学科竞赛与机械设计基础课程教学融合的改革与实践*——以九江学院为例

李养良 ，张德勤 ，满达虎 ，杜大明 ，罗红梅

（1.九江学院材料科学与工程学院，江西 九江 332005；2.2020年江西省高水平本科教学团队，江西 九江 332005）

0 引言

《中国制造2025》是由国务院印发，对我国全面推进和实施强国制造进行部署的战略文件和行动纲领，其对机械工程专业人才提出了越来越高的要求[1]。工程教育专业认证的核心是基于成果导向的教育理念（OBE教育理念）。和传统教育理念相比，OBE教育理念强调学生中心、成果导向、持续改进。即以学生为中心，以培养目标为导向，以持续改进促进培养质量不断提高。通过转变教育教学理念和进行一系列教学改革，使我国的人才培养质量迈上一个新台阶[2-3]。

OBE教育理念关注的是学生能力的达成，是以成果导向为前提。首先，要有明确的工程专业人才培养目标，学生的毕业要求要支撑专业培养目标的实现。通过学生的培养目标和毕业要求，建立课程体系模块，在设置课程模块时，要注意专业课程能够分别支撑毕业要求的指标点。因此，每个模块内每一门课程的目标集成后就形成了该模块的培养目标，各模块的目标综合后就达到了学生最终的毕业要求，所以，每门课程的教学目标内容关注的是学生能力培养和达成度、矢量化等指标。这样，任课教师根据课程教学目标就可以很清楚地了解需要学生学什么、怎么学，利用达成度评价机制来检验学生的学习成果，进而做到持续改进。

1 机械设计基础课程教学现状

机械设计基础是机械类或近机械类的专业基础课，课程主要介绍机械零件的工作能力和计算准则、机械零件常用材料及选用原则、机械零件工艺性和标准化。内容包括平面机构的结构和运动分析，常见机构原理及设计，连接件设计，传动件设计，轴和轴毂连接、轴承以及联轴器、离合器、弹簧等其他零部件设计。通过本课程的学习，学生具备初步分析和设计基本机构的能力，能够掌握常用机构的基本特点和原理、运动特性和机构动力学的基本知识，并能够了解如何确定机械运动的方案；掌握常用零件的失效形式、设计准则，具备机械设计实验技能和设计简单机械及传动装置的基本能力；具备使用机械工作手册、文献检索等有关资料的能力，可为学生的毕业设计夯实基础[4]。

机械设计基础课程在全国大多数工科院校中都有开设，具有较为悠久的历史。课题组在中国知网上输入“机械设计基础”等关键字，检索出2 500多条信息，很多学者对机械设计基础课程的教学内容、教学方法、考试环节、课程设计等进行了研究。许多高校将先进的教学理念、先进技术及时更新到教学内容中，改革机械设计基础课程，将单一的减速器设计与课堂教学内容、学生课外科技创新活动、机械创新设计大赛、工程训练等竞赛结合起来，实现无缝对接，并取得了很好的效果。但该课程教学过程中仍然存在一些问题，主要表现在以下几个方面。

1.1 教学方法比较单一

目前，大多数高校的机械设计基础课程，主要采用教师课堂讲解的方式，在教学过程中注重知识传授的完整性和准确性，而对于培养、提高学生工程意识、工程能力和创新意识的重视度不够。教师以教材内容来设定课程教学大纲和授课计划，制定课程目标，因此，教学内容主要围绕教材内容，比较单一，机械相关领域的发展动态没有与教学内容相衔接、更未及时走进学生课堂，大学生所学的专业知识系统性不够，跟不上行业企业的发展需求[5]。

1.2 学生学习积极性不高

课堂教学主要是老师讲、学生听，学生在课堂上被动地接受专业知识，不能充分调动学习积极性；课程作业主要是课本习题，以理论计算为主，设计类题目较少，学生完成作业的过程中存在应付和抄袭现象；课程考核主要以期末和期中考试成绩为依据，教学过程中对学生表现的评价不多，没有全面体现学生的学习情况；学生平时学习迟到、旷课，上课玩手机，注意力不集中，考前突击复习，考完就忘得一干二净等现象屡见不鲜，这些情况直接影响了学生自主学习和创新能力的提高。

