机械设计与课程设计教学改革

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随着当今经济社会智能化、信息化发展，各行业对专业优秀人才的需求量急剧增长，对专业人才的培养质量和高校教学质量提出了更大的挑战和更高的要求与标准。习近平总书记在党的十九大报告中强调“加快一流大学和一流学科建设，实现高等教育内涵式发展”，这为我国高等教育发展指明了方向。教育部也先后发布了关于高等教育改革的系列文件并推出了一系列重大举措，于2019年印发了《关于实施一流本科专业建设“双万计划”的通知》。要求全面开展一流本科课程建设,树立课程建设新理念，推进课程改革创新，并就一流课程建设的总体要求及建设内容提出了具体实施意见[1]。在此背景下，加快建设高水平本科教育和全面提高人才培养能力势在必行。“新工科”建设旨在培养新时期具有深厚工程素养的专业人才以适应社会人才需求，并为我国科技创新与产业发展提供人才支撑。相比以往的人才培养要求，一流的工科专业需要培养工程能力强、服务意识强、具备国际竞争力的卓越工程师，这也是“建设工程教育强国”和“产学合作协同育人”的要求。完善的实践教学体系是保障工程领域一流专业人才培养的关键，为培养学生的工程意识、创新精神、协作能力以及运用理论知识解决设计问题的能力提供了途径。长春光华学院机械工程学院始建于2007年，设有机械工程、机械电子工程、汽车服务工程、机械设计制造及其自动化4个本科专业，以及智能机电技术1个专科专业,其中机械工程专业于2019年被教育部批准为首批国家一流本科专业建设点、吉林省一流专业、“十三•五”吉林省特色高水平建设专业，拥有1个省级优秀教学团队，1个省级实验教学示范中心。为了落实贯彻国家对本科人才培养的政策，在一流专业背景下如何建设好机械工程专业，为国家和地方培养更多的优秀人才，专业团队在这方面有些思考。本专业以立德树人为根本，培养具有家国情怀和社会责任感，具备机械工程专业基础理论和工程应用能力，能在机械工程领域从事设计制造、维修与检测、智能制造生产的，具有创新能力的高素质应用型人才。具体培养目标如下：

1.注重学生养成教育，热爱祖国，遵守法纪，富有社会责任感和人文精神。

2.具有一定的自然科学基础，较好的人文社会科学基础，并熟练掌握一门外国语。

3.系统地掌握本专业所涉及的领域知识，例如包括机械学、机械制造技术、力学、电工电子技术、基本理论、实践课程以及实验技能。

4.系统地掌握机械制图、数据计算、实验分析、文献检索的基本理论和应用技术，具有相应的研究、应用和开发的基本能力。

5.获得较好的机械工程学科实验能力及相关领域的工作实践训练。

6.具有自学及跟踪行业发展能力，能在机械工程领域从事设计制造、维修与检测、智能制造生产等方面工作。本文就生产实践教学方面的一些教学改革进行探讨。《机械设计课程设计》是机械类学生课程任务中重要的一环，是理论课程的延伸，也是强化学生机械工程设计能力不可或缺的专业技能课程[2]。这门课程对于学生的综合能力要求较高，需要学生在课程中综合应用机械制图、材料力学、机械原理等前期课程的知识并要求学生运用所学的知识去分析和解决实际工程问题的能力。尤其是在科技飞速进步的时代，学生更应学会融会贯通，注重培养创新精神和能力[3]。目前，我校《机械设计课程设计》主要内容为减速器的设计。设计过程中需要学生理论课学习阶段的相关知识，如有关传动方案设计、工程材料、基本零部件设计、机械原理等多课程内容。但是多年来减速器一直作为传统的设计内容，存在内容陈旧、思路单一并且网上现成资料过多等诸多问题。因此，在一流专业背景下以培养学生的工程能力为主线，机械设计实践课的教学改革已迫在眉睫。

