馬晨波 涂橋安 張玉言 尤晶晶 李娟

摘? 要：為克服目前機械設(shè)計類課程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的實訓(xùn)時間短、與工程實踐聯(lián)系不緊密、缺乏創(chuàng)新能力培養(yǎng)等問題，通過樹立創(chuàng)新型和應(yīng)用型二類型人才分類指導(dǎo)理念，貫通機械原理課程設(shè)計、機械設(shè)計課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計三個實踐環(huán)節(jié)，結(jié)合企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)、教師科研課題、大學(xué)生科研創(chuàng)新訓(xùn)練計劃和機械創(chuàng)新設(shè)計大賽四種途徑，構(gòu)建新的機械設(shè)計類課程實踐教學(xué)體系，并取得一定的成效，這為培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實、知識面寬、能力強、素質(zhì)高的創(chuàng)新型和應(yīng)用型機械類人才提供一種新的思路。

關(guān)鍵詞：實踐教學(xué)體系;課程設(shè)計;畢業(yè)設(shè)計;人才培養(yǎng)

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）03-0107-04

Abstract： To overcome the existing problems in practice teaching link for Mechanical Design courses such as short training time， loose contact with engineering practice and lack of cultivation of innovation ability， a new practice teaching system is proposed. Specifically， we establish the sense of classified guidance to cultivate two type talents， namely， innovative and applied talents. The three practice links， i.e.， the course design of mechanical principle， the course design of mechanical design and the graduate design are linked up. Moreover， the four ways that combined with enterprise product development， combined with teachers' scientific topic， combined with college students' scientific research innovation training program and combined with national student competition of innovative mechanical design are put forward in the practice system. The good achievement obtained by adopting the practice teaching system shows that it is a new approach for the cultivation of innovative and applied mechanical talents with solid foundation， wide knowledge， strong ability and high quality.

Keywords： practice teaching system; course design; graduate design; personal training

培養(yǎng)大學(xué)生工程實踐創(chuàng)新能力強化實踐育人環(huán)節(jié)已成為目前高等教育教學(xué)改革的重要內(nèi)容之一[1-2]。對于工科院校的機械類專業(yè)，除金工實習(xí)外，參與的機械設(shè)計類課程教學(xué)實踐包括機械原理課程設(shè)計、機械設(shè)計課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計三個環(huán)節(jié)。多年來機械原理課程設(shè)計以連桿機構(gòu)設(shè)計為主，機械設(shè)計課程設(shè)計主要做減速器設(shè)計，畢業(yè)設(shè)計的選題以虛擬仿真設(shè)計類題目居多。這些傳統(tǒng)的實踐教學(xué)模式真正與生產(chǎn)實際結(jié)合的課題很少，而且內(nèi)容和形式陳舊，更談不上創(chuàng)新設(shè)計能力的培養(yǎng)，嚴重阻礙了創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才的培養(yǎng)質(zhì)量，難以滿足企業(yè)對人才的需求。

為此，很多高校在加強機械設(shè)計類課程實踐教學(xué)管理，提高實踐教學(xué)質(zhì)量方面開展了大量的探索與實踐，并取得了一定的成效。主要體現(xiàn)在如下方面：（1）拓展實踐教學(xué)的選題范圍：在原有傳統(tǒng)選題的基礎(chǔ)上，通過結(jié)合機械創(chuàng)新設(shè)計大賽[3-4]、產(chǎn)學(xué)研合作項目[5-7]、教師科研課題[8]等方面對選題進行擴展，應(yīng)用在各實踐環(huán)節(jié)。（2）優(yōu)化實踐教學(xué)的環(huán)節(jié)：如將課程設(shè)計貫穿到理論教學(xué)的全過程[9];將機械原理課程設(shè)計和機械設(shè)計課程設(shè)計相結(jié)合編排課程設(shè)計內(nèi)容[10];讓學(xué)生提前介入畢業(yè)設(shè)計、以團隊形式開展畢業(yè)設(shè)計[11-12]等。（3）加強實踐教學(xué)的管理：通過健全管理工作機構(gòu)、強化過程管理，構(gòu)建全過程質(zhì)量監(jiān)控體系、改進實踐教學(xué)評價體系等方法來實現(xiàn)[13-15]。

