基于工程教育理念下机械设计课程教学的思考

高江红

摘要：机械设计是机械类专业的核心课程，担负着培养学生具有初步解决复杂机械工程问题能力的任务。在机械设计的教学过程中，以工程教育方式为指导思想，通过优化课程内容体系，引入项目实践精心进行教学设计，将在线课堂与面对面教学模式相结合等方式，对我校机械设计课程教学改革进行了有益的探讨，取得了较好的教学效果。

关键词：工程教育；优化课程内容；项目实践；在线课堂

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）16-0230-02

机械设计课程是机械类各专业中研究机械共性问题，并具有承前启后作用的设计性主干技术基础课程。通过本课程的教学，能够训练和培养学生设计通用零件、机械传动装置及简单机械的能力，能够针对生产一线有关产品设计的复杂机械工程问题进行分析判断，确定设计目标，提出解决方案，为学生学习后续课程及新的科学技术打下必要的基础，同时也为学生今后从事机械技术工作打下一定的基础。[1]通过机械设计课程学习，要求学生具有解决机械工程问题所需的工程基础知识及其应用能力；能够理解、分析需求，确定设计目标；能够对生产一线的产品设计问题进行分析，并提出解决方案；能够实施满足特定需求的机械产品的解决方案，并能用图纸、报告、实物等形式呈现设计成果。[2]机械设计是一门设计性的课程，实践性很强，很多问题的解答都是多方案的，而目前课程教材一般理论分析多，实践应用较少，学生在初学时普遍感到课程知识点零散，缺乏系统性，遇到工程实际问题无处下手。

一、抓住主线，优化课程内容体系

机械设计课程的主要内容是机器中通用零件的设计，内容丰富，公式烦琐，看似各部分内容松散、零碎，之间没有联系，但实际上在机械设计学习过程中有一条主线，即通用零件设计的基本的研究思路是按“分析失效现象—失效机理（原因、后果、措施）—设计准则—建立简化力学模型—强度计算—结构设计”这一主线进行，机械设计的教学内容也按照这一主线形成讲授体系，使学生找到各章节之间的联系，有一个明确的学习路线，从而建立机械设计的完整的理论体系。在教学过程中，将零件常见的失效形式，材料选择、齿轮、带轮、蜗轮蜗杆等零件的结构形式等相同或类似的内容归纳总结，在讲解相关的内容时，用共性知识将不同的内容贯穿起来，使学生触类旁通，加深理解。这样做所用的学时数并不多，但能够使学生在类比中加深直观认识，取得了较好的教学效果。教师首先应该认真备课，组织好教材的内容，根据学生的特点进行教学设计。对于统编教材，应当有所取舍。各机械设计的教材对于机器的装配设计没有做系统的介绍，导致学生学习完通用零件设计后，在对机器进行具体结构设计时，感到无从下手。事实上，装配设计在整个机械设计过程中占有十分重要的地位。另外机座和箱体的设计很多教材也不作介绍。事实上，机架和箱体是设备的基础部件，起到支承和基准的作用，所以应适当增加学时介绍机械装配设计的基本原则、结构设计的步驟和方法以及结构设计的形式选择等。

