基于卓越工程师培养目标的《机械设计基础》教学方法研究

肖献强 王家恩

（合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽 合肥 230009）

基于卓越工程师培养目标的《机械设计基础》教学方法研究

肖献强 王家恩

（合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽 合肥 230009）

根据工程类卓越工程师教育培养计划的要求，结合目前的教学现状，探究探索机械设计基础课程的教学改革的必要性及方法，通过优化教学内容、面向卓越工程师培养目标为导向的课堂教学方法、实验教学与课堂教学有机衔接方法以、课程考核方式及项目化机械设计题库设计五个方面的研究探索，提出了面向卓越工程师培养模式的机械设计基础教学方法，并取得良好的教学效果。

机械设计基础；卓越工程师培养计划；课程目标；教学改革

《机械设计基础》是面向机械和近机械类工科学生的一门重要专业基础课程，它是在高等院校课程体系改革中形成的一门集工程力学、工程材料、热处理工艺、机械零件毛坯成形和切削加工技术等内容为一体的综合性课程。它是学生刚从大一学习的纯理论知识如数学、力学、物理等转向实际应用的综合学习及实践的重要课程[1]，也是培养学生综合分析能力、解决工程实际问题能力和创新设计能力的主干课程，同时也是学生由理论基础学习通向专业课程学习的桥梁和纽带，了解和掌握工程实际设计计算的开端[2]。高等学校的工科类专业基本都开设此门课，在各个专业的教学大纲中处于“承上启下”的地位，如图1所示。以合肥工业大学为例，学校的材料、生物、热能与动力、土木工程、精密仪器、真空、过程装备等绝大多数近机械类工科专业都开设《机械设计基础》课程。

《机械设计基础》课程本身所涉及的知识面广，理论性强，与实践结合紧密，它不但要求综合运用材料力学、理论理学、工程材料、机械制图、机械原理及机械设计等相关知识来进行产品设计，更为重要的是要具有产品设计创新和解决工程实践问题的能力[3]。

1 基于卓越工程师培养模式的教学改革研究的必要性

随着我国现代化经济建设的发展，不但要求学生具有较好的理论基础知识，而且更为重要的是要求他们具有较好的实践和创新能力，能够设计出符合社会需求和具有国际竞争力的好产品[4]。针对目前我国高校的学生培养模式与社会需求之间不协调的现状，2009年10月开始，教育部先后召开了3次研讨会，并确定实施 “卓越工程师教育培养计划”，试点开展工程师培养模式改革。卓越工程师应该具备以下基本九项品质：（1）超强的工程分析能力；（2）较好的动手能力；（3）较好的创新意识和设计能力；（4）较高的伦理道德标准以及职业素养；（5）较好的应用和更新知识的能力；（6）持之以恒的学习能力；（7）较好的商务与管理技能；（8）一定的领导才能；（9）良好的沟通能力。同时，还应该兼具以下四个特质：（1）正确理念的坚持或自我否定的勇气；（2）对局部或整体工程价值的科学判断力；（3）对权威工程学术或工程技术独到的批判力；（4）优秀民族工程文化传承与世界先进工程文化吸收的责任感。只有具备了以上九项目品质和四项特质的工程师，才能称得上是真正的卓越工程师。

2 机械设计基础课程教学现状

《机械设计基础》课程本身所涉及的知识面广，理论性强，与实践结合紧密，它不但要求综合运用材料力学、理论理学、工程材料、机械制图、机械原理及机械设计等相关知识来进行产品设计，更为重要的是要具有产品设计创新和解决工程实践问题的能力。目前，各高校的《机械设计基础》教学主要由实验教学、理论教学和课程设计三个环节组成。大部分院校的《机械设计基础》课程教学主要是依靠教师的讲解，尽管大多已采用了多媒体辅助教学，在课程开设初期，多媒体丰富的画面确实可以调动学生对本课程的学习兴趣，但是随着教学过程的进行，学生便会感觉课程内容的枯燥零碎而失去学习的兴趣，从而影响教学质量和学生能力培养。