為進一步提升機械設(shè)計類課程實踐教學(xué)的質(zhì)量，在以往研究的基礎(chǔ)上，作者探索構(gòu)建并進而實踐“二類型、三環(huán)節(jié)、四結(jié)合”的機械設(shè)計類課程實踐教學(xué)體系，期望為培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實、知識面寬、能力強、素質(zhì)高的創(chuàng)新型和應(yīng)用型機械類人才提供一種新的思路。

一、“二類型、三環(huán)節(jié)、四結(jié)合”機械設(shè)計類課程實踐教學(xué)體系的構(gòu)建內(nèi)容

針對機械設(shè)計類課程實踐環(huán)節(jié)中存在實訓(xùn)時間短、與工程實踐聯(lián)系不緊密、缺乏創(chuàng)新能力培養(yǎng)等問題的現(xiàn)狀，探索創(chuàng)新型和應(yīng)用型二類型人才分類指導(dǎo)理念，研究銜接機械原理課程設(shè)計、機械設(shè)計課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計三個實踐環(huán)節(jié)的設(shè)計任務(wù)、指導(dǎo)模式及成績評定辦法，并圍繞三個實踐環(huán)節(jié)探討與企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)結(jié)合、與教師科研課題結(jié)合、與大學(xué)生科研創(chuàng)新訓(xùn)練計劃結(jié)合、與機械創(chuàng)新設(shè)計大賽結(jié)合等四結(jié)合的實現(xiàn)途徑，進而構(gòu)建“二類型、三環(huán)節(jié)、四結(jié)合”機械設(shè)計類課程實踐教學(xué)體系（如圖1所示），從以下三個方面具體開展：

（一）“二類型”分類指導(dǎo)實踐教學(xué)模式的探索

根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)和興趣，針對我國當前機械類本科專業(yè)人才培養(yǎng)的目標，將其分為創(chuàng)新型人才和應(yīng)用型人才兩類。在培養(yǎng)模式，尤其是實踐教學(xué)模式上，本項目將探索機械設(shè)計類課程實踐教學(xué)的分類指導(dǎo)模式。對于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，結(jié)合其強調(diào)學(xué)以致用的本質(zhì)，在指導(dǎo)時著重培養(yǎng)其將機械理論知識應(yīng)用于實際的能力，選題面向已有或者相對較成熟的機械產(chǎn)品，培養(yǎng)其在運動分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算機繪圖和動手操作等方面能力;對于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，結(jié)合其強調(diào)學(xué)而創(chuàng)新的本質(zhì)，選題面向需要新開發(fā)的機械產(chǎn)品，平時加強創(chuàng)新意識的引導(dǎo)和樹立，培養(yǎng)其在擬定總體設(shè)計方案、新機構(gòu)和新結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新、現(xiàn)代設(shè)計理論和方法運用等方面的能力。

（二）“三環(huán)節(jié)”一體化課內(nèi)實踐教學(xué)架構(gòu)的搭建

將機械原理課程設(shè)計、機械設(shè)計課程設(shè)計與畢業(yè)設(shè)計三個實踐環(huán)節(jié)構(gòu)成一個整體，完成一個機械產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)：在機械原理課程設(shè)計中完成詳細的傳動方案和機構(gòu)設(shè)計;在后續(xù)的機械設(shè)計課程設(shè)計中，完成結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度計算;在完成課程設(shè)計后和畢業(yè)設(shè)計開始前的這段時間里，學(xué)生還可對方案不斷進行完善、優(yōu)化設(shè)計，充分利用實踐環(huán)節(jié)之間的時間;最后在畢業(yè)設(shè)計中利用CAD設(shè)計軟件進行三維實體總裝圖設(shè)計、運動仿真實驗和主要零件的有限元分析等工作，并完成工程圖設(shè)計。

