机械类专业课程实验与课程设计综合改革探索

张玲莉　赵坚　汪文津　张婧

（天津城建大学控制与机械工程学院 天津 300384）

摘 要 本文在调研分析高校机械专业课程的基础上，分析总结机械类专业课程的实验与课程设计教学环节中存在的问题，从教学体系、内容、方法和手段等方面，对机械类专业课程的实验与课程设计教学进行了综合改革探索，表明这些教学改革措施对提高机械类学生的工程思维和工程能力效果显著。

关键词 综合教学改革 课程实验 课程设计 应用型本科人才

中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.08.025

On Mechanical Course Experiment and Course

Design Comprehensive Reform

ZHANG Lingli， ZHAO Jian， WANG Wenjin， ZHANG Jing

（School of Control and Mechanical Engineering， Tianjin Chengjian University， Tianjin 300384）

Abstract： On the basis of surveying and analyzing mechanical courses in university. It is analyzed and summarized in the paper against to the existing problems of experimental and course design for mechanical courses in the teaching link. The comprehensive reform exploration has been carried on the teaching of mechanical course experimental and course design in the aspect of teaching system， methods， ways and means. It is illustrated that those teaching reform methods have remarkable effects in aspect of improving engineering thought and ability for mechanical undergraduates.

Keywords： comprehensive teaching reform; course experimental; course design; practical undergraduate

根据机械类本科人才培养要求及社会发展需要，学生在校期间应得到系统化工程实践能力和创新能力的培养，具体表现在识图及工程语义的表达及其包括机械产品的加工、制造、装配和调试等实践能力。因此，对机械类本科生在校期间应注重这两方面的培养。机械类本科生所学主干课程的实践教学包括实验和课程设计两部分，它们是培养学生工程实践能力和创新能力的重要环节。

目前，本科院校开设的机械基础实验所涉及的教学课程较多，但各门课程的实验各自独立开设，互不联系，没有从专业培养的目标和课程综合学习的角度出发，形成机械基础综合实验教学体系。实验室能开设的实验多为常规验证性的，内容较为陈旧，实验手段较落后，设计性和创新性的综合实验很少;实验仅仅作为理论课的辅助教学，学生也不重视，实验的成绩并不能反映出学生真实的实验能力和水平;在实验教学方式上，学生只能按照教师事先搭接好的实验平台和设计好的实验步骤进行操作，读取实验数据及进行数据处理，这种实验教学方法严重制约了学生实际动手能力和创新能力的培养。①

在课程设计教学实践中，很多院校在选择设计题目时一直选用传统、单一的二级减速器，虽然减速器的设计包含了齿轮、轴和轴承等典型轴系零件的设计，学生所学到的知识也能得到较全面的综合应用，但是中国制造业的不断发展，又对机械类专业设计者提出了新要求，在这种形势下，以往的教学模式暴露出了诸多问题，具体表现为：设计题目相对单一，设计参数数量不足，导致部分同学的设计结果雷同，存在抄袭现象;②学生盲目模仿，甚至照搬照抄;在结构设计中，存在不能综合考虑零件的强度、刚度、工艺、装配、润滑和密封等问题。③这些都致使学生的设计能力及创新能力得不到应有的锻炼。

针对上述问题，结合机械专业特点，本文主要从机械类本科生所学主干课程的实验教学和课程设计入手，提出一套面向机械类学生综合创新能力培养的教学改革方案。

1 改革实验教学，建立全新的基础实验教学体系

遵循模仿、掌握、熟练和创新的认识规律，必要的基础实验应该保留，设计性、创新性、综合性实验的比例适当增加，通过综合性实验项目和开放性课外创新实践教学活动，培养学生在机械设计方面的创新能力和密切配合的团队精神。

（1）整合实验内容，建立科学完整的实验体系。突破实验原有的课程界限，把一部分实验内容采用单元形式进行教学，每一单元设计一组实验，再把另一部分实验内容组合在一起，设置成为机械基础综合实验单元，形成分层次的实验教学。各实验单元既互相独立又相互联系。机械基础综合实验教学内容分三个层次：基础实验、综合设计性实验、创新性实验，通过综合设计性实验项目和科技创新活动，既提高了学生对机械产品的创新思维能力，又培养了相互协作的团队精神。

（2）改革实验教学方法，引入案例式实验教学手段。在实验教学中引入案例式教学手段，教师应根据教学目标，用典型的教学案例将机、电知识结合在一起，调动学生参与讨论、分析及实践的积极性，进一步提高学生认识、分析和解决工程实际问题以及理论联系实际的能力，形成培养创新思维意识、自主学习方法、沟通能力和合作精神能力的一种教学方法。

（3）创设开放性实验，培养学生创新意识。在规定范围内允许学生自选实验题目，由学生自行设计实验，整个实验过程在教师的指导下独立完成，无固定实验模式，这种教学模式既能让学生认识到机械方案设计的重要性，又强化了学生独立设计的意识和动手能力。同时，增加成果展示和学生互评环节，促进创新经验交流和创新意识的激发。

（4）探索设计性、综合性和创新性实验的教学模式。尝试在设计性、综合性和创新性实验过程采用自主形式，即允许学生自选实验题目。例如，机电系统创意组合搭接实验，这个实验完全由学生自己设计传动方案，整个装配、调整、测试、数据采集及分析过程也由学生独立完成。这样就极大地调动了学生动手的兴趣，这种实验教学模式排除了由教师统一定传动方案、实验步骤，禁锢学生创新思维的现象。

