張玲莉　趙堅(jiān)　汪文津　張婧

（天津城建大學(xué)控制與機(jī)械工程學(xué)院 天津 300384）

摘 要 本文在調(diào)研分析高校機(jī)械專業(yè)課程的基礎(chǔ)上，分析總結(jié)機(jī)械類專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的問題，從教學(xué)體系、內(nèi)容、方法和手段等方面，對(duì)機(jī)械類專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)教學(xué)進(jìn)行了綜合改革探索，表明這些教學(xué)改革措施對(duì)提高機(jī)械類學(xué)生的工程思維和工程能力效果顯著。

關(guān)鍵詞 綜合教學(xué)改革 課程實(shí)驗(yàn) 課程設(shè)計(jì) 應(yīng)用型本科人才

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.08.025

On Mechanical Course Experiment and Course

Design Comprehensive Reform

ZHANG Lingli， ZHAO Jian， WANG Wenjin， ZHANG Jing

（School of Control and Mechanical Engineering， Tianjin Chengjian University， Tianjin 300384）

Abstract： On the basis of surveying and analyzing mechanical courses in university. It is analyzed and summarized in the paper against to the existing problems of experimental and course design for mechanical courses in the teaching link. The comprehensive reform exploration has been carried on the teaching of mechanical course experimental and course design in the aspect of teaching system， methods， ways and means. It is illustrated that those teaching reform methods have remarkable effects in aspect of improving engineering thought and ability for mechanical undergraduates.

Keywords： comprehensive teaching reform; course experimental; course design; practical undergraduate

根據(jù)機(jī)械類本科人才培養(yǎng)要求及社會(huì)發(fā)展需要，學(xué)生在校期間應(yīng)得到系統(tǒng)化工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，具體表現(xiàn)在識(shí)圖及工程語義的表達(dá)及其包括機(jī)械產(chǎn)品的加工、制造、裝配和調(diào)試等實(shí)踐能力。因此，對(duì)機(jī)械類本科生在校期間應(yīng)注重這兩方面的培養(yǎng)。機(jī)械類本科生所學(xué)主干課程的實(shí)踐教學(xué)包括實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)兩部分，它們是培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。

目前，本科院校開設(shè)的機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)所涉及的教學(xué)課程較多，但各門課程的實(shí)驗(yàn)各自獨(dú)立開設(shè)，互不聯(lián)系，沒有從專業(yè)培養(yǎng)的目標(biāo)和課程綜合學(xué)習(xí)的角度出發(fā)，形成機(jī)械基礎(chǔ)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。實(shí)驗(yàn)室能開設(shè)的實(shí)驗(yàn)多為常規(guī)驗(yàn)證性的，內(nèi)容較為陳舊，實(shí)驗(yàn)手段較落后，設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性的綜合實(shí)驗(yàn)很少;實(shí)驗(yàn)僅僅作為理論課的輔助教學(xué)，學(xué)生也不重視，實(shí)驗(yàn)的成績并不能反映出學(xué)生真實(shí)的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰退?在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式上，學(xué)生只能按照教師事先搭接好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法嚴(yán)重制約了學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。①

在課程設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)踐中，很多院校在選擇設(shè)計(jì)題目時(shí)一直選用傳統(tǒng)、單一的二級(jí)減速器，雖然減速器的設(shè)計(jì)包含了齒輪、軸和軸承等典型軸系零件的設(shè)計(jì)，學(xué)生所學(xué)到的知識(shí)也能得到較全面的綜合應(yīng)用，但是中國制造業(yè)的不斷發(fā)展，又對(duì)機(jī)械類專業(yè)設(shè)計(jì)者提出了新要求，在這種形勢(shì)下，以往的教學(xué)模式暴露出了諸多問題，具體表現(xiàn)為：設(shè)計(jì)題目相對(duì)單一，設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)量不足，導(dǎo)致部分同學(xué)的設(shè)計(jì)結(jié)果雷同，存在抄襲現(xiàn)象;②學(xué)生盲目模仿，甚至照搬照抄;在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，存在不能綜合考慮零件的強(qiáng)度、剛度、工藝、裝配、潤滑和密封等問題。③這些都致使學(xué)生的設(shè)計(jì)能力及創(chuàng)新能力得不到應(yīng)有的鍛煉。

針對(duì)上述問題，結(jié)合機(jī)械專業(yè)特點(diǎn)，本文主要從機(jī)械類本科生所學(xué)主干課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)入手，提出一套面向機(jī)械類學(xué)生綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)改革方案。

1 改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)，建立全新的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

遵循模仿、掌握、熟練和創(chuàng)新的認(rèn)識(shí)規(guī)律，必要的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該保留，設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性、綜合性實(shí)驗(yàn)的比例適當(dāng)增加，通過綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和開放性課外創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生在機(jī)械設(shè)計(jì)方面的創(chuàng)新能力和密切配合的團(tuán)隊(duì)精神。

