基于卓越工程师培养的“机械设计”课程教学改革

第第页基于卓越工程师培养的“机械设计”课程教学改革摘要：“机械设计”课程是机械类专业一门重要的专业基础课程，本文以“卓越工程师教育培养计划”中的培养要求为指导思想，针对该课程实践性强的特点，对“机械设计”课程教学改革从教学理念、教学内容、教学方法、实验环节和考核方式等五个方面进行了探讨。

关键词：卓越工程师；机械设计；教学改革

“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”），是我国高等工程教育的一项重大改革，其目的就是促进我国高等学校培养出适合社会需求的工程人才。因此，结合“卓越计划”的要求，深入进行“机械设计”课程教学改革，对全面落实“卓越计划”，提高我国机械类专业本科生实践能力及工程素养具有十分重要的作用。

一、“机械设计”课程目前教学中存在的问题

“机械设计”课程的教学内容主要包括各种通用零件的设计理论和设计方法，通过本课程的教学除了使学生掌握机械中通用零件的设计计算的具体方法外，更重要的是使学生学会如何用相对简化的理论公式来处理较为复杂的工程实际问题。该课程是机械类专业学生的一门重要的专业基础课，其实践性强，涉及知识面广，对培养机械类专业学生分析和处理工程实际问题的能力，有着重要的作用。但现有的“机械设计”课程的教学仍存在一些问题：

1.课程教学观念对教学起着指导和统率作用，但传统的教学观念，过于强调知识的系统性和完整性，而忽略了能力的培养，往往会导致重理论轻实践、重研究轻设计、重精深轻综合和重灌输轻自学的现象出现。培养的人才与企业的需求不相适应。

2.课程教学内容与工程实际脱节，课程教学内容只是基本理论知识的简单讲授，缺乏结合工程实际进行教学，忽视了机械设计方法在工程实际中的具体应用。例如，有的学生书中课后习题可以完成的非常正确，但遇到现实中或者略为接近工程一点的问题就束手无策。

3.教学方法缺乏创新性，教学方法仍以单向灌输为主，学生只能被动地参与，课堂气氛不活跃，学生的学习兴趣不高，创新思维培养滞后。

4.课程评价体系将期末一次性“闭卷”书面考试视为评价学生能力的唯一标准，缺乏知识应用和实践能力的考核和对学生课程学习过程中的考核。

二、“机械设计”课程改革措施

1.转变教学理念满足行业企业人才需求

“卓越计划”的提出首先是对教育教学理念的变革，每门课程的知识内容体系要体现“卓越计划”中的要求，围绕“创新能力培养”的主线，树立工程教育服务行业、企业人才需求的观念。在“机械设计”课程的教学中要使学生明确，对于工科院校的学生，不仅要学习知识，更重要的是应用学过的知识来分析和解决具体的实际工程问题，做一名卓越的工程师。

例如，在讲螺纹类型时，按旋向不同，螺纹分为右旋螺纹和左旋螺纹。学生比较熟悉右旋螺纹，但如何在工程设计中使用左旋螺纹，学生可能就不是太清楚，可以给学生举一个工程设计的例子。比如设计一个螺纹拉紧装置，为了满足拉紧运动要求，一端需要右旋螺纹，另一端就需要左旋螺纹，这样理论联系实际，逐步引导学生从工程设计实际出发，培养学生分析问题、解决问题的能力。

同时，要强调在机械设计过程中，经常是采用将复杂的工程问题加以简化来进行处理的方法。这样就会造成设计数据的近似性，设计结果不唯一且不存在标准答案，使学生在解决实际问题时，要有工程意识。

在课程的教学过程中，还要培养学生对设计作品肩负起强烈的社会责任感，在我国实现创新型国家的进程中，由“中国制造”转向“中国创造”，争取作出自己的贡献，这样才能早日培养出我国自己的卓越工程师。

2.改进课程教学内容，适应地区、行业特色

各高等学校位于不同的地区，隶属于不同的行业，学生毕业后就业的地区、行业会不同，那么各高校“机械设计”课程的教学内容应不同，应该体现地区、行业特点，从而使高校培养的人才尽早适应社会需求。

以我校为例，我校是一所具有鲜明地矿特色的地方高等工科院校，为使我校学生熟悉煤矿企业机械产品的特点，尽早适应煤矿企业的需求，我们在“机械设计”课程教学内容中突出了煤矿机械特色，对教学内容进行了改革。

煤矿企业的机械产品主要有采煤机、液压支架、掘进机、提升机、带式输送机、刮板输送机、矿车、风机、水泵、破碎机等一些设备，首先要把这些设备中的主要通用零件找出来，然后按“机械设计”课程中根据零件的用途不同，分为连接类零件、传动类零件、轴系类零件和其他类零件。当在讲到机械设计的基本理论时，针对每类零件中的1～2个零件进行具体分析，例如，在讲螺纹连接的防松设计时，就以液压支架上螺纹连接的防松装置为例。我们在机械学院楼门前还摆放着一个大型液压支架，学生们课后，可去观看、分析。