（5）开放实验室，开展课外实践性教学活动。将实验室作为学生的课外科技创新活动基地，教师引导学生自由组建项目小组，由学生自行寻找课题或根据竞赛主题确定题目，进行方案设计论证，通过小组分析、研究和讨论确定项目内容，最终根据设计思想和创意理念，在教师指导下形成设计作品，作品可参加校级或市级机械创新大赛，在实践过程中促进学生间交流，拓宽知识面，开阔眼界。同时，可以将学生暴露出的问题进行总结并引入到实验教学中，使实验教学和课外科技创新活动形成良性循环。

2 改革课程设计教学，培养学生的工程应用能力

课程设计环节实践性和实用性强，结合机械类专业特色，培养学生“学以致用”成为应用型创新人才，为后续面向卓越工程师培养的课程教学体制改革进行有益的初步探索。

（1）改革课程设计内容，引入“能力导向”原则。能力导向原则是以能力为中心设计课程体系，以能力为目标改进教学方法，以能力为标准考评教学效果。④⑤面向机械类学生，我们以学生为中心，以能力导向为原则，构建了完善的课程设计教学体系，目标是培养学生基本设计能力和创新性设计能力，专业设计能力和相关专业设计能力。根据学校自身特色和社会需要拟定课程设计题目，打破传统设计两级齿轮减速器局限，在部分有能力的同学中开设创新性设计内容，选定以工程实际为背景的设计题目，把构思、方案设计、功能设计、结构设计、优化设计与CAD相结合，并进行系统训练，形成一个面向工程实践的教学体系。

（2）把学生的课外创新设计作品，纳入到课程设计教学环节。在部分有能力的同学中开展课外创新性设计活动，设计过程尝试采用项目式实践模式，教师提出项目的目标，不规定题目，不指定方法，不提供参考资料;由学生自行探索，允许几个人组成小组，共同完成项目，成果可以作为课程设计的教学环节进行考核。这种教学模式既培养了团队合作的能力，又培养了学生的创新能力，极大地挖掘了学生的潜力。

（3）将CAD（计算机辅助设计）运用到课程设计中，提高绘图效率。把现代设计手段引入到课程设计中，如利用机械专业常用设计软件AutoCAD、PRO/E、UG、SolidWorks等，鼓励学生使用计算机辅助设计软件构建三维模型，实现运动和装配仿真等，最后可将零件的三维实体模型转换为二维工程图，并进一步完成尺寸和公差的标注，这样，既激发了学生的学习热情，又将学生从繁杂的绘图中解放出来，提高绘图效率，同时，学生对整个设计过程及结果具有更加直观和形象的了解，使学生将注意力集中在设计方法上，有更多时间去思考产品的整体设计、细节设计及创新设计，真正体验到机械设计的乐趣。

3 开辟第二课堂，调动学生的学习兴趣

利用实验和课程设计这两个实践教学环节组织学生进行课外科技创新活动，通过课外实践性教学活动，锻炼学生从方案确定、到结构设计、再到工艺实现等工程实践能力，培养学生的创新设计能力、综合设计能力、动手能力、工程实践能力和团队协作精神，调动学生学习兴趣，挖掘学生自身潜力，施展学生创造才能。一方面，实验教学、课程设计等可以为课外实践性教学活动打下良好的实践基础;另一方面，课外实践性教学活动又使实验教学、课程设计得到了延伸。例如我校机械专业的同学，6人自由组成一设计小组，进行机械创新设计，学生们从设计方案的确定、参数的选择，零件的设计、校核及绘图再到零件的加工等都是在教师的指导下独立完成，其中一组同学设计的产品“思维空间”平面机构创意组合演示教具，参加全国第六届机械创新大赛和天津市第五届机械创新大赛，分别获二等奖和一等奖荣誉。通过我校的教学实践改革证明，学生主动学习、沟通能力、理论联系实际和创新思维意识有了很大的提高。

4 结语

本文立足机械类本科生所学主干课程的课程实验和课程设计，通过具体实践教学和学生第二课堂，就教学体系、教学内容、教学方法和教学手段等方面进行全面改革，提出了以学生为中心，教师为主导，注重动手能力的培养，发挥学生的想象力，使学生在获取知识（自学）、共享知识（团队工作）、应用知识（解决问题）、总结知识（创新）和传播知识（沟通）过程中得到能力提升的改革思路，教学改革已初见成效。实践证明，这种改革更能充分地调动学生的学习和创新的积极性，提高学生实际动手能力、协作能力及创新能力，教学效果显著，为把学生培养成应用型本科人才打下了良好的基础。

参考文献

[1] 刘贺平，罗阿妮，杨恩霞，庞永刚.“机械设计”课程设计融入课堂教学的方法研究[J].中国电力教育，2013.

[2] 涂德浴，陈富强，许爱瑾，路曼.机械基础主干课程体系建设及教改实践[J].安徽工业大学学报社会科学版，2012.

[3] 马先英，蔡卫国，谢忠东，武立波.面向应用型创新人才培养的《机械设计》课程教学改革[J].教育教学论坛，2015.

[4] 教育部高等学校机械基础课程教学指导分委员会，高等学校机械基础系列课程现状调查分析报告暨机械基础系列课程教学基本要求[M].北京：高等教育出版社，2012.

[5] 周传喜.机械类基础课程实践教学改革研究与实践[J].长春理工大学学报，2011.