摘 要 培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)需求的關(guān)鍵能力，是我國(guó)新工科建設(shè)對(duì)人才培養(yǎng)提出的新要求，也是當(dāng)今工程教育面臨的主要問(wèn)題。由于機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)對(duì)工科學(xué)生綜合能力培養(yǎng)影響較大，研究現(xiàn)有教學(xué)過(guò)程對(duì)學(xué)生關(guān)鍵能力培養(yǎng)的不足，并從教學(xué)理念、教學(xué)方法、評(píng)價(jià)體制等三個(gè)方面，探討教學(xué)過(guò)程中值得改進(jìn)的方向。

　　關(guān)鍵詞 新工科;機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ);課程設(shè)計(jì);教學(xué)改革;虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室

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

　　1 引言

　　制造業(yè)為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)主體，針對(duì)我國(guó)制造業(yè)大而不強(qiáng)及世界新一輪的產(chǎn)業(yè)變革，國(guó)務(wù)院提出“中國(guó)制造2025”重大戰(zhàn)略[1]，將高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人、航空航天裝備、先進(jìn)軌道交通裝備等列為十大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。隨著該戰(zhàn)略的實(shí)施，全國(guó)向新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式經(jīng)濟(jì)形態(tài)轉(zhuǎn)型過(guò)程中，迫切需要大量具有工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力及國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)工程技術(shù)人才。為了滿(mǎn)足該新型工程技術(shù)人才的需求，教育部于2017年提出開(kāi)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(lèi)”的新型工程教育改革。該支撐國(guó)家新形勢(shì)下產(chǎn)業(yè)升級(jí)的工程教育改革，對(duì)工程技術(shù)人才培養(yǎng)過(guò)程中的培養(yǎng)理念、培養(yǎng)模式及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等都提出更高的要求。與此同時(shí)，中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布的《關(guān)于深化教育體制機(jī)制改革的意見(jiàn)》中，將培養(yǎng)支撐終身發(fā)展、適應(yīng)時(shí)代需求的關(guān)鍵能力作為人才培養(yǎng)重點(diǎn)[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(shí)踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、終身學(xué)習(xí)能力、領(lǐng)導(dǎo)能力等方面[4]。因此，新工科建設(shè)下，工程教育及課程教學(xué)的改革應(yīng)該注重學(xué)生上述關(guān)鍵能力的培養(yǎng)。

　　機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是一門(mén)圍繞常用機(jī)構(gòu)的工作特性、設(shè)計(jì)方法，及通用零部件的工作原理、選型及設(shè)計(jì)計(jì)算的設(shè)計(jì)類(lèi)課程，是從工程制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)等理論基礎(chǔ)課向工程機(jī)械等實(shí)踐性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)課程過(guò)渡的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課[5]。由于其對(duì)培養(yǎng)學(xué)生掌握工程設(shè)計(jì)基本技能上具有重要意義，現(xiàn)已成為國(guó)內(nèi)高校諸多工科專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的技術(shù)基礎(chǔ)課程。就中國(guó)礦業(yè)大學(xué)情況來(lái)說(shuō)，該課程面向采礦工程、安全工程、工業(yè)設(shè)計(jì)等非機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)，以及材料科學(xué)與工程、熱能與動(dòng)力工程等近機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè);每學(xué)年授課班級(jí)數(shù)高達(dá)30多個(gè)，學(xué)生1200多人次，直接影響學(xué)校近五分之一的學(xué)生。

　　機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是該門(mén)課程配套的一項(xiàng)重要的教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，要求學(xué)生能夠根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，給出綜合考慮機(jī)械功能、性能、結(jié)構(gòu)、材料、工藝等多方面因素的設(shè)計(jì)方案，是學(xué)生首次接受的全面工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練。該訓(xùn)練要求學(xué)生能夠綜合運(yùn)用所學(xué)理論課程解決實(shí)際工程問(wèn)題，對(duì)學(xué)生樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想、掌握基本設(shè)計(jì)理論和方法、查閱及運(yùn)用設(shè)計(jì)資料、培養(yǎng)良好的工程素質(zhì)具有關(guān)鍵的先導(dǎo)性作用。作為工科優(yōu)勢(shì)高校，如何響應(yīng)國(guó)家新工科建設(shè)號(hào)召，探索機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)這門(mén)對(duì)工科院校影響廣泛的課程的教學(xué)改革，強(qiáng)化學(xué)生的關(guān)鍵能力培養(yǎng)，是面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。本文針對(duì)該課程當(dāng)前的教學(xué)情況，結(jié)合新工科建設(shè)對(duì)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(guò)程中存在的不足及有待改進(jìn)的內(nèi)容進(jìn)行探討。

　　2 當(dāng)前教學(xué)存在的主要問(wèn)題思考

　　機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是諸多工科學(xué)生首次接觸的工程訓(xùn)練課程，對(duì)學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題能力及工程素養(yǎng)的培養(yǎng)具有較大影響。新形勢(shì)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(duì)課程教學(xué)方法的進(jìn)一步改進(jìn)進(jìn)行研究。下面從現(xiàn)有設(shè)計(jì)內(nèi)容、教學(xué)過(guò)程、繪圖能力等方面進(jìn)行分析，闡述課程教學(xué)存在的主要不足。

