基于智能农装创新能力培养的农林院校机械设计基础教学改进探析

张顺 李兆东 伍德林

摘要    为培养农林院校学生的智能农机装备创新能力，围绕国家制造强国战略发展的人才需求，本文分析了农林院校近机类专业机械设计基础的教学现状，从合理安排教学内容、改进教学方法和变革课程考核形式等3个方面探讨了课程教学改进措施，以期为提升学生的工程实践能力与智能农装创新水平，以及农林院校相关机械课程的教学改革与实践提供参考。

关键词    机械设计基础;农林院校;教学改进;智能农装

中图分类号    G642         文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2019）18-0248-02                                                                                     開放科学（资源服务）标识码（OSID）

Abstract    In order to cultivate the innovative ability of intelligent agricultural machinery for students in agricultural institutions and to focus on the talent demand of the country′s strategic development，this paper analyzed the teaching status of the machine design foundation of the near-mechanical major in agriculture institutions，and discussed the course teaching improvement measures from reasonable arrangement of teaching content，improvement of teaching method and reform of course assessment form.The aim is to improve students′ engineering practice ability and intelligent agricultural equipment innovation level.This paper will provide references for the teaching reform and practice of related mechanical courses in agricultural institutions.

Key words    machine design foundation;agricultural institution;teaching improvement;intelligent agricultural machinery

机械设计基础作为农林院校近机类专业，如电气工程及其自动化、材料科学与工程、包装工程、纺织工程、食品科学与工程等专业的必修课，一直在各专业的学生培养方案中占有重要的、不可或缺的地位，其所具有的学科交叉特性，使其成为一门讲究理论与实践并重的课程[1]。

随着国家制造强国战略第一个十年行动纲领《中国制造2025》的实施，既为我国农业机械化事业的发展指明了方向，又明确了农业机械化事业的发展目标，提出了智能农机装备的发展思路[2]。这对高校提出了更高的要求，尤其是对具有农林专业背景优势、与农机装备直接相关的高校。因此，机械设计基础作为智能农机装备研发的基础课程，直接决定着农林院校近机类专业学生的智能农装创新能力，进而影响着农林院校学生培养水平。农机农艺农信的高度融合，是我国农业机械化的必由之路[3]。农林院校近机类专业的学生有较好的涉农专业背景，深知各自领域的农艺要求，特别是电气工程专业拥有工程自动化的背景优势而且各专业生源稳定，是促进我国智能农机装备创新设计与快速发展的一支有力军。

本文在分析农林院校近机类专业机械设计基础课程教学现状的基础上，探讨适宜培养学生智能农装创新能力的课程教学改进措施，以期为农林院校机械设计基础课程教学提供参考。

1    农林院校机械设计基础教学存在的问题

现行的国家规划教材大多依据国家提出的《高等工业学校机械设计基础课程教学基本要求（多学时）》进行整编机械类专业《机械原理》和《机械设计》而成[4]。在使用这类教材进行农林院校近机类专业授课时，发现存在如下问题。

1.1    学时少、课时紧

以安徽农业大学为例，大多近机类专业新制定的学生培养方案为提高学生的综合素质，往往增开了比较多的通识课程，一些通识课程排满学生的小学期，导致理论与实践要求均较高的机械设计基础课程总学时被压缩至32～40学时（材料科学与工程专业32学时，电气工程及其自动化、包装工程、纺织工程、食品科学与工程等专业40学时），而且只能在小学期前集中授完全部课时[5]。由于大多近机类专业在开设机械设计基础课程之前，并没有配套开设理论力学、材料力学、机械制图、金工实习等相关预备课程，而且对相关机械结构、传动装置等鲜有观察，而教师又无法像对待机械类专业学生那样有足够的课时将所有机构及其传动讲解透彻，逐步推导课程内容中晦涩难懂的理论公式，从而增大了近机类专业学生对课程知识的理解难度，且该门课程知识点的衔接性比较强，若学生不能及时领悟吃透先授课程的内容，随着知识盲点的累积，导致学生学习兴趣下降，甚至出现厌学、逃课等现象。

1.2    内容陈旧、缺少实验实践环节

原有教材中与课程内容知识点配套的工程应用实例较少，而且其中部分实例陈旧过时，几乎没有与农林生产过程相联系的实例，与当前国家大力倡导的智能农机装备相关的实例更为少见，较难满足当前农林院校近机类专业学生获取最新研究进展的需求，影响学生对该门课程教学意义与地位的理解，甚至导致近机类专业学生产生学习本门课程无用论的错误观点，从而影响学习的主动性和积极性。此外，现有课程缺少与内容配套的实验实践环节，增大了近机类专业学生对抽象的机构及其传动的空间想象难度，不利于学生对课程内容的理解与掌握，缺乏运用所学知识发现问题、分析问题及解决问题等学以致用的平台与机会，难以培养学生的工程实践能力与创新设计思维。

