摘"要：機(jī)械設(shè)計(jì)類課程實(shí)驗(yàn)涵蓋了機(jī)械制圖、機(jī)械原理以及機(jī)械設(shè)計(jì)等多門學(xué)科，提高課程實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問題的能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新及實(shí)踐能力，具有十分重要的作用。本文針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)課程目前存在教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)過程固化，偏重自身完整性，不能滿足新工科背景下培養(yǎng)復(fù)合型的新型人才的需求等問題，提出了以機(jī)械設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)課程結(jié)合機(jī)器人技術(shù)開展交叉融合實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐教改措施。結(jié)果表明，以賽促教的教學(xué)改革措施取得了顯著成效，提高了學(xué)生分析解決實(shí)際工程問題的能力和人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：新工科；機(jī)械設(shè)計(jì)類專業(yè)；課程實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：TH122；G641""文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract：The"experiment"of"mechanical"design"course"covers"many"subjects"such"as"mechanical"drawing，mechanical"principle"and"mechanical"design，all"of"which"contribute"significantly"to"improving"the"course"experiment's"teaching"quality，training"students'"ability"to"analyze"and"solve"practical"engineering"problems，and"improving"students'"innovation"and"practical"ability.This"paper"addresses"the"issues"currently"present"in"mechanical"design"experimental"courses，such"as"rigid"teaching"content"and"processes，and"a"focus"on"selfcontained"completeness"that"fails"to"meet"the"demand"for"cultivating"versatile"new"talents"under"the"new"engineering"education"paradigm.It"proposes"practical"educational"reform"measures"by"integrating"mechanical"design"experimental"courses"with"robotics"technology"to"conduct"interdisciplinary"experiments.The"results"indicate"that"the"teaching"reform"measures，which"promote"teaching"through"competitions，have"achieved"significant"success，improving"the"quality"of"talent"cultivation"and"enhancingnbsp;the"ability"to"analyze"and"solve"practical"engineering"problems.

Keywords：New"engineering"education；mechanical"design"major；course"experiments；teaching"reform

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)、虛擬現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)的蓬勃發(fā)展，社會(huì)對(duì)高素質(zhì)復(fù)合型應(yīng)用型人才的需求不斷提高。為了更快地與世界接軌，在“新工科”背景下，我們應(yīng)建立多學(xué)科交叉融合的新型人才培養(yǎng)模式，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才來(lái)滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要，讓更多的“中國(guó)制造”變成“中國(guó)創(chuàng)造”［13］。

機(jī)械設(shè)計(jì)類專業(yè)的基礎(chǔ)核心課程主要有“機(jī)械設(shè)計(jì)”“機(jī)械原理”“工程制圖”“材料力學(xué)”等［4］，這些課程的開展有利于提高學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐能力，但目前仍存在課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)固化的問題，導(dǎo)致與之配套的實(shí)驗(yàn)課程不能有效地開展。此外，這些實(shí)驗(yàn)課程往往過于偏重自身完整性，缺乏與其他學(xué)科的交叉融合，從而難以培養(yǎng)出復(fù)合型的新型人才。為此，一些學(xué)者進(jìn)行了一些課程改革。林旭［5］通過結(jié)構(gòu)化調(diào)查問卷的方式對(duì)“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程進(jìn)行學(xué)情分析，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用ANSYS軟件開展線上線下混合教學(xué)模式，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、實(shí)際操作能力和互動(dòng)性。唐斌等［6］針對(duì)“機(jī)械原理”課程在選題、設(shè)計(jì)、考評(píng)等方面存在的不足，提出了對(duì)“機(jī)械原理”課程設(shè)計(jì)進(jìn)行教學(xué)改革的一些思路和建議，培養(yǎng)了學(xué)生的興趣愛好、實(shí)踐能力和工程意識(shí)。盧文娟等［7］針對(duì)學(xué)生個(gè)性差異大、教學(xué)內(nèi)容陳舊、教學(xué)模式固化等一系列問題，提出基于OBE教育模式對(duì)課程內(nèi)容和課程體系進(jìn)行建設(shè)與改革，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決實(shí)際工程問題的能力。以上研究主要是針對(duì)基礎(chǔ)課程和課堂的教學(xué)改革，目前對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程的改革及其與其他學(xué)科交叉融合的研究相對(duì)較少。為此，本文將探討在新工科背景下，如何在機(jī)械設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)課程中進(jìn)行教學(xué)改革與實(shí)踐。

