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摘要：基于国内外高校機械设计类基础课程的教学现状，分析了课程教学改革方向：提高学生创新能力、实践能力及团队协作能力。文章提出了机械设计类基础课程综合教学改革的新模式，该模式通过课程内容的整合、课程进度的统筹、团队创新型课程设计的增设可从根本上改变课程间孤立无关或很少相关的缺点以提高学生的实践能力、动手能力和创新能力。
关键词：机械设计类基础课程；教学改革；综合能力
Research on integral pedagogical reforms of mechanical design-related foundation curriculums
Feng yong, Wang Mulan, Zhang Jie
Nanjing institute of technology, Nanjing, 211167, China
Abstract: Basing on the current teaching situation about mechanical design-related foundation curriculums of domestic and overseas universities, the direction of pedagogical reforms was obtained. Subsequently, a new mode of integral pedagogical reforms was presented. By means of curriculum content integrated, curriculum schedule planned and team innovation-oriented curriculum design set, the shortcomings between the curriculums were overcame so that could improve the practical ability and innovation ability of students.
Key words: mechanical design-related foundation curriculums; pedagogical reforms; comprehensive ability
机械设计类基础课程是培养工科学生机械设计能力的基础课程，属于设计性课程。该类课程存在基本概念多、内容繁杂，理论抽象、应用性强、各章节自成体系等特点。长期以来，由于受传统教学方法的影响及固定教学时数的限制，这类课程的教学效果一直不尽如人意。究其原因主要是课程内容与工程实践相脱节，导致学生的创造性思维以及获取信息、分析信息、处理信息和利用信息的能力得不到充分的培养与锻炼。
1 国内外机械设计类基础课程教学现状
1.1 国外状况
较多欧美高校的工科课程体系比较关注学生对基础理论的掌握及其与实践相结合的能力，这对我国工程类教育具有很好的借鉴作用。美国大学提倡大学生对课程的自主学习尝试，着重培养学生将成果转化、发挥交叉学科优势等能力。因此，其机械设计类基础课程注重机械设计与材料科学、机械制造等学科之间的关联性，使学生正确认识设计与工艺的关系，从而提高解决机械设计问题的综合设计能力。德国的工程教育在世界范围享有较高声誉，他们以培养工程师为目标进行完整的成才教育。其机械设计类基础课程从材料力学入手，逐渐讲授各种零件的特点、应用和强度、刚度校核以及设计，其中以强度、刚度计算为重点，使得教学面向应用。英国高校则比较注重学生创新能力与团队合作能力等方面的培养，在课程体系中设置了创新实践环节与团队设计环节等。俄罗斯高校与我国高校有相似之处，其机械设计类基础课程任课教师一般不按确定的一本教科书讲课，而是按自己的讲义讲课，课堂讨论是其课程教学的一个重要形式，与实验课穿插进行，整个学期约有10次课左右，课堂讨论的内容主要是教学中的一些重点、难点内容。此外，英、美等国高校最近提出了“再定义机械工程”(Re-defining mechanical engineering)概念，明确提出机械工程教育应紧密结合生物技术、生态/能源、微/纳米等技术发展以满足工程实际需求。
1.2 国内状况
目前大多数国内高校的机械原理与机械设计课程的教学效果主要通过如下两个方面来实现：理论教学和实践教学。理论教学主要包括基础知识和各种常用传动机构设计、零件设计等的课堂讲授。实践教学主要通过课内实验、课程设计来实现。因此，国内大多数高校从上述两方面对机械设计类基础课程进行了大量的教学改革尝试，尤其是近年来随着社会需求向多样性及目标性转变，课程教学逐渐开始尝试注重学生在技术素质和非技术素质等方面的综合培养，如清华大学“SRT”计划、上海交通大学的“团队合作性教学”以及“卓越工程师计划”等。
