学科大类建设机械设计教学研究

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随着现代科学技术的综合化和交叉化，社会对复合型人才需求量日益增加。为了培养适应未来社会需求的具有竞争力的人才，近年来，国内许多高等院校提出进行学科大类平台建设，并围绕学科大类平台建设进行相应的教学改革。机械设计课程作为工科院校机械类或近机类工程专业学生的一门必修课，在高等院校本科教学中一直占据比较重要的地位。首先机械设计课程是工科院校中一门重要的专业基础课，对学生学习专业课程起着承上启下的桥梁作用；其次，该课程担负着培养学生具有分析、选用和设计常用机构、机械传动装置和简单机械的能力，从而为学生从事机械的研究开发和设计打下必要的知识基础。面对学科大类平台建设的新形势，上海理工大学机械设计教研团队在建设学科大类平台方面也进行了积极探索，对机械设计课程进行了大规模的教学改革。总结和思考两年多的教学实践活动，教研团队主要从以下三个方面进行了机械设计课程教学改革和探索。

1．教学内容与知识体系的统筹调整

从知识体系上来说，目前高校机械设计课程的授课内容主要包涵了机械原理和机械零件两大块。传统上，非机械类工程专业的学生只学习机械设计基础，总的学习时间为一个学期。而机械类专业的学生通常在一个学期学习机械原理，随后一个学期学习机械零件。对于实践环节，非机械专业的学生在学完机械设计基础理论课程之后，两周的时间内完成以减速箱为设计对象的课程设计训练；机械专业的学生则在修完机械原理和机械零件之后，三周的时间内完成减速箱课程设计。这种教学计划是根据课程内容特点进行安排，在由教师到学生的知识传递过程中较多的体现出教学内容与知识的系绕陛和连贯性。

按照目前学科大类平台建设的目标，机械学科大类专业建设要求机械专业的学生和近机类工程专业的学生统一学习工程力学、机械设计基础等基础课程和专业基础课程，在完成基础课程内容学习后，学生根据选定专业，进入专业课程的学习阶段。大类专业建设面向学生角度，增加了学生的自主选择权。面向学科大类平台建设，教研团队对机械设计课程进行了一系列教学改革。首先，组织有多年授课经验的教师对延续多年的传统教学计划进行了调整和修订。面向全校学生，包括机械专业、汽车专业、材料工程专业、能源动力专业、环境专业、出版印刷专业、医疗器械专业等多个专业的学生，在大学二年级的下学期统一开设机械设计基础课程，完成大类专业基础教育。而在三年级的上学期，主要面向机械专业学生开设机械设计课程，与机械设计基础课程相比，要求在专业内容理论层次上进行拔高。与此同时，教研团队组织人员编写了一本《机械设计基础》教材，教材从规划到编撰依据机械设计基础课程的教学基本要求，面向高等院校大专业规划，综合考虑了各专业学习的基本要求，2010年9月该书已在化学工业出版社正式出版，在上海理工大学学科大类平台建设的探索中，该教材已经使用两年。从课后学生反馈以及课程设计、毕业设计实践过程，可以看出教材内容体系适合大专业建设要求。

今年，为了满足机械专业或近机专业学生的学习要求，编写了一本《机械零件设计》教材，该教材区别于现有机械设计教材的一个显著特点是，该书以机械系统设计方法为贯穿主线，穿插了机械创新设计方法的内容，加入了近年来的机械设计新理论、新方法、新技术，而且补充了一些常用零部件的设计计算。以往学生在学习基本机构和常用零部件设计方法之后，对知识的掌握仍然是零散的，当设计一台机器或一个机械系统时仍然不能很好地掌握。该书使得学生从一个完整体系角度掌握机械系统的设计。目前该书已经在上海理工大学校内试用一年，反馈良好，目前正联系正式出版。教研团队在机械设计课程改革方面首先从教学内容和体系上进行了改革，面向不同专业的使用要求，重新进行了定位和调整，实现了课程内容的层次划分，满足了各类专业的要求，体现了学科大类平台建设的层次性和优势。

2．教学方法与授课手段的灵活运用

随着课程内容和教学计划的变动，教学容量和对象也发生了变化，要求灵活运用教学方法和手段，提高教学效率和质量。多媒体在高校教学活动中已经越来越普及。相对于传统教学手段，多媒体教学具有下面一些优点：知识容量大；趣味性强，能有效集中学生的注意力；形象具体，使学生的认知过程更为深刻。例如讲述机械传动结构时，其运动特性单凭口头表述比较抽象，而把机构运动过程做成动画在课堂上展示给学生，就会一目了然。但是，多媒体教学也存在一些局限性，节奏较快，学生在课堂上常常处于被动灌输状态。如果老师不能“因课制宜”，灵活控制节奏，就成了照本宣科的解说员，学生课堂上无疑会缺少了主动思索训练。这就要求教师能根据课程内容特点，调整教学方法，灵活使用多种教学手段。例如对于繁琐的理论公式推导，适宜采用教师板书启发式讲授，通过教师的节奏停顿、启发引导、师生之间的课堂互动，达到好的课堂效果。在面向大专业建设的机械设计课程改革中，学校教研团队应用AuthorWare、Flash等工具制作了CAI课件，设计了大量动画，录制了一些典型机械的工作录像。

