教學(xué)模式的機械設計課程群的建設和改革論文

教學(xué)模式的機械設計課程群的建設和改革論文

　　本文基于機械設計制造及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)“卓越工程師教育培養計劃”的培養標準，采用基于產(chǎn)出教育模式，打破機械設計課程群中各課程內容的歸屬性，弱化各課程個(gè)性概念;強化課程內容之間的融合、交叉和關(guān)聯(lián);從提高學(xué)生創(chuàng )新能力和解決實(shí)際工程問(wèn)題能力的培養目標層次把握課程內容的分配與實(shí)施，刪除、調整課程群中內容重疊部分、理論性較強部分和不適應當代新技術(shù)等部分，有效降低課程群的總教學(xué)課時(shí)，加強實(shí)踐教學(xué)課時(shí)。通過(guò)機械設計課程群的建設和改革，增進(jìn)學(xué)生在設計中的創(chuàng )新意識和競爭意識，培養并提高學(xué)生的創(chuàng )新能力和解決工程問(wèn)題的能力，真正實(shí)現卓越工程師的培養目標。

　　在傳統的機械類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程設置中，主干課程一般分為技術(shù)基礎課程和專(zhuān)業(yè)方向課程。技術(shù)基礎課程如工程力學(xué)、機械制圖、公差與配合、機械工程材料、機械原理、機械設計、機械CAD等，這些課程組成為以機械設計課程為中心的機械類(lèi)專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎課程群，簡(jiǎn)稱(chēng)機械設計課程群[1]。傳統的機械設計課程群的內容追求的是學(xué)科體系的完整性、學(xué)科間相對的獨立性，結果出現了內容交叉及知識點(diǎn)銜接不緊密問(wèn)題。對于課程的知識的要求，老師在對落后知識點(diǎn)的處理上，大多數只是蜻蜓點(diǎn)水般簡(jiǎn)單介紹，致使學(xué)生覺(jué)得內容繁雜及思路不清、理解不透徹，學(xué)習的效果差。在本專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)的過(guò)程當中，仍存在著(zhù)“重局部、輕綜合，重理論、輕實(shí)踐”的種種現象。機械設計課程是一門(mén)機械零構件設計、強度和剛度設計的綜合性學(xué)科，和機械制圖以及公差與配合等的課程聯(lián)系非常緊密。受傳統課程框架的制約以及授課學(xué)時(shí)的限制，課程改革只能是局部的，常常造成機械設計的實(shí)訓環(huán)節內容單一，涉及的交叉課程綜合運用問(wèn)題也暴露無(wú)遺，尤其是在與精度設計內容相關(guān)的知識運用等方面，學(xué)生總是一味地照搬照抄，缺乏的是獨立思考及解決問(wèn)題的能力，在機械設計過(guò)程中，幾乎看不到機器協(xié)調性很高的精度設計思想及工程設計中的創(chuàng )新，同時(shí)也達不到預定設計的要求，也說(shuō)不上利用計算機軟硬件提高設計效率。有些教材甚至還存在以下問(wèn)題:某些技術(shù)概念陳舊，使用的教學(xué)實(shí)例已不符合現在技術(shù)要求，技術(shù)標準不是國家最新標準，煩瑣的理論公式推導占用較大篇幅，課程設計部分選題脫離實(shí)際，等等。

　　以上問(wèn)題已嚴重影響教學(xué)質(zhì)量，致使學(xué)生缺乏創(chuàng )新能力和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，這與卓越工程師的培養目標根本不適應。東莞理工學(xué)院機械設計制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，是國家教育部批準的高�！白吭接媱潯钡谝慌�試點(diǎn)專(zhuān)業(yè)之一。近年來(lái)，在機械設計專(zhuān)業(yè)“3+1”人才培養模式中，通過(guò)與企業(yè)的研討溝通，不斷完善人才培養方案，迫切需要以工程應用能力為主線(xiàn)的課程整合、教學(xué)課程體系的重構[4]。卓越工程師的培養目標下的新型機械設計課程群的建設與改革將勢在必行!許多應用型工科院校課程群的建設仍處在初始階段，課程群建設的概念和內容以及方法及體系的構建沒(méi)有統一標準，在一定的程度上影響課程群的建設質(zhì)量。因而對于課程群的建設與改革將是長(cháng)期而復雜的過(guò)程，需要我們不斷地努力探索與奮斗!