另外，煤矿企业机械产品的最大特点通常号称“傻、大、粗”，在讲解“机械设计”课程各章的通用内容时，还要突出大型机械设备中通用零件的设计。例如，在讲解螺栓连接预紧方法时，不仅要介绍通用的力矩扳手预紧方式，还要讲用于大型螺栓连接的液压拉伸器预紧方式；在讲解齿轮传动设计时，不仅要介绍通用的渐开线齿轮传动，还要讲用于重型机械传动的双圆弧齿轮传动。

将煤矿机械产品的相关内容融于“机械设计”课程的教学过程，其优点有两方面，一是可以使学生潜移默化地对煤矿机械产品产生浓厚的兴趣，因为只有对产品感兴趣的工程师，才能创作出优秀的设计。二是能使我校的毕业生在将来的煤矿企业工作中尽快进入角色。

3.多种教学方法相互渗透，着力解决工程人才培养中校企脱节的现象

根据“机械设计”课程各章的内容和特点，灵活采用基于案例的讨论式学习、基于多媒体的CAI学习、基于问题的探究式学习、基于现场的情境学习、基于项目的参与式学习等多种教学方法，从根本上解决工程人才培养中校企脱节的现象。

例如，以颚式破碎机的传动系统设计这一案例为例，在设计带传动时，有4个参数，在设计时要依据不同的工况进行选择。这4个参数分别是传动比i、小带轮的基准直径d、中心距a、带速v，为了使学生理解这4个参数在设计时如何选择，可以采用分组讨论式教学方法。首先将学生分为4个讨论小组，每小组分配一个参数，然后教师提出讨论的问题，即在带传动设计中上述4个参数如何选择？各小组成员经过讨论和总结后，派一代表发言给出讨论的结果，教师随即进行点评，并给每一小组打分。这种教学方式可以极大地调动学生的学习主动性。

又如，在讲授课程中一些难点问题时，学生理解比较困难。像“滑动轴承”这一章中的径向滑动轴承动压油膜形成过程，此时可以采用课前预先制作好的CAI课件，以动画的形式把径向滑动轴承动压油膜形成过程展示在学生面前，对学生进行直观启发，使教学中的难点变得容易掌握。

再如，在讲授减速器箱体的结构设计时，可以将课堂设置在学校的工程训练中心或实验室，采用现场教学方法，通过让学生亲自动手装拆不同形式的减速器箱体实物，直观地观察减速器箱体的结构特点，对减速器箱体的结构设计起到事半功倍的作用。

4.改革实验环节，提高学生分析解决实际问题的能力

“机械设计”课程的实验教学是整个课程教学的一个主要环节，目的是培养学生理论联系实际、分析和解决实际问题的能力，以及启发和激励学生进行思辨和创新。

通常的实验课往往是老师先讲，然后学生按照统一模式去做，最后提交实验报告。这种模式不能调动学生的主观能动性，不利于学生主动思考问题，更不利于锻炼学生对实际问题的分析能力，有悖于卓越工程师的培养目标。

因此，改革实验环节，实行全新的开放式实验教学模式。教师不再对实验原理、实验步骤、实验设备使用等进行详细的讲解，这些内容由学生自己去学习，在学生做实验过程中教师仅提供一些指导性意见。学生为了完成实验，必须做好实验前的各项准备工作，包括熟悉实验内容，了解相关的实验设备使用资料。这样，就调动了学生学习的积极性，效果明显优于以前。虽然学生在实验过程中出现的问题比以前更多，但在处理这些问题过程中，学生分析和解决问题的能力得到了锻炼，有助于培养学生解决工程实际问题的能力。

5.改变课程考核方式，引导学生正确对待学习

课程考核是测试学生的知识与能力的基本手段，它具有导向功能、反馈功能、评价功能等多种功能，是教学过程中的重要一环。恰当的考核方式能够引导学生选择科学的学习方法，使其达到理想的效果，实现预定的培养目标。

针对“机械设计”课程的特点及教学目标，结合“卓越计划”的要求，采用基于过程的多元模块综合考核方式，学生的期末课程总评成绩由4个模块构成，分别为课堂考核、实验考核、大作业、期末考试。课堂考核主要考核学生平时课堂出勤、课后作业、结合课程章节的讲授进度组织学生进行专题研究和讨论等。实验考核主要考核学生在每次实验项目训练中知识运用能力、实验报告形成能力；大作业是在课程教学过程中，当讲解完每一单元（或每一篇）教学内容时，针对工厂实际课题，留给学生一次大作业。例如在讲解完“轴系零、部件”这一篇时，我们针对不同提升能力的矿用提升机的主轴，让每个学生设计一个提升机的主轴结构的装配图及零件图，然后让学生进行对比分析，互相审核，找出最优的提升机的主轴设计结构。期末考试采用闭卷考试及口试的方式进行，主要考核理论知识，注重知识应用，考核内容均为机械设计的基本理论与基本知识。

通过采用基于过程的多元模块综合考核方式，在考核中增大实践部分的内容，注重对学习过程的考核，促进了学生把理论知识应用于实践的能力，对卓越工程师的培养起到了良好的激励作用。

参考文献：

[1]周英.落实卓越工程师教育培养计划大力培养工程科技创新人才[J].中国大学教学，2011（8）.

[2]于晓红，王小群，邱丽芳.机械原理与机械设计