◆王榮先 張旦聞 王定保

0 引言

在2018年6月召開的“新時代全國高等學校本科教育工作會議”上，教育部提出“兩性一度”的金課標準[1]。“兩性一度”即高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度：高階性要求重視知識能力素質(zhì)的有機融合，培養(yǎng)學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維；創(chuàng)新性要求課程內(nèi)容反映前沿性和時代性，教學形式呈現(xiàn)先進性和互動性，學習結果具有探究性和個性化；挑戰(zhàn)度要求課程有一定難度，需要跳一跳才能夠得著。

機械設計課程是機械類、近機類專業(yè)的主干課程，介紹機械通用零部件的結構原理及設計方法，培養(yǎng)學生綜合運用所學知識研究開發(fā)新的零部件及設計機械裝置[2]。教學內(nèi)容涉及機械制圖、工程材料、理論力學、材料力學等基礎課程，具有理論性強、創(chuàng)新要求高、教學難度大等特點。教學模式以課堂講授（56 ～64 學時）為主，實驗課（8 ～10學時）和課程設計（2周）為輔。隨著計算機仿真技術的發(fā)展，以CAD、SolidWorks、MATLAB等為代表的功能強大的現(xiàn)代設計分析軟件已被廣泛應用于機械工程領域。機械設計的理論和研究方法發(fā)展迅速，機械設計課程研究對象、教學內(nèi)容也隨之發(fā)生變化[3]：研究對象從傳統(tǒng)機械轉(zhuǎn)向現(xiàn)代機械；研究方法由靜態(tài)理論分析到動態(tài)仿真分析，由經(jīng)驗設計到計算機優(yōu)化設計。這些變化豐富了機械設計課程的教學內(nèi)容，也增加了教學難度。為適應這種變化，進行“兩性一度”的機械設計課程教學改革顯得十分必要。

本研究基于“兩性一度”金課標準對機械設計理論課和實踐課進行教學改革，通過重構機械設計課程體系，將現(xiàn)代科技教學和課程思政內(nèi)容引入教學環(huán)節(jié)，開發(fā)創(chuàng)新性實驗，豐富理論教學和實踐教學內(nèi)容；立德樹人，提升教學目標的高階性；建設在線課程，進行線上和線下、過程性評價與終結性評價相結合的混合式教學模式改革，促進機械設計課程達到“兩性一度”的金課標準。

1 機械設計教學模式現(xiàn)狀

機械設計為機械類專業(yè)的專業(yè)基礎課，當前教學過程中普遍存在下面一些問題。

1）教學內(nèi)容固化，以傳統(tǒng)的通用機械零部件為研究對象，如螺栓、齒輪、軸承等標準件，課程體系以理論知識為主，不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。教學內(nèi)容與工程實際結合不緊密，沒有體現(xiàn)當代先進的機械設計成果，與高速發(fā)展的現(xiàn)代科學技術銜接不緊密，不利于體現(xiàn)課程目標的高階性。

2）教學模式固化。教師課堂教學形式單一，講解基本概念，進行公式推導，使學生處于被動接受的狀態(tài)，參與教學活動的機會少，缺乏工程實踐經(jīng)驗，分析理解能力有限，不利于培養(yǎng)學生的發(fā)散性思維和創(chuàng)造性思維[4]。

3）實驗內(nèi)容少。實驗裝置落后，學生操作對象多為模型；實驗項目少、步驟固化且均為驗證性實驗，缺乏創(chuàng)新實驗項目。學生按套路進行實驗，實驗結果雷同，缺乏挑戰(zhàn)度，不利于培養(yǎng)解決復雜問題的綜合能力。

2 機械設計課程教學改革內(nèi)容

基于“兩性一度”的機械設計教學改革內(nèi)容及步驟如圖1所示，教學環(huán)節(jié)包括：將現(xiàn)代科技成果引入課堂，導入課程思政元素，重構課程體系，課程內(nèi)容反映前沿性和時代性；建設機械設計在線課程，豐富教學資源，開發(fā)創(chuàng)新性實驗項目，重視知識能力素質(zhì)的有機融合；創(chuàng)新教學模式，進行線上、線下混合式教學和開展虛擬仿真實驗，教學形式多樣化，培養(yǎng)學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維；改革考核評價方式，提升課程教學要求的挑戰(zhàn)度。

圖1 教學改革內(nèi)容及步驟

2.1 重構課程體系

按照“兩性一度”的標準，提升教學目標，增加教學內(nèi)容，將機械設計在線課程線上資源和線下教學內(nèi)容相結合，重構課程體系。

2.1.1 根據(jù)學科優(yōu)勢導入課程思政元素，強化育人意識，提升育人能力，使機械設計課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應 在教學過程中，讓學生了解我國機械設計發(fā)展史，學習奮戰(zhàn)在科研一線的科技工作者的愛國奉獻精神；讓學生了解我國機械工業(yè)與世界先進國家的差距，堅信通過科技創(chuàng)新實現(xiàn)中華民族的偉大復興；培養(yǎng)學生具有良好的職業(yè)道德，弘揚大國工匠精神，激發(fā)科技報國的家國情懷和使命擔當。

2.1.2 將現(xiàn)代科技發(fā)展的新技術融入日常教學中 介紹我國月球車、高鐵等先進的機械裝備，加強有關零件設計的新方法、新技術學習，強調(diào)創(chuàng)新設計。由于課時有限，將拓展的教學內(nèi)容放在線上教學平臺，供學生自學。

