何寬芳，胡忠舉，楊書儀，尹喜云

(湖南科技大學(xué)a.機械設(shè)備健康維護湖南省重點實驗室;b.機電工程學(xué)院，湖南湘潭411201)

在機械設(shè)計領(lǐng)域，伴隨著機械生產(chǎn)實際的需要和先進技術(shù)的出現(xiàn)，必須促進機械設(shè)計理論與方法的改革和發(fā)展，用科學(xué)的設(shè)計方法代替經(jīng)驗的、類比的設(shè)計方法已勢在必行。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)設(shè)計已發(fā)展成為一門新興的綜合性、交叉性學(xué)科-現(xiàn)代設(shè)計理論與方法，主要面向機械產(chǎn)品設(shè)計。縮短設(shè)計周期、提高設(shè)計質(zhì)量、發(fā)展設(shè)計理論、改進設(shè)計技術(shù)及方法已成為當前機械設(shè)計的必然趨勢。故機械類專業(yè)的研究生學(xué)習(xí)中均開設(shè)了相關(guān)課程。作者以“現(xiàn)代設(shè)計理論與方法”教學(xué)為例，圍繞機械類專業(yè)研究生專業(yè)課程的教學(xué)談幾點教學(xué)思考。

現(xiàn)代設(shè)計理論與方法課程內(nèi)容涉及的知識面較廣，除了包含機械類專業(yè)原有知識的提煉，還涉及到很多新的專業(yè)基礎(chǔ)知識，主要包括以下幾方面內(nèi)容:優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、有限元、虛擬設(shè)計、綠色設(shè)計、模塊化設(shè)計、計算機輔助設(shè)計等［1］。同時，研究生來源于各個層次學(xué)校，其本科專業(yè)課程所設(shè)不一致、每個學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)成績也存在差異，而且進入研究生學(xué)習(xí)階段，每個學(xué)生對應(yīng)導(dǎo)師的研究課題在方向上不一致。因此，在有限的學(xué)時內(nèi)，如何把握教學(xué)內(nèi)容重點、提升課程教學(xué)效率、提高學(xué)生主動性和興趣，為后續(xù)科研課題開展打好基礎(chǔ)。是這門課程不斷建設(shè)、提升需要考慮的環(huán)節(jié)。本文針對研究生課程現(xiàn)代設(shè)計理論與方法的教學(xué)，圍繞教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)條件與平臺和教學(xué)評價四個主要環(huán)節(jié)進行了探討。

一 覆蓋面廣、重點突出的教學(xué)內(nèi)容

對于機械類研究生主干課的授課內(nèi)容的選擇，不要僅局限于教材內(nèi)容，同時應(yīng)該考慮如下幾個方面的因素［2］。

(1)研究生生源不一致，來源于不同學(xué)科和不同學(xué)校，由于其本科專業(yè)課程所設(shè)不一致、每個學(xué)生在這么課程前期所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)成績也存在差異。

(2)進入研究生學(xué)習(xí)階段，每個學(xué)生對應(yīng)導(dǎo)師的研究課題在方向上不一致。如湖南科技大學(xué)經(jīng)過多年建設(shè)與發(fā)展，湖南科技大學(xué)機電工程學(xué)院已形成機械設(shè)計及理論湖南省重點學(xué)科，本學(xué)科面向礦山開采和工程建設(shè)裝備需求，立足湖南裝備制造業(yè)，緊密結(jié)合湖南礦山機械、工程機械、新能源裝備產(chǎn)業(yè)集群，該學(xué)科研究生導(dǎo)師圍繞在現(xiàn)代礦山裝備設(shè)計與制造、機械設(shè)備健康維護、機電系統(tǒng)動力學(xué)與控制、制造過程監(jiān)控與制造業(yè)信息化等方面進行科研工作，研究內(nèi)容所涉及的知識面包括機械設(shè)計、制造、自動化控制等。課程內(nèi)容應(yīng)選擇知識面廣，覆蓋各個方向的專業(yè)知識。

(3)研究生應(yīng)該注重在創(chuàng)新、自我學(xué)習(xí)能力、理論轉(zhuǎn)為實踐能力方面的培養(yǎng)，課程學(xué)習(xí)應(yīng)該由過去知識傳授型向研究創(chuàng)新型轉(zhuǎn)變，課程設(shè)置與教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計必須為創(chuàng)新、主動學(xué)習(xí)和實踐能力奠定知識基礎(chǔ)。