面向創(chuàng)新型和應(yīng)用型“二類型”的人才分類培養(yǎng)模式，制定并細化機械原理課程設(shè)計、機械設(shè)計課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計三個環(huán)節(jié)的設(shè)計任務(wù)、指導(dǎo)方式和成績評定辦法;并通過完善保障措施，建立有效的監(jiān)控機制，切實提高課內(nèi)實踐教學(xué)的質(zhì)量。

（三）“四結(jié)合”課外實踐教學(xué)模式的建設(shè)

研究“三環(huán)節(jié)”一體化課內(nèi)實踐教學(xué)如何與企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)、教師科研課題、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃以及機械創(chuàng)新設(shè)計大賽等四個課外實踐教學(xué)活動相結(jié)合，使學(xué)生接受完整的創(chuàng)新和應(yīng)用訓(xùn)練，循序漸進地培養(yǎng)其創(chuàng)新能力和應(yīng)用能力。

1. 與企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)相結(jié)合。加強與企業(yè)合作，帶領(lǐng)和指導(dǎo)學(xué)生提前進入“真槍實彈”的工程項目實踐活動，強化工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)，使人才培養(yǎng)與企業(yè)的人才需求形成良性互動。

2. 與教師科研課題相結(jié)合。鼓勵學(xué)生參加科研實踐，有意識地加強系統(tǒng)科研能力的培養(yǎng)，為其順利完成畢業(yè)論文或畢業(yè)設(shè)計打下基礎(chǔ)，且為今后走上社會提高適應(yīng)性及在新的工作崗位從事新產(chǎn)品的研制、新技術(shù)的開發(fā)奠定厚基。在實施過程中，定期舉辦“學(xué)生科研成果展”，激勵學(xué)生的創(chuàng)造精神，使學(xué)生認識到自己的價值，增強對未來事業(yè)的自信心和責(zé)任感，從而進一步激發(fā)他們的科學(xué)攻關(guān)意識和創(chuàng)造精神。

3. 與大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃相結(jié)合。大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃的突出特點是跨專業(yè)或跨專業(yè)方向小組形式的學(xué)生自主選題并自主完成項目，其選題本身和完成過程都是創(chuàng)造性的思維過程。

4. 與機械創(chuàng)新設(shè)計大賽相結(jié)合。機械創(chuàng)新設(shè)計大賽是實現(xiàn)機械產(chǎn)品研究設(shè)計與生產(chǎn)的結(jié)合，在實施過程中鼓勵學(xué)生嘗試各種創(chuàng)新途徑，如在機械傳動系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計中，進行傳動原理、傳動方案、傳動機械的基本形式、傳動性能、關(guān)鍵技術(shù)和零部件等的創(chuàng)新，培養(yǎng)其綜合設(shè)計能力和創(chuàng)新能力。

“四結(jié)合”課外實踐教學(xué)模式的建設(shè)，為“三環(huán)節(jié)”一體化課內(nèi)實踐教學(xué)架構(gòu)提供多種渠道的選題來源，為實現(xiàn)“二類型”人才的高質(zhì)量培養(yǎng)夯實基礎(chǔ)。

該機械設(shè)計類課程實踐教學(xué)體系貫穿學(xué)生入校的后兩個學(xué)年，可形成設(shè)計過程的長效性和全方位的實踐環(huán)節(jié)，使學(xué)生在這種長期培養(yǎng)、體驗和積累的實踐環(huán)節(jié)中逐步具備創(chuàng)新與應(yīng)用能力。

二、實踐教學(xué)體系的構(gòu)建方法

綜合運用實驗研究、文獻研究、個體訪談等多種研究方法，堅持理論指導(dǎo)與實踐探索相結(jié)合構(gòu)建和完善“二類型、三環(huán)節(jié)、四結(jié)合”的機械設(shè)計類課程實踐教學(xué)體系。