　　一、機械設計課程群的建設與改革指導思想

　　在“重基礎、寬口徑、強實(shí)踐、擅應用”的指導方針下，基于卓越工程師的培養目標，圍繞著(zhù)“一個(gè)中心、三個(gè)基本能力”進(jìn)行機械設計的課程群建設和改革。在編寫(xiě)課程群網(wǎng)絡(luò )課程時(shí)，打破課程內容的歸屬性，弱化了課程個(gè)性的概念，強化發(fā)課程內容間的融合、交叉和關(guān)聯(lián)，樹(shù)立了大課程的觀(guān)念，從能力培養的目標層次上來(lái)掌握課程內容的分配與實(shí)施，進(jìn)一步地優(yōu)化專(zhuān)業(yè)結構和布局，對專(zhuān)業(yè)的建設進(jìn)行科學(xué)與準確的定位。

　　在編寫(xiě)課程群網(wǎng)絡(luò )課程時(shí)，還應當采用基于學(xué)習產(chǎn)出的教育模式(Outcomes-Based Education，縮寫(xiě)為OBE)進(jìn)行課程體系設計。圍著(zhù)機械設計專(zhuān)業(yè)預期“學(xué)習產(chǎn)出”，反向設計各門(mén)課程，確定各門(mén)課程對于實(shí)現預期“學(xué)習產(chǎn)出”的貢獻和程度，突出實(shí)現卓越工程師的能力培養。

　　二、機設課程群的建設內容

　　(一)修訂培養計劃和教學(xué)大綱，完善機械設計課程群體系

　　2013年，機械設計課程群的主要教師通過(guò)與數十家東莞大中型制造企業(yè)共同溝通研討，對機械設計及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的培養計劃和教學(xué)大綱進(jìn)行全面修訂，新的培養計劃和教學(xué)大綱是面向工業(yè)界，培養素質(zhì)、知識、能力協(xié)調發(fā)展，基礎扎實(shí)、知識面寬、工程意識和工程實(shí)踐能力強，具有創(chuàng )新精神、較強的自主學(xué)習能力、優(yōu)秀的職業(yè)道德，系統地掌握機械設計、制造、自動(dòng)化的基本知識、基礎理論和基本技能，具備從事機電產(chǎn)品和設備的研究設計、加工制造、技術(shù)管理、應用與開(kāi)發(fā)、運行維護、經(jīng)營(yíng)銷(xiāo)售等方面的工作能力和素質(zhì)，得到機械工程師、制造工藝師和產(chǎn)品服務(wù)工程師等基本訓練，適應珠三角地區特別是東莞市的制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級需要，具備國際化視野和現代工程師素質(zhì)的應用型高級專(zhuān)門(mén)人才。根據新的培養計劃和教學(xué)大綱，構建以工程應用為主線(xiàn)的，以傳統機械設計理論與方法為基礎的，著(zhù)重提高學(xué)生工程素質(zhì)及綜合應用與創(chuàng )新設計能力培養的機械設計課程體系。

　　(二)基于OBE教育模式進(jìn)行機械設計課程群體系設計

　　采用基于OBE教育模式進(jìn)行課程群體系設計，其本質(zhì)就是課程計劃的“反向設計”，明確各門(mén)課程、每節課對于實(shí)現預期“學(xué)習產(chǎn)出”的貢獻及程度。

　　根據新的培養計劃和教學(xué)大綱，我校機械設計專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生應是適應珠三角地區特別是東莞市的制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級需要的、具備國際化視野和現代工程師素質(zhì)的應用型高級專(zhuān)門(mén)人才，即卓越機械工程師。教師要根據“學(xué)習產(chǎn)出”類(lèi)型，使用多樣化的教學(xué)方法。老師可以把自己與名人的工作實(shí)踐經(jīng)驗和創(chuàng )新的經(jīng)歷，細致地介紹給自己的學(xué)生，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng )新意識和學(xué)習熱情。激勵學(xué)生們自由選題，開(kāi)展各種小發(fā)明的制作，以及軟件開(kāi)發(fā)與教學(xué)