　　從設(shè)計(jì)內(nèi)容來(lái)看 課程設(shè)計(jì)的題目，一方面影響學(xué)生工程能力培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，另一方面受學(xué)生所處階段的知識(shí)水平及教學(xué)時(shí)間限制。現(xiàn)今國(guó)內(nèi)大部分高校的課程設(shè)計(jì)選題仍沿用20世紀(jì)30年代蘇聯(lián)列寧格勒加里寧工學(xué)院的方法，即以齒輪減速器設(shè)計(jì)為核心。學(xué)生根據(jù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)資料中的方法，確定傳動(dòng)方案、參數(shù)計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并繪制相應(yīng)的裝配圖、零件圖，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。設(shè)計(jì)對(duì)象包含了機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)中的核心內(nèi)容，有助于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握。但題目陳舊，學(xué)生缺乏新鮮感，簡(jiǎn)單抄襲往年材料的情況嚴(yán)重。以至于近年來(lái)，很多學(xué)者認(rèn)為該選題內(nèi)容過(guò)于固化，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng);并建議通過(guò)結(jié)合創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、科研項(xiàng)目等進(jìn)行選題，對(duì)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行拓展。但該門(mén)課程是學(xué)生第一次接觸的工程實(shí)踐，學(xué)生工程基礎(chǔ)薄弱，且課程設(shè)計(jì)時(shí)間短。教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，成績(jī)中等偏上的學(xué)生完成傳統(tǒng)選題內(nèi)容，都需要通過(guò)加班來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，引入較新的設(shè)計(jì)題目，超越了大部分學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)水平，且會(huì)讓學(xué)生用去太多的時(shí)間查閱資料，造成大部分學(xué)生無(wú)法完成，失去課程設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)的整體意義。如何在現(xiàn)有設(shè)計(jì)內(nèi)容基礎(chǔ)上提升學(xué)生關(guān)鍵能力的培養(yǎng)，使學(xué)生適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需求，是目前面臨的一個(gè)主要問(wèn)題。

　　從教學(xué)過(guò)程來(lái)看 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)的完成時(shí)間通常在1～2周，隨著專(zhuān)業(yè)的不同而改變。其教學(xué)主要由設(shè)計(jì)前指導(dǎo)和設(shè)計(jì)過(guò)程中輔導(dǎo)這兩部分組成。其中，設(shè)計(jì)前指導(dǎo)主要是任課教師在學(xué)生選題時(shí)對(duì)課程設(shè)計(jì)的主要過(guò)程進(jìn)行2～4課時(shí)的介紹。采用以課堂講授為中心的講授模式，教學(xué)手段主要依靠講授PPT電子講稿。因?qū)W生缺乏工程經(jīng)驗(yàn)，該指導(dǎo)過(guò)程中，學(xué)生難以理解所述機(jī)械結(jié)構(gòu)的實(shí)際意義。講解重點(diǎn)在于機(jī)械系統(tǒng)零件設(shè)計(jì)及箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而對(duì)方案設(shè)計(jì)及制造工藝介紹較少，學(xué)生缺乏對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)全流程的準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)及構(gòu)思訓(xùn)練。而設(shè)計(jì)過(guò)程中的輔導(dǎo)主要是在課程設(shè)計(jì)開(kāi)展期間，任課教師每天去設(shè)計(jì)教室現(xiàn)場(chǎng)對(duì)學(xué)生存在的問(wèn)題進(jìn)行答疑，通常每天2～3小時(shí)。該指導(dǎo)過(guò)程中，由于課程設(shè)計(jì)時(shí)間較短，涉及的知識(shí)面卻較廣，部分學(xué)生無(wú)法在短期內(nèi)真正掌握設(shè)計(jì)過(guò)程，不敢咨詢(xún)?nèi)握n教師，只能簡(jiǎn)單地照抄設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)中的資料，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)目標(biāo)。與此同時(shí)，教師對(duì)學(xué)生最終成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)相對(duì)單一，主要依靠學(xué)生最終的答辯成績(jī)及圖紙和說(shuō)明書(shū)質(zhì)量，對(duì)中間完成過(guò)程的評(píng)估較少。這種以個(gè)人為單位的評(píng)價(jià)，造成學(xué)生只注重自己工作的完成情況，不能有效培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力及領(lǐng)導(dǎo)能力。

