基于卓越工程師培養(yǎng)的“機械設計”課程教學改革

第第頁基于卓越工程師培養(yǎng)的“機械設計”課程教學改革摘要：“機械設計”課程是機械類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎課程，本文以“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”中的培養(yǎng)要求為指導思想，針對該課程實踐性強的特點，對“機械設計”課程教學改革從教學理念、教學內容、教學方法、實驗環(huán)節(jié)和考核方式等五個方面進行了探討。

關鍵詞：卓越工程師；機械設計；教學改革

“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（簡稱“卓越計劃”），是我國高等工程教育的一項重大改革，其目的就是促進我國高等學校培養(yǎng)出適合社會需求的工程人才。因此，結合“卓越計劃”的要求，深入進行“機械設計”課程教學改革，對全面落實“卓越計劃”，提高我國機械類專業(yè)本科生實踐能力及工程素養(yǎng)具有十分重要的作用。

一、“機械設計”課程目前教學中存在的問題

“機械設計”課程的教學內容主要包括各種通用零件的設計理論和設計方法，通過本課程的教學除了使學生掌握機械中通用零件的設計計算的具體方法外，更重要的是使學生學會如何用相對簡化的理論公式來處理較為復雜的工程實際問題。該課程是機械類專業(yè)學生的一門重要的專業(yè)基礎課，其實踐性強，涉及知識面廣，對培養(yǎng)機械類專業(yè)學生分析和處理工程實際問題的能力，有著重要的作用。但現(xiàn)有的“機械設計”課程的教學仍存在一些問題：

1.課程教學觀念對教學起著指導和統(tǒng)率作用，但傳統(tǒng)的教學觀念，過于強調知識的系統(tǒng)性和完整性，而忽略了能力的培養(yǎng)，往往會導致重理論輕實踐、重研究輕設計、重精深輕綜合和重灌輸輕自學的現(xiàn)象出現(xiàn)。培養(yǎng)的人才與企業(yè)的需求不相適應。

2.課程教學內容與工程實際脫節(jié)，課程教學內容只是基本理論知識的簡單講授，缺乏結合工程實際進行教學，忽視了機械設計方法在工程實際中的具體應用。例如，有的學生書中課后習題可以完成的非常正確，但遇到現(xiàn)實中或者略為接近工程一點的問題就束手無策。

3.教學方法缺乏創(chuàng)新性，教學方法仍以單向灌輸為主，學生只能被動地參與，課堂氣氛不活躍，學生的學習興趣不高，創(chuàng)新思維培養(yǎng)滯后。

4.課程評價體系將期末一次性“閉卷”書面考試視為評價學生能力的唯一標準，缺乏知識應用和實踐能力的考核和對學生課程學習過程中的考核。

二、“機械設計”課程改革措施

1.轉變教學理念滿足行業(yè)企業(yè)人才需求

“卓越計劃”的提出首先是對教育教學理念的變革，每門課程的知識內容體系要體現(xiàn)“卓越計劃”中的要求，圍繞“創(chuàng)新能力培養(yǎng)”的主線，樹立工程教育服務行業(yè)、企業(yè)人才需求的觀念。在“機械設計”課程的教學中要使學生明確，對于工科院校的學生，不僅要學習知識，更重要的是應用學過的知識來分析和解決具體的實際工程問題，做一名卓越的工程師。

例如，在講螺紋類型時，按旋向不同，螺紋分為右旋螺紋和左旋螺紋。學生比較熟悉右旋螺紋，但如何在工程設計中使用左旋螺紋，學生可能就不是太清楚，可以給學生舉一個工程設計的例子。比如設計一個螺紋拉緊裝置，為了滿足拉緊運動要求，一端需要右旋螺紋，另一端就需要左旋螺紋，這樣理論聯(lián)系實際，逐步引導學生從工程設計實際出發(fā)，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力。

同時，要強調在機械設計過程中，經(jīng)常是采用將復雜的工程問題加以簡化來進行處理的方法。這樣就會造成設計數(shù)據(jù)的近似性，設計結果不唯一且不存在標準答案，使學生在解決實際問題時，要有工程意識。