　　論文撰寫(xiě)等多種多樣的創(chuàng )新活動(dòng)。在課堂教學(xué)中還要多鼓勵學(xué)生積極思考，敢于提出問(wèn)題、回答問(wèn)題，使學(xué)生養成積極主動(dòng)思維的習慣。

　　在理論教學(xué)方面，要多結合實(shí)際工作中的工程對象，實(shí)行理論分析計算與工程實(shí)際相結合的模式，將先進(jìn)現代教學(xué)的工具及傳統教學(xué)的方法有機地結合起來(lái)，摸索出一種手段先進(jìn)的、生動(dòng)活潑的、內容豐富的教學(xué)新模式。

　　任課教師應盡可能地創(chuàng )設豐富的教育環(huán)境，調動(dòng)學(xué)生積極地參與到整個(gè)教學(xué)過(guò)程。在課程的教學(xué)上，教師也可以采取測驗、問(wèn)卷及項目等多種多樣化的評價(jià)方法，對自己學(xué)生實(shí)際“學(xué)習產(chǎn)出”進(jìn)行評估，根據評估結果及時(shí)調整該課程教學(xué)內容和改進(jìn)教學(xué)方法。

　　(三)樹(shù)立大課程觀(guān)念，優(yōu)化各課程內容，突出以機械設計課程為中心和工程應用能力的培養

　　1.打破各課程內容的歸屬性，弱化各課程個(gè)性概念，強化計算機技術(shù)在機械設計過(guò)程中的應用。機械設計課程群的目的是為機械產(chǎn)品設計服務(wù)，經(jīng)過(guò)課程群的學(xué)習，幫學(xué)生培養基本機械設計的能力，也是機械設計制造及其自動(dòng)化本科專(zhuān)業(yè)的培養目標。在課程群各門(mén)課程教學(xué)與改革中，要以機械設計為中心點(diǎn)，根據具體設計的程序，將零部件制造與設計進(jìn)行完美的組合，同時(shí)，要充分考慮機電產(chǎn)品的具體設計要求，對于課程群的內容進(jìn)行規劃和整合。著(zhù)重課程群的整體性建設，增強不同課程間的互補與整合，促使教學(xué)內容的有機結合，避免了缺失與重復，形成了完善及合理的課程群體系。

　　例如在編寫(xiě)《機械設計》及《公差與配合》的網(wǎng)絡(luò )課程時(shí)，要突破課程內容界限，重新精簡(jiǎn)課程群組交叉的內容，運用“綱要信號網(wǎng)絡(luò )法”，將典型零部件的運動(dòng)設計及結構設計作為提綱，以具體設計方法為信息，把《機械設計》課程圖表及公式和《公差與配合》的幾何量公差及檢測內容，納入機械設計的信息圖庫，同時(shí)，充分發(fā)揮多媒體教學(xué)聲像并茂的優(yōu)勢，充分與學(xué)生進(jìn)行信息交流，加強了教學(xué)重點(diǎn)，彰顯了機械設計知識的綜合性與整體性。

　　計算機設計能力的提高，將有助于創(chuàng )新能力與解決實(shí)際工程能力的大幅提高。CAD/CAE技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展引起了機械設計領(lǐng)域的大改革，機電產(chǎn)品的設計理論、方法和手段等，都發(fā)生了巨大的變化。機械設計的過(guò)程，從構思分析研究，以及加工工藝的制定和產(chǎn)品仿真的評價(jià)，均是運用計算機模擬出的三維空間完成的，它的設計分析過(guò)程，也十分符合產(chǎn)品的運行規律。因此，應將培養學(xué)生使用計算機設計的能力作為主要培養目標，將計算機設計的技術(shù)和各門(mén)傳統的課程相連接，建立課程群體系，激發(fā)學(xué)生們在機械方面創(chuàng )新設計的潛力。課程群中計算機繪圖、CAD等課程的設立，對于學(xué)生計算機設計能力的培養，打下了很扎實(shí)的基礎;也在其他各課程教學(xué)的過(guò)程中，比如機械原理課程，運用計算機編程進(jìn)行參數化設計，又增強了計算機的學(xué)習及應用。通過(guò)引進(jìn)計算機輔助設計和分析，使計算機教育在整個(gè)大學(xué)階段持續并逐步強化，從而使學(xué)生的計算機設計能力得到極大提高，達到提高學(xué)生創(chuàng )新能力與解決實(shí)際工程能力的目的。