1.3 实践教学环节需要不断加强

机械设计基础的实践教学主要是对理论教学的验证，不能充分调动学生主动学习和创新的积极性。另外，机械设计基础课程的设计题目主要是单级或二级减速器设计，与当前行业发展和工程实际存在部分脱节；课程的实验内容主要为演示型和验证型，综合型以及创新型较少，这不利于培养学生的创新精神。

2 学科竞赛的意义

学科竞赛是提升大学生创新实践能力的平台，反映了大学生应用专业知识的综合能力，也是将专业知识和工程实际相结合的重要环节。学科竞赛对于培养大学生的创新意识和创新精神、团队协作能力、工程实践水平等，都具有非常重要的意义。

当下，与机械专业密切联系的大学生学科竞赛有以下几项：1）全国大学生机械创新设计大赛。目的是推动高校在教学过程中关注学生创新设计能力、培养团队协作意识，加强对学生工程实际的训练和动手能力的培养，提高学生针对生活实际需求进行创新思维、机械设计和制作等的工作能力。2）中国大学生工程训练综合能力竞赛。目的在于促进高校提高工程实践、工程训练的水平，培养大学生的创新思维、综合工程实际应用能力、团队协作能力，使大学生的专业基础知识、综合能力水平、理论与实践三者实现有机结合。3）3D大赛，即全国大学生三维数字化创新设计大赛。该竞赛彰显了科技发展、科技进步和产业升级的需求，是大众创业、万众创新的具体实践。4）全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛。大赛以培养学生的工匠精神、激发学生的创新意识、全面提高大学生的图学能力为宗旨。此外，还有全国大学生信息应用技术水平大赛、“挑战杯”全国大学生课外科技学术作品竞赛、中国“互联网+”大学生创新创业大赛、中国大学生机械工程创新创意大赛——铸造工艺设计赛、全国大学生金相技能大赛、江西省“天工杯”工业设计大赛等。

3 机械设计基础课程教学改革

3.1 教学目标改革

OBE理念重点强调对学生能力的培养，而不局限于对课本知识的掌握。教学目标要根据学生所在专业的人才培养计划目标来制定，专业人才培养目标是大学生在毕业五年左右应该具备的素质和能力的总体概述。经过学习机械设计基础课程，学生应具备分析一般机械基本机构、常用机器传动装置的能力，通过课程实践教学环节的训练，使学生具备设计特定要求的机构、选用常用机械传动的素质，同时利用分析和设计计算能够对机构或传动装置的方案进行优化。在大学生学习专业基础知识、训练工程实践能力的过程中培养创新思维和创新精神，在课程设计中能够自觉考虑各种因素，比如安全、健康、环境、法律等，培养出基础知识扎实牢靠、设计思路清晰明确、工程实践和创新能力较强的专业人才。

3.2 教学内容改革

3.2.1 基于学科竞赛实际问题的课程教学

课程教学授课过程中，根据授课内容，将相关竞赛项目提前告知学生。比如，全国大学生机械创新设计大赛的主题、大学生工程训练综合能力竞赛的赛道，鼓励学生积极报名参赛。对于一些准备参加比赛的同学，合理布置内容，按照竞赛的题目要求，根据课程内容进行分解，比如作品的总体方案、传动方案、机构运动、零部件材料的选择、作品制造安装和调试、说明书编写等。大学生要参加学科竞赛，需要做许多工作，没有一定的知识储备和积累是不行的，把竞赛内容提前布置给学生，可以激发学生学习机械设计基础的兴趣，提高学习的积极性和主动性。比如第十届全国大学生机械创新设计大赛的主题为“自然·和谐”。内容包括设计与制作模仿自然界动物运动形态、功能特点的机械产品，或者是用于修复自然生态的机械装置，包括防风固沙、植被修复和净化海洋污染物的机械装置。在日常教学中，就可以结合题目要求给学生讲授相关的知识点。

3.2.2 将前期竞赛内容作为教学案例进行分析

在课堂教学中采用案例教学法[6]，有利于培养学生的创造思维能力、工程实践动手能力，引导学生将学到的知识运用到工程实践中。如机械创新设计大赛、工程训练能力综合竞赛的作品结构新颖，有多种形式，其在平面机构运动原理分析、自由度计算、间歇运动机构、凸轮机构、齿轮传动、机械传动设计等内容的教学中都有可能成为非常好的教学素材。