在課程的教學過程中，還要培養(yǎng)學生對設計作品肩負起強烈的社會責任感，在我國實現(xiàn)創(chuàng)新型國家的進程中，由“中國制造”轉向“中國創(chuàng)造”，爭取作出自己的貢獻，這樣才能早日培養(yǎng)出我國自己的卓越工程師。

2.改進課程教學內容，適應地區(qū)、行業(yè)特色

各高等學校位于不同的地區(qū)，隸屬于不同的行業(yè)，學生畢業(yè)后就業(yè)的地區(qū)、行業(yè)會不同，那么各高?！皺C械設計”課程的教學內容應不同，應該體現(xiàn)地區(qū)、行業(yè)特點，從而使高校培養(yǎng)的人才盡早適應社會需求。

以我校為例，我校是一所具有鮮明地礦特色的地方高等工科院校，為使我校學生熟悉煤礦企業(yè)機械產(chǎn)品的特點，盡早適應煤礦企業(yè)的需求，我們在“機械設計”課程教學內容中突出了煤礦機械特色，對教學內容進行了改革。

煤礦企業(yè)的機械產(chǎn)品主要有采煤機、液壓支架、掘進機、提升機、帶式輸送機、刮板輸送機、礦車、風機、水泵、破碎機等一些設備，首先要把這些設備中的主要通用零件找出來，然后按“機械設計”課程中根據(jù)零件的用途不同，分為連接類零件、傳動類零件、軸系類零件和其他類零件。當在講到機械設計的基本理論時，針對每類零件中的1～2個零件進行具體分析，例如，在講螺紋連接的防松設計時，就以液壓支架上螺紋連接的防松裝置為例。我們在機械學院樓門前還擺放著一個大型液壓支架，學生們課后，可去觀看、分析。

另外，煤礦企業(yè)機械產(chǎn)品的最大特點通常號稱“傻、大、粗”，在講解“機械設計”課程各章的通用內容時，還要突出大型機械設備中通用零件的設計。例如，在講解螺栓連接預緊方法時，不僅要介紹通用的力矩扳手預緊方式，還要講用于大型螺栓連接的液壓拉伸器預緊方式；在講解齒輪傳動設計時，不僅要介紹通用的漸開線齒輪傳動，還要講用于重型機械傳動的雙圓弧齒輪傳動。

將煤礦機械產(chǎn)品的相關內容融于“機械設計”課程的教學過程，其優(yōu)點有兩方面，一是可以使學生潛移默化地對煤礦機械產(chǎn)品產(chǎn)生濃厚的興趣，因為只有對產(chǎn)品感興趣的工程師，才能創(chuàng)作出優(yōu)秀的設計。二是能使我校的畢業(yè)生在將來的煤礦企業(yè)工作中盡快進入角色。

3.多種教學方法相互滲透，著力解決工程人才培養(yǎng)中校企脫節(jié)的現(xiàn)象

根據(jù)“機械設計”課程各章的內容和特點，靈活采用基于案例的討論式學習、基于多媒體的CAI學習、基于問題的探究式學習、基于現(xiàn)場的情境學習、基于項目的參與式學習等多種教學方法，從根本上解決工程人才培養(yǎng)中校企脫節(jié)的現(xiàn)象。

例如，以顎式破碎機的傳動系統(tǒng)設計這一案例為例，在設計帶傳動時，有4個參數(shù)，在設計時要依據(jù)不同的工況進行選擇。這4個參數(shù)分別是傳動比i、小帶輪的基準直徑d、中心距a、帶速v，為了使學生理解這4個參數(shù)在設計時如何選擇，可以采用分組討論式教學方法。首先將學生分為4個討論小組，每小組分配一個參數(shù)，然后教師提出討論的問題，即在帶傳動設計中上述4個參數(shù)如何選擇？各小組成員經(jīng)過討論和總結后，派一代表發(fā)言給出討論的結果，教師隨即進行點評，并給每一小組打分。這種教學方式可以極大地調動學生的學習主動性。