（1）整合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，建立科學(xué)完整的實(shí)驗(yàn)體系。突破實(shí)驗(yàn)原有的課程界限，把一部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容采用單元形式進(jìn)行教學(xué)，每一單元設(shè)計(jì)一組實(shí)驗(yàn)，再把另一部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容組合在一起，設(shè)置成為機(jī)械基礎(chǔ)綜合實(shí)驗(yàn)單元，形成分層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。各實(shí)驗(yàn)單元既互相獨(dú)立又相互聯(lián)系。機(jī)械基礎(chǔ)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容分三個(gè)層次：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，通過綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和科技創(chuàng)新活動(dòng)，既提高了學(xué)生對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新思維能力，又培養(yǎng)了相互協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神。

（2）改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，引入案例式實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入案例式教學(xué)手段，教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，用典型的教學(xué)案例將機(jī)、電知識(shí)結(jié)合在一起，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與討論、分析及實(shí)踐的積極性，進(jìn)一步提高學(xué)生認(rèn)識(shí)、分析和解決工程實(shí)際問題以及理論聯(lián)系實(shí)際的能力，形成培養(yǎng)創(chuàng)新思維意識(shí)、自主學(xué)習(xí)方法、溝通能力和合作精神能力的一種教學(xué)方法。

（3）創(chuàng)設(shè)開放性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)。在規(guī)定范圍內(nèi)允許學(xué)生自選實(shí)驗(yàn)題目，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程在教師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成，無固定實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，這種教學(xué)模式既能讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到機(jī)械方案設(shè)計(jì)的重要性，又強(qiáng)化了學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)的意識(shí)和動(dòng)手能力。同時(shí)，增加成果展示和學(xué)生互評(píng)環(huán)節(jié)，促進(jìn)創(chuàng)新經(jīng)驗(yàn)交流和創(chuàng)新意識(shí)的激發(fā)。

（4）探索設(shè)計(jì)性、綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式。嘗試在設(shè)計(jì)性、綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)過程采用自主形式，即允許學(xué)生自選實(shí)驗(yàn)題目。例如，機(jī)電系統(tǒng)創(chuàng)意組合搭接實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)完全由學(xué)生自己設(shè)計(jì)傳動(dòng)方案，整個(gè)裝配、調(diào)整、測(cè)試、數(shù)據(jù)采集及分析過程也由學(xué)生獨(dú)立完成。這樣就極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生動(dòng)手的興趣，這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式排除了由教師統(tǒng)一定傳動(dòng)方案、實(shí)驗(yàn)步驟，禁錮學(xué)生創(chuàng)新思維的現(xiàn)象。

（5）開放實(shí)驗(yàn)室，開展課外實(shí)踐性教學(xué)活動(dòng)。將實(shí)驗(yàn)室作為學(xué)生的課外科技創(chuàng)新活動(dòng)基地，教師引導(dǎo)學(xué)生自由組建項(xiàng)目小組，由學(xué)生自行尋找課題或根據(jù)競(jìng)賽主題確定題目，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)論證，通過小組分析、研究和討論確定項(xiàng)目內(nèi)容，最終根據(jù)設(shè)計(jì)思想和創(chuàng)意理念，在教師指導(dǎo)下形成設(shè)計(jì)作品，作品可參加校級(jí)或市級(jí)機(jī)械創(chuàng)新大賽，在實(shí)踐過程中促進(jìn)學(xué)生間交流，拓寬知識(shí)面，開闊眼界。同時(shí)，可以將學(xué)生暴露出的問題進(jìn)行總結(jié)并引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課外科技創(chuàng)新活動(dòng)形成良性循環(huán)。

2 改革課程設(shè)計(jì)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力

課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)實(shí)踐性和實(shí)用性強(qiáng)，結(jié)合機(jī)械類專業(yè)特色，培養(yǎng)學(xué)生“學(xué)以致用”成為應(yīng)用型創(chuàng)新人才，為后續(xù)面向卓越工程師培養(yǎng)的課程教學(xué)體制改革進(jìn)行有益的初步探索。

（1）改革課程設(shè)計(jì)內(nèi)容，引入“能力導(dǎo)向”原則。能力導(dǎo)向原則是以能力為中心設(shè)計(jì)課程體系，以能力為目標(biāo)改進(jìn)教學(xué)方法，以能力為標(biāo)準(zhǔn)考評(píng)教學(xué)效果。④⑤面向機(jī)械類學(xué)生，我們以學(xué)生為中心，以能力導(dǎo)向?yàn)樵瓌t，構(gòu)建了完善的課程設(shè)計(jì)教學(xué)體系，目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生基本設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新性設(shè)計(jì)能力，專業(yè)設(shè)計(jì)能力和相關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)能力。根據(jù)學(xué)校自身特色和社會(huì)需要擬定課程設(shè)計(jì)題目，打破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)兩級(jí)齒輪減速器局限，在部分有能力的同學(xué)中開設(shè)創(chuàng)新性設(shè)計(jì)內(nèi)容，選定以工程實(shí)際為背景的設(shè)計(jì)題目，把構(gòu)思、方案設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)與CAD相結(jié)合，并進(jìn)行系統(tǒng)訓(xùn)練，形成一個(gè)面向工程實(shí)踐的教學(xué)體系。