2    机械设计基础教学改进措施

近机类专业的学生不比机械类专业学生，由于专业背景差异，在之前的学习和生活中很少主动观察和思考常见的机构及其传动。如学生对日常接触的自行车中链传动的链轮与齿轮分不清，很少注意观察链条啮入、啮出链轮的多边形效应，故对课程内容中很多抽象机构及其传动的空间想象和理解较为困难，更别提机构及其传动在陌生的农业机械装备中的应用。因此，传统的完全依据教材照本宣科般的教学方式将很难激发课堂“低头族”“手机党”的兴趣。授课教师应把握国家对农林院校学生的时代要求，突出农林院校在农机装备人才培养中的优势，有针对性地调整课程教学内容，改进授课方法及课程考核形式，提高课程教学质量，培养学生农机创新水平。

2.1    合理安排教学内容

针对不同近机类专业学生培养方案的实际需求，结合农林院校“双创型”人才的培养目标，紧跟国家智能农机装备的发展方向与产业需求，重新修订适合各自专业的教学大纲，选择性地增减和调整课程内容。課程内容调整应该遵循阐明原理、突出应用的教学思路，根据各专业学生发展的实际需求，简化繁琐公式的推导，侧重相关结论在各自领域的生产应用，融入与课程知识点直接相关的智能农机装备典型案例，例如以平面四杆机构为基本原理的切贝谢夫四足步行机构在农业四足行走机器人上的应用[6]。利用生动形象的智能农机装备作业视频，加深学生对课堂理论知识点的理解，激发学生的学习兴趣，引导学生自主地深入学习课程内容及其在农机装备中的应用。可以将指导学生开展智能农机装备创新研究的相关成果融入对应知识点的教学内容中，不但可以拓宽学生的视野，而且可以激发学生的创新热情，分享学生间研究的经历，破除学生对科技创新的畏难情绪，加深对所学、所思、所行、所得的理解。课后作业内容除了基本的巩固所学课程知识点的习题之外，鼓励学生自由组队，根据课堂上所示范剖析典型案例的工作原理进行农机装备生产应用的调研学习，调研报告可以作为学生平时成绩外，还可以在课堂中进行分享交流，有助于转变传统“满堂灌”与“一言堂”的授课方式，并转变学生被动接受的习得模式为主动探索获取的积极模式，培养学生积极思考、勇于探索的创新精神。

2.2    改进教学方法

2.2.1    挖掘多媒体教学优势。对教学内容不断丰富与学时不足之间的矛盾，传统的黑板加粉笔的完全板书教学方法已无法胜任大量知识点的短时灌输。集聚文字、语言、符号、图形、影像等多种媒体信息为一体的多媒体计算机辅助教学基本上是当前高校理论课程的主流授课方法。如果课堂教学不能充分挖掘和发挥多媒体教学的优势，而仅是将书本上的文字和图片照搬到投影屏幕上，不会充分利用网络动画、视频、应用程序等资源来辅助学生对机构装置、机械传动及其加工制造的直观理解，如利用Teeth.exe应用程序演示渐开线齿轮范成法的齿廓切削过程，则散失了采用多媒体教学的本质初衷，教学效果反而差于传统的完全板书教学。因此，应充分利用好多媒体教学提升课堂授课效果，如利用SolidWorks、CATIA、Pro/Engineering等CAD三维建模软件生成机构模型，借助多媒体设备走进课堂，既可以充当机构教学模型的作用，帮助学生对复杂机构模型的空间想象，又可拓宽学生的见识，了解机械工程三维建模环境与方法。

2.2.2    融入实验实践教学环节。机械设计基础是一门实践性较强的课程，在近机类专业学生的授课环节中，更应该融入和加强实验和实践教学环节。然而一些高校并没有重视和开设实验和实践课程，如安徽农业大学的电气工程及其自动化、材料科学与工程、包装工程、纺织工程、食品科学与工程等专业在完成课堂理论教学后，并没有安排实验或实践教学环节以增强学生对课程内容的理解、掌握。为提升学生在本门课程实验和实践教学环节中的分析问题、解决问题及动手能力，践行理论联系实际、实际回归理论的教学理念，应开放机械类专业学生使用的拥有较为系统的机构及其传动模型的《机械原理》和《机械设计》实验室，通过对机构及其传动模型陈列柜，模仿渐开线齿轮齿廓加工过程范成仪，带传动、链传动和齿轮传动等实验台的近距离观察与直接操作，将课程抽象的理论知识与具体实物相结合，促进近机类专业学生对课程内容的理解，达到举一反三、触类旁通的教学效果。在此基础上，发挥农林高校拥有农业机械类教师团队资源的特有优势，利用农机陈列库开展课程的实践教学环节，将课程知识点分解到农机装备上的具体结构、部件及其应用，如播种机上以铰链四杆机构中平行四边形机构为基本原理的仿形机构、鸭嘴式半自动移栽机上实现栽植臂定时定位移栽作业的凸轮机构、谷物联合收获机上割台茎秆切割装置实现往复式切割的曲柄摇杆机构等，并介绍当前农机装备存在的问题及发展趋势，亦可建议学生通过学校组织的大学生暑期三下乡调研收集生产一线相关农机产品的需求与改进，引导学生思考农机装备相关机构及其传动方案的改进优化与创新设计，鼓励学生成立农机装备创新研究兴趣小组，推荐到农机教师团队开展有关智能农机装备创新设计与试验研究，既可培养学生动手实践、分析问题、解决问题的能力，又可培养学生创新创业能力，提高学生专业素养与实操技能，提升农林院校涉农专业“双创型”人才输出水平，促进国家智能农机装备领域的发展。

