喬東平，肖艷秋，李浩，羅國富

（鄭州輕工業(yè)學院機電工程學院，河南鄭州　450002）

為應(yīng)對國內(nèi)制造業(yè)面臨的困難，國家針對制造業(yè)的振興和轉(zhuǎn)型升級發(fā)布了實施制造強國戰(zhàn)略的第一個十年行動綱領(lǐng)“中國制造2025”，提出中國要從制造大國向制造強國轉(zhuǎn)變，要以高端制造、現(xiàn)代制造服務(wù)業(yè)和“互聯(lián)網(wǎng)+”等新興產(chǎn)業(yè)為發(fā)展方向。制造業(yè)的振興和轉(zhuǎn)型離不開科學基礎(chǔ)扎實、工程能力強的工程人才支持，這就要求我國工程技術(shù)教育進行一場深刻的變革，適應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”和智能制造環(huán)境下制造業(yè)發(fā)展對人才的需要。為推動我國高等工程教育加速改革，教育部提出高校要加快建設(shè)和發(fā)展“新工科”，并陸續(xù)形成了“復旦共識”、“天大行動”、“北京指南”，為“新工科”的建設(shè)指明了方向。在此形勢下，如何培養(yǎng)適應(yīng)新工業(yè)需要的復合型和綜合性人才是機械類專業(yè)教學過程中亟待解決的問題。

本文以“現(xiàn)代設(shè)計理論與方法”課程教學為例，基于對“新工科”建設(shè)背景、相關(guān)共識和指南的理解，結(jié)合教學和人才培養(yǎng)實踐，對新形勢下機械類相關(guān)專業(yè)課程教學的改革和創(chuàng)新進行探討。

1　新工科形勢下機械專業(yè)教學面臨的挑戰(zhàn)

李培根院士在《新工科何以而新》中指出新工科的目的是培養(yǎng)能夠適應(yīng)、甚至引領(lǐng)未來工程需求的人才，這就需要工程教育的新結(jié)構(gòu)，對專業(yè)和課程的邊界再設(shè)計、進行課程重構(gòu)等，以使學生具備“新素養(yǎng)”[1]。機械類專業(yè)作為工學中的一個專業(yè)大類，是“最強工科”之一，急需要進行改革和創(chuàng)新已培養(yǎng)具備“新素養(yǎng)”的工程人才。在制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級為智能制造和“新工科”建設(shè)的雙重壓力下，當前的機械類專業(yè)教學面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

2　現(xiàn)代設(shè)計理論與方法介紹

《現(xiàn)代設(shè)計理論與方法》是機械類專業(yè)高年級和研究生的一門重要的專業(yè)課程，內(nèi)容涉及到多門基礎(chǔ)課程知識的綜合應(yīng)用，具有較強的知識綜合性和學科交叉性。課程系統(tǒng)地教授現(xiàn)代機械設(shè)計的理論和方法，重點講解設(shè)計領(lǐng)域中普遍運用的科學技術(shù)方法及其設(shè)計規(guī)律，并對幾種常用現(xiàn)代設(shè)計方法和工具進行介紹。通過課程的學習使學生掌握現(xiàn)代機械設(shè)計理論中的基本概念，基本原理和基本計算方法，了解本學科的最新發(fā)展和動態(tài)，拓寬學生視野，培養(yǎng)學生應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計方法的意識，提高學生分析和解決工程設(shè)計中的技術(shù)問題的能力，增強學生創(chuàng)新設(shè)計意識，不僅使學生對現(xiàn)代化設(shè)計方法總的情況有一個全面的了解，而且對常用的主要設(shè)計方法能比較熟悉，并能自覺運用；通過學習相關(guān)的理論和方法，學生能把具體的機械設(shè)計問題轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的物理模型及對應(yīng)的數(shù)學模型，在具備對機械系統(tǒng)進行動態(tài)分析能力的基礎(chǔ)上，掌握用現(xiàn)代計算方法和手段求解機械系統(tǒng)動態(tài)性能設(shè)計的能力。

從對課程介紹可以看出，《現(xiàn)代設(shè)計理論與方法》對“新工科”建設(shè)形勢下學生創(chuàng)新設(shè)計能力的培養(yǎng)具有不可替代得作用，但是受傳統(tǒng)教學模式和教學資源得限制，其教學通常重理論講解、輕實踐操作，并且講授知識更新滯后。因此學生通常只是掌握了一些現(xiàn)代設(shè)計的理論，而將所學知識應(yīng)用于實踐的能力較差，因此迫切需要結(jié)合“新工科”建設(shè)和國家智能制造戰(zhàn)略對課程教學進行改革和創(chuàng)新。

