基于事件驱动的机械设计课程群体系研究与协同创新

周廷美　陈晓岑　赵敬泽　刘卫

摘要：本文针对机械设计课程群存在的教学内容分散、系统设计思想淡化和创新意识薄弱等问题，以机械类本科生的机械设计课程群为例，结合学科竞赛的内涵体系，对基于事件（各类学科竞赛和实践教学）的主动式教学模式进行了探索，构建了协同创新体系以及创新活动管理模式，并将该思路运用于机械设计课程群的建设和学科竞赛中，取得了较好的效果。

关键词：事件驱动；机械设计；课程群；体系研究；协同创新

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）31-0094-03

机械设计课程群（包括机械原理、机械设计、互换性与工程测量等机械类专业基础课）是机械制造及自动化专业及近机类专业的核心课程，其相关的课程设计、实验及大学生创新训练和机械创新大赛等学科竞赛作为实践教学的重要环节，是培养学生动手能力、创新能力和工程能力的有效途径。

世界发达国家工科院校在专业基础课建设与教学方法研究上，强调专业理论性、实践性、适应性和互动性。美国、德国等发达国家采取了一种“3+1”模式，即3个课时理论课后就有1个课时的实践课（实验或实践活动），极大地激发学生的学习激情和兴趣。

多年来，国内各高校针对机械设计类专业基础课程，在课程建设与教学方法研究方面做了许多工作。如陈晓岑等对机械原理实验方法和内容进行了教学改革[1]；江帆等针对传统机械原理实验教学中存在的不足，将TRIZ理论引入机械原理的实验教学[2]；侯雨雷等借鉴国际先进的CDIO工程教育理念，提出以适应产业需求的项目为载体，以完整工作过程为向导，依据企业的真实工作过程设计和组织教学的理念并应用于机械设计基础的课程改革实践[3]；龚厚仙针对机械设计基础课程存在的教学内容零散、系统设计思想淡化等问题，采取以能力培养为本位的“项目驱动”教学模式[4]。上述研究已初见成效，而结合课程设计、大学生创新训练以及各种学科竞赛更深入、全面地研究机械设计课程群的教学体系与协同创新的课程群建设和教学改革的较少，探索一种适合机械设计课程群的、注重理论与实践相结合的，在课程设计、学科竞赛中集研讨式、启发式教学方法的多元化教学模式，是高校教学研究的重要课题[5，6]。

一、以事件驱动为核心的课程群构建

针对机械设计课程群教学中原各门课程自成体系、不能有机联系和综合应用的弊端，结合本科生的实践教学、大学生创新训练以及各种学科竞赛活动，将机械设计的相关课程作为一个课程群实施整体性建设，按照其在培养学生知识能力结构中的任务和作用，加强教学内容的有机联系，构建连贯而完善的新型课程体系。

在机械设计课程群的教学内容上，要涵盖“系统的设计思维、创新的设计理念、现代的设计方法、具体的设计实践”这几方面的教学训练。在课程群设置上，选择了机械原理、机械原理课程设计、机械设计、机械设计课程设计、互换性与工程测量、创新设计与制作等6门课程。通过对机械原理、机械设计、互换性与工程测量这几门主修课程的内容和体系进行整合重组，并融入AutoCAD、Pro/E、Ansys等相关热门应用软件知识，使学生在学习进程中，既有理论知识的学习，又有实际的操作训练。以课程设计、大学生创新训练和机械创新大赛等各种学科竞赛活动为契机，强化实践教学，全面提升机械设计课程群的实践教学效果，增加学生的创新能力。