1. 實驗研究。實驗研究是本體系構(gòu)建的主要方法，即通過調(diào)研、實踐、理論指導(dǎo)，構(gòu)建實踐教學(xué)體系。

2. 文獻研究。查閱相關(guān)資料，參考或直接應(yīng)用有關(guān)研究成果進行綜合分析，尋求實踐的創(chuàng)新。

3. 實地調(diào)研。通過對企業(yè)調(diào)查，了解地方經(jīng)濟發(fā)展對創(chuàng)新型人才和應(yīng)用型人才需求的狀況，促進實踐教學(xué)與企業(yè)人才需求的有機結(jié)合，不斷完善實踐環(huán)節(jié)的指導(dǎo)方式。

4. 個體訪談。研究教師及學(xué)生個人的行為，制定相應(yīng)的實踐課程管理辦法。

5. 專家咨詢。充分發(fā)揮課題研究專家的學(xué)術(shù)指導(dǎo)和引領(lǐng)作用。

三、實踐案例

（一）實踐課題來源案例

以所指導(dǎo)的實踐課題為例，見表1的課題來源、課題名稱。

（二）實踐課題實施過程案例

以課題“數(shù)控破竹機設(shè)計研究”為例，說明“機械原理課程設(shè)計”“機械設(shè)計課程設(shè)計”和“畢業(yè)設(shè)計”三環(huán)節(jié)各自的設(shè)計內(nèi)容。設(shè)計好的數(shù)控破竹機如圖2所示。

將數(shù)控破竹機分解為7大部件，其設(shè)計要求如下：

（1）傳動機構(gòu)部件：根據(jù)生產(chǎn)要求，確定竹筒推板驅(qū)動鏈的線速度和推力，然后選擇電機的轉(zhuǎn)速和功率，設(shè)計出傳動機構(gòu);（2）竹筒上料機構(gòu)部件：當推板部件退回至機架尾部時，由竹筒上料機構(gòu)將竹筒輸送至竹筒支撐機構(gòu)中;（3）竹筒V形支撐機構(gòu)部件：破竹前，竹筒由V形支撐機構(gòu)支承，不論竹筒直徑大小，其中心始終位于通過破竹刀的中心垂線上;破竹時，V形支撐需要讓開推板前行通道;（4）竹筒對心機構(gòu)：當推板將竹筒推向破竹刀前，竹筒套上對心機構(gòu)后，竹筒與破竹刀同心，剖開的竹片等寬;（5）刀盤支承部件：在上料過程中，竹筒直徑測量裝置測出竹筒小頭直徑后，刀盤需轉(zhuǎn)動，將與竹筒直徑對應(yīng)的破竹刀轉(zhuǎn)至工作位置，然后整個刀盤軸系移動，使刀盤背面靠緊刀盤擋件;（6）竹筒推板部件：在驅(qū)動鏈的帶動下，推板部件將竹筒推向破竹刀，破竹結(jié)束后，推板部件退回機架尾部停下;（7）機架部件：設(shè)計時，保證足夠的強度和剛度。

根據(jù)所構(gòu)建實踐教學(xué)體系的內(nèi)容，設(shè)定的三個實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的題目如下。

機械原理課程設(shè)計題目：竹筒V形支撐機構(gòu)或竹筒對心機構(gòu)。

機械設(shè)計課程設(shè)計題目：傳動機構(gòu)部件或刀盤支承部件。

畢業(yè)設(shè)計題目：數(shù)控破竹機整機設(shè)計（包括竹筒上料機構(gòu)部件、竹筒推板部件、機架部件及所有附件）。

四、所構(gòu)建實踐教學(xué)體系的特色及實踐效果

（一）實踐教學(xué)體系的主要特色

1. 實現(xiàn)了課內(nèi)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計以及與課外實踐活動的結(jié)合，滲透了“以學(xué)生為中心，強化技術(shù)技能意識，培養(yǎng)新型人才”的當代實踐教學(xué)理念。

