摘 要 培養(yǎng)學生適應(yīng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級需求的關(guān)鍵能力，是我國新工科建設(shè)對人才培養(yǎng)提出的新要求，也是當今工程教育面臨的主要問題。由于機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計對工科學生綜合能力培養(yǎng)影響較大，研究現(xiàn)有教學過程對學生關(guān)鍵能力培養(yǎng)的不足，并從教學理念、教學方法、評價體制等三個方面，探討教學過程中值得改進的方向。

　　關(guān)鍵詞 新工科;機械設(shè)計基礎(chǔ);課程設(shè)計;教學改革;虛擬仿真實驗室

　　《照相機》(月刊)創(chuàng)刊于1979年，由杭州照相機械研究所主辦。雜志始終以介紹世界時尚攝影器材.

　　1 引言

　　制造業(yè)為我國的經(jīng)濟主體，針對我國制造業(yè)大而不強及世界新一輪的產(chǎn)業(yè)變革，國務(wù)院提出“中國制造2025”重大戰(zhàn)略[1]，將高檔數(shù)控機床和機器人、航空航天裝備、先進軌道交通裝備等列為十大重點發(fā)展領(lǐng)域。隨著該戰(zhàn)略的實施，全國向新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式經(jīng)濟形態(tài)轉(zhuǎn)型過程中，迫切需要大量具有工程實踐能力、創(chuàng)新能力及國際競爭力的高素質(zhì)工程技術(shù)人才。為了滿足該新型工程技術(shù)人才的需求，教育部于2017年提出開展新工科建設(shè)[2]，以新產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型為背景，探索“新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新分類”的新型工程教育改革。該支撐國家新形勢下產(chǎn)業(yè)升級的工程教育改革，對工程技術(shù)人才培養(yǎng)過程中的培養(yǎng)理念、培養(yǎng)模式及質(zhì)量標準等都提出更高的要求。與此同時，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳發(fā)布的《關(guān)于深化教育體制機制改革的意見》中，將培養(yǎng)支撐終身發(fā)展、適應(yīng)時代需求的關(guān)鍵能力作為人才培養(yǎng)重點[3]。故關(guān)鍵能力的培養(yǎng)已成為新工科建設(shè)下高素質(zhì)工程技術(shù)人才教育的新方向。這種工程人才的關(guān)鍵能力，體現(xiàn)在職業(yè)道德、工程思維能力、工程實踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、終身學習能力、領(lǐng)導能力等方面[4]。因此，新工科建設(shè)下，工程教育及課程教學的改革應(yīng)該注重學生上述關(guān)鍵能力的培養(yǎng)。

　　機械設(shè)計基礎(chǔ)是一門圍繞常用機構(gòu)的工作特性、設(shè)計方法，及通用零部件的工作原理、選型及設(shè)計計算的設(shè)計類課程，是從工程制圖、理論力學、材料力學等理論基礎(chǔ)課向工程機械等實踐性很強的專業(yè)課程過渡的專業(yè)基礎(chǔ)課[5]。由于其對培養(yǎng)學生掌握工程設(shè)計基本技能上具有重要意義，現(xiàn)已成為國內(nèi)高校諸多工科專業(yè)開設(shè)的技術(shù)基礎(chǔ)課程。就中國礦業(yè)大學情況來說，該課程面向采礦工程、安全工程、工業(yè)設(shè)計等非機類專業(yè)，以及材料科學與工程、熱能與動力工程等近機類專業(yè);每學年授課班級數(shù)高達30多個，學生1200多人次，直接影響學校近五分之一的學生。

　　機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計是該門課程配套的一項重要的教學實踐環(huán)節(jié)，要求學生能夠根據(jù)實際生產(chǎn)需要，給出綜合考慮機械功能、性能、結(jié)構(gòu)、材料、工藝等多方面因素的設(shè)計方案，是學生首次接受的全面工程設(shè)計訓練。該訓練要求學生能夠綜合運用所學理論課程解決實際工程問題，對學生樹立正確的設(shè)計思想、掌握基本設(shè)計理論和方法、查閱及運用設(shè)計資料、培養(yǎng)良好的工程素質(zhì)具有關(guān)鍵的先導性作用。作為工科優(yōu)勢高校，如何響應(yīng)國家新工科建設(shè)號召，探索機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計這門對工科院校影響廣泛的課程的教學改革，強化學生的關(guān)鍵能力培養(yǎng)，是面臨的一個重要問題。本文針對該課程當前的教學情況，結(jié)合新工科建設(shè)對高素質(zhì)工程人才的關(guān)鍵能力需求，就該課程能力培養(yǎng)過程中存在的不足及有待改進的內(nèi)容進行探討。