二、基于项目实践的教学

传统的机械设计教学仍是以教师课堂灌输为主，缺乏和工程实际的必要联系，很多学生在学习过程中觉得自己每一章习题都会做，可是在课程结束后的实践期间，又不知这些知识点怎么用，面对选题不知如何下手。为了提高基础知识解决实际问题的可应用性，更好培养学生解决复杂工程问题的能力和创新能力，同时激发学生主动学习的兴趣，教研组在课程理论教学的过程中引入项目案例教学，以项目为主线精心设计教学。实践证明，项目教学是提高机械设计课程教学质量的一个有效途径。项目教学是通过完成一个整体的项目而实施的教学活动，项目的选择应当尽可能涵盖课程中所涉及的各种通用零件和知识点，并且具有一定的先进性，同时尽可能将当前科技的热点引入选题。教师授课伊始即将设计任务布置下去，围绕着一个大项目，通过对教学内容的分析，再将教学任务进行分解，将项目分解成一个个小项目，每个小项目都是大项目中一个个内容的分解，把要讲授的知识蕴含于学生所需完成的任务之中，让学生通过项目设计从而掌握所学知识。学期末学习完机械设计这门课程后，在小项目都完成的情况下，学生也完成了一个大的项目。同时在学习的过程中，将各知识点联系在一起，形成了一个较完整的知识体系。通过项目教学，将理论教学和工程实践有机结合起来，从而充分发掘学生的创造潜能，培养学生系统工程意识和分析问题、解决问题的能力。项目教学在机械设计授课过程中起到了非常重要的作用，正因为此，项目的选择在教学过程中也是至关重要的。例如，减速器和变速器做为传动装置，项目中囊括了机械设计常用的基础知识：传动零件、轴系零件、连接件、箱体，所以可以将一些新兴的高科技产品中减、变速器作为主项目，再将其分解为传动方案设计、传动零件设计、轴系零件设计、箱体等多个子项目。通过一个实际的项目案例，一方面可以引导学生自己提出问题并解决问题，变被动接受知识为主动学习，培养学生解决复杂工程问题的能力。另一方面，通过实际案例将课程知识点一一分解，再最终组合为一个整体，使学生更加容易理解各种典型零件在机械系统中的功用，也能够从各零件协同工作的角度，更好地掌握各种通用零件的设计方法。

三、两种教学模式的交互

由于目前机械设计的课时不断被压缩，对基于课堂的传统教学模式提出了挑战。国家精品开放课程共享系统中心网站（即爱课程网）将在线课堂与面对面教学模式相结合，把教师单向灌输的传输知识方式转变为激发学生学习兴趣，引导学生主动学习的教学模式，对提高机械设计教学质量，深化课程改革起到了积极的促进作用。

互联网的高速发展使得教学不再局限于课堂，任课教师可通过在线咨询、QQ群、微信、个人邮箱、短信等将教学信息便捷、及时、准确地传达给学生，教师也能及时了解到学生对课程的反馈。国家精品开放课程共享系统中心网站具有友好的用户界面，为师生用户提供了较完整的学习支持系统。老师在课前要求学生通过观看相应视频进行知识点的预习，课后布置学生完成在学习平台上每一个知识点配备的测试卷和离线作业。学生在观看视频、完成相应练习时遇到问题，可以在系统中实时咨询老师，也可与同学展开讨论。通过网络课程教学中丰富的功能模块和灵活的形式，将面对面的教学与在线自主学习结合。一方面，学生的学习不再局限于有限的课堂教学时间，可自由支配学习的地点和时间；另一方面，与传统的教学模式相比，新的教学模式对学生的自主学习能力也提出了更高的要求。

在线学习的过程中部分缺乏自我约束力学生，常常会在网络学习中出现拖延症。为了促进学生自主学习，规定学生需要完成一系列学习活动，才可获得本课程的相应学分，比如，学生需要在截至时间之前完成系统中相关的预习、自测和练习，及时提交，否则当次练习为0分，累计一定次数，则无法取得本课程的学分，同时系统也对学生的学习过程进行实时记录。作为任课教师，在机械设计共享课程建设时，首先要保证教学资源的完整性，教学资源应包括教学录像、PPT讲义、课程教案、备课笔记、教学设计及知识点汇总、思考题、作业参考答案、题库或卷库、学科前沿研究的热点等。其次是教学资源的丰富性，丰富性是指尽可能增加不同种类的教学资源，不仅有文本资源、图片和动画、还有视频资源等。丰富的教学资源有助于开阔学生视野，激发学习的热情和兴趣。[3]

四、结论

随着现代机械工业的迅猛发展，创造型人才的需求与日俱增，机械设计课程在培养学生创造能力的过程中起着重要的作用。教师教学应当重视培养学生的创造性思维以及获取信息、分析信息、处理信息和利用信息的能力。在教学过程中，以学生为主体，调动学生的主观能动性，鼓励其积极探索，主动学习。

参考文献：

[1]吴宗泽，吴鹿鸣.机械设计[M].北京：中国铁道出版社，2016.

[2]濮良贵，陈国定，等.机械设计[M].9版.北京：高等教育出版社，2013.

[3]江南，金晓磊，等.国家级精品资源共享课的建设与思考[J].中国大学教学，2014（6）.