2. 將企業(yè)需求、教師的科研、大學(xué)生科研創(chuàng)新訓(xùn)練計劃、機械創(chuàng)新設(shè)計大賽和面向工程與課內(nèi)實踐教學(xué)（機械原理課程設(shè)計、機械設(shè)計課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計）有機結(jié)合，對每個班級的學(xué)生分類型培養(yǎng)，有利于培養(yǎng)企業(yè)亟需的創(chuàng)新型人才和所需的應(yīng)用型人才。

3. 突出分類指導(dǎo)，將三個環(huán)節(jié)有機結(jié)合，涵蓋機械產(chǎn)品開發(fā)的全過程，且以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線，注重強化實踐教學(xué)，綜合運用多種實踐教學(xué)組織形式，能夠有效提高實踐教學(xué)的質(zhì)量。

（二）實踐教學(xué)體系的實踐效果

所構(gòu)建的實踐教學(xué)體系在2016、2017屆機械類專業(yè)本科生進行了實踐實施，從學(xué)生對體系的客觀調(diào)查反映、參與課題情況、所獲成果情況、就業(yè)情況和就業(yè)單位的反饋結(jié)果來看，所構(gòu)建的實踐教學(xué)體系切實提高了實踐教學(xué)質(zhì)量，主要體現(xiàn)在：

1. 超過50%的機械類專業(yè)學(xué)生（約180名）根據(jù)自身定位，通過各種途徑積極開展各類科技創(chuàng)新活動。其中參與大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目、大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽和機器人大賽的學(xué)生人數(shù)與往年相比增長了30%，參與教師科研課題與企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用的人數(shù)也大幅增多。2017年獲江蘇省大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽、機器人大賽獎4～6項;根據(jù)自身的特點選擇不同的課題類型，提高了參與課題的積極性。

2. 在2017屆畢業(yè)班中，其中30人的畢業(yè)設(shè)計作為其課程設(shè)計的延續(xù)試點所構(gòu)建的實踐教學(xué)體系，從畢業(yè)論文質(zhì)量來看，其畢業(yè)設(shè)計/論文的成績均在良好以上，8人達到了優(yōu)秀的水平，其中獲江蘇省本?？苾?yōu)秀畢業(yè)論文1篇，發(fā)表核心期刊以上高水平學(xué)術(shù)論文5篇，學(xué)生作為第一發(fā)明人授權(quán)實用新型專利6項。

另外，由于學(xué)生參與科技活動時間的保證和積極性的提高，使得教師可以放心將課題交給學(xué)生，也會在學(xué)術(shù)論文、發(fā)明專利等方面取得一定的成果，提高了教師指導(dǎo)的積極性。

五、結(jié)束語

工程性缺失和實踐教學(xué)薄弱是當前機械類專業(yè)教育存在的主要問題。近年來，我國工科院校在教育部“大力加強實踐教學(xué)，切實提高大學(xué)生的實踐能力”思想的指導(dǎo)下，在實踐教學(xué)方案制定和體系完善等方面取得了一定的進展，但仍存在實訓(xùn)時間短、與工程實踐聯(lián)系不緊密、缺乏創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)等問題;同時，隨著當代社會科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和傳統(tǒng)機械行業(yè)向智能制造的轉(zhuǎn)型，人才市場對高校機械類專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力和應(yīng)用能力提出了更高的要求。因此，為了適應(yīng)當代社會對機械類人才培養(yǎng)的需求，深入開展“二類型、三環(huán)節(jié)、四結(jié)合”機械設(shè)計類課程實踐教學(xué)體系的改革與實踐，這對于提高學(xué)生綜合應(yīng)用和解決實踐問題的能力，培養(yǎng)行業(yè)和社會發(fā)展所需的高素質(zhì)、具有創(chuàng)新精神的高級機械類專業(yè)人才具有重要的理論和實踐意義。

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