2.3    变革考核形式

变革是社会进步和教育自身发展的必然要求[7]。对于实践性较强的理论课程，如机械设计基础，在课程考核上更应侧重学生对理论知识点的理解与践行程度，故传统的以课后作业和出勤率的平时成绩与期末考试笔试卷面成绩组成的考核形式已明显不能适应学生就业时社会对其知识储备的要求。笔者基于本门课程多年的教学经历和多次指导大学生创新创业项目及学科竞赛的经验，探索变革传统的课程考核形式为围绕课程内容中机构及其传动知识点展开的“课后案例学习调研成绩+实践项目研究报告与答辩成绩+期末理论笔试卷面成绩”。各项成绩具体比重可根据不同专业学生培养目标及学生学习状态灵活调整。变革后的考核制度弱化了学生通过死记硬背、临时突击完成并通过课程考核的几率，强调了课后自主学习、消化内容、运用知识、实践创新的重要性。通过实践项目研究报告与答辩的长效考核机制，使学生认识到自身学习上的不足而主动地去查缺补差，而且在实践项目的研究过程中学生能够切身地了解与体验科学研究的一般开展过程，调动学生投身实践与科研的积极性，培养学生积极思考与勇于探索的创新思维，并以学校当前的大学生创新创业项目研究为契机，引导和鼓励优秀实践项目团队积极申报，并积极参与全国大学生智能农业装备创新大赛、全国大学生机械创新设计大赛等高水平学科竞赛，形成以赛促学、以学促赛、学训赛并举的良好学习模式。

此外，国家重视和支持农业机械化事业的快速发展，各大农林院校加大学生创新实践的投入力度，作为机械设计基础的任课教师可积极参与申报国家级、省部级、校院级农机装备创新研究教学项目，争取项目支持以搭建和完善大学生智能农机装备创新研究实践平台，不仅有利于本门课程教学效果的大幅提升，还可辐射机械类专业学生相关课程的教学开展与创新实践，整体上提升农林院校大学生的智能农机装备创新水平。

3    结语

机械设计基础课程是一门培养学生具有一定机械设计能力的专业技术基础课程。本文以智能农装创新能力培养为教学目标，分析了农林院校机械设计基础教学存在的问题，在学校“双创型”人才培养办学理念的基础之上，结合自身的课程教学与学科竞赛指导经验，有针对性地对课程改进措施进行了详细探讨，具体包括合理安排教学内容、改进教学方法和变革课程考核形式，旨在激发学生的学习兴趣，提升教师课程教学效果，培养学生的工程实践能力，提升学生的智能农装创新设计水平，为我国农业机械化事业的发展提供人才。

4    参考文献

[1] 肖茂华，张海军.农业院校《机械设计基础》教学与实践中的几点体会[J].吉林省教育学院学报，2014（2）：55-56.

[2] 工信部装备工业司.《中国制造2025》规划系列解读之农业机械装备领域[J].现代农业装备，2015（3）：7-8.

[3] 汪胜.安庆市出台农机农艺农信融合发展的实施意见[J].农业机械，2017（4）：138.

[4] 胡伟.农业院校非机械类《机械设计基础》教学改革的思考[J].湖北农机化，2007（5）：36-37.

[5] 尹维增，陈有忠，张德利，等.新课程体系下高校体育课程实行小学期教学的课程模式建构：以安徽农业大学为例[J].安徽农业大学学报（社会科学版），2015，24（1）：126-131.

[6] 于克强，杨松华，宋胜伟.基于创新能力培养的机械设计基础教学设计改革与实践[J].教学研究，2017（3）：82-86.

[7] 馮江，赵艳忠，韩永俊，等.农业院校机械设计基础课程的改革与建设[J].农机化研究，2001，1（1）：111-112.