機械設(shè)計方法的發(fā)展經(jīng)歷了傳統(tǒng)設(shè)計到現(xiàn)代設(shè)計的轉(zhuǎn)變，體現(xiàn)了各學(xué)科先進理論與方法在該領(lǐng)域應(yīng)用和創(chuàng)新，形成的現(xiàn)代機械設(shè)計理論與方法種類繁多，內(nèi)容十分廣泛。張鄂編寫的《現(xiàn)代設(shè)計理論與方法》較全面系統(tǒng)地介紹了現(xiàn)代設(shè)計理論與方法，內(nèi)容包括:優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、計算機輔助設(shè)計、有限無法、工業(yè)造型設(shè)計、反求工程設(shè)計、綠色設(shè)計、動態(tài)設(shè)計、系統(tǒng)化設(shè)計與創(chuàng)造性設(shè)計和摩擦學(xué)設(shè)計等，該書既有現(xiàn)代設(shè)計理論與方法體系較廣的覆蓋面，又能加強重點。選擇該書作為研究生專業(yè)基礎(chǔ)課程，通過的合理課程建設(shè)和科學(xué)的教學(xué)，能使學(xué)生在有限的課時內(nèi)，既能對本門新興學(xué)科有較全面的了解，又能對其中重要的設(shè)計方法有較深入了解與應(yīng)用，以提高他們的創(chuàng)新設(shè)計技能［1］。

根據(jù)研究生的課程實際學(xué)習(xí)情況，在教學(xué)內(nèi)容選擇時，應(yīng)該地把《現(xiàn)代設(shè)計理論與方法》課程教材中包含的靜態(tài)學(xué)習(xí)內(nèi)容，利用多種途徑轉(zhuǎn)化為動態(tài)知識。授課內(nèi)容選擇中要注意以下幾點:

(1)確保教材內(nèi)容中重點突出，在教學(xué)手段上、教學(xué)時間上予以充分的保證。如在講授該課程內(nèi)容優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計章節(jié)時，應(yīng)保證有充分的教學(xué)時間，從不同的角度、不同的方式對重點內(nèi)容進行多方位的敘述、分析、練習(xí)等。

(2)對于重點內(nèi)容，除了課堂講授外，還應(yīng)該利用輔助軟件和工具如MATLAB、ANSYS等，在作業(yè)環(huán)節(jié)、實踐應(yīng)用環(huán)節(jié)中設(shè)計相應(yīng)的題目給學(xué)生完成，進一步掌握熟悉理論基礎(chǔ)以及能夠?qū)λ鶎W(xué)知識進行靈活應(yīng)用。

(3)設(shè)置課程基礎(chǔ)預(yù)習(xí)、重點講解、課后練習(xí)和復(fù)習(xí)等環(huán)節(jié)，在空間和時間上給予不同層次的學(xué)生能夠充分掌握課程內(nèi)容和重要知識點。

二 高效的創(chuàng)新型教學(xué)方式

課堂教學(xué)是教學(xué)過程中的核心環(huán)節(jié)，如何在教學(xué)過程中生動而富有吸引力地把教學(xué)內(nèi)容完美地教授給學(xué)生，筆者認為可以從以下幾個方面來進行:

(1)充分保證重點內(nèi)容講授的時間，在教學(xué)過程中，要圍繞重點，投入較多的時間和精力，講深，講透。而對于那些不要重要的，學(xué)生一看就懂的內(nèi)容，可以讓學(xué)生自己去學(xué)，去復(fù)習(xí)。對重點教學(xué)內(nèi)容，借助多媒體技術(shù)加強教學(xué)效果，從多種角度去加以討論、辨析、研究，在時間上給予足夠的保證。

(2)教師在進行知識傳授、和學(xué)生討論交流過程時，要求用詞準確、形象、生動、深入簡出，同時要求啟發(fā)學(xué)生如何將新的知識點切入到自身課題的研究中。

(3)課程內(nèi)容講解過程注重師生互動，雙向交流，針對講授知識點開設(shè)專題討論課，發(fā)揮學(xué)生的主體作用，學(xué)生事先做好準備，結(jié)合自己的研究方向或興趣，提出自己對所講知識點的見解。討論時，主張思想活躍，踴躍發(fā)表自己的意見，由老師和學(xué)生對現(xiàn)場討論進行記錄，總結(jié)發(fā)言。為學(xué)生提供了探索問題的空間，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