1课程现状

《机械设计课程设计》通常安排在第五个学期末，是机械类专业学生在完成《工程图学基础》、《专业绘图基础》、《工程力学》、《工程材料与成型技术》、《机械设计基础》、等先修课程学习之后，对自身机械工程设计能力的综合检验，能为学生后续毕业设计和毕业参加工作后的机械产品设计奠定专业基础。1.1任务集中以机械工程专业为例，机械设计课程设计所有教学内容在两周内完成。因目前高校普遍存在编制人才培养方案时将理论课程前置的现象，大四以前课程集中，考试科目数量多、难度大，以至于学生很难集中精力充分利用2周时间来开展课程设计工作，而学生用心、用时、用力不够，割裂了课程本身的联系，达不到课程设计应用的效果，课程设计完成质量自然普遍不高。

1.2方法陈旧

我校的课程设计工作量为手工绘制减速器装配图、零件图若干以及相应设计报告一份。虽然通过此过程可以提高作图能力，但是目前虚拟仿真技术已经非常成熟，包括CAD软件以及动力学、力学分析软件已经普遍被应用在机械设计等领域，而仅有一小部分学生会去主动学习虚拟仿真技术。

1.3考核单一

未能充分调动学生学习积极性。目前，教师对“机械设计”课程设计的考核方式主要以检查学生最后提交的图纸和说明书等最终纸质文档为主，该终结性考核方式很难真实有效地评价学生运用所学知识开展机械设计的工程化能力和水平[4]。特别是个别学生在课程设计过程中入精力不足，却又凭借最终纸质材料侥幸获得高分，这会对平时设计和计算都十分认真的学生造成消极影响。

2改革研究与探索

2.1同步开展理论教学与实践环节

在开展机械设计理论课程的教学伊始，由指导教师提前布置课程设计任务，学生以任务为导向进行设计，将理论课学习和课程设计同步进行，按照理论课教学进度，学习完一部分理论内容后，学生应针对该部分理论知识完成课程设计中相应模块的设计、计算任务，将理论知识得以充分实践，既增强学生应用理论知识解决工程问题的能力，又保证课程设计任务顺利完成。例如，机械传动部分内容学习完成后，学生须完成设计任务中对应的传动件设计，并以设计小组为单位对阶段性成果进行总结讨论。随着理论课程学习进程，所布置的小组任务即各零部件设计也随之完成。把后期集中的课程设计内容分解细化到教学周期当中，可以在理论知识学习后马上进行设计设计实践，加深学生对知识的理解和运用，增强了主观能动性。不但避免了知识的学习与运用严重脱节的问题，而且可以减轻学生后期的学习压力，减轻了集中实践环节的工作量，避免了与期末考试时间上冲突的问题。

2.2将手工制图与计算机绘图相融合

本门课程的传统教学方法是通过教师的讲解，学生在教师指导下通过查阅机械设计手册等相关资料，完成设计说明书中如输电方案确定、电极选择、参数选择、传动部分零部件设计以及箱体、润滑及其他附件的选择等；手绘图纸如装配图、零件图等[5]。设计过程呈现出的进度慢，存在抄袭情况且准确率不高，修改繁琐等弊端，降低了整体课程设计的效率，不足以支撑在我国产业转型升级、科技更新发展及行业企业改革等大背景下对应用型人才的培养目标要求。我校为应用型本科院校，在本门课程的改革探索过程中，在各环节的设计中将二维手绘图纸与多种参数化的三维CAD软件相结合，实现互补，并通过三维模型再生成二维CAD机械图，使手绘图纸的种种缺陷得到弥补，不仅可以使制图的效率大幅度的提高，还可以以三维形态呈现学生的设计思想。此外，传统的教学方法主要是以教师为主体，通过系统讲解传授学生被动接受知识。但是学生对其内容往往印象不深，甚至一知半解。而在相应改革后，在教学方法上鼓励教师和学生合作，共同参与交流、讨论，鼓励案例式教学模式，注重对学生知识、能力与综合素质的培养。教师通过布置一些具备综合性、创新性的问题，引导学生自主查阅文献，或者学生可以根据需求申请借助实验设备与资源实现设计，激发学生自觉学习、发散思维以及自由创造，培养创新意识与创造性思维，并且在这个过程中，教师也可以与学生一起探索新的教学方法及模式。