3.2.3 翻转课堂教学模式融入教学中

翻转课堂是目前高校提出应用的教学模式[7]。该模式侧重于对学生自主学习能力、分析问题的能力和创新能力的培养，通过学生个人思考、集中讨论、教师参与等方式共同理解消化吸收课程知识。在专业基础课程的学习中，采用课堂教学与翻转课堂混合的教学模式是比较实用的。在机械设计基础课程教学中设置讨论和实践性专题内容，授课前让学生查阅资料，为课堂讨论的话题和内容做准备。另外，鼓励学生将与课程领域相关的、自己感兴趣的知识内容与大家共享，使课程氛围更为活跃。

九江学院是普通本科院校，建设目标定位于“区域性高水平应用型大学”，人才培养目标是应用型人才。所以，要将培养应用型人才的理念贯穿始终，在机械设计基础课程中要根据公司和企业需求，优选课程的授课内容，尽量减少公式的推导和理论性较强的章节内容的授课时间，避免让学生死记硬背，增加一些常用零部件、传动设计以及选型应用的实践课程，增加学生的学习积极性。

3.2.4 课程思政理念融入教学内容

1）在课程教学中挖掘思政元素[8]。例如，在计算平面机构的自由度中，机构具有确定运动方向的条件，自由度大于零并且等于原动件的个数。由此，可以联系到QQ、微信、微博等网络空间作为大众交流的平台，大家都可以在其中发表自己的观点、见解，但前提是必须遵守国家法律法规；在齿轮系的讲解中，仅靠一对齿轮来传递运动是不够的，必须靠一系列齿轮来进行，这里面就体现了团结合作的精神；在螺纹连接中，对于单个螺栓的强度计算，可以结合实际工作中由于螺栓断裂造成的安全事故来讲解，以此培养学生严谨的工作作风，以及对于将来从事职业的责任感；学习比较带传动、链传动和齿轮传动的不同使用范围，可以结合班级同学虽然各自的职业规划不同，但最终的目的都是为国家作贡献等。

2）从教师自身经历中总结思政元素。有的教师具有企业工作经验，从事过机械设计等实践工作，其在开发产品的过程中积累了一定的经验。在对工艺编排、零件设计与加工的讲解中，可以结合教师自身的实际体会。比如，零件的设计、热处理工艺的选择、材料表面粗糙度的标注，既要考虑产品的安全性，也要考虑加工制造成本等，这都是学生感兴趣的内容。

3）将大国工匠精神引入思政元素。引导学生学习科研工作者的工匠精神，培养和启发学生的创新精神和创新能力，激励大学生用饱满的激情和奉献精神为国家富强和民族振兴贡献自己的力量。比如，作为大国工匠人物之一的李万君，被誉为“工人院士”“高铁焊接大师”，他凭着一股不服输的钻劲儿和韧劲儿，积极参与高速车、铁路客车、城铁车等几十种车的转向架焊接规范以及操作方法的研究，先后进行技术攻关100多项，填补了国内相关领域的空白，荣获国家专利21项，为公司培训焊工达1万多人次，培养带动了一批技能精湛、职业操守优良的技能人才，为打造“大国工匠”储备了坚实的新生和后备力量。这些技术的突破，离不开机械设计的基本知识[9-10]，在课堂中结合大国工匠精神，能够发挥榜样的力量，激励学生刻苦学习。

3.2.5 课程目标达成和持续改进

1）课程目标的达成要结合课程运行的整个环节，包括课前预习、课堂教学、线上讨论、答疑、作业以及学生的课堂表现，对课程的目标达成情况进行分析，找出课程目标中还要改进的薄弱环节，分析总结产生的原因，在后期教学中及时改进和调整，不断完善课程评价指标体系。

2）课程结束后及时了解学生对课程的反馈和评价，收集学生对课堂学习过程中存在问题的看法，积极采纳学生提出的合理建议。对于学生喜欢的学习方式要进一步规范化、扩大化，学生接受度不高或者学习效果不好的学习方式则要反思其原因，找到症结所在，并在下一年度的教学中持续调整改进，使达成度指标更好。

4 结语

当前，机械设计基础课程存在教学方法单一、学生学习积极性不高、实践教学环节不够完善等问题，课题组基于OBE理念对其教学目标和教学内容进行改革，将学科竞赛与课堂教学相融合。课程改革的实践使学生的学习积极性和创新能力不断提高，其在各类学科竞赛中成绩也越来越好。