3　新工科形勢下現(xiàn)代設(shè)計理論創(chuàng)新內(nèi)容

3.1　內(nèi)容改革和創(chuàng)新探討

《現(xiàn)代設(shè)計理論與方法》包含的內(nèi)容較多，相關(guān)設(shè)計方法和理論種類繁多，如何在有限的課時內(nèi)培養(yǎng)學生的創(chuàng)新設(shè)計能力，使之具備“新工科”形勢下所需要的“新素養(yǎng)”是教學過程中首先要解決的問題。《中國制造2025》提出將進一步推動制造業(yè)創(chuàng)新設(shè)計能力提升，全面推廣應(yīng)用以綠色、智能、協(xié)同為特征的先進設(shè)計技術(shù)，加強設(shè)計領(lǐng)域共性關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，攻克信息化設(shè)計、過程集成設(shè)計、復雜過程和系統(tǒng)設(shè)計等共性技術(shù)，開發(fā)一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵設(shè)計工具軟件，建設(shè)完善創(chuàng)新設(shè)計生態(tài)系統(tǒng)。為適應(yīng)這些需求，課程內(nèi)容在介紹傳統(tǒng)設(shè)計方法和理論的基礎(chǔ)上，剔除過時、陳舊的內(nèi)容，補充與技術(shù)發(fā)展趨勢一致的新內(nèi)容是必要。結(jié)合當前技術(shù)的發(fā)展，可以在以下幾個方面進行改革和創(chuàng)新。

首先精煉傳統(tǒng)內(nèi)容，對一些落后的技術(shù)和方法進行刪減，增加綠色設(shè)計、智能設(shè)計和協(xié)同設(shè)計相關(guān)內(nèi)容，特別是先進的信息技術(shù)在設(shè)計領(lǐng)域中應(yīng)用方面的內(nèi)容，如以三維CAD、CAE等為工具的產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計和開發(fā)相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)品概念設(shè)計中的數(shù)字化樣機應(yīng)用技術(shù)、多學科優(yōu)化設(shè)計技術(shù)等，培養(yǎng)學生創(chuàng)新設(shè)計能力；其次為了培養(yǎng)學生在創(chuàng)新設(shè)計方面知識的體系性，增加現(xiàn)代機械設(shè)計的基本原理與方法相關(guān)的內(nèi)容，有重點的講授系統(tǒng)化設(shè)計方法、模塊化設(shè)計、TRIZ理論、公理化設(shè)計理論、質(zhì)量功能矩陣、三次設(shè)計方法等內(nèi)容，使學生了解創(chuàng)新設(shè)計的方法和理論，掌握在理論指導下的現(xiàn)代機械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計過程，如產(chǎn)品規(guī)劃、方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計、系列產(chǎn)品和組合產(chǎn)品開發(fā)等；在“互聯(lián)網(wǎng)+”模式下，我國制造業(yè)服務(wù)化得到了一定的發(fā)展，服務(wù)型制造成為制造業(yè)中最具潛力的發(fā)展方向，產(chǎn)品設(shè)計階段就要考慮產(chǎn)品的服務(wù)功能，這就需要從全生命周期的角度來考慮產(chǎn)品設(shè)計，因此要增加制造服務(wù)方面的內(nèi)容，使學生在能夠了解服務(wù)型制造的本質(zhì)，適應(yīng)產(chǎn)品設(shè)計、制造和服務(wù)融合發(fā)展的新模式；最后，伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，機械產(chǎn)品中日益增加現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)展成為“機械、電子、信息和網(wǎng)絡(luò)”一體化的技術(shù)和產(chǎn)品，因此教學內(nèi)容中應(yīng)增加多學科的關(guān)聯(lián)性綜合應(yīng)用相關(guān)的內(nèi)容，引導學生借助模塊化設(shè)計思想建立在產(chǎn)品設(shè)計過程中能夠應(yīng)用相關(guān)領(lǐng)域知識的關(guān)聯(lián)性解決產(chǎn)品設(shè)計中的問題。

總體而言，課程內(nèi)容應(yīng)該朝著重點突出、覆蓋面廣、堅持創(chuàng)新、結(jié)合技術(shù)發(fā)展趨勢的方向進行改革，確保學生對現(xiàn)代設(shè)計知識掌握的深度和廣度。