又如，在講授課程中一些難點問題時，學生理解比較困難。像“滑動軸承”這一章中的徑向滑動軸承動壓油膜形成過程，此時可以采用課前預先制作好的CAI課件，以動畫的形式把徑向滑動軸承動壓油膜形成過程展示在學生面前，對學生進行直觀啟發(fā)，使教學中的難點變得容易掌握。

再如，在講授減速器箱體的結構設計時，可以將課堂設置在學校的工程訓練中心或實驗室，采用現(xiàn)場教學方法，通過讓學生親自動手裝拆不同形式的減速器箱體實物，直觀地觀察減速器箱體的結構特點，對減速器箱體的結構設計起到事半功倍的作用。

4.改革實驗環(huán)節(jié)，提高學生分析解決實際問題的能力

“機械設計”課程的實驗教學是整個課程教學的一個主要環(huán)節(jié)，目的是培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際、分析和解決實際問題的能力，以及啟發(fā)和激勵學生進行思辨和創(chuàng)新。

通常的實驗課往往是老師先講，然后學生按照統(tǒng)一模式去做，最后提交實驗報告。這種模式不能調動學生的主觀能動性，不利于學生主動思考問題，更不利于鍛煉學生對實際問題的分析能力，有悖于卓越工程師的培養(yǎng)目標。

因此，改革實驗環(huán)節(jié)，實行全新的開放式實驗教學模式。教師不再對實驗原理、實驗步驟、實驗設備使用等進行詳細的講解，這些內容由學生自己去學習，在學生做實驗過程中教師僅提供一些指導性意見。學生為了完成實驗，必須做好實驗前的各項準備工作，包括熟悉實驗內容，了解相關的實驗設備使用資料。這樣，就調動了學生學習的積極性，效果明顯優(yōu)于以前。雖然學生在實驗過程中出現(xiàn)的問題比以前更多，但在處理這些問題過程中，學生分析和解決問題的能力得到了鍛煉，有助于培養(yǎng)學生解決工程實際問題的能力。

5.改變課程考核方式，引導學生正確對待學習

課程考核是測試學生的知識與能力的基本手段，它具有導向功能、反饋功能、評價功能等多種功能，是教學過程中的重要一環(huán)。恰當?shù)目己朔绞侥軌蛞龑W生選擇科學的學習方法，使其達到理想的效果，實現(xiàn)預定的培養(yǎng)目標。

針對“機械設計”課程的特點及教學目標，結合“卓越計劃”的要求，采用基于過程的多元模塊綜合考核方式，學生的期末課程總評成績由4個模塊構成，分別為課堂考核、實驗考核、大作業(yè)、期末考試。課堂考核主要考核學生平時課堂出勤、課后作業(yè)、結合課程章節(jié)的講授進度組織學生進行專題研究和討論等。實驗考核主要考核學生在每次實驗項目訓練中知識運用能力、實驗報告形成能力；大作業(yè)是在課程教學過程中，當講解完每一單元（或每一篇）教學內容時，針對工廠實際課題，留給學生一次大作業(yè)。例如在講解完“軸系零、部件”這一篇時，我們針對不同提升能力的礦用提升機的主軸，讓每個學生設計一個提升機的主軸結構的裝配圖及零件圖，然后讓學生進行對比分析，互相審核，找出最優(yōu)的提升機的主軸設計結構。期末考試采用閉卷考試及口試的方式進行，主要考核理論知識，注重知識應用，考核內容均為機械設計的基本理論與基本知識。

通過采用基于過程的多元模塊綜合考核方式，在考核中增大實踐部分的內容，注重對學習過程的考核，促進了學生把理論知識應用于實踐的能力，對卓越工程師的培養(yǎng)起到了良好的激勵作用。

參考文獻：

[1]周英.落實卓越工程師教育培養(yǎng)計劃大力培養(yǎng)工程科技創(chuàng)新人才[J].中國大學教學，2011（8）.

[2]于曉紅，王小群，邱麗芳.機械原理與機械設計