机械设计课程教学创新实践

齐 强 姜宝华 徐卫彦 赵敏玲

目前，工厂“机器换人”“智能化改造”在各地正如火如荼地开展。作为机械设计制造及其自动化专业核心课程的机械设计，在培养企业急需的专业人才方面，是可以充分发挥其主干作用的。该课程强调理论与实践相结合，在对机械产品有基本认识的基础上进行系统学习，利用专业知识和现代化工具来解决工程实践问题。

一、机械设计课程教学目标及教学理念

（一）教学目标

应用型本科院校的机械设计制造及其自动化专业主要培养服务当地及周边区域经济建设、具有较强的工程实践能力、能为企业生产现场解决具体工程问题的应用型人才。以青岛滨海学院为例，为使春季高考生源地学生适应“非标自动化设备研发”“智能化改造”“机械设计工程师”等岗位需求，制定以下机械设计课程目标：掌握常用机构及通用零部件的工作原理、结构特点、基本设计理论、设计方法和工程应用场合；具备常用机构的设计、基础元件的选用及简单机械的研发能力；能运用标准、规范、手册、图册查询和利用有关技术资料；能运用机械设计软件，创新设计思路，利用新方法解决结构解析和机械设计等工程问题；具有一定的绿色环保意识、安全意识和知识产权保护意识；具备严谨认真的科学态度和精益求精的工程素养；愿意与人沟通，具有较强的团队协作精神。

（二）教学理念

以岗位需求为导向，以学生为中心，构建“虚实交叉、理实结合”的线上线下混合式教学新场景；开展“以感性认识为基础、理性分析为主线、精准计算和产品设计为目标”的进阶式“导学”模式改革；搭建校内外的创新实践平台，创设“非标自动化设备研发”“智能化改造”“机械设计工程师”等岗位工作室，结合企业的实际需求，“双导师”引领学生利用SolidWorks 软件进行结构解析和产品设计，贯彻落实“学以致用、知行合一”的人才培养理念[1]。

二、机械设计课程教学痛点及创新解决策略

痛点一：知识体系过于传统，学生学习知识后不会使用。针对该痛点，可采取三种创新解决策略。

第一，重构课程的知识体系，将知识学习变为方法传授和能力训练。原有教学内容是以经典教材为基础构建，偏重机构的原理、运动和动力的分析与计算、强度校核等内容，这些内容对春季高考生源地学生来说难度偏大，再加上缺乏直观印象和感受，即使学习了理论后，也难以找到应用的突破口，因此存在“学”与“用”脱节的问题。

“非标自动化设备研发”“智能化改造”“机械设计工程师”等企业岗位，对以上教学内容的要求并不高，只需要利用目前最合适的SolidWorks 三维设计软件进行结构设计、虚拟装配和运动仿真，满足设备的动作要求即可。SolidWorks 软件自身具有丰富的案例库，可以调用各种类型的应用素材进行参数化设计和修改，类比已有的结构，能够设计出满足设计要求的各种结构和机械[2]。

把原来以理论讲授为主的课程教学模式，改变为“以学生为中心、教师引导、注重学生实践能力培养”的新型教学模式。在教学内容上进行全面重塑，主要将原来偏重理论和计算的部分，改革为理解基本概念，强调实际应用，能够用SolidWorks 软件进行开发设计。

第二，校企合作，构建“双师双能”型教师队伍。与合作企业共同制定课程标准，组织授课教师定期参与SolidWorks 软件应用和工程案例培训，定期到周边企业参加工程实践锻炼。由校内教师带领团队承接企业的“非标自动化设备”“智能化改造”等研发项目，共同开展校企合作、产教融合，以满足企业的实际需求，为社会服务，使教师团队“产、学、研”真正融合，提高教师的实践能力和科研水平[3]。

第三，构建“虚实交叉、理实结合”的线上线下混合式教学新场景。虚拟仿真实验室可以对机械设计中的各种机构运动、零部件展示、机械设备运行等场景进行仿真，让学生有身临其境的虚拟现实感受。该实验室是开放实验室，学生可以反复使用，以提高感性认识。在机械零件实验室、机械综合系统实训室和机械加工实践教学中心等场所，学生可以通过课程实验、实习等方式亲自动手加以体验，形成直观感受，奠定理论基础。

痛点二：传统的教学模式难以激发学生的学习兴趣和内驱力问题。针对该痛点，可采取三种策略予以解决。

第一，改革传统的教学模式，以学生为中心，开展“以感性认识为基础、理性分析为主线、精准计算和产品设计为目标”的进阶式“导学”模式改革，提高“两性一度”，激发学生的学习兴趣和参与积极性。

传统的教学模式按照教学大纲，以“教师讲授+多媒体演示+实验验证”为主线，以教师为中心完成教学任务。为了改进教学效果，提高教学质量，对课程内容进行重塑，构建了新的教学模式。该模式的总体设计思路是以学生为中心，开展“以感性认识为基础、理性分析为主线、精准计算和产品设计为目标”的进阶式“导学”模式。通过对比改革前后的教学发现，将原来的“教师进行知识讲解、学生消化吸收”过程改变为任务驱动式的学习模式，课程的实践环节容量大大增加，再与实际的工程案例相结合，大大提高了课程的高阶性、创新性和挑战度，激发了学生的学习兴趣和参与积极性，使得课程逐步向“金课”的目标迈进。

第二，搭建校内外创新实践平台，引入企业实际的工程案例，“双导师”制培养学生，使案例教学具有了明确的评判依据。设立岗位工作室，结合企业的实际需求，开展新项目的设计研发。