3.2　創(chuàng)新探討

（1）案例教學與理論教學相結(jié)合，根據(jù)教學內(nèi)容，有目的性的尋找相關(guān)案例，針對理論性比較強的知識點結(jié)合案例借助于先進的多媒體技術(shù)將抽象的概念轉(zhuǎn)化為形象具體，使得相關(guān)知識變得直觀生動。在講授系統(tǒng)化設(shè)計方法時，以簡單的產(chǎn)品為實例，如常用的激光打印機，借助動畫、圖片、視頻等手段，詳細說明打印機設(shè)計過程的劃分、設(shè)計階段的實現(xiàn)、設(shè)計方法的應(yīng)用，并對打印機設(shè)計過程中各要素間的聯(lián)系與層次性進行分析，獲得最終的解決方案，通過將不同的設(shè)計要素的結(jié)合實現(xiàn)最終要求，使學生能夠通過實例了解到基于該設(shè)計方法的產(chǎn)品設(shè)計過程，真正理解該設(shè)計方法，并體會到現(xiàn)代設(shè)計方法的重要性，并與傳統(tǒng)方法進行比較，領(lǐng)會現(xiàn)代設(shè)計方法的先進性[2]。

（2）教師課堂講授和學生自講相結(jié)合。對于一些當前的一些熱點內(nèi)容，各方面的討論較多，如智能制造、綠色制造相關(guān)的內(nèi)容，可以設(shè)定準備的內(nèi)容范圍，讓學生利用互聯(lián)網(wǎng)和圖書館等資源自己先查找資料，自作多媒體，讓學生先講，然后老師對學生的觀點、事例進行分析，將學習的主動權(quán)交于學生，使學生可以從自己感興趣的角度理解相關(guān)知識，并通過課堂討論進行知識點的綜合，提高學生學習的主動性，提升學生的理論興趣，拓展學生的理論深度和廣度。

（3）伴隨著互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)的普及催生了“翻轉(zhuǎn)課堂式”教學模式。這對于教學內(nèi)容多，部分內(nèi)容抽象度較高的《現(xiàn)代設(shè)計理論與方法》課程是十分適宜的。對于一些更新較快的知識，如CAD、CAE等信息技術(shù)在現(xiàn)代設(shè)計中的應(yīng)用，一方面這些系統(tǒng)版本眾多且更新較快，不同的系統(tǒng)有不同的特點，在有限的教學時間內(nèi)很難進行全面細致的講解，另一方面互聯(lián)網(wǎng)上關(guān)于這些系統(tǒng)的視頻和電子材料較多，不同學生的掌握程度會有差異。為了讓學生更好的理解先進信息技術(shù)在現(xiàn)代設(shè)計中的應(yīng)用，教師可以只講解核心的理論和觀點，而對于其它相關(guān)的信息，學生則可以通過看視頻、閱讀相關(guān)材料、參與專業(yè)論壇討論等方式進行學習，由學生自主規(guī)劃學習內(nèi)容和節(jié)奏，教師可以針對大家的疑問和困難展開專題討論和有針對性的小范圍討論，讓學習更加靈活、主動，讓學生的參與度更強，從而獲得對相關(guān)知識的更深層次理解。

（4）在信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下，通過建立網(wǎng)絡(luò)教學平臺開展線上教學活動，實現(xiàn)線上與線下教學相結(jié)合。通過網(wǎng)絡(luò)教學平臺，教師可以根據(jù)教學內(nèi)容的要求設(shè)定不同的專題內(nèi)容，并且通過共享獲取更多地教學資源，進行知識的擴展，學生可以根據(jù)自己的興趣選擇學習的內(nèi)容實現(xiàn)線上自學。在教學平臺上可以設(shè)定簽到方式、瀏覽方式，設(shè)定相關(guān)的思考題，建立討論區(qū)，針對學生的疑問進行討論和有針對性地解答，對一些有代表性的問題和觀點進行收集，在課堂上進行專題講授，實現(xiàn)線上與線下的互動，提高學生的學習興趣[3]。