　　2 當前教學存在的主要問題思考

　　機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計是諸多工科學生首次接觸的工程訓練課程，對學生解決實際工程問題能力及工程素養(yǎng)的培養(yǎng)具有較大影響。新形勢下，應(yīng)該結(jié)合新工科關(guān)于人才關(guān)鍵能力培養(yǎng)的需要，對課程教學方法的進一步改進進行研究。下面從現(xiàn)有設(shè)計內(nèi)容、教學過程、繪圖能力等方面進行分析，闡述課程教學存在的主要不足。

　　從設(shè)計內(nèi)容來看 課程設(shè)計的題目，一方面影響學生工程能力培養(yǎng)目標的實現(xiàn)，另一方面受學生所處階段的知識水平及教學時間限制。現(xiàn)今國內(nèi)大部分高校的課程設(shè)計選題仍沿用20世紀30年代蘇聯(lián)列寧格勒加里寧工學院的方法，即以齒輪減速器設(shè)計為核心。學生根據(jù)課程設(shè)計指導資料中的方法，確定傳動方案、參數(shù)計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計，并繪制相應(yīng)的裝配圖、零件圖，撰寫設(shè)計說明書。設(shè)計對象包含了機械設(shè)計基礎(chǔ)中的核心內(nèi)容，有助于加強學生對課程知識的掌握。但題目陳舊，學生缺乏新鮮感，簡單抄襲往年材料的情況嚴重。以至于近年來，很多學者認為該選題內(nèi)容過于固化，不利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng);并建議通過結(jié)合創(chuàng)新設(shè)計大賽、科研項目等進行選題，對課程設(shè)計內(nèi)容進行拓展。但該門課程是學生第一次接觸的工程實踐，學生工程基礎(chǔ)薄弱，且課程設(shè)計時間短。教學過程中發(fā)現(xiàn)，成績中等偏上的學生完成傳統(tǒng)選題內(nèi)容，都需要通過加班來實現(xiàn)。因此，引入較新的設(shè)計題目，超越了大部分學生現(xiàn)有的知識水平，且會讓學生用去太多的時間查閱資料，造成大部分學生無法完成，失去課程設(shè)計人才培養(yǎng)的整體意義。如何在現(xiàn)有設(shè)計內(nèi)容基礎(chǔ)上提升學生關(guān)鍵能力的培養(yǎng)，使學生適應(yīng)時代發(fā)展的需求，是目前面臨的一個主要問題。

　　從教學過程來看 機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計的完成時間通常在1～2周，隨著專業(yè)的不同而改變。其教學主要由設(shè)計前指導和設(shè)計過程中輔導這兩部分組成。其中，設(shè)計前指導主要是任課教師在學生選題時對課程設(shè)計的主要過程進行2～4課時的介紹。采用以課堂講授為中心的講授模式，教學手段主要依靠講授PPT電子講稿。因?qū)W生缺乏工程經(jīng)驗，該指導過程中，學生難以理解所述機械結(jié)構(gòu)的實際意義。講解重點在于機械系統(tǒng)零件設(shè)計及箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計，而對方案設(shè)計及制造工藝介紹較少，學生缺乏對產(chǎn)品設(shè)計全流程的準確認識及構(gòu)思訓練。而設(shè)計過程中的輔導主要是在課程設(shè)計開展期間，任課教師每天去設(shè)計教室現(xiàn)場對學生存在的問題進行答疑，通常每天2～3小時。該指導過程中，由于課程設(shè)計時間較短，涉及的知識面卻較廣，部分學生無法在短期內(nèi)真正掌握設(shè)計過程，不敢咨詢?nèi)握n教師，只能簡單地照抄設(shè)計指導書中的資料，沒有實現(xiàn)工程實踐能力的培養(yǎng)目標。與此同時，教師對學生最終成績評價相對單一，主要依靠學生最終的答辯成績及圖紙和說明書質(zhì)量，對中間完成過程的評估較少。這種以個人為單位的評價，造成學生只注重自己工作的完成情況，不能有效培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力及領(lǐng)導能力。

