基于强化实践能力导向的机械设计课程教学改革

刘文光　王浩兰　刘良娟

［摘 要］推行基于强化实践能力导向的机械设计课程改革、创新，是由专业特色发展要求、人才培养目标定位和机械设计课程特点等因素决定的，这对于解决当前机械设计课程存在的问题、提升机械专业人才实践能力具有重要意义。课程教学改革可以通过构建突出学生实践能力培养的教学内容体系，开发融入创新创业理念和航空报国精神的课程思政教育教学资源，打造能教学、能实践、能科研的课程教学团队等举措来实施。

［关键词］强化实践能力导向；机械设计；教学改革；人才培养

［中图分类号］ G642.0［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）06-0022-04

机械设计是大学生学习机械工程基础理论的核心课程之一，其课程建设与学生的实践能力培养有着密切联系。传统机械设计课程教学通常涵盖理论讲授、课内实验和课程设计等环节，其理论教学和实践教学都是培养学生实践能力的重要途径。因此，只有以实践能力培养为重，找到理论知识与实践能力的连接点，实现理论教学与实践训练的一体化，才能更好地提高课程的教学成效。

近年来，学界对机械设计课程的教学内容和教学方法进行了大量的改革研究。王瑞芳等探讨将课程思政理念融入教学过程，建立了以学生为中心的机械设计课程教学过程性评价反馈机制 [1]。围绕新工科背景下的应用型教学体系建设， 刘军等优化了机械设计课程教学理念和模式[2]，冀晓红提出了机械设计课程创新实践模式 [3]。针对教学资源、教学方法以及考核评价等相关问题，梁栋等提出了机械设计课程创新思路[4]。于克强等以提高课程对学生毕业要求达成度为目标，比较了传统教学设计和基于OBE理念的教学设计[5]。孙江宏结合学科竞赛建立了融入学科竞赛的机械设计课程教学内容体系[6]。陈川等以面向应用型本科院校为目标，创新了机械设计课程的教学内容、教学方法及考核方式[7]。尽管有关机械设计课程的改革很多，但大都忽略了传统教学存在的两大问题：一是传统课程教学内容与实践能力培养需求脱节，如课程教学重课堂讲授轻实践训练、重知识轻能力、重分数轻育人；二是实践内容缺乏层次性，课程的理论教学与实践教学衔接性不够，二者无法一体化[8-9]。因此，笔者所在课程组（下文简称课程组）基于强化实践能力导向，改革教学大纲、建设特色化教材、开发教学资源和打造教学团队，按照“理念引领、体系构建、思政育人”三位一体模式实施了机械设计课程的教学改革。

一、基于强化实践能力导向的课程教学理念

根据机械专业的特色、人才培养目标定位以及机械设计课程特点，课程组提出了基于强化实践能力导向的课程教学理念，如图1所示。该理念以实践能力培养为核心，将学习内容优化为基础知识学习和创新实践体验两大模块，主要采用知识传授、案例教学和实践体验三种教学方法，将学生的学习过程拓展为理论学习，课内实验，上机实验、课程设计以及课外学科竞赛四大环节（见图2）。

如图2所示，新理念主张学习模块和学习方法的相互渗透，理论学习和实践学习的相互统一，课内实践和课外实践的相互融合。基础知识学习模块包括理论学习和课内实验，主要夯实学生的知识基础，培养学生的一般设计和分析能力以及工程观察能力。创新实践体验模块包括上机实验、课程设计以及课外学科竞赛，强调锻炼学生对机械创新设计实践问题的解决能力和强化学生对机械创新设计实践的体验，通过以赛促练、以赛促学，培养学生的创新素质。新理念强调重视案例教学法和实践体验法在课程教学中的应用。整个教学过程中，课堂教学环节以知识传授法和案例教学法为主；课内实验环节采用案例教学法和实践体验法，让学生分组完成实践项目实验，单独撰写实验报告，旨在锻炼学生的工程观察能力和三维设计能力；上机实验、课程设计环节与课外学科竞赛环节相结合，让学生以团队为单位完成实践项目。与传统的知识传授法不同，案例教学法和实践体验法更加便于课内课外实践的深度结合，授课教师在案例教学中扮演设计者和激励者的角色，学生通过“学中做”“做中学”“探中学”的层次化设计实践逐步提升自身的实践能力。

推行基于强化实践能力导向的课程教学理念需要有效的实施路径。课程组主要实施了改革教学大纲、建设特色化教材、开发教学资源和打造教学团队四项举措。在教学大纲方面，做到对教学内容的选择满足金课“两性一度”要求，教学环节的设计体现理论与实践的有机融合，教学考核突出实践能力评价。在教材方面，按照认知性实践、验证性实践、综合性实践和创新性实践的逻辑顺序编写，把学生的注意力引导到三维设计和整机设计方面，逐步提高学生的实践能力。在教学资源开发方面，坚持立德树人，将航空报国精神育人元素合理融入课程教学视频中，完善在线自测题库和开发主题讨论模块，利用混合式教学提升课程育人成效。在教学团队建设方面，发挥“传帮带”的作用，通过培训、学习和实践等手段提升教师的教学能力、科研水平和实践素质，建设一支“三能型”教學团队，为确保课程教学改革质量提供师资保障。