　　2.整合精簡(jiǎn)課程重復內容，增加新技術(shù)、新概念、新的工程應用實(shí)例以提高學(xué)生的工程應用能力。對某些課程有重復內容的部分進(jìn)行整合與刪除。例如，《機械制圖》與《公差與配合》課程中皆有極限、配合、形位公差等知識內容，可考慮將《機械制圖》中相關(guān)知識點(diǎn)刪除，同時(shí)在課時(shí)安排上進(jìn)行一定調整。這樣既避免了教師在教零件圖與裝配圖知識時(shí)要花較多時(shí)間與精力去闡明極限、配合、形位公差等知識，又節約了教學(xué)課時(shí)，從整體上提高了教學(xué)效率�！豆こ塘�學(xué)》、《機械原理》、《機械設計》中也有一些知識點(diǎn)重復，如應力、應變等知識，可以進(jìn)行合理整合與刪除。

　　刪除《機械原理》、《機械設計》等課程中比較復雜的理論公式的推導過(guò)程，只保留公式具體應用的說(shuō)明。如《機械設計》課程中帶傳動(dòng)中受力分析、有效拉力公式的推導過(guò)程;齒輪的接觸應力強度和彎曲疲勞強度公式的推導過(guò)程等。

　　目前我校機械學(xué)院使用的部分教材中存在一些不符合時(shí)代特征的技術(shù)和工程應用實(shí)例，如滾動(dòng)軸承標準等可能不是國家最新技術(shù)標準。利用學(xué)校圖書(shū)館的文獻數據庫查閱最新的相關(guān)知識，結合課程群教師的科研項目和東莞企業(yè)的先進(jìn)技術(shù)，更新舊知識與技術(shù)標準，增加新技術(shù)、新概念、新的工程應用實(shí)例。在“機械設計課程群”的系列課程教學(xué)中，課程群教師應盡量以實(shí)際工程應用作為教學(xué)實(shí)例，通過(guò)課程群教師長(cháng)期理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)，以達到培養及提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。(四)把提高學(xué)生創(chuàng )新能力和解決實(shí)際工程問(wèn)題能力進(jìn)行課程設計教學(xué)內容及實(shí)驗教學(xué)內容改革在所有課程設計的過(guò)程中，突出了課程設計的內容，貫穿了更加系統的觀(guān)點(diǎn)，從全部方案設計及具體結構的設計，摸索出了一套系統的方法，來(lái)提高學(xué)生的綜合設計能力及創(chuàng )新實(shí)戰能力;充分利用現有實(shí)驗、儀器設備，開(kāi)展了創(chuàng )新設計的活動(dòng);利用現代的設計實(shí)驗室設備、功能較強的設計平臺以及面向工程實(shí)踐的軟件等，給自己的學(xué)生提供了把全新的現代設計方法運用于設計過(guò)程的良好平臺。

　　鼓勵自己的學(xué)生直接參加老師的科研課題，同時(shí)，作為本課程設計的題目及畢業(yè)設計的題目，把學(xué)生所學(xué)基本知識直接應用于工程實(shí)踐。

　　保存培養學(xué)生基本技能的驗證性實(shí)驗，增強了學(xué)生綜合性和設計性的實(shí)驗項目。以現代的工程教育實(shí)踐的觀(guān)念作為指導，并且自主設計實(shí)驗系統，設立具有工程特征的真實(shí)與虛擬的、綜合設計的實(shí)驗。學(xué)生實(shí)驗的項目具備教學(xué)實(shí)驗和工程實(shí)踐背景相結合，培養工程實(shí)踐的創(chuàng )新意識，訓練工程實(shí)踐的能力，來(lái)實(shí)現工程教育回歸工程實(shí)踐的教學(xué)目標。