2.1.3 增加實驗內(nèi)容，豐富實驗形式 基于機械設計課程理論教學的基本內(nèi)容，通過開發(fā)新的實驗裝置，增加實驗內(nèi)容，擴大對理論知識點的覆蓋面。實驗項目由過去的四個增加到五大類18 項，涉及機械設計常見的通用零件，如螺栓連接、鍵連接、帶傳動、齒輪傳動等。實驗類別由過去單一的驗證型實驗擴展為創(chuàng)新型、測量分析型與驗證型實驗相結合的混合式實驗，增強學生的實踐能力。基于機械工程學科虛擬仿真實驗教學共享平臺，進行多種形式實驗教學，提升實驗教學的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。

2.1.4 課程設計與創(chuàng)新項目相結合 課程設計環(huán)節(jié)是在理論課、實驗課的基礎上開展的實踐教學活動。根據(jù)學生學習情況，將課程設計題目由過去的統(tǒng)一進行帶式輸送機減速器的設計改為自主選題，鼓勵學生以創(chuàng)新設計為目的，結合挑戰(zhàn)杯、“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等創(chuàng)新活動自主命題，解決課程設計題目單一、內(nèi)容雷同的問題。學生通過使用SolidWorks、UG、MATLAB和ANSYS等設計分析軟件，進行機械設計課程設計，參加機械設計創(chuàng)新大賽，提高創(chuàng)新實踐能力，普遍感到新穎，有挑戰(zhàn)度。

2.2 創(chuàng)新教學模式

采用先進的現(xiàn)代教學手段，在智慧教室開展以學生為中心的線上、線下混合式教學實踐。重視學生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，開展以創(chuàng)新實驗為主、驗證實驗為輔的實驗教學實踐。

搭建機械設計在線課程，基于超星學習通、手機學習通APP平臺建設機械設計課程線上教學資源，線上教學資源豐富，形式豐富，使用方便，內(nèi)容包括授課視頻、電子教案、課件、動畫、習題、試題庫、實驗視頻、課程設計展示、學生創(chuàng)新作品展示、考研教學資料、科技論文等。超星學習通平臺功能強大，具有提交批改作業(yè)、討論、通知、測試、答疑功能，為學生線上、線下學習提供便利。學生按照教學計劃，自由安排時間觀看授課視頻，參與網(wǎng)上互動，完成章節(jié)測試和作業(yè)。

課堂教學在學校智慧教室進行，教師每周排四小時見面課，根據(jù)學生學習情況，圍繞知識點進行學習任務與活動設計，采用案例式、探究式等多種教學方式進行線上、線下混合式教學實踐，促進師生之間、學生之間的交流，激發(fā)學生學習興趣。

改革前的機械課程設計通常安排在理論課結束以后進行，學生在兩周的時間內(nèi)完成帶式輸送機減速器的設計，繪制裝配圖和零件圖，撰寫設計說明書。改革后的機械設計課程設計和理論課同步進行，學生提前準備題目，有較充分的時間進行設計前的準備，有助于創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

對學生成績的考核評價方式由過去單一的終結性評價變?yōu)槎嘣己司C合評價，其中線上學習成績占10%，實驗、線下平時成績占20%，期末測試成績占70%。過程性評價基于大數(shù)據(jù)，記錄學生的學習過程，掌握學生的學習情況，促進學生自主學習，促進教學質(zhì)量的持續(xù)發(fā)展。

2.3 重視實踐教學

針對課程中的重點、難點，結合學校辦學定位和人才培養(yǎng)目標，學校教學團隊將先進技術引入實踐教學環(huán)節(jié)，創(chuàng)新實驗裝置，增加實驗教學內(nèi)容，創(chuàng)新實驗教學方法，重視對學生工程實踐能力的培養(yǎng)。基于機器視覺技術研發(fā)多種機械設計實驗裝備，包括齒輪傳動綜合實驗系統(tǒng)[5]、螺栓連接實驗系統(tǒng)、鍵連接實驗系統(tǒng)、帶傳動實驗系統(tǒng)等。實驗類別由原來的驗證性實驗擴展為以測試分析為主、驗證性實驗與創(chuàng)新型實驗相結合的多類型實驗。改革后的機械設計實驗內(nèi)容如表1所示。

表1 機械設計實驗項目及類別

教學實踐表明：上述實驗教學項目增加了實踐教學對理論知識點的覆蓋，解決了實驗技術落后、實驗方法單一、實驗內(nèi)容簡單、缺乏創(chuàng)新實驗等問題，提高了實驗教學目標的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，教學效果良好，有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新應用能力。其中創(chuàng)新性實驗裝置不僅可以用于實驗教學，指導學生進行機械設計課程設計，還可用于實際工程檢測。

在課程學習期間，教學團隊教師指導學生參加挑戰(zhàn)杯、“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、機械設計創(chuàng)新大賽等多種學科創(chuàng)新競賽，獲得多項獎勵。這種項目式學習有助于培養(yǎng)學生的科研能力和創(chuàng)新能力，為其未來從事機械設計工作、解決實際工程技術問題奠定基礎。

3 結束語

本研究基于“兩性一度”金課標準，通過重構機械設計課程體系，導入課程思政元素，在超星學習通教學平臺建設在線課程，改革教學模式，在智慧教室進行線上、線下混合式教學實踐，基于機器視覺技術開發(fā)創(chuàng)新性實驗項目，指導學生參加機械創(chuàng)新大賽等多項教學改革，使機械設計課程教學具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。改革后的機械設計教學內(nèi)容豐富，教學形式多樣，激發(fā)了學生學習的積極性，在培養(yǎng)學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維方面發(fā)揮了積極作用。