新工科背景下机械设计课程多层次实践创新教学体系改革与探索

孟 飞,徐尤南,周生通,宋小科

(华东交通大学 机电与车辆工程学院,江西 南昌 330013)

0 引言

机械设计课程作为机械工程的重要基础课,是在机械制图、材料力学、机械原理、互换性与测量技术等先修课程的基础上,再进行机械设计课程学习,使学生最终能综合运用各种机械零件和机构以及其他先修课程的知识,掌握设计机械传动装置和简单机械的能力[1-2]。 在整个教学计划中,机械设计是一门理论性和实践性非常强的专业基础课程[3],包含课程学习与课程设计的实践,一直都是教学改革关注的焦点。牛红恩等[4]针对机械设计基础课程提出一种基于过程评价的课程改革,将机械设计课程分为几个重要节点,通过分解课程内容,监控学生设计过程,来提升学生的课程设计能力。金鑫等[5]提出一种基于BOPPPS(导入、目标、前测、参与式学习、后测)模式的教学创新设计,解决了机械设计课程教学陈旧、课程贯通缺乏的问题。刘国敏[6]针对授课采用传统“满堂灌”,提出基于 PAD 课堂的机械设计基础教学实践。通过课堂精讲留白、内化吸收和课堂讨论提高学生学习的主动性和积极性,以期改善课堂教学质量,达到人才培养目标。秦涛等[7]提出基于“科研项目+学科竞赛”双驱动的机械创新设计课程教学改革与实践,对于提高教师教学质量、扩大科研队伍、提升人才培养质量也有显著意义。上述内容都是理论课的过程改革,或者与课程设计的协同等,还未构建完整的基于课程的教学改革模式。

1 存在问题

1.1 课程学时普遍减少、课程设计与考试周重合

随着各专业开展工程教育认证工作,机械设计课程教学计划学时由64学时调整为48学时,同时课程设计由3周调整为2周。而机械设计课程内容多、概念多、公式多、图表多。出现了学时减少,而课程内容多的问题,同时学生期末做课程设计时往往是考试时间,导致课程设计时间难以保证。

1.2 课程学习目标不明确

课程大纲中对课程目标提出了具有设计简单机械装置的能力,和解决复杂工程问题能力,但是并不具体,导致学生学习目标不明确,从而学习动力不足,创新意识淡薄。

1.3 教师的科研、课程教学、课程设计及科技竞赛融合问题

课程教学、课程设计、科技竞赛以及教师科研都是各自独立的工作,如何使课程教学内容更丰富以及更接近工程实际、调动学生的学习积极性,这是需要探索的一个问题。

1.4 师生,生生互动性差

在课程学习过程中,由于课程理论性强,同时现在的学生习惯一个人学习,有问题不主动提问,导致师生、生生互动性差,学习效果不理想。

2 教学改革实践措施

针对上述四方面的问题,以科创竞赛的创新能力与工程实践能力培养为导向,通过以赛促学和同伴学习的课程教学改革,整合课程教学资源与学生科创活动;围绕课程教改、高质量创新型人才培养模式,以及复杂工程问题能力达成等方面逐步确定了夯实课程教学、团队协作与工程实践三者有机融合的三融合课程教学模式;构建集创新教学、团队协作、科学研究、实践训练及科创竞赛的以团队协作为核心的团、学、研、训、赛五位一体,线上与线下、课内与课外联动的多层次实践创新教学体系,如图1所示。形成了以学生为中心的教学实践和协作氛围,为专业的高质量创新型人才培养迈出坚实一步。

图1 以团队协作为核心的人才培养新模式

利用课程教学环节引导学生组建5人一组的学习小组,通过同伴教学法与线上线下相结合的教学模式,合理分配教师教学时间,以同伴互助学习,课后线上学习等方式,培养学生自学能力、团队协作能力。解决师生、生生互动性差和课时减少、授课内容多的问题。

在课程学习的时候,就布置好课程设计的内容,明确课程目标。课程设计任务布置以5人一组,组内每个学生设计参数不同,以二级齿轮减速器为例,该设计主要有运输带拉力F(N)、卷筒直径D(mm)、运输带速度v(m/s)3个参数,将参数设计为三因素五水平,从而选择正交表,以便组内、组外学生观察参数发生变化,结果会有何不同,并进行研讨,从而缓解学生期末做课程设计时,又要面临期末考试,避免出现时间紧张问题。同时学生也可明确课程学习目标,学习的积极性,团队协作能力得到提升。

采用课程、实践与研究相融合的模式,将教师的科研案例,优秀的创新实践项目作为课堂授课素材,实现科学研究、创新实践与课程的有机融合。在加强理论教学的同时,注重理论在工程实际中的应用。激发学生敢于并勇于创新实践的想法,达到“要我学”向“我要学”转变,实现启发式、自主式、研讨式教学方法的多元化模式。

在每个学年开始上课的时候,发布本年度校级双基竞赛系列的机械创新设计竞赛主题,引领学生组队报名,每个项目5位学生,通过竞赛促进学生的课程同伴学习以及团队协作能力。这得益于教研室连续17年组织了基于机械设计课程的校级双基创新实践活动,如表1所示。实现了以赛促学、以赛促教、科教融合,课内课外互相促进的培养模式,培养出能够熟练解决实际复杂工程问题能力的学生。

表1 2022年“双基”竞赛项目一览表

3 结论

针对目前高校毕业生与企业需求的人才目标的差距问题和解决毕业生普遍存在实践操作、动手能力差,团队协作与创新意识淡薄等,做了以下三个方面的改革和探索。

1)利用课程教学环节引导学生组建学习小组,培养学生的团队协作精神,形成团队学习氛围激发学生的学习兴趣,增强学生的个人能力,协作能力以及基础知识储备。

2)通过案例分析将科学研究、科创竞赛和教学内容整合,基于课程开展和指导科技竞赛的课外实践,做实基础课与专业课程的桥梁作用,解决科学研究与课程教育融合,创新实践与课程融合的问题。

3)通过教学改革实践形成了以团队协作为核心的“团、学、研、训、赛”五位一体的人才培养模式,更好地培养符合社会和企业需求的高质量创新型人才。