此外，为了弥补多媒体教学中“听得好，忘得快”的缺陷，借助于网络资源平台，扩充师生互动渠道。通过学校的课程中心网，所有的教学课件、补充习题、动画和视频资料等都挂在网上。通过网上作业、测试检验学生掌握知识的程度；通过在线答疑，及时对知识难点进行疏通。网络课程手段的改进较好地协调了课堂教学授课时间少和授课内容多的矛盾。在机械设计课程教学中，要求教师能够根据内容灵活应用传统教学方式、多媒体教学、网络课堂等多种形式，做到内容与手段的最佳匹配，达到最佳教学效果。

3．实践能力与创新思维的锻炼培养

面向学科大类平台建设的机械设计课程教学改革对学生工程实践能力培养和创新思维培养提出了更高要求。作为理论课程的补充，课程设计的实践训练对于培养学生的工程实践能力，具有不可或缺的地位。近年来，机械设计课程教学出现了知识容量膨胀、质量标准提高但学时压缩的矛盾，课程设计同样也面临着学时压缩的现状，学校机械专业学生的课程设计时间由以往的三个星期缩短为两个星期。为了缓解课程设计学时较少的矛盾，教研团队借鉴案例教学的方法，对机械设计课程的教学活动安排进行了调整。传统上笔者学校对机械设计课程的教学活动安排是在正常学期先进行理论课学习，穿插着进行试验教学或理论课成绩考核之后，然后在学期末或者是短学期再开始布置题目、讲解计算，完成课程设计过程。传统的教学活动安排如图1fa)所示。

重新调整的教学活动安排如图1(b)所示。采用理论授课和课程设计平行进行，即在讲述理论课程的过程中就布置课程设计任务，把课程设计实践作为一个案例贯穿于整个学期的理论学习中。在学期上课之初就把题目布置给学生，讲课过程中每章内容都结合课程设计内容来讲，不但利于学生学习目的更加明确具体，而且解决了学时较少的矛盾。课程设计时计算过程基本完成，主要再讲述工程图和零件图的绘制，说明书的编制内容，结果时间上更加从容，课程设计质量显著提高。这与传统教学安排相比体现出一些优点。首先学生带着实践问题来学习理论知识，增强了学习目的性和学习兴趣，教师在理论讲授过程中也可以针对具体的设计对象，使得理论知识不是泛泛而空洞。重要的是，这样做可以避免理论与实践出现断层，大大加强理论与实践的耦合程度，实践有理论的指导，趁热打铁，教学效果更好。最后，教学环节的调整使得两周的课程设计学时不再显得捉襟见肘。学生在理论知识讲授结束后，就可以完成相关设计计算和校核，课程设计开始有更充分的时间准备工程制图表达，学生课程设计的说明书和图纸质量普遍得到提高。通过课程设计题目可以把机械设计课程中的多个零散的知识点贯穿起来，从而实现教学内容的融汇贯通，使学生达到系统把握知识点的效果，形成一种系统思维和综合思维，避免了知识的零散和片面性。经过两年教学实验，在综合考评以后，学生的反应较好。

实验作为机械设计课程中另一个重要环节，近两年也进行了相应的跟进改革。实验装置由单一性、封闭性向着多样化和开放性发展。建立了开放式的典型零件陈列柜和创新案例展示柜，引入了新型的实验教学，实验方法上开展了虚拟实验教学，鼓励学生学习ADAMS软件和ANSYS软件进行机构和零件仿真分析。创新能力的培养，是我国21世纪人才培养的核心目标，学校教研团队面向大类专业建设的机械设计课程改革非常重视机械创新设计能力的培养。组织教师成立了机械设计创新团队，建立了创新实验室，在该实验室分区展示了历年经典创新实例、仿生机构学创新、新型专利及创新案例，建立了创新设计平台，定期指导学生进行创新思维训练。

全国大学生创新设计大赛为学生参与创新设计活动提供了一个平台。由创新团队的教师组织学生踊跃参加创新设计大赛，学生学习积极性和兴趣更加浓厚，既实现了理论与实践结合，也增加了创新实践机会。讲课过程中将机械学科领域的最新发展动态以及教师的相关科研成果融人课堂教学，开阔学生的视野，激发和培养学生的创新意识与学习兴趣。对于工程实践能力和创新能力的有目的的训练，提高了学生的动手能力、综合设计能力，更好的发挥了个人创造性。

4．总结

综上所述，学校教研团队围绕学科大类平台建设目标，调整了教学内容，灵活运用教学方法，重视动手实践能力和工程创新思维的培养，进行了一系列的机械设计课程教学改革。改革面向不同专业的使用要求，体现了学科大类平台建设的层次性和优势。改革过程中不仅注重培养学生所需的机械设计制造基本知识与技能，而且重视提高他们分析问题和解决问题的实际能力，使他们具有扎实的专业基本功和全面的职业素质，以适应社会发展的需求。