教學授課過程中，根據(jù)授課內(nèi)容，將相關(guān)競賽項目提前告知學生。比如，全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽的主題、大學生工程訓練綜合能力競賽的賽道，鼓勵學生積極報名參賽。對于一些準備參加比賽的同學，合理布置內(nèi)容，按照競賽的題目要求，根據(jù)課程內(nèi)容進行分解，比如作品的總體方案、傳動方案、機構(gòu)運動、零部件材料的選擇、作品制造安裝和調(diào)試、說明書編寫等。大學生要參加學科競賽，需要做許多工作，沒有一定的知識儲備和積累是不行的，把競賽內(nèi)容提前布置給學生，可以激發(fā)學生學習機械設計基礎的興趣，提高學習的積極性和主動性。比如第十屆全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽的主題為“自然·和諧”。內(nèi)容包括設計與制作模仿自然界動物運動形態(tài)、功能特點的機械產(chǎn)品，或者是用于修復自然生態(tài)的機械裝置，包括防風固沙、植被修復和凈化海洋污染物的機械裝置。在日常教學中，就可以結(jié)合題目要求給學生講授相關(guān)的知識點。

3.2.2 將前期競賽內(nèi)容作為教學案例進行分析

在課堂教學中采用案例教學法[6]，有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)造思維能力、工程實踐動手能力，引導學生將學到的知識運用到工程實踐中。如機械創(chuàng)新設計大賽、工程訓練能力綜合競賽的作品結(jié)構(gòu)新穎，有多種形式，其在平面機構(gòu)運動原理分析、自由度計算、間歇運動機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪傳動、機械傳動設計等內(nèi)容的教學中都有可能成為非常好的教學素材。

3.2.3 翻轉(zhuǎn)課堂教學模式融入教學中

翻轉(zhuǎn)課堂是目前高校提出應用的教學模式[7]。該模式側(cè)重于對學生自主學習能力、分析問題的能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，通過學生個人思考、集中討論、教師參與等方式共同理解消化吸收課程知識。在專業(yè)基礎課程的學習中，采用課堂教學與翻轉(zhuǎn)課堂混合的教學模式是比較實用的。在機械設計基礎課程教學中設置討論和實踐性專題內(nèi)容，授課前讓學生查閱資料，為課堂討論的話題和內(nèi)容做準備。另外，鼓勵學生將與課程領域相關(guān)的、自己感興趣的知識內(nèi)容與大家共享，使課程氛圍更為活躍。

九江學院是普通本科院校，建設目標定位于“區(qū)域性高水平應用型大學”，人才培養(yǎng)目標是應用型人才。所以，要將培養(yǎng)應用型人才的理念貫穿始終，在機械設計基礎課程中要根據(jù)公司和企業(yè)需求，優(yōu)選課程的授課內(nèi)容，盡量減少公式的推導和理論性較強的章節(jié)內(nèi)容的授課時間，避免讓學生死記硬背，增加一些常用零部件、傳動設計以及選型應用的實踐課程，增加學生的學習積極性。

3.2.4 課程思政理念融入教學內(nèi)容

1）在課程教學中挖掘思政元素[8]。例如，在計算平面機構(gòu)的自由度中，機構(gòu)具有確定運動方向的條件，自由度大于零并且等于原動件的個數(shù)。由此，可以聯(lián)系到QQ、微信、微博等網(wǎng)絡空間作為大眾交流的平臺，大家都可以在其中發(fā)表自己的觀點、見解，但前提是必須遵守國家法律法規(guī)；在齒輪系的講解中，僅靠一對齒輪來傳遞運動是不夠的，必須靠一系列齒輪來進行，這里面就體現(xiàn)了團結(jié)合作的精神；在螺紋連接中，對于單個螺栓的強度計算，可以結(jié)合實際工作中由于螺栓斷裂造成的安全事故來講解，以此培養(yǎng)學生嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L，以及對于將來從事職業(yè)的責任感；學習比較帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動的不同使用范圍，可以結(jié)合班級同學雖然各自的職業(yè)規(guī)劃不同，但最終的目的都是為國家作貢獻等。

2）從教師自身經(jīng)歷中總結(jié)思政元素。有的教師具有企業(yè)工作經(jīng)驗，從事過機械設計等實踐工作，其在開發(fā)產(chǎn)品的過程中積累了一定的經(jīng)驗。在對工藝編排、零件設計與加工的講解中，可以結(jié)合教師自身的實際體會。比如，零件的設計、熱處理工藝的選擇、材料表面粗糙度的標注，既要考慮產(chǎn)品的安全性，也要考慮加工制造成本等，這都是學生感興趣的內(nèi)容。

3）將大國工匠精神引入思政元素。引導學生學習科研工作者的工匠精神，培養(yǎng)和啟發(fā)學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，激勵大學生用飽滿的激情和奉獻精神為國家富強和民族振興貢獻自己的力量。比如，作為大國工匠人物之一的李萬君，被譽為“工人院士”“高鐵焊接大師”，他憑著一股不服輸?shù)你@勁兒和韌勁兒，積極參與高速車、鐵路客車、城鐵車等幾十種車的轉(zhuǎn)向架焊接規(guī)范以及操作方法的研究，先后進行技術(shù)攻關(guān)100多項，填補了國內(nèi)相關(guān)領域的空白，榮獲國家專利21項，為公司培訓焊工達1萬多人次，培養(yǎng)帶動了一批技能精湛、職業(yè)操守優(yōu)良的技能人才，為打造“大國工匠”儲備了堅實的新生和后備力量。這些技術(shù)的突破，離不開機械設計的基本知識[9-10]，在課堂中結(jié)合大國工匠精神，能夠發(fā)揮榜樣的力量，激勵學生刻苦學習。

3.2.5 課程目標達成和持續(xù)改進

1）課程目標的達成要結(jié)合課程運行的整個環(huán)節(jié)，包括課前預習、課堂教學、線上討論、答疑、作業(yè)以及學生的課堂表現(xiàn)，對課程的目標達成情況進行分析，找出課程目標中還要改進的薄弱環(huán)節(jié)，分析總結(jié)產(chǎn)生的原因，在后期教學中及時改進和調(diào)整，不斷完善課程評價指標體系。

2）課程結(jié)束后及時了解學生對課程的反饋和評價，收集學生對課堂學習過程中存在問題的看法，積極采納學生提出的合理建議。對于學生喜歡的學習方式要進一步規(guī)范化、擴大化，學生接受度不高或者學習效果不好的學習方式則要反思其原因，找到癥結(jié)所在，并在下一年度的教學中持續(xù)調(diào)整改進，使達成度指標更好。

4 結(jié)語

當前，機械設計基礎課程存在教學方法單一、學生學習積極性不高、實踐教學環(huán)節(jié)不夠完善等問題，課題組基于OBE理念對其教學目標和教學內(nèi)容進行改革，將學科競賽與課堂教學相融合。課程改革的實踐使學生的學習積極性和創(chuàng)新能力不斷提高，其在各類學科競賽中成績也越來越好。