基于科研项目的机械设计类课程教学模式研究

龚俊杰　戴隆超

摘要：为了配合“卓越工程师教育培养计划”的实施，以提高机械专业毕业生的社会适应性，培养学生的工程背景和工程应用能力，在机械工程专业的机械设计类课程中引入相关的科研项目和工程案例辅助教学，将会取得非常好的教学效果。

关键词：卓越工程师；科研项目；机械设计课程；教学模式

中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）53-0190-02

目前社会对人才的需求产生了很大的变化，用人单位对高校本科生、研究生的社会适应性提出了越来越高的要求，更加强调学生的实践动手能力和项目研发能力，所以毕业生如何能够在短时间内尽快适应岗位的需要和单位的要求，在一定程度上成为衡量高校人才培养质量的重要指标[1]。2010年6月23日，教育部在天津召开“卓越工程师教育培养计划”启动会，联合有关部门和行业协会，共同实施“卓越工程师教育培养计划”，主要目的就在于培养和造就一大批创新能力强、适应社会发展需要的高质量工程技术人才[2]。对于机械专业的毕业生而言，不仅要培养学生熟练掌握专业基础理论知识的能力，更要注重培养学生的实践应用能力和创新能力，所以将各类科研项目引入课程体系，加深对课程理论的应用和理解，尽快使学生了解科研项目的研发过程，参与项目的具体研究和实施，通过自身的深度参与，将所学的知识学以致用。在机械工程专业的培养计划中，现代机械设计类课程是与工程应用联系最为紧密的课程，也是将来对机械专业学生的工程应用能力和社会适应性影响最大的主干课程，其中的理论力学、材料力学、有限元分析、机械振动、机械设计、优化设计与理论、机械结构测试与分析既有相当的理论深度与价值，又可以独立解决很多的工程问题，这些课程最适合采用教学与科研项目集合教学方式。

一、在理论教学中灌输科研项目研究的前瞻性

对于机械专业的本科生、研究生而言，所有机械设计类课程都具有相当重要的理论价值，可以提高学生的理论素养。但是这类课程在教学和学习过程中往往比较枯燥，且具有一定的难度，如果纯粹按照严谨的理论体系进行教学，学生容易失去学习的兴趣和动力，甚至觉得所学的知识一无所用。所以迫切需要教师在教学过程中，灌输教学内容的理论意义、价值与应用，要做到这一点，最好的也是最自然的方式就是将教师的课题引入到教学过程中来。机械专业教师所研究的课题，无论是纵向或横向课题，在其所用的研究理论、研究方法和研究手段上，必定都存在与机械设计类课程非常贴切的内容，需要应用机械设计系列课程的理论和方法去解决。例如在解决某型号转塔冲床在加工过程中的振动和噪声问题，就要了解机床的结构设计特点及工作原理，需要涉及机械设计与机械原理等课程的内容；要对机床的振动与噪声进行实际测量，需要掌握机械振动、机械测试与分析等课程有关的知识；为了对机床进行减振降噪，可以在有限元分析、优化设计等课程中提出解决这一问题的方法与思路。总体而言，任何一个课题的研究，尤其是横向课题，都有很多可以在教学过程中值得与学生分析与探讨的内容，可以让学生了解所学知识的重要性和工程应用价值。

二、在研究方案制定过程中培养学生的研发能力

目前针对工科专业的研究性教学而言，以“项目和课题研究为导向”的教学方式非常贴切现行教学改革的要求和趋势。该教学模式可以将学习、研究、实践有机地结合起来，充分发挥学生的主体作用，使学生能创造性地运用所学的知识和能力，通过自己的主动探索、主动思考、主动实践，自主地发现问题、研究问题和解决问题。首先，教师在讲课内容中要增加具体的工程实例，同时注重引导学生注意身边的工程问题，鼓励学生参与提炼工程主题，并将工程主题与教学重点内容结合起来。在进行项目研究方案的制订与讨论过程中，可以先介绍课题的来源、背景、研究需求和研究目标，让学生以分组的形式去查资料，阅读查文献，了解目前的研究现状及研究方法，制定课题的研究方案，引导学生展开课堂讨论，并根据所学的知识提出解决问题的方法，这样可以将抽象的理论与具体的工程背景结合，使抽象的工程问题变得丰满有趣，从而强化学生的工程概念与背景。然后，将学生带到企业，进入生产现场和使用现场，获得对所研究课题的感性认识，掌握和了解课题实际存在的问题，形成教学与实际结合起来的课外教学方式，通过学生亲身实践、工程技术人员的介绍以及教师的深入分析，使学生对研究的内容和课题有较为深刻的理解，便于制定更为具体和合理的研究计划。例如在对某型号的路灯灯杆进行强度与可靠性研究时，可以运用力学知识进行理论计算，再进行实际测量，最后进行优化设计，这一过程几乎会涉及到机械设计类的所有课程。