随着高等学校各专业招生人数的增长，导致很多高校的基础硬件教学设施不能充分地满足学生实验要求，影响了学生的机械实验认知教学效果，进而导致学生在理论课堂教学中不能很好地理解课程教学内容，使学生失去课程学习的兴趣。作为《机械设计基础》三个环节中最重要的课堂教学，随着多媒体应用于教学以及课时精简，导致更多时候教师采用“填鸭式”满堂灌的教学方法。

3 基于卓越工程师培养模式的机械设计基础课程教学实施方法

2010年合肥工业大学成为全国61所高校首批实施“卓越工程师教育培养计划”的试点高校。为了配合实施“卓越工程师培养计划”，学校针对相应课程的教学方法进行了改革和创新，“基于卓越工程师培养目标的机械设计基础教学改革与方法研究”项目纳入学校的2013年度教学研究项目，项目主要研究解决如何针对卓越工程师的培养计划实施机械设计基础教学方法改革与创新。本次教学改革项目负责人，根据教学的安排，首先在合肥工业大学2012级生物和力学两个专业进行教学改革试点。针对这两个专业的学生机械基础知识比较薄弱，首先进行课程教学方式、手段及考核等调研，发放了80份调研表，收回有效调研表62份，调研的结果如下图2所示。

从以上调研统计结果表明，学生对此门课程的初始学习兴趣及期望值都保持较高的期望，但也存在担心因为基础学不好的因素。针对情况，作者从以下五个方面进行了教学改革尝试。

3.1 优化教学内容

“机械设计基础”包含了机械原理和机械设计的两部分内容，主要内容是研究机械中的常用机构和通用零件的工作原理、结构特点、基本的设计理论和计算方法。现有的教材，为了追求理论知识的系统性和完整性，致使该课程内容多，知识点散，且大多数偏重于理论分析，未考虑到近机类专业学生的先修课程开设不足的实际情况。例如带传动受力分析或齿轮传动设计的推导公式过于冗长，对于近机类专业学生不易理解和掌握，因此对教学内容进行优化，对一些复杂的的理论推导及证明予以删除，重点强调公式的实际应用。增加工程实例的讲解，同时把课程设计相关内容分解成若干任务融入课堂教学，使学生在学习“机械设计基础”课程内容的同时，能够将所学知识应用到实际设计中。

3.2 面向卓越工程师培养目标为导向的课堂教学方法改革及实施

作为一门机械设计方面的基础课程，课程教学的主要目标应该使学生掌握机械设计与分析的基本能力，在此基础上培养学生的实际动手能力和创新设计能力；为实现卓越工程师培养计划的前四项品质奠定基础。

在传统的课程教学的基础上，引入“小课程设计教学”，根据课程教学的主要章节和教学的先后顺序，针对性的安排多个“小课程设计题目”，利用小课程设计作业将课程教学任务有机组合。

3.3 实验教学与课堂教学有机衔接方法

实验教学对实现课程教学目标起着不可或缺的关键作用，通过试验可以加深学生对于机械设计基础课程的基本概念、基本理论的理解，同时能够使学生对于所学内容获得感性认识，是对课堂学习内容的补充和扩展，有助于提高学生分析和解决问题的能力。

现场实物教学。在教学过程中，安排学生参观机械零部件陈列室或实习中心，结合课程教学内容对照实物进行讲解，学生能够更加直接地感受到所学知识的实际应用，加深对教材内容的理解。对于比较复杂的部分，例如轴系结构的设计，可首先组织学生现场观察后亲自装拆，增加感性认识，然后再进行课堂讲解，使枯燥的教学内容变得生动。

3.4 机械设计基础课程考核方式的改革探索

机械设计基础教学方法的改革与探索，必须以培养学生能力为核心，教学方法的改革必须得到学生的支持，受限于现状，学生在学习期间最为关注的仍是课程的最终考核成绩，如果不研究配套的课程考核方法的改革措施，将导致学生学习的积极性受挫。因此，项目需研究针对教学方法改革涉及到的课程成绩考核方式，改变以往以一张试卷分数决定学生课程学习成绩的考核方法。在原有试卷考核的基础上，研究加大实践能力、创新能力及理论应用能力的考核，适应于课程教学方法的改革和探索。本次授课采用课堂讨论发言、创新机构设计、小作业以及卷面考试构成最终成绩，降低卷面分数的权重比例，使学生能够更注重于知识的学习和掌握，始终保持较强的学习兴趣。