二、基于强化实践能力导向的课程教学改革策略

在先进教学理念的引领下，课程组从构建层次化实践教学体系、开发教学资源和打造教学团队三大方面确保课程教学改革得以有效实施。

（一）改革课程教学大纲，构建层次化实践教学体系

如图3所示，新的课程教学大纲增设了机械设计上机实验，强化了机械设计实践与理论知识学习的有机融合，在传统实践体系的基础上构建了层次化实践教学体系。新的实践教学体系注重大学生创新素质的逐步培养，使学生学习过程实现从理论到实践再到创新的层次化提升。第一层次的实践教学主要是课内实验，包括螺栓连接测试实验、带传动性能分析实验和减速器结构分析实验，旨在通过“学中做”培养学生的工程观察能力；第二层次的实践教学主要是机械设计上机实验和机械设计课程设计，旨在通过“做中学”培养学生的一般设计和分析能力；第三层次的实践教学是指课外学科竞赛，主要是组织学生参加全国大学生机械创新设计大赛和全国三维数字化创新设计大赛，旨在通过“探中学”培养学生的实践能力。新的课程教学大纲对学生参与课外学科竞赛提出了专门的要求，而且增加了学生实践能力考核的比重。实施层次化实践教学体系，不仅有利于培养学生采用三维软件完成机器设计、分析和调试，而且有利于打通不同专业学科知识之间的壁垒和增强学生的整机设计能力。

（二）将创新创业教育与课程思政、知识教学相融合，开发教学资源

课程组以强化实践能力导向的教学理念为指导，将机械创新设计理论融入课程教学，开发了《机械设计实践与创新》这一专业实践教材。该教材按照层次化实践教学体系构建要求，把产品研发要用到的三维软件和创新设计技法等相关内容充实到教学内容中，引导学生完成机械创新设计实践。新的机械设计实践教材内容包括认知性实践、验证性实践、综合性实践、创新性实践等实践项目和创新理论，打通了机械设计课程与其他专业课程间的壁垒，把机械设计制造、材料选用、强度计算等知识融入整机设计实践过程中，使学生能将所学专业知识加以融会贯通，提高创新实践能力。换言之，该教材不仅注重一般机械设计的实践，而且注重设计实践与创新创业能力培养的有机融合。

课程组坚持立德树人思想，把航空报国精神育人元素融入课程教学全过程，选择一些典型的机械设计案例，开发了机械设计课程思政示范教学视频，并将教学视频上传至在线教学平台。为了充分发挥在线教学平台的优势，课程组以在线教学平台为依托、手机学习通App为工具，建立了线上课堂与线下课堂相结合的教学体系，并在线上课堂结合飞机事故案例开设了机械设计工程案例主题讨论区，实现了课程思政与机械设计专业教学的深度融合。新的课程教学资源的有效利用不仅增强了生生互动和师生互动的效果，而且在培养学生实践能力的同时让学生坚定了航空报国理想以及增强了责任担当意识、科学精神和团队合作能力，进而提升了机械设计课程的育人成效。

（三）发挥教学、实践、科研的优势互补作用，打造教学团队

课程教学改革的主要执行者是教师，如果教师缺乏实践动手能力和创新意识，课程教学改革充其量是“新瓶装旧酒”。要有效开展基于强化实践能力导向的机械设计课程教学改革，课程组不但要有很强的理论教学能力，而且要能够指导学生的机械创新实践，同时会结合创新实践开展科学研究，即课程组成员必须是能教学、能实践、能科研的“三能型”教师。

课程组利用自身的科研优势，将科学研究中遇到的机械设计案例带入课堂，引导学有余力的学生参与科学研究，结合科研活动指导学生参加课外学科竞赛，加深学生对机械工程学科前沿的认识。同时，课程组也在提升教师的教学水平、实践能力和科研水平方面制定了相应的措施，比如要求青年教师必须参与教学改革研究、定期参加教学能力提升培训，鼓励青年教师读博深造、出国访学、下厂锻炼；发挥课程组“传帮带”的优势，为每位青年教师配备了导师，指导其教学和科研活动。课程组还通过不间断地组织教研活动，推动青年教师向老教師虚心学习好的教学方法，同时推动老教师向青年教师学习先进的教学手段，从而使教学团队通过优势互补的方式增强自身的教学、实践和科研能力。

三、基于强化实践能力导向的课程教学改革成效及其影响

（一）课程教学改革成效

课程教学改革基于强化实践能力导向，构建了贯通理论教学，课内实验，上机实验、课程设计以及课外学科竞赛的层次化实践教学体系，提高了学生的实践能力，开发了融入创新创业教育内容和课程思政元素的课程教学资源，打造了一支能教学、能实践、能科研的“三能型”教学团队，取得了良好的教学效果。