(4)加強創(chuàng)新意識與應(yīng)用能力的培養(yǎng)，如在優(yōu)化設(shè)計和可靠性設(shè)計章節(jié)，側(cè)重應(yīng)用可靠性理論與方法和優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的思想與方法來解決一個機械設(shè)計實際工程問題。

同時，積極整合優(yōu)秀科研成果和教改成果，充分利用學(xué)科建設(shè)的科研、實驗條件實驗，來用“以實際設(shè)計案例和實驗為主線的現(xiàn)代設(shè)計理論與方法課程教學(xué)模式”進行教學(xué)。跟蹤國際先進設(shè)計理念與方法，建立以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的基于探索和研究的教學(xué)模式，并根據(jù)“如何解決一個設(shè)計問題?”來進行現(xiàn)代設(shè)計理論與方法課程教學(xué)規(guī)劃和組織教學(xué)活動。

三 強有力的教學(xué)條件與平臺

(1)建設(shè)一支高水平的教師隊伍。擁有一支高水平的教師隊伍是保證課程教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)。在教學(xué)隊伍建設(shè)方面，采用主講教授負責(zé)、青年教師參與、實驗教師配合、研究生輔導(dǎo)的方式，形成一支專業(yè)結(jié)構(gòu)合理，理論水平較高，實踐能力較強，職稱、學(xué)歷、年齡結(jié)構(gòu)較為理想穩(wěn)定的教學(xué)團隊。促進教師與專業(yè)實踐的結(jié)合，使教師教學(xué)水平和能力全面提升。同時，根據(jù)研究生研究方向特點，大力開展產(chǎn)學(xué)研合作人才培養(yǎng)，積極引入本地區(qū)知名企業(yè)高級專家，開展講學(xué)、交流活動，并適當聘請企業(yè)技術(shù)人員為該課程長期實踐授課教師。

(2)建設(shè)寬口徑立體教材及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺建設(shè)。根據(jù)研究生人才培養(yǎng)計劃，該課程作為機械類研究生必修課，面向機械設(shè)計、機械電子及制造及自動化等方向的研究生，提出一個適合寬口徑教學(xué)需要的現(xiàn)代設(shè)計理論與方法課程教學(xué)內(nèi)容和體系結(jié)構(gòu)，為學(xué)生將要從事現(xiàn)代礦山裝備設(shè)計與制造、機械設(shè)備健康維護、機電系統(tǒng)動力學(xué)與控制、制造過程監(jiān)控與制造業(yè)信息化等方面的學(xué)習(xí)和科研工作打下基礎(chǔ)。根據(jù)教學(xué)需要準備相關(guān)配套的教案、案例庫、參考文獻、國內(nèi)外學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)資源及媒體資源等，為研究生提供自主學(xué)習(xí)平臺，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享。

(3)創(chuàng)建高水平現(xiàn)代機械設(shè)計與計算分析教學(xué)輔助平臺。利用機械工程學(xué)科現(xiàn)有的工程分析與計算軟硬件系統(tǒng)，如美國惠普公司圖形工作站HP Z800、美國ANSYS公司仿真分析軟件系統(tǒng)ANSYS 2013、美國MSC軟件公司多體機構(gòu)運動學(xué)及動力學(xué)仿真軟件ADAMS 2012、美國Altair公司有限元分析系統(tǒng)網(wǎng)格劃分軟件Hypermesh 10.0、美國Eigen Technologies，Inc.面向工程的轉(zhuǎn)子動力學(xué)及軸承分析軟件DyRoBeS 14.20、英國Isograph公司可靠性設(shè)計分析系列軟件Isograph 2010、美國DCS公司3DCS尺寸公差控制系統(tǒng)軟件和美國Third Wave System公司TWS-金屬切削仿真軟件等。通過資源整合、合理規(guī)劃，以課程教學(xué)改革帶動實驗教學(xué)改革和實驗室建設(shè)，以搭建機械設(shè)計與計算分析實驗室為基礎(chǔ)，建設(shè)以可設(shè)計、可計算、可分析的高水平現(xiàn)代機械設(shè)計與計算分析實驗室，增加綜合性、創(chuàng)新性、研究性實驗開出能力。