3.3　與實踐環(huán)節(jié)的結(jié)合

為了培養(yǎng)學生的實踐能力，機械工程專業(yè)在四年的本科教學中安排了眾多的實踐環(huán)節(jié)，如金工實習、各種課程設(shè)計、工廠實習和畢業(yè)設(shè)計等[4]。在新工科形勢下，機械類專業(yè)學生應(yīng)該具有產(chǎn)品設(shè)計、制造和服務(wù)相關(guān)知識應(yīng)用的綜合能力，因此《現(xiàn)代設(shè)計理論與方法》的教學要充分利用這些實踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)學生對設(shè)計理論、方法和技術(shù)的理解。一方面通過這些環(huán)節(jié)中的實例讓學生理解課程中所涉及到的理論和方法，結(jié)合這些實例進行傳統(tǒng)設(shè)計方法和現(xiàn)代設(shè)計方法的對比，使學生能夠理解如何將所學的理論和方法應(yīng)用到實踐中來；另一方面這些實踐課程要根據(jù)新工科的要求，對相關(guān)的教學內(nèi)容進行更新，在教學環(huán)節(jié)中有意識的引導學生采用先進的設(shè)計理論、設(shè)計工具對這些實例產(chǎn)品進行再設(shè)計，給出改進意見，有意識地培養(yǎng)學生在產(chǎn)品設(shè)計方面的創(chuàng)新能力和關(guān)聯(lián)能力；最后在一些實踐環(huán)節(jié)中，要鼓勵學生采用新的方法和技術(shù)完成相關(guān)任務(wù)，這樣可以激發(fā)學生應(yīng)用新方法和新技術(shù)的興趣，加深對相關(guān)知識的理解，提升應(yīng)用能力和水平[3]。

3.4　確?，F(xiàn)代設(shè)計理論改革和創(chuàng)新成功的因素

（1）加強校企合作，有針對性地開展校企聯(lián)合教學，一方面積極根據(jù)課程內(nèi)容開展科技對接活動，讓有精力的學生參與企業(yè)的科研和設(shè)計活動；另一方面推進企業(yè)研發(fā)人員走進課堂，針對當前正在從事的工作為學生進行相關(guān)知識的講解，并鼓勵任課教師進入企業(yè)，形成良好的校企良性互動機制，培養(yǎng)“雙師型”教學隊伍，在提升教師工程技術(shù)和應(yīng)用創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)上，提高學生適應(yīng)“新工科”和“智能制造”的能力。

（2）改革考核模式，逐步弱化期末考試的作用,通過平時大作業(yè)、實驗、課堂互動效果等多個方面對學生進行全方位的考核，合理評價學生對專業(yè)知識的掌握程度和應(yīng)用水平[5]。將閉卷考試改為開卷考試，重點考查學生對知識的理解和應(yīng)用能力而不是簡單的知識點記憶能力；加大平常大作業(yè)設(shè)計在期末綜合評價中的比重，通過大作業(yè)設(shè)計全面考查學生對知識的應(yīng)用能力；鼓勵學生利用《現(xiàn)代設(shè)計理論與方法》課程中所學的知識和理論進行科技創(chuàng)新活動，對合理的創(chuàng)新給與考核加分。

（3）逐步建立多學科融合交叉的教學模式，提升學生創(chuàng)新能力。伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，機械產(chǎn)品中日益增加現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用，多學科融合在機械產(chǎn)品設(shè)計中的作用越來越重要，而單一專業(yè)的任課教師很難做到面面俱到，單一的學科知識已經(jīng)不能滿足“新工科”形勢下對人才培養(yǎng)的要求。因此需要盡快轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的培養(yǎng)模式，積極探索機械工程專業(yè)學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的新途徑，突出研究生培養(yǎng)中的“交叉性”特點，鼓勵和引導研究生參與到多學科交叉指導中，結(jié)合課題研究需要，通過團隊協(xié)作，合理利用導師資源，提高其綜合素質(zhì)，進而提升其創(chuàng)新能力。

4　結(jié)語

課程改革是一件長期的工作，需要結(jié)合當前的環(huán)境和形勢進行。現(xiàn)代設(shè)計理論與方法是機械工程學科重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，對機械工程領(lǐng)域人才培養(yǎng)具有重要意義。因此課程要結(jié)合“新工科”和智能制造的要求，緊跟相關(guān)理論和技術(shù)發(fā)展的前沿，對教學內(nèi)容進行更新和完善，對教學方法和模式進行豐富，不斷地進行教學改革和創(chuàng)新，促進學生培養(yǎng)素質(zhì)，提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量，滿足行業(yè)和社會對人才的需要。

[1]李培根.工科何以而新[J].高等工程教育研究，2017（41）：1-4.

[2]吳國興,范君艷,樊江玲.智能制造背景下應(yīng)用型本科機械類專業(yè)人才培養(yǎng)[J].教育與職業(yè)，2017（16）：89-93.

[3]陳就，汪建曉.《現(xiàn)代設(shè)計方法》理論與實踐環(huán)節(jié)教學探討[J].高教論壇，2009（5）：100-101.