一是学生的创新实践能力大大提高。南昌航空大学机械类专业学生（约1600人）参加了机械设计课程教学改革实践，其中有80%的学生认为该改革有合理的目标、丰富的教学模块、有效的教学方法和良好的质量保障条件，提升了学生的机械设计创新实践能力。学生取得的代表性成果包括依托课程项目获得课外科技创新立项200余项，项目作品获得全国大学生机械创新设计大赛一等奖3项、二等奖1项以及省部级一等奖68项。这些成果都是学生创新实践能力大大提高的有力证明。

二是课程被建设成为省一流课程。在先进教学理念的引领下，课程组开发了丰富的机械设计课程教学资源，依托课程教学资源开展的机械设计线上线下混合式教学改革课程已被评为江西省线上线下混合式一流本科课程、江西省精品在线开放课程、江西省课程思政示范课程，并被列入江西高校育人共享计划。

三是课程组教师的能力全面发展。通过课程教学创新实践，课程组教师的教学、实践和科研能力得到了全面发展。教学方面，新增江西高校移动教学比赛二等奖1人，南昌航空大学的教师理论讲课比赛一等奖3人、青年教师实践讲课比赛二等奖1人、教师课程创新大赛二等奖1人、“教学十佳”称号1人。实践方面，课程组教师指导学生参与学科竞赛获得省部级以上奖励100多项。科研方面，课程组教师完成各类省级教改课题10多项，发表教研论文10多篇，出版相关教材8部，主持包括国家自然科学基金项目在内的科研项目30多项，授权发明和实用新型专利50多项，发表学术论文200多篇。

（二）课程教学改革成果影响

基于强化实践能力导向的教学理念不仅在机械设计课程教学中得到了应用，而且已经被运用到其他专业课程的建设中，基于新理念编写的实践教材也在其他高校得到了应用，课程教学改革成果影响作用明显。

一是教学理念在其他课程得到推广应用。在2019版的课程教学大纲修订中，课程组将强化实践能力导向的教学理念推广至本校的机械设计基础课程，增设12学时的机械设计上机实验，改革考核方式，强化实践能力考核。实践教学体系从南昌航空大学的机械类专业推广到本校金属材料类、材料成型类、飞行器类等所有开设机械设计课程和机械设计基础课程的18个专业，课程教学改革成果得到大面积的推广。

二是《机械设计实践与创新》教材得到广泛选用。课程组遵循新教学理念编写的《机械设计实践与创新》实践教材促进了机械设计原理和机械设计实践的有机融合，强化了三维设计能力和整机设计能力训练。该教材被选作南昌航空大学机械类等18个专业学生的实践主教材，也一直被本校的科技学院选作实践主教材。

三是改革理念得到同行认可。课程组在省内外教学会议上多次就改革成果作报告，汇报了课程组在课程教学改革中所采用的一些好的做法和所积累的一些经验。改革理念被其他高校所认可，省外同行专门带队前来进行机械设计实践教学交流。课程组录制的课程思政示范课被选送到学习强国平台，课程建设经验被南昌航空大学官网以及《江西日报》等新闻媒体多次报道。

四、结语

本研究针对传统机械设计课程存在的问题，提出了基于强化实践能力导向的新教学理念。通过改革课程教学大纲、构建层次化实践教学体系，实现了机械设计实践教学与理论教学的一体化。坚持立德树人，将航空报国精神育人元素合理融入课程思政教学资源开发中，提高了课程育人效果。基于教学、实践和科研的优势互补，打造了“三能型”课程教学团队，确保了课程教学改革的顺利实施。机械设计课程教学改革，不仅提高了学生的实践能力，而且促进了机械设计课程建设质量和教学质量的提升，实现了教师教学、实践和科研能力的全面发展。层次化实践教学体系在机械设计课程得到了顺利实施，在其他相关课程得到了推广应用，突出整机设计和三维设计特色的实践教材也得到了广泛选用，机械设计课程教学改革成果的影响力得到了提升和扩大。

［ 参 考 文 献 ］

[1］ 王瑞芳，平学成，吕洪玉，等.“以生为本”机械设计课程教学改革探索[J].中國轻工教育，2020（6）：66-73.

[2］ 刘军，张涛.基于新工科背景的机械设计课程创新[J].机械设计，2020（S2）：268-270.

[3］ 冀晓红.新工科背景下机械设计课程与教学改革策略浅析[J].黑龙江科学，2020（21）：66-67.

[4］ 梁栋，陈星.智能制造背景下机械设计课程教学改革探索与实践[J].教育教学论坛，2020（42）：183-184.

[5］ 于克强，陈国辉，刘元林.基于新工科的机械设计OBE教学设计改革研究[J].课程教育研究，2020（19）：238-239.

[6］ 孙江宏.面向创新设计的《机械设计》教学改革与实践：以北京信息科技大学机电工程学院为例[J].教育现代化，2020（11）：42-44.

[7］ 陈川，王春华.应用型本科机械设计课程教学改革及实践研究[J].课程教育研究， 2019（44）：70-71.

[8］ 刘文光，贺红林.全程体认式机械设计课程设计[J].科技创新导报， 2017（15）：234-235.

[9］ 刘文光，贺红林.基于大工程观的机械设计教学探索[J].教育教学论坛， 2018（16）：187-189.

［责任编辑：庞丹丹］