三、在项目实施过程中锻炼学生的实践能力

对于工科的本科生和研究生而言，我们现在的人才培养非常重视专业知识的学习，毕业后学生可以掌握本专业系统的理论知识和一定的实践能力。但很多毕业生在进入工作岗位后，往往还需要2～5年时间的重新学习与培训，才能具备较好的工程素养，也才能独立解决工程实际问题，从而造成企业人力与财力的浪费，使得企业在招聘人才时，首先考虑的不是学生的文凭和学习成绩，而是工作经历和工作经验。近几年本科教学大纲经历了至少两次修订，修订过程中已经注意到这个问题，并且正在进行较大幅度的改革，其主要做法是加大实践性教学环节的比重，实行企业与学校的联合培养模式，其目标就是在工程应用、生产实际中培养学生独立思考与解决问题的能力。如果能够让学生参与到教师与企业合作的课题中来，在项目研究与实施的过程中，让学生将学到的知识应用于解决具体的工程问题，就可以实现新大纲修订的宗旨，满足新大纲的要求。横向课题是企业在生产过程中或客户在使用过程中发现和提出来的技术难题，往往具有一定的难度，课题的研究也是一项系统工程，其研究成果可以直接提升产品质量，产生明显的社会和经济效益。所以首先需要对研究的对象进行全面的了解、分析、调研与查阅资料，包括设备的结构、功能、使用方法、产品质量的评估等，这方面的研究可以培养学生画图、识图、查阅文献的能力。确定了详细的研究方案之后，就要进行课题的研究，该研究过程往往历时几个月，甚至一年以上。在此研究过程中，学生需要参与大量的研究工作，可以在教师的指导下将学到的系统知识应用于理论计算，通过对理论知识的复习和应用，了解理论研究的价值，加深对理论知识的理解；学生还可以从事实验分析和实际测试，不但可以在实验室对试样进行试验，进一步熟悉实验室仪器与设备的使用方法和技巧，还可以到车间进行实际测量，掌握现代测试仪器的操作和使用，并在试验和测试完成后，进行数据的处理工作；在试验研究的基础上，培养学生利用先进的计算机仿真手段进行优化设计，通过学习先进的三维设计软件、有限元计算软件等进行结构的改进设计研究工作，并将计算结果与实验结果进行对比，及时了解优化设计的效果，从而达到研究的目的。让学生深度参与课题的研究过程，一方面可以使学生获得较为全面、系统的学习与训练。对机械专业学生而言，可以对实验应力分析、有限元分析、机械振动、机械结构的测试分析以及优化设计等现代设计类的重要课程和知识点有非常深刻的了解；另一方面还可以对企业的产品、要求、技术、研发甚至市场都有比较全面的接触。这样对毕业生就业而言，所提供的参与这些企业课题研发的经历，对企业来说无疑具有极大的吸引力。最为关键的是，这些学生一旦进入相关行业，马上可以发挥很大的作用，能够独当一面解决企业面临的具体工程问题。

四、在项目成果的总结中提高学生的综合能力

学生通过参与科研项目的研究过程，可以了解企业的技术改进与研发过程，可以应用到所学的很多知识，也可以掌握很多新的思想、理念、方法和研究手段，可以培养动手能力和创新意识，但更为重要的是还需要通过对项目的总结来进一步提升他们的综合能力和素质。

项目研究过程还包括对研究结果的总结，尤其是需要对照预期的研究指标进行分析与汇总，形成一系列的研究成果。这一过程可以提供学生撰写总结报告、学术论文与专利的机会。相对于知识的学习和动手能力的培养，我们目前对这种能力的要求不是很高，甚至不作要求，一般总是认为本科生没有能力独立撰写和发表学术论文。但实际上对很多学生来说，只要阅读过一定数量的科技文献，再经过一定的指导和锻炼，加上教师的认真修改，本科生完全可以发表学术论文，甚至是质量较高的国际论文。相对于较为专业的学术论文而言，撰写专利，尤其是实用新型专利或外观设计专利，相对来说比较容易，只要鼓励学生善于观察、敢于思考、勇于创新，再加上一定的指导，应该可以完成专利的授权，这一点对将来学生在企业工作非常有利。

目前所有大学都越来越重视大学生的第二课堂，对工科学校来说这是培养“卓越工程师”的主阵地，也是培养大学生创新意识和动手能力的主课堂，对拓展学生的综合素质起到非常重要的作用。学生可以从参与的课题中提炼新的内容，作为大学生课外科技活动项目，也可以将研究成果进行整理，参加各项科技竞赛活动，如“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛、机械设计创新大赛等。通过竞赛调动学生的主动性、积极性、创造性，激发学生的潜能，展示学生的才能。

总之，让学生参加教师的项目与课题，提供他们走进企业的机会，参加工程项目的测试、分析与优化等综合性的研究工作，可以增强学生的工程概念与意识，提高与锻炼学生解决工程实际问题的能力，最终提高学生的社会适应性，成为合格的卓越工程师。

参考文献：

[1]吴绍芬.校企深度合作培养卓越工程人才的思考[J].现代大学教育，2011，（6）：100-104.

[2]周雪梅，滕靖.面向卓越工程师培养的教学改革研究[J].中国科教创新导刊，2011，（5）：50.endprint