3.5 项目化机械设计题库建立

为配合项目化大作业课堂教学方法的改革与实施，依据机械设计基础教学大纲要求及课时安排，研究设计一个科学合理的项目化机械设计题库对教学方法的改革与实施具有重要的意义。因此，项目需根据各章的教学内容及课时安排，研究设计一个科学的项目化机械设计题库，为实施教学方法改革提供支持。

4 卓越工程师培养模式的教学评价体系构建

随着社会对人才能力需求的变化及机械类课程改革的不断深化，本课程的学时进一步被压缩，《机械设计基础》课程内容的广泛性、传统的教学体系和学时的有限性就产生了矛盾。对于我校的一些非机械类专业的学生，由于有更多专业课需要学习，只能将本课程的学时压缩，使学生普遍感到学习吃力，授课教师也觉得采用传统的教学模式，考核评价方法难以适应社会对人才能力的需求[5]。

目前，本课程考核方式主要以期末考试成绩为主，平时所占比例极小。在我校，《机械设计基础》的考试成绩占70%，平时成绩（包括作业、实验、课堂考勤及课堂表现）占30%。尽管以及逐步趋向于多元化的发展，但是由于平时成绩在教学评价中的比例仍然太小，所以实际上是不足以去反映学生的机械设计能力水平以及实际的学习效果的，而且这种评价方式也不足以去监督学生的学习过程。有效的教学评价考核应该以培养目标为依据，以能力考核为衷心，以知识考核为参考。在其他的国家和地区，《机械设计基础》的考核方式已经呈现出多元化的发展，有很多值得我们去借鉴及学习的地方，例如：台湾成功大学，作业、课堂讨论与小考占27%，期中考试两次（各占23%，共46%），期末考试占27%；美国普渡大学，课后大作业包括2次projects占40%（疲劳强度计算项目作业占20%，机械设计作业占20%），期中测试占20%，2次课堂测试占20%（每次测试占10%），期末考试占20%。

《机械设计基础》对于机械类的学生来说是一门非常主要的课程，应该着重对其的教学评价，应该采用过程性评价和目标评价相结合的多元评价方法，包括课堂表现、作业项目、实验、期中及期末测试等方面。课堂评价（10%）主要考察学生平时课堂表现，主要包括学生出勤率、课堂回答问题的表现及课堂讨论表现等方面；作业评价（20%）；由于《机械设计基础》的实践性较强，除了教科书上的习题之外，教师还可以适当增加2-3次课后大作业，大作业可以结合实践性项目的进行布置，提高学生的创新设计能力（20%）。课程考试评价占（50%）。既可以调动学生的学习积极性，也可以提高学生的动手创新设计能力，达到课程教学目的。

5 结论

随着社会对于现代化人才的专业知识结构、综合素质以及实践能力等个方面要求的提高，《机械设计基础》课程的授课方式，学习内容及评价方法也一个发生相应的变化。本文结合卓越工程师的培养目标，从五个方面进行教学尝试，取得了不错的教学效果，使学生的创新设计和动手能力得到了较大的提高。未来将根据前期的教学方法改革的效果评估，完善形成适用于卓越工程师培养目标的课程教学方法和体系。

［1］张瑞华.应用型本科院校《机械设计基础》课程深化教学改革探讨[J].中国科技博览,2011,35:469-471.

［2］唐克岩,王振玉,宋黎.机械设计基础实验教学改革与探索[J].中国教育技术装备,2011,27(9):118-120.

［3］杨可桢,程光蕴,李仲生.机械设计基础[M].北京:高等教育出版社,2007.

［4］田君,韩立发.基于卓越工程师培养目标下机械设计基础课程教学的改革[J].东莞理工学院学报,2013,20(1):100-104.

［5］朱伟,胡爱萍,陈爱莲.《机械设计基础》课程课堂教学方法及评价体系改革研究[J].教改创新,2013:56-58.

合肥工业大学教学研究项目“基于卓越工程师培养目标的机械设计基础教学改革与方法研究”（XJ201347）。

肖献强（1978—），男，讲师，主要研究方向车辆工程。

汤静］