2.3建立全面的成绩评价体系

传统的机械设计课程设计过程中，设计说明书手绘图纸是作为成绩评定的依据，但会带来例如同学之间尤其是同组成员间的相互抄袭，图纸只是改一下数据，缺乏自主设计，对设计内容减速器的工作原理及各零部件之间的配合关系并不了解，这与一流专业建设的要求是相悖的[6]。依据教育部所印发的《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》，文件中提及，教学环节中的考核不应只注重结果，应倾向于科学、严谨的过程性考核，并加大过程考核成绩在总成绩中的比重[7]。所以我们制定了全面性评定体系，提高对学生的综合能力水平的考核。同时要求指导教师更应注重在设计过程中与学生的交流和讨论，在不同设计阶段，及时了解和记录学生设计情况，给予相应评分，作为最终成绩的重要组成成分，以调动学生学习的积极性，此举也能有效避免抄袭现象的发生，从而保证最终成绩能全面反映出学生的设计能力。除了将原有图纸及设计说明书作为考核依据，考核的重点如下：

1.设计方案制定情况的考查。小组成员通过讨论、分工、查阅资料并结合机械设计课程内容，制定合理的设计方案。方案审核注重是否有创新点，以及每部分的完成质量，给予小组总分及每个同学的个人得分。

2.对成果质量的考查。成果包括工程图（手绘图和三维图）、设计说明书、答辩、以及衍生成果。其中答辩环节涉及小组答辩代表以及每位同学，每名同学均作为设计环节各自主要完成部分的答辩人，答辩时的表达能力也将作为考核内容。衍生成果主要包括虚拟仿真、期刊论文、专利或“挑战杯”等活动。此项不做硬性要求，鼓励有能力的学生去尝试参与相关活动，甚至可以借此鼓励学生提前进入实验室，跟随教师从事相关科研项目。

3结语

对标一流专业建设和新时期人才培养要求，长春光华学院机械工程专业对机械设计课程设计进行了改革与实践，并针对实践情况提出了进一步完善的建议。课程组经过多年的“机械设计”课程设计实践改革，在以下三个方面取得了良好的效果：一是课程设计实践与理论教学同步，即课程设计由分散的设计任务和课程设计周组成，较好地解决了设计任务重、时间短的问题，同时以课程设计任务为驱动可激发学生的主观学习能动性，亦可促进学生对课程基本知识的理解，这有利于提高学生的工程实践能力和创新意识、团队合作精神，提升学生的交流与沟通能力，从而促进其知识、能力、素质的有机融合；二将手工制图与计算机绘图相融合，在手工制图与计算机绘图之间仍然存在着一定的争议，所以在这个过程中我们不能盲目选择，而是应该理性地看待两种制图方式的优缺点；三是改革课程设计的考核方式，从而更加科学、有效、合理地评价学生课程设计成，这样能系统和全面地考查学生在课程设计过程中的个人作用、团队协作精神及陈述表达能力。在这个过程中，也要求教师摆脱原有的教学观念，提高自身的专业素质，达到教学相长的结果。

参考文献：

[1]王利霞，冯占荣，刘文光.机械设计课程设计教学模式探讨[J].教育现代化，2019，6（33）：91-92.

[2]李轩.“机械设计”课程设计教学改革研究与实践[J].教育教学论坛，2022，3（10）：63-66.

[3]朱明.以学生创新能力为导向的机械设计课程设计教学改革[J].教育教学论坛.2019，7（29）：127-128.

[4]黄霞，丁军，吴敏.新工科视角下“机械设计”课程设计改革实践[J].西部素质教育，2022，4（8）：37-39.

[5]谢元媛.高校机械设计课程教学改革模式分析与研究[J].汽车时代，2020（13）：57-58.

[6]王利霞，冯占荣，刘文光.机械设计课程设计教学模式探讨[J].教育现代化，2019，6（33）：91-92.

[7]范雪兵.“机械设计课程设计”多理念融合教学改革实践探讨[J].中国电力教育，2012，5（26）：69-70.

作者:张翠翠 姜波 单位:长春光华学院