二、以学科竞赛为主线的教学流程规划

在机械设计课程群的建设中，除将课程群内的6门课程进行内容整合和重组外，同时针对新形势下的人才培养目标，将学科竞赛的主线贯穿课程群教学的全过程。

机械设计课程群以学科竞赛的创新设计项目作为教学的载体，按项目实施的需要合理安排教学内容。在课程教学的初期向学生布置设计题目（结合老师的科研课题的设计选题或按教学内容选定的常规选题），或学生结合大学生创新训练和机械创新大赛自主提出设计意向，在课程的教学过程中有意识地结合设计题目进行授课、实验和布置课外作业，随着机械原理课程的结束，学生完成产品的原理设计；随着机械设计和互换性与工程测量等课程的结束，学生完成机械产品的初步设计。当课程群的教学任务完成后，结合各类学科竞赛，指导老师联合指导学生在初步设计的基础上，采用计算机辅助设计方法对产品进行力学性能分析和运动仿真，根据分析结果修改设计，绘出工程图。在通过设计评价后进行产品的制作，完成产品样机的制作。

三、教学模式的改革

在课程群的教学模式改革中，以学生为主体，通过学科竞赛和新颖的课程设计引导学生从被动学习向主动学习转变，即通过具体的事件引导学生加强知识和能力的培养，强调课堂教学与课外学习相结合，引导学生主动发现问题、分析问题和解决问题。如在每届机械创新大赛前让学生围绕大赛主题自主提出项目申请，充分发挥学生的想象力和积极性，真正做到百花齐放。在此基础上进行项目的第一轮筛选。对第一轮入选的项目进行可行性论证，引导学生自己提出问题、分析问题并提出解决问题的方法。然后进行第二轮筛选，筛选通过的项目才能进入学校的申报。在课程群教学模式上结合课程设计和学科竞赛进行了系列改革尝试，包括教学组织形式的创新，即教学过程相互衔接，设计过程联合指导，设计成果统一评定。

在课堂教学中，根据机械设计课程群的特点，立足工程的观念组织课堂教学内容。受课时限制，不可能将机械设计中的所有内容都在课堂中讲解，而是结合课程设计和学科竞赛进行学习，如机械设计中的机械创新及系统设计部分则根据具体的选题，学生在老师的指导下进行具体机构的系统创新设计，由此加强对机械系统的认识。

在机械设计课程群的实验设置中，优化了原有的实验项目，创建了机械传动综合实验，学生可以根据所学的机构，自主进行实验设计，搭建各种各样的机构，完成相应的设计功能，并撰写实验报告，以加强学生创新实验的能力，增强动手能力。同时结合各类学科竞赛等科技创新活动激发学生参加创新实践的积极性。

机械原理课程设计主要是锻炼学生运用所学知识进行综合设计的能力，在课程设计中不再是一个班的学生做某种机构的设计、绘图，而是精选出多种实际机构，让学生根据自己的兴趣完成某个机构的原理设计。机械设计课程设计主要锻炼学生运用所学的机械原理、机械设计、互换性与工程测量等知识进行综合设计的能力，主要经历方案选择、传动能力计算、结构设计等过程。在课程设计过程中老师通过讲课、答疑等多种方式进行指导，设计完成后通过答辩让学生清楚地了解自己的设计是否合理、还存在哪些问题，以避免在以后的设计过程中出现类似的错误。

四、课程群考核模式的改革及协同创新体系的构建

机械设计课程群的课程考核以试卷、设计报告、成果答辩相结合的形式开展。学生成绩考评特别注重在各类学科竞赛中的创新价值，提高创新性在考评成绩中的比例，以及获奖学生在保研中的比例，大大提高了学生的自主创新意识及设计兴趣。