1"機(jī)械設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)現(xiàn)狀與存在的問題

1.1"機(jī)械設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)現(xiàn)狀

機(jī)械設(shè)計(jì)類基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)包含了“機(jī)械制圖”“機(jī)械原理”以及“機(jī)械設(shè)計(jì)”等三門機(jī)械類學(xué)生必須掌握的必修課程的系列實(shí)驗(yàn)［8］，這些實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生加強(qiáng)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)、原理的認(rèn)知，掌握專業(yè)技能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、動(dòng)手能力以及分析解決實(shí)際工程問題的能力，為機(jī)械設(shè)計(jì)類基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利開展提供重要保障。

然而，隨著社會(huì)對(duì)高素質(zhì)的復(fù)合型人才的需求不斷增多，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力也提出了更高的要求。目前，單一的實(shí)驗(yàn)課程和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)效率低下，難以滿足新工科背景下對(duì)工程人才素質(zhì)和能力的需求。機(jī)械設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)課程存在的問題主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.2"機(jī)械設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)課程存在的問題

1.2.1"教學(xué)內(nèi)容單一，過程僵化

雖然機(jī)械設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)課程已經(jīng)獨(dú)立，但教學(xué)內(nèi)容仍以輔助教學(xué)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都是經(jīng)過驗(yàn)證的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，教學(xué)內(nèi)容單一［9］。此外，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容趨向于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)代替探究性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)趨向于模擬實(shí)驗(yàn)代替演示性實(shí)驗(yàn)，教學(xué)方式趨向于講實(shí)驗(yàn)代替做實(shí)驗(yàn)，最終導(dǎo)致與工程實(shí)際脫節(jié)等問題，學(xué)生實(shí)踐能力提升有限，難以達(dá)到新工科對(duì)現(xiàn)代大學(xué)生的要求。

1.2.2"實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，缺乏創(chuàng)新

機(jī)械類實(shí)驗(yàn)課程在培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)技能和理論知識(shí)方面發(fā)揮了重要作用，然而，過于注重自身結(jié)構(gòu)的完整性，而忽視了與其他學(xué)科的交叉融合實(shí)驗(yàn)，從而缺乏將所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)應(yīng)用到機(jī)器人技術(shù)、流體運(yùn)動(dòng)控制等新興學(xué)科的能力。這種局限性不僅限制了學(xué)生的創(chuàng)新思維和跨學(xué)科能力的發(fā)展，也影響了機(jī)械類專業(yè)與現(xiàn)代社會(huì)需求的對(duì)接。

2"教學(xué)改革與實(shí)踐

為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，我們需要積極推動(dòng)機(jī)械類實(shí)驗(yàn)課程的改革與創(chuàng)新。

2.1"教學(xué)改革

2.1.1"優(yōu)化教學(xué)過程

傳統(tǒng)的教師講學(xué)生聽這種固化的授課過程已經(jīng)不能適應(yīng)新工科背景下培養(yǎng)人才的需求，教師應(yīng)采用以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，通過如翻轉(zhuǎn)課堂、合作學(xué)習(xí)等方法優(yōu)化教學(xué)過程，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。提前下發(fā)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，制定合適的實(shí)驗(yàn)室使用規(guī)則，讓學(xué)生有充足的時(shí)間了解實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用方法，并在原有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上開展創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。充分利用現(xiàn)代教學(xué)資源，采用線上線下相結(jié)合的綜合教學(xué)方法［10］。先利用云平臺(tái)技術(shù)［11］，讓學(xué)生模擬試驗(yàn)過程，增加試錯(cuò)成本，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。在學(xué)生熟悉試驗(yàn)過程后，再結(jié)合線下實(shí)驗(yàn)室開展實(shí)驗(yàn)，這樣不僅能加深學(xué)生的印象，在完成實(shí)驗(yàn)的同時(shí)鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新意識(shí)，豐富現(xiàn)有教學(xué)手段，而且有助于進(jìn)一步開展創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。

2.1.2"探索與其他學(xué)科的交叉融合實(shí)驗(yàn)

加強(qiáng)機(jī)械類專業(yè)與其他學(xué)科的交流與合作，如計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子工程、材料科學(xué)、機(jī)器人技術(shù)等，共同設(shè)計(jì)跨學(xué)科實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生在實(shí)踐中掌握多學(xué)科知識(shí)，將所學(xué)專業(yè)知識(shí)應(yīng)用于解決實(shí)際工程問題，培養(yǎng)學(xué)生綜合解決問題的能力。同時(shí)，引入更多具有實(shí)際應(yīng)用背景的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生了解機(jī)械類專業(yè)在現(xiàn)代社會(huì)中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)，激發(fā)他們對(duì)專業(yè)的興趣和熱情。同時(shí)，通過參與實(shí)際項(xiàng)目，學(xué)生還能更好地掌握實(shí)驗(yàn)技能和方法，提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