四 科學(xué)合理的教學(xué)評估指標體系

課程教學(xué)評估內(nèi)涵具有雙重性，即一方面考核學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)所達到的學(xué)習(xí)效果，主要是教師對學(xué)生進行考評，包括定期、不定期考評，一般是依據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中完成的大型作業(yè)和學(xué)習(xí)后所提交的課程論文來判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)成績;另一方面主要對授課老師或團隊的教學(xué)進行監(jiān)督和評估，通過教師、學(xué)生或有關(guān)專家組成的教學(xué)督導(dǎo)組，對課堂教學(xué)、備課、考試、作業(yè)等環(huán)節(jié)進行評價，為教師提供教學(xué)效果方面的反饋信息，促進研究生專業(yè)課程的教學(xué)不斷完善，以實現(xiàn)研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)目的。課堂教學(xué)評價需要師生共同參與才能連續(xù)不斷地保障學(xué)生的學(xué)習(xí)［3］。

在對教學(xué)評估過程，不管是對學(xué)生的考評還是對老師教學(xué)效果的考核，都需要雙方的反饋信息，因此，如何制定科學(xué)合理的教學(xué)評估指標體系是實現(xiàn)專業(yè)課堂教學(xué)質(zhì)量評定的關(guān)鍵，直接影響到學(xué)校的研究生教學(xué)的管理水平和效率。在現(xiàn)有的評估指標的基礎(chǔ)上，對評估指標體系進行修改與完善，聽取同學(xué)和教師的意見，改革學(xué)生考試方法，加大工程實踐技能和表達能力、組織能力、合作能力等綜合素質(zhì)在學(xué)習(xí)成績評定中的比重等，加入到影響研究生專業(yè)課堂教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵因素，以該課程參與主體教師和學(xué)生為參評對象，初步制定了課堂教學(xué)評價指標體系。該體系由一級指標百分制和多個二級指標組成，一級指標分攤到授課老師和學(xué)生各個二級指標，二級指標考核內(nèi)容主要由授課老師和學(xué)生在教學(xué)、學(xué)習(xí)過程中的各個環(huán)節(jié)所組成如教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方式、實踐技能、學(xué)習(xí)成績等，實際考核過程中，根據(jù)班級學(xué)生和授課老師的評分加權(quán)計算分值，計算所得的分值作為評價課程教學(xué)效果的定量指標?？茖W(xué)合理的課堂教學(xué)評價指標體系應(yīng)不斷進行實證檢驗，對其科學(xué)性、公正性、有效性進行分析和研究，不斷修訂完善［4，5］。

五 結(jié)語

現(xiàn)代設(shè)計理論與方法是一門新興的綜合性、交叉性學(xué)科，是機械專業(yè)方向的一門重要的專業(yè)課程，旨在從總體的角度系統(tǒng)地向?qū)W生講授現(xiàn)代機械設(shè)計的基本思想和方法，2004年作為湖南科技大學(xué)專業(yè)主干課程開始面向機械類研究生開設(shè)、授課。該課程開設(shè)至今，不斷更新教學(xué)理念、方法和手段，教學(xué)效果良好，受到師生好評。作者根據(jù)自身的教學(xué)體會，在這門課教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)條件與平臺和教學(xué)評價四個方面進行了總結(jié)。與此同時，課程教學(xué)的建設(shè)與發(fā)展應(yīng)與時俱進，跟蹤國際和同行的先進設(shè)計理念與方法教學(xué)經(jīng)驗，不斷推進研究生課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新，形成能夠反映學(xué)科前沿、適應(yīng)學(xué)科發(fā)展的研究生優(yōu)質(zhì)課程，全面提升研究生教育質(zhì)量與水平。

［1］張 鄂.現(xiàn)代設(shè)計理論與方法［M］.北京:科學(xué)出版社，2007.

［2］周文靜.工科類研究生專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)方法探討［J］.中國校外教育，2009(8):577-578.

［3］李康杰.碩士研究生課堂教學(xué)評價的設(shè)計［J］.高等教育研究，2011(6):91-92.

［4］喬 琳.新形勢下研究生教學(xué)評估中存在的問題和對策［J］.西南科技大學(xué)高教研究，2009(2):62-64.

［5］翟亞軍，哈明虎.我國研究生課程教學(xué)中存在的問題及對策研究［J］.中國高教研究，2004(6):41.