在综合分析高校创新人才培养现状的基础上，结合自身专业特色和机械设计课程群的建设，机电工程学院于2011年成立大学生创新基地，并派有多年教学管理经验的管理人员负责基地管理，该基地在组织学生参与创新活动上做了很多努力，形成了一整套完善的创新活动管理模式。（1）构建学科竞赛的整合机制。机电工程学院历来高度重视对学生创新能力和实践能力的培养，积极引导和支持学生大胆创新，重视和鼓励学生参加各类学科竞赛。在学院领导和老师的大力支持下，在2011年专门筹措资金、配备场地与师资、添置设备仪器，成立了大学生机械创新基地，负责学院学生创新活动的指导和课外科技创新比赛的筹备、申报及指导工作，培养与引导大学生自主进行方案设计、原型样机选材、组装与实验室调试验证。（2）学生团队的组织形式。创新基地成立了4支大学生创新团队，专注于创新训练和创新竞赛，有各自完善的团队管理机制，是创新项目的载体，也是人才培养的主要组织形式。学生开展招聘会，自主选拔优秀人才，以高年级带低年级的方式进行项目的申报及实施，以便在各类学科竞赛中充分发挥集体优势。同时团队采用考核制和淘汰制，定期引进新鲜血液，以保证团队的生命力和成员的积极性。团队“以老带新”的培养模式避免了创新人才的脱节。（3）教师团队的构建。创新基地根据教师的研究方向，采取自愿的原则建立了一支强大的指导教师团队。教师的悉心指导是团队和项目顺利发展的强大推动力。部分教师将科研项目引入大学生的培养过程，这种方式激发了大学生对科研与创新的兴趣，培养了学生发现问题和解决问题的能力。（4）创新基地的管理不断完善。创新基地从活动场地管理、物品借还管理、经费管理、项目实施管理、基地成员管理及合同管理6个方面确立了完善的管理制度，为基地的运营提供了良好的基础条件。创新基地的管理执行者由基地志愿者完成，志愿者分为宣传组、事务组和技术组。技术组负责自主创新等项目的初审，事务组负责日常事务的处理、活动的组织和人事的协调，宣传组负责创新团队、创新成果和创新基地的宣传以及基地网站的管理。3个组的良好分工是创新基地良好运行的有力支撑。（5）创新实践训练。针对不同学生，基地相应地开展不同的创新活动。对于普通学生，主要开展优秀学子交流会、创新意识和创新能力培训会、团队招聘会、创新成果展示等活动；对于团队成员或赛事经选拔后的成员，基地会组织开展专业技能培训会、模拟答辩、优秀研究生交流会等，并组织参与校企合作的创新大赛。全方位的创新活动能够有效、循序渐进地培养和提高学生的创新意识和创新能力。（6）创新训练成果。自2011年成立以来，机电创新基地经过3年多的探索引起了广泛的关注，并取得了骄人的成绩：3年来基地收集学生自主创新项目申报200余项，全国大学生创新训练项目100余项，覆盖人数近1100人次，约占本院45%的本科学生；2011—2013年自主创新和国家创新训练计划总立项资金达100万元；2013—2014年自主创新团队项目和个人项目立项14项，班级项目立项4项，总覆盖人数达238人次。2012—2014年学院整体参与科技创新活动及获奖情况如表1所示。

五、结论

基于事件驱动的机械设计课程群的体系研究，将机械专业的几门重要的专业基础课作为一个课程群实施整体性建设，解决了机械设计课程群教学中各门课程自成体系、不能有机联系和综合应用的弊病。以学科竞赛等事件为主线的课程群教学流程设计，让学生将课程学习和学科竞赛等实践环节紧密联系起来，提高了学生学习的目的性。课程群考核模式的改革进一步提高了学生参加各种学科竞赛的积极性，收到了良好的教学效果。

参考文献：

[1]陈晓岑.机械原理实验教学的改革和探讨[C]//2007机械设计教学研究论文集.

[2]江帆，孙骅，庾在海，区嘉洁.基于TRIZ理论的机械原理实验教学实施策略研究[J].理工高教研究，2010，29（3）：108-110.

[3]侯雨雷，齐效文，周玉林，等.基于CDIO理念的《机械设计基础》课程改革实践[J].中国科教创新导刊，2010，（1）：37-38.

[4]龚厚仙.基于项目驱动的《机械设计基础》课程改革[J].职业技术教育，2011，32（17）：32-33.

[5]乔连全.我国研究型大学“大学生创新性实验计划”的现状与反思[J].高等教育研究，2011，（3）：81-87.

[6]邹广严.关于构建应用型人才培养模式的若干问题[J].中国高等教育，2009，（23）：33-35.