2.1.3"以賽促教

注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。通過引導(dǎo)學(xué)生參與科研項(xiàng)目、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等活動(dòng)，讓他們?cè)趯?shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，培養(yǎng)其獨(dú)立思考和解決問題的能力。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生參加學(xué)科競(jìng)賽、創(chuàng)業(yè)實(shí)踐等活動(dòng)，鞏固應(yīng)用知識(shí)的同時(shí)拓寬他們的視野和知識(shí)面，提高其綜合素質(zhì)和競(jìng)爭(zhēng)力。反過來(lái)，學(xué)生在競(jìng)賽中遇到新問題或看見其他好的設(shè)計(jì)方案思路時(shí)，應(yīng)及時(shí)和教師反饋，從而進(jìn)一步促進(jìn)教學(xué)的實(shí)施。

2.2"實(shí)踐

以機(jī)械設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)課程結(jié)合機(jī)器人技術(shù)開展交叉融合實(shí)驗(yàn)為例開展試點(diǎn)實(shí)踐。我院配備移動(dòng)機(jī)器人、雙足機(jī)器人、多足機(jī)器人、機(jī)械臂等大型機(jī)器人實(shí)驗(yàn)設(shè)備幾十套，如圖1、圖2所示；開設(shè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)課程的專用實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地面積為500多平方米；具有機(jī)器人系統(tǒng)控制原理、機(jī)器人機(jī)構(gòu)控制設(shè)計(jì)原理、機(jī)械設(shè)計(jì)類實(shí)踐指導(dǎo)、學(xué)科競(jìng)賽創(chuàng)新指導(dǎo)相關(guān)專業(yè)教師和實(shí)驗(yàn)教師幾十余人，具備開展交叉融合課程的建設(shè)條件。具體的實(shí)施過程如下。

首先，通過機(jī)械設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠了解機(jī)械的基本結(jié)構(gòu)和工作原理及設(shè)計(jì)方法，并在此基礎(chǔ)上融合機(jī)器人技術(shù)，了解并掌握機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、組成、功能和工作原理。其次，學(xué)生掌握機(jī)器人的編程和控制方法，控制單臺(tái)或多臺(tái)機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)或進(jìn)行功能演示。最后，學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)結(jié)合機(jī)器人創(chuàng)新比賽主題，分組設(shè)計(jì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)模型及控制系統(tǒng)。

通過實(shí)踐，以機(jī)械設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)課程結(jié)合機(jī)器人技術(shù)開展交叉融合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革取得了顯著成效。近年來(lái)，學(xué)生在以“智能機(jī)器人在助老助殘等方面的交互設(shè)計(jì)”“智能機(jī)器人助力農(nóng)業(yè)發(fā)展，拓展機(jī)械設(shè)計(jì)智能化技術(shù)”“機(jī)器人仿生設(shè)計(jì)的應(yīng)用與實(shí)踐”等為主題的比賽中多次獲得省部級(jí)以上學(xué)科競(jìng)賽獎(jiǎng)，團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)的“互聯(lián)網(wǎng)+”本科生創(chuàng)意組獲得國(guó)家級(jí)銀獎(jiǎng)。以目標(biāo)為導(dǎo)向，以學(xué)生為中心，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)相融合，形成一個(gè)獨(dú)立的課程體系，有利于提升學(xué)生的工程認(rèn)知與實(shí)踐能力。

結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)新工科背景下對(duì)復(fù)合型人才的需求，探討了機(jī)械類實(shí)驗(yàn)課程在教學(xué)中存在的問題，提出了針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革措施，并以機(jī)械類實(shí)驗(yàn)課程結(jié)合機(jī)器人技術(shù)開展交叉融合實(shí)驗(yàn)為例開展試點(diǎn)實(shí)踐，取得了顯著成效。課程改革培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維、動(dòng)手能力以及分析解決實(shí)際工程問題的能力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為機(jī)械設(shè)計(jì)類基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利開展提供了重要保障。

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基金項(xiàng)目：教育部實(shí)驗(yàn)教學(xué)和教學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)研究項(xiàng)目“構(gòu)建‘政、理、實(shí)、創(chuàng)、研、用’一體化機(jī)械類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系研究”（SYJX2024041）；示范性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)立項(xiàng)項(xiàng)目（SFSY2023002）；專創(chuàng)融合課程建設(shè)項(xiàng)目“機(jī)器人系統(tǒng)綜合實(shí)踐”（ZC2023006）；專創(chuàng)融合課程建設(shè)項(xiàng)目“機(jī)電專業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐”（ZC2023003）；內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)機(jī)器人工程專業(yè)優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)

*通信作者：蘭月政（1985—"），男，漢族，工學(xué)碩士，碩士生導(dǎo)師，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)類課程教學(xué)研究。