基于新工科建设下机械设计课程设计教学改革探索——以农机专业为例*

李锋霞，肖 萍，王 梦，尹君驰，刘银萍

（新疆工程学院 机电工程学院，新疆 乌鲁木齐 830023）

制造业是国民经济的基础，目前我国的制造业是大而不强的现状，为了助力强国建设、支撑服务国家创新驱动发展，2015年国务院印发的《中国制造2025》实施制造强国战略，该战略的实施迫切需要大量实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才[1]。为了满足这类工程人才的需求，2017年教育部积极推动了新工科建设工作，指出以培养学生工程应用能力为主线，把学科导向变成产业需求导向，助力新兴产业发展、服务地方经济。这场新型工程教育改革对工程技术人才培养提出了更高标准、更高质量的要求[2]。新工科建设正在改变高校人才培养方向，尤其在教学体系建设中注重实践教学对学生工程应用能力和创新能力的培养。

机械设计课程设计是学生学习专业基础知识后进行的重要的实践教学环节之一，是一门根据常用机械传动装置中机构运动特性，分析传动方案的可行性，并对通用零部件的选型、设计计算及校核的实践课程设计[3]。也是农机专业开设的一门专业基础实践课程，农机专业的培养目标是学生具备从事农业机械性能试验研究、农机新产品开发、关键工作部件研究、机电一体化技术的应用、农机自动控制、机械制造技术等方面的现代研究能力。机械设计课程设计衔接了后期农机专业课程的开设，并为毕业设计做了铺垫。因此，在教学实践当中，不断地探讨适应社会需求的教学方法和理论是非常必要的。对该专业的学生培养应用创造性思维设计、解决农业机械化装备领域的工程设计问题具有重要意义。

1 机械设计课程设计教学中存在的矛盾及问题

目前机械设计课程设计题目是带式输送机的设计，主要内容是对单级圆柱齿轮减速器和二级展开式圆柱齿轮减速器的设计。减速器设计要求学生完成减速器装配图、轴及齿轮等零件图、设计计算说明书一份。在此过程中，培养学生综合运用所学的诸多专业知识并将之融会贯通的能力；同时培养学生查阅相关的国家标准、行业标准、企业标准手册等相关资料文献的能力，利用所学知识进行系统、全面、综合的机械设计。根据近几年来作者所带学生的课程设计的实际情况，提出机械设计课程设计教学环节中存在以下一些典型问题：

1.1 课程设计题目单一，无法适应应用型本科教学要求

目前课程设计题目不变，只是每人设计参数不同，任务书中的传动方案、工作条件和设计要求基本相同[4]。学生在设计过程中往往可借鉴的设计资料很多，部分同学仅仅依靠改动相应的参数按照模板进行设计计算，内容容易抄袭，课程设计雷同现象比较严重，造成农机专业的学生实践能力没有得到锻炼，无法适应应用型本科教学要求。

1.2 学生基础知识与农业机械设计要求不匹配，缺乏系统性、体系化的设计思路

在图纸设计工作中，很多学生对尺寸、粗糙度、公差与配合等的标注过于随意，公差等级和粗糙度等级的选取不合理，图纸绘制不标准[4]。主要原因是学生对先修课程的理论知识掌握不扎实，对各个部分间的联系缺乏系统的理解，对设计思路不清晰，也缺乏对农业机械的理解和应用，这就造成体系中的基础理论知识和设计实践的分离。

1.3 设计安排不合理，完成质量良莠不齐

课程设计通常安排在理论课程结束两周之后进行，这一时段学生往往忙于复习考试，不能完全投入到课程设计当中。课程设计时间为2周，从教师开始布置题目、专题引导和学生准备图板、图纸等工作，到学生完成所有的设计计算和绘图工作，2周的设计时间较短，学生没有时间对知识进行系统消化和思考[5]。这就使课程设计的进度难以保证，往往由于课程设计没有按时完成造成答辩延后、完成质量良莠不齐等问题[6]。

1.4 考核评价体系相对单一，无法培养学生的团队合作能力

课程设计考核评价方式主要依靠学生的图纸、设计说明书、最终的答辩成绩为标准，评价方式单一，对中间过程的考核评价较少[7]。这样的考核评价方式，学生只注重自己工作的完成情况，小组合作和讨论的作用没有得到发挥，设计氛围不浓厚。学生对于普遍的设计问题都需要寻求老师给予解决，没有充分发挥学生的团队合作能力和创新思维能力。

上述问题已经影响到学生后续农机专业课程的学习以及实践，因此，在新工科建设的背景下，在“大众创业、万众创新”的时代变革下，农机专业的机械设计课程设计的教学改革极为迫切。

2 机械设计课程设计教学改革的基本思路和具体措施

在新工科建设背景下，坚持采用“应用为本，学以致用”的教学理念与机械设计课程设计有机结合，培养农机专业学生工程应用能力、分析问题及解决实际问题的能力、团队协作能力、创新思维能力等多方面的综合能力。具体课程改革措施如下。

2.1 采用任务驱动的教学模式，设计时间灵活化

传统的课程设计题目一般是在实训周开始时才给学生布置。为了保证学生有充分的设计时间，采用任务驱动法，将设计时间灵活化，在机械设计基础课程开课初期就将设计题目下发给学生，让学生带着任务和问题去学习，学习目标明确，更具有兴趣和针对性。教学过程中，教师讲授课程内容与课程设计内容同步进行，包括设计方案的制定、可行性分析、电机的选择、标准件的选型，以及带轮、齿轮、轴、轴承等相关零件的运动和动力参数设计计算和校核，教师利用答疑时间给予辅导及抽查[8]。学生可在机械设计基础课程学习的过程完成相应的课程设计内容。在实训周期间学生进一步完善设计内容和图纸的绘制，这样就避免了短时间内匆忙完成课程设计造成设计质量不高和进度缓慢的问题，同时也可规避由于实训时间集中造成教室、图板及电脑等资源使用冲突等问题，也提高学生课程设计的能力。任务驱动的教学模式让学生明确学习目标，变被动为主动。设计时间灵活化也保证了学生有充裕的时间对结构方面进行创新思考。