　　建立多種多樣的學(xué)生機械創(chuàng )新實(shí)踐活動(dòng)的平臺，可以說(shuō)是深化改革機械設計課程群實(shí)踐的教學(xué)內容。研究與創(chuàng )新實(shí)踐設計訓練的平臺，是學(xué)生們完成創(chuàng )新實(shí)驗項目、制作設計產(chǎn)品的基地，如我校機械學(xué)院的機械創(chuàng )新團隊，學(xué)生們都可以在老師們親自指導下，完成“微型太陽(yáng)能汽車(chē)”的設計與制造、裝配和整機的測試，機器人創(chuàng )新團隊近年來(lái)在各種國家機器人比賽中取得了優(yōu)良的成績(jì);3D打印創(chuàng )新團隊也在全國機械創(chuàng )新比賽和大學(xué)生挑戰杯比賽中取得了優(yōu)良的成績(jì)。這些機械創(chuàng )新實(shí)踐活動(dòng)平臺極大地提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng )新能力。

　　(四)強化機設課程群教學(xué)團隊建設，促進(jìn)教學(xué)團隊持續性發(fā)展

　　教學(xué)團隊的建設是課程群建設的關(guān)鍵所在，應該充分優(yōu)化教學(xué)隊伍的結構;充分發(fā)揮主動(dòng)性和積極性，吸引國內外人才充實(shí)到教學(xué)的隊伍中;激勵中青年教師積極進(jìn)取，獲得博士學(xué)位;堅持將人才培養質(zhì)量的提高作為團隊工作的第一要務(wù)。通過(guò)教學(xué)研究、科學(xué)研究和國際交流提升教學(xué)隊伍整體水平。目前我校機械工程學(xué)院已形成一支知識結構和年齡結構合理，責任感強、團結協(xié)作精神好，整體教學(xué)能力強，教學(xué)經(jīng)驗豐富，教學(xué)特色鮮明，教學(xué)效果好的機械設計課程群教學(xué)團隊。本課程群的教學(xué)團隊的特點(diǎn)是著(zhù)重“理論教學(xué)、實(shí)驗教學(xué)及工程應用教學(xué)”三元結合和相互促進(jìn)，將機械基礎理論、機械設計新技術(shù)和工程應用知識的傳授放在首要地位，為學(xué)生工程應用能力和終身學(xué)習能力的形成打下扎實(shí)基礎。

　　三、結語(yǔ)

　　本文基于卓越工程師的培養目標和OBE教育模式，圍繞“一個(gè)中心、三個(gè)基本能力”對機械設計課程群建設與改革進(jìn)行論述，從機械設計專(zhuān)業(yè)預期的“學(xué)習產(chǎn)出”，確定課程層面的“學(xué)習產(chǎn)出”，逆向設計各門(mén)課程，明確各課程對于實(shí)現預期“學(xué)習產(chǎn)出”的貢獻和程度，突出以工程應用能力為主線(xiàn)進(jìn)行課程整合和教學(xué)課程體系重構。

　　目前，我們機械制圖與機械設計基礎課程已獲得廣東省精品課程項目支持;出版了機械設計、機械原理、機械設計基礎等一系列教材并入選了國家“十二五”規劃;2014年團隊成員有1人獲得廣東省教學(xué)名師稱(chēng)號;多人獲得國家和省級教學(xué)改革項目支持;多人在國內各級相關(guān)學(xué)會(huì )、行業(yè)協(xié)會(huì )擔任重要職務(wù)。學(xué)生在全國機器人比賽和機械創(chuàng )新比賽中取得了一二等獎多名的好成績(jì);學(xué)生3D打印創(chuàng )新團隊自主設計與制造了多臺3D打印機并已成功實(shí)現了網(wǎng)絡(luò )銷(xiāo)售。通過(guò)調查，企業(yè)普遍認為我校機械專(zhuān)業(yè)學(xué)生的機械創(chuàng )新能力與工程應用能力較高，2014年機械設計專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生就業(yè)率達到了99%以上。這些成果說(shuō)明了我們教學(xué)改革的成功。