（2）把學(xué)生的課外創(chuàng)新設(shè)計(jì)作品，納入到課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)。在部分有能力的同學(xué)中開展課外創(chuàng)新性設(shè)計(jì)活動(dòng)，設(shè)計(jì)過程嘗試采用項(xiàng)目式實(shí)踐模式，教師提出項(xiàng)目的目標(biāo)，不規(guī)定題目，不指定方法，不提供參考資料;由學(xué)生自行探索，允許幾個(gè)人組成小組，共同完成項(xiàng)目，成果可以作為課程設(shè)計(jì)的教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行考核。這種教學(xué)模式既培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作的能力，又培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，極大地挖掘了學(xué)生的潛力。

（3）將CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）運(yùn)用到課程設(shè)計(jì)中，提高繪圖效率。把現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段引入到課程設(shè)計(jì)中，如利用機(jī)械專業(yè)常用設(shè)計(jì)軟件AutoCAD、PRO/E、UG、SolidWorks等，鼓勵(lì)學(xué)生使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件構(gòu)建三維模型，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和裝配仿真等，最后可將零件的三維實(shí)體模型轉(zhuǎn)換為二維工程圖，并進(jìn)一步完成尺寸和公差的標(biāo)注，這樣，既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，又將學(xué)生從繁雜的繪圖中解放出來，提高繪圖效率，同時(shí)，學(xué)生對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過程及結(jié)果具有更加直觀和形象的了解，使學(xué)生將注意力集中在設(shè)計(jì)方法上，有更多時(shí)間去思考產(chǎn)品的整體設(shè)計(jì)、細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)及創(chuàng)新設(shè)計(jì)，真正體驗(yàn)到機(jī)械設(shè)計(jì)的樂趣。

3 開辟第二課堂，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

利用實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)這兩個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)組織學(xué)生進(jìn)行課外科技創(chuàng)新活動(dòng)，通過課外實(shí)踐性教學(xué)活動(dòng)，鍛煉學(xué)生從方案確定、到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、再到工藝實(shí)現(xiàn)等工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、綜合設(shè)計(jì)能力、動(dòng)手能力、工程實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，挖掘?qū)W生自身潛力，施展學(xué)生創(chuàng)造才能。一方面，實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)等可以為課外實(shí)踐性教學(xué)活動(dòng)打下良好的實(shí)踐基礎(chǔ);另一方面，課外實(shí)踐性教學(xué)活動(dòng)又使實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)得到了延伸。例如我校機(jī)械專業(yè)的同學(xué)，6人自由組成一設(shè)計(jì)小組，進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)，學(xué)生們從設(shè)計(jì)方案的確定、參數(shù)的選擇，零件的設(shè)計(jì)、校核及繪圖再到零件的加工等都是在教師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成，其中一組同學(xué)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品“思維空間”平面機(jī)構(gòu)創(chuàng)意組合演示教具，參加全國第六屆機(jī)械創(chuàng)新大賽和天津市第五屆機(jī)械創(chuàng)新大賽，分別獲二等獎(jiǎng)和一等獎(jiǎng)榮譽(yù)。通過我校的教學(xué)實(shí)踐改革證明，學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、溝通能力、理論聯(lián)系實(shí)際和創(chuàng)新思維意識(shí)有了很大的提高。

4 結(jié)語

本文立足機(jī)械類本科生所學(xué)主干課程的課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)，通過具體實(shí)踐教學(xué)和學(xué)生第二課堂，就教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段等方面進(jìn)行全面改革，提出了以學(xué)生為中心，教師為主導(dǎo)，注重動(dòng)手能力的培養(yǎng)，發(fā)揮學(xué)生的想象力，使學(xué)生在獲取知識(shí)（自學(xué)）、共享知識(shí)（團(tuán)隊(duì)工作）、應(yīng)用知識(shí)（解決問題）、總結(jié)知識(shí)（創(chuàng)新）和傳播知識(shí)（溝通）過程中得到能力提升的改革思路，教學(xué)改革已初見成效。實(shí)踐證明，這種改革更能充分地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新的積極性，提高學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力、協(xié)作能力及創(chuàng)新能力，教學(xué)效果顯著，為把學(xué)生培養(yǎng)成應(yīng)用型本科人才打下了良好的基礎(chǔ)。

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