　　從工程繪圖能力訓練來看 針對學生在開該門課程時工程制圖基礎(chǔ)薄弱，國內(nèi)院校主要要求學生繪制二維工程圖紙來完成課程設(shè)計。但從完成情況來看，學生CAD圖紙出現(xiàn)抄襲現(xiàn)象，部分圖紙是基于一個電子模板完成，失去了課程設(shè)計的培養(yǎng)意義。針對該問題，很多教師要求學生手工繪制圖紙。這種手工繪圖雖然避免了抄襲現(xiàn)象，加強學生二維工程圖紙的繪圖能力，但也帶來一些問題：一方面，手工繪圖占用時間較多，且沒有培養(yǎng)學生的計算機繪圖能力;另一方面，由于現(xiàn)有企業(yè)工程圖紙繪制主要采用CATIA、UG、Pro/E等工業(yè)三維設(shè)計軟件完成，這種傳統(tǒng)的二維繪圖方法已脫離企業(yè)對現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計的技術(shù)需求。

　　針對該問題，很多學者提出采用三維設(shè)計軟件來完成課程設(shè)計，但開課時真正掌握三維設(shè)計軟件的學生較少，而課程設(shè)計課時有限，教師無法額外指導學生學習該類軟件，使得三維繪圖在該課程上的實際推廣存在較大困難。此外，從工程圖紙完成質(zhì)量來看，部分學生還不能準確應(yīng)用機械制圖的前期知識，零件圖中零件形狀的繪制和公差標注、裝配圖中配合尺寸的標注等都存在較多問題。

　　3 課程設(shè)計教學方法和教學手段改革探討

　　改變教學理念，增加工程實踐 現(xiàn)有課程設(shè)計教學主要側(cè)重于知識傳授，而新工科建設(shè)要求高校能夠為社會提供高素質(zhì)復合型工程人才，故教學過程中還需注重學生綜合能力、素養(yǎng)等的培養(yǎng)。其中，知識傳授方面，在讓學生夯實教材中的主要設(shè)計理論的基礎(chǔ)上，需注重培養(yǎng)學生具有綜合應(yīng)用所學理論知識，分析和解決實際工程問題的能力;培養(yǎng)學生查閱最新文獻資料，緊跟學科前沿的能力。在綜合能力培養(yǎng)方面，要在課程設(shè)計中注重學生實踐動手能力、創(chuàng)新能力及自主學習能力的培養(yǎng)。而素養(yǎng)方面，既要注重學生做人、做事基本素質(zhì)的培養(yǎng)，還要注重學生做學問的工程素質(zhì)培養(yǎng)。除了教學理念改變，還需進一步加強工程實踐環(huán)節(jié)，提升學生實踐動手能力。現(xiàn)有課程設(shè)計教學還停留在理論設(shè)計上，沒有加工樣機;學生完成的主要是理論上的復習，對產(chǎn)品的加工、制造缺乏認識，造成該實踐訓練不能滿足時代對工科學生實踐動手能力的需求。考慮到采用傳統(tǒng)機械加工技術(shù)成本較高，而3D打印該成本相對較低的新興技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計[6]，可將3D打印技術(shù)引入課程設(shè)計，讓學生參與加工過程，提升其動手能力，且便于教師評價課程設(shè)計完成質(zhì)量。

　　改革教學方法，增加教學資源 課程設(shè)計存在的很多問題，主要受課時限制，使得傳統(tǒng)教學方法無法解決。通過很多學者建議的課程設(shè)計融入課堂的方法，提前給學生布置課程設(shè)計題目，可以拓展學生的設(shè)計時間。但一部分學生自學能力及自我約束能力不強，僅提前布置任務(wù)，并不能讓他們真正提前開展設(shè)計工作，而機械設(shè)計基礎(chǔ)課堂中又不能拿出較多時間指導課程設(shè)計。為此，需要探索利用學生的課外時間來指導學生。

　　現(xiàn)如今已進入教育信息化時代，隨著國家精品在線開放課程建設(shè)的推進，很多課程已經(jīng)通過慕課等在線課程來拓展學生學習時間，提高學生自學能力，但針對機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計的慕課至今還未見報道。因此，可以圍繞傳動方案設(shè)計、零部件設(shè)計、三維繪圖、工程圖標注等錄制視頻在線課程，引導學生開展課程設(shè)計。