与企业合作，将“非标自动化设备”“智能化改造”等实际研发项目引入课堂，不仅丰富了教学内容，而且通过对比学生的设计结果与实际的工程案例，使案例教学具有了明确的评判依据。

从大二学生中选择优秀学员6—10 人，形成梯队，进入岗位工作室，由学校教师和企业导师共同重点培养，强化训练，使之在校期间就参与企业新项目，到大三、大四时基本能够独立工作，就业后到工作岗位可以无缝对接。

第三，以课程思政为引领，激发学生内驱力。按照时代的发展要求，落实节能减排、绿色环保的设计理念；同时要注重降低成本，提高效率，对产品质量精益求精。在此过程中，落实以人为本的理念，提高安全意识，培养团队协作精神，加强知识产权保护，以课程思政为引领，激发学生的内驱力。

三、信息技术在课程教学中的运用

第一，以虚拟现实技术增强学生的直观感受，提升学生学习效果。充分利用虚拟仿真实验室，为学生提供机械设计课程中的各种机构运动、零部件展示、机械设备运行、各种工厂实际生产等虚拟教学资源场景，使学生足不出户可以对课程内容有直观感受和体验，增强现实体验感，从而获得良好的学习效果。

虚拟现实教学资源可以根据创新设计和工程实践的要求不断更新，目前已经具有满足整个专业教学需要的资源库。

第二，SolidWorks 软件交流群、微信公众号等信息途径的充分利用，为深入学习打通了渠道。Solid-Works 应用技术交流群、微信公众号、三维设计论坛等，提供了海量的案例资源与解决方案，与工程技术人员的沟通交流更是解决产品设计问题的极佳途径。交流不仅能够强化学生的专业技能，开阔学生的视野，而且能够锻炼学生与人沟通、团结协作的能力，为后续的发展打下了良好的基础。

第三，BB（Blackboard）教学平台的使用，为日常教学提供了便利。被广泛使用的各种教学平台，可以存放容量巨大的电子教案、课件、视频、动画、习题、案例等，经过多年的建设，不断传承与更新，与课堂教学相得益彰。

四、课程研究成果与推广应用

（一）研究成果

第一，课程内容的全面重塑和教学模式的转变，提高了教学效果。教学内容：原来偏重理论知识的分析计算，重塑为以结构分析和产品设计为主的教学内容，课程内容的高阶性、创新性和挑战度得以充分展现。教学模式：原来以教师为主体、以知识传授为主的教学模式，转变为以学生为中心、注重方法引导和能力培养的模式。这样的转变激发了学生的学习兴趣，大大提高了学生对学习过程的参与度和对学习效果的满意度。

第二，学生的工程应用能力大大提高，用人单位满意度不断提升。学生通过工程案例的实际训练和“双导师”的指导，在校期间就可以参与企业实际的研发项目，积累工作经验，在毕业时就能够无缝对接工作岗位，独立承担研发项目。实践证明，用人单位、学生和教师的满意度都不断提高，一致认为三方合作非常成功，是校企合作、产教融合的典范模式。

第三，教师的教学能力、工程实践能力、社会服务能力不断提升。教学团队成员参与企业的实际研发项目、与企业签订的横向课题不断增加，不仅解决了企业的实际需求，而且提高了教师的工程实践能力，教师工程实践能力的提升又进一步反哺教学，实现了教学科研相互促进的良好趋势。团队成员教师与合作企业签订横向课题23 项，56 名学生参与了这些项目的研发过程。

第四，学生毕业论文（设计）成绩不断提高，在各类大赛中屡创佳绩，专利数量不断增加。学生的毕业论文（设计）质量不断提高，近三年共有3篇获得省级优秀毕业论文（设计），6 篇获得校级优秀毕业论文（设计）。

通过课程学习和积累，学生参加山东省大学生机电产品创新设计竞赛、全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛等赛事，获得三等奖以上19 项，还获得5 项专利。这些成绩的取得不仅激发了学生参与工程实践的兴趣，锻炼了学生的实践能力，而且为以后的深造和就业也打下了良好的基础。

（二）推广应用价值

第一，教学内容和教学模式的推广应用价值。课程以工程岗位需求为导向，全面重塑教学内容，构建了“虚实交叉、理实结合”的线上线下混合式教学新场景，将知识传授变为方法引导和能力培养；实施了“以感性认识为基础、理性分析为主线、精准计算和产品设计为目标”的进阶式“导学”模式，提高了学生的兴趣和参与度。从实际运行情况来看，该教学内容和教学模式具有较强的推广应用价值。

第二，产教融合，引领课程思政不断深入。学校与企业合作搭建创新实践平台，设立“岗位工作室”。双导师结合企业的实际需求，引领学生利用SolidWorks 软件进行结构解析和产品设计，将“绿色设计、节能减排”等思政元素引入教学和训练项目，不仅符合国家政策要求和行业发展趋势，而且可以培养学生的团队协作、严谨科学的工程意识。

第三，考核方式的改革体现了以能力培养为本位的教学要求。过程性考核和结业考核、理论考核和实践考核相结合的考核模式，改变了“一张试卷定结果”的考核方式。学生取得的成绩和最终的教学效果，体现了考核的导向作用，达到了以能力培养为目标的课程教学要求。

综上所述，基于工作岗位，针对教学过程中的痛点问题，将机械设计课程的教学内容和教学模式全面重构，结合三维设计软件SolidWorks，解决了教学内容过于传统、学生学习知识后不会使用、传统的教学模式难以激发学生的学习兴趣、传统的卷面考核方式不能科学评价学生的学习效果等问题，经过实践验证，取得了良好的教学效果。