　　從工程繪圖能力訓(xùn)練來(lái)看 針對(duì)學(xué)生在開(kāi)該門(mén)課程時(shí)工程制圖基礎(chǔ)薄弱，國(guó)內(nèi)院校主要要求學(xué)生繪制二維工程圖紙來(lái)完成課程設(shè)計(jì)。但從完成情況來(lái)看，學(xué)生CAD圖紙出現(xiàn)抄襲現(xiàn)象，部分圖紙是基于一個(gè)電子模板完成，失去了課程設(shè)計(jì)的培養(yǎng)意義。針對(duì)該問(wèn)題，很多教師要求學(xué)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(qiáng)學(xué)生二維工程圖紙的繪圖能力，但也帶來(lái)一些問(wèn)題：一方面，手工繪圖占用時(shí)間較多，且沒(méi)有培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)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(jì)軟件完成，這種傳統(tǒng)的二維繪圖方法已脫離企業(yè)對(duì)現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)的技術(shù)需求。

　　針對(duì)該問(wèn)題，很多學(xué)者提出采用三維設(shè)計(jì)軟件來(lái)完成課程設(shè)計(jì)，但開(kāi)課時(shí)真正掌握三維設(shè)計(jì)軟件的學(xué)生較少，而課程設(shè)計(jì)課時(shí)有限，教師無(wú)法額外指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)該類(lèi)軟件，使得三維繪圖在該課程上的實(shí)際推廣存在較大困難。此外，從工程圖紙完成質(zhì)量來(lái)看，部分學(xué)生還不能準(zhǔn)確應(yīng)用機(jī)械制圖的前期知識(shí)，零件圖中零件形狀的繪制和公差標(biāo)注、裝配圖中配合尺寸的標(biāo)注等都存在較多問(wèn)題。

　　3 課程設(shè)計(jì)教學(xué)方法和教學(xué)手段改革探討

　　改變教學(xué)理念，增加工程實(shí)踐 現(xiàn)有課程設(shè)計(jì)教學(xué)主要側(cè)重于知識(shí)傳授，而新工科建設(shè)要求高校能夠?yàn)樯鐣?huì)提供高素質(zhì)復(fù)合型工程人才，故教學(xué)過(guò)程中還需注重學(xué)生綜合能力、素養(yǎng)等的培養(yǎng)。其中，知識(shí)傳授方面，在讓學(xué)生夯實(shí)教材中的主要設(shè)計(jì)理論的基礎(chǔ)上，需注重培養(yǎng)學(xué)生具有綜合應(yīng)用所學(xué)理論知識(shí)，分析和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力;培養(yǎng)學(xué)生查閱最新文獻(xiàn)資料，緊跟學(xué)科前沿的能力。在綜合能力培養(yǎng)方面，要在課程設(shè)計(jì)中注重學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力及自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。而素養(yǎng)方面，既要注重學(xué)生做人、做事基本素質(zhì)的培養(yǎng)，還要注重學(xué)生做學(xué)問(wèn)的工程素質(zhì)培養(yǎng)。除了教學(xué)理念改變，還需進(jìn)一步加強(qiáng)工程實(shí)踐環(huán)節(jié)，提升學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力。現(xiàn)有課程設(shè)計(jì)教學(xué)還停留在理論設(shè)計(jì)上，沒(méi)有加工樣機(jī);學(xué)生完成的主要是理論上的復(fù)習(xí)，對(duì)產(chǎn)品的加工、制造缺乏認(rèn)識(shí)，造成該實(shí)踐訓(xùn)練不能滿(mǎn)足時(shí)代對(duì)工科學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力的需求。考慮到采用傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)成本較高，而3D打印該成本相對(duì)較低的新興技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)[6]，可將3D打印技術(shù)引入課程設(shè)計(jì)，讓學(xué)生參與加工過(guò)程，提升其動(dòng)手能力，且便于教師評(píng)價(jià)課程設(shè)計(jì)完成質(zhì)量。

　　改革教學(xué)方法，增加教學(xué)資源 課程設(shè)計(jì)存在的很多問(wèn)題，主要受課時(shí)限制，使得傳統(tǒng)教學(xué)方法無(wú)法解決。通過(guò)很多學(xué)者建議的課程設(shè)計(jì)融入課堂的方法，提前給學(xué)生布置課程設(shè)計(jì)題目，可以拓展學(xué)生的設(shè)計(jì)時(shí)間。但一部分學(xué)生自學(xué)能力及自我約束能力不強(qiáng)，僅提前布置任務(wù)，并不能讓他們真正提前開(kāi)展設(shè)計(jì)工作，而機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課堂中又不能拿出較多時(shí)間指導(dǎo)課程設(shè)計(jì)。為此，需要探索利用學(xué)生的課外時(shí)間來(lái)指導(dǎo)學(xué)生。

　　現(xiàn)如今已進(jìn)入教育信息化時(shí)代，隨著國(guó)家精品在線開(kāi)放課程建設(shè)的推進(jìn)，很多課程已經(jīng)通過(guò)慕課等在線課程來(lái)拓展學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)間，提高學(xué)生自學(xué)能力，但針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)的慕課至今還未見(jiàn)報(bào)道。因此，可以圍繞傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)、零部件設(shè)計(jì)、三維繪圖、工程圖標(biāo)注等錄制視頻在線課程，引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展課程設(shè)計(jì)。