2.2 课程设计题目形式柔性化、多样性

新工科建设背景下，课程设计题目应贴近农业工程实际，形式应多样性、柔性化。学生的选题多样性：减速器的设计具有典型性和普遍性，且被大多数高校接受和采用，故减速器设计需要保留，但除此之外还应根据农机专业学生的专业特点，设定多样化的题目，抛弃“多年一题”的现象。在设计题目和内容上进行改革，教师依据教学大纲所要求的内容和难度，建立以贴近农业机械工程实际应用为主的题目库，题目库主要来源于教师科研课题项目、企业实际工程需求、历年的本科毕业设计、各类机械设计创新竞赛、挑战杯竞赛等，例如压力机、送料机、脱粒机等。题目库中的题目每年根据实际情况适当增加。学生的选题柔性化：学生可以根据自己的能力和兴趣爱好由题目库中选取适合自己的设计题目，学生也可以根据教师的设计要求，结合实际工程需要或农机类竞赛提出新想法自拟设计题目[9]。

2.3 教学内容的优化和整合，使理论与实践相结合

坚持新工科教育背景下“应用为本，学以致用”的教学理念，将课程内容中理论知识与农业机械设计相结合。农机专业的学生需要掌握的设计要求从农业机械装置的组成、工作原理的确定、传动方案的确定，到农业机械系统结构设计和工作能力的设计等各个环节中相应的理论课程内容[5]。以前期的机械制图、机械原理、机械基础、农业机械学和公差与互换性等理论知识作为支撑，结合农业机械生产需求，将专业基础知识融会贯通，加深学生对农业机械系统的整体认识，加强设计中的农业工程应用意识，培养创新设计的能力，从而实现理论和实践的结合。

2.4 充分发挥团队合作的精神

为培养学生的团队合作精神，可采用划分小组的管理学习法。对班级人数进行分组，将4～5人划分为一组，选择综合能力强的学生做组长，协助教师对设计环节进行组织、辅导和监督[8]。分组形成后，小组成员可以通过查阅相关的国家标准、行业标准、企业标准手册等资料，相互探讨、分析和解决遇到的普遍共性问题。不同的小组也可以相互学习和借鉴，形成良好的设计氛围，充分发挥团队合作的精神。

2.5 采用过程评价和最终评价相结合的多元化考核评价方式

改革考核评价体系，考核评价过程应该贯穿于课程设计开展的全过程，综合考虑组员的设计态度、设计工作量、工作能力、团队协作、组员互评排序等因素[10]。因此，考核评价体系采用过程评价和最终评价相结合的多元化考核评价方式，过程性评价考查学生积极的学习态度、沟通表达能力、小组合作和团队合作的能力以及实际应用的能力。最终评价更加侧重以学生对基本知识的掌握，工作量的完成情况、设计成果的优良及创新为标准。采用过程评价和最终评价相结合的多元化考核评价方式，能更有效和全面地反映学生的真实学习状况，促进学生掌握知识和能力的培养。

2.6 加强课程设计教学基地建设，探索虚拟仿真实验室的建设，为提高课程设计质量提供可靠的保证

我校专门用来做课程设计的教室较少，设施设备条件落后。因此，还应该加强课程设计教学基地的建设，在设计室内增加课程设计陈列室，摆放相关的实物模型，以及品种齐全、结构创新的农业机械传动装置和设计挂图等。同时可以探索开展虚拟仿真实验教学项目建设，增强学生对机械的感性认识，创造良好的机械设计氛围，激发学生创新的灵感。加强课程设计教学基地的建设能为提高课程设计质量提供坚实的保障。

2.7 深化信息技术与教育教学深度融合，提高学生自主学习能力

随着信息化时代的到来，教育知识的获取和传授方式都发生了革命性的变革。随着国家精品在线开放课程的建设和推荐，MOOC等优秀的在线教学资源，可以提高学生的自主学习能力，拓宽学生的思维，更好地引导学生开展课程设计，解决课程设计中常见的问题。应用信息化技术手段，深化信息技术与教育教学深度融合，提高学生自主学习的能力。

3 结束语

新工科建设对我国工程教育的改革发展提出了新要求，本文针对目前的机械设计课程设计过程中存在的问题，结合农机专业的人才培养目标，提出基于新工科建设下机械设计课程设计的教学改革，采用任务驱动的教学模式让学生明确学习目标，变被动为主动；设计时间灵活化也保证了学生有充裕的时间对结构方面进行创新思考；建立以贴近农业机械工程实际应用为主的柔性化、多样性题目库；将教学内容优化和整合，使理论知识与农业机械设计相结合；采用过程评价和最终评价相结合的多元化考核评价方式，更有效和全面地反映学生的真实学习状况，充分发挥团队合作的精神；并加强对课程设计教学基地的建设，探索虚拟仿真实验室的建设，保证课程设计高质量的完成；深化信息技术与教育教学深度融合，提高学生自主学习能力。通过多方面的改革探究，使农机专业学生的应用能力、分析问题及解决实际问题能力、团队协作能力和创新思维能力等多方面综合能力得到提升。