1.3 存在的主要问题
从国内外高校机械设计专业基础课程的现状分析来看，主要存在如下一些问题：
(1)国外高校的机械设计类基础课程比较注重学生实践应用能力的培养，但在学生的专业理论深入方面有所欠缺。
(2)国内高校的机械设计类基础课程比较注重学生理论知识的深入，近些年来虽加强了学生实践应用能力方面的培养，但大多数实践内容还是存在时间短、目的性差及与工程实际脱节等问题，尤其缺少对学生创新能力与团队合作能力等方面的培养环节。
1.4解决途径及方法
从存在的主要问题分析来看，构建一门既能使学生掌握扎实的专业知识又能充分将所学内容应用于工程实际的机械设计类基础课程是未来我国高校工程类课程改革与建设的主要方向。
本文围绕该类课程的教学特点，提出以下途径及方法(如图1所示)来解决所存在的主要问题，该方法不仅可以优化各教学环节内容，还可以充分统筹教学时间来增设相关实践环节使最新设计理念与方法能够充分在课程中得以体现。
2综合教学改革新模式
2.1 教学内容与教学进度改革
国内高校的机械设计类基础课程主要为机械设计及机械原理课程。机械原理课程主要研究机构的结构和运动，以及机器的结构、受力、质量和运动的学科，而机械设计课程则主要偏重于如何根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算。从内容看这两门课程有着很强的关联性和顺序性，因此，普遍在大二下半学期安排机械原理课程，在大三上半学期安排机械设计课程，这样的安排有如下一些问题：(1)两门课程的内容存在较大的重叠性，导致教学时间及资源的浪费。(2)两门课程安排在不同的学期，很难体现出关联性，导致教学效果下降。
为此，提出安排两门课程在同一学期开设并通过合理整合教学内容及统筹课程进度以提高教学效果的新模式，该模式从认知规律出发进行教学内容和实践环节的整合与提高，达到基本机械设计知识的完备，突出创新设计和现代机械系统总体方案设计的训练。该模式主要由三方面内容组成：
(1)一般来讲，大三上半学期开始有专业课程开设，而专业课程一定要有专业基础课程知识为铺垫，因此，机械设计类基础课程最佳的排课时间应当在大二下半学期。(2)目前，机械原理课程与机械设计课程一般都为64学时(其中理论教学为58学时，实验为6学时)。由于机械原理课程与机械设计课程在内容上存在很多重叠部分，只是侧重点不同。据此特点，可尝试通过进度调整与内容整合，最大化地体现二者的关联性，并最大化地节省教学时间为接下来的课程设计改革打下基础。例如：星期一可安排机械原理课程的“平面连杆机构及其设计”章节中的运动原理及特性部分讲解，星期二就可讲解机械设计课程中的平面连杆机构的设计部分。如此，便可将原本所需的8学时内容整合为4学时，并使学生清楚地意识到两门课程的有机联系。(3)实验环节是在相关教学内容之后进行，并且大多属于验证性实验，既不能很好激发学生探索未知的积极性又造成了教学时间的浪费。因此，可改变现有教学实验为实验教学状态，将相关内容的讲授由教室移至实验室，先由任课教师讲授相关的基础理论，再由任课教师和实验教师共同引导学生通过实验来发现问题并现场讲解问题，培养学生的实践和洞察能力。
通过计算，經过上述三方面的努力，可将两门课程教学原本所需的128学时降为96学时，这样既大大降低了教学成本又从可控层面上提升教学效果，并为后续的课程设计改革提供时间保证。
2.2 课程设计教学改革
课程设计是机械专业基础课程的最后一个教学环节，学生在教师的指导下运用先修课程知识，借助标准、规范、手册、图册等有关技术资料，完成指定题目设计的环节。课程设计对学生综合运用所学知识解决工程实际问题能力的提高和创新能力的培养起着重要的作用。但是目前，很多高校机械设计类基础课程设计环节的教学效果明显下降，学生所提交的设计成果质量(图纸及说明书)呈现逐年下降的现象。表1和表2为我校机械设计专业学生近4年来机械原理与机械设计课程设计的情况统计，由统计数据分析来看：机械原理课程设计的优良率较高，但也呈现出逐年下降的趋势，同时不及格率几乎为零；机械设计课程设计的优良率逐年下降，不及格率呈现上升趋势。
通过对学生广泛调查及课程设计内容特点的分析，得出造成这些现象的主要原因为：(1)机械原理课程设计内容难度不足且时间充足，而机械设计课程设计的难度较大而时间却略显不足。(2)课程设计内容一成不变且与工程实践相脱节、设计方法步骤固定及手工绘图的设计方法很难调动学生自主学习的兴趣。(3)课程设计一般安排在学期的末段，容易造成与其他课程考试的冲突。
基于此，提出将两门课程设计合并组成以“项目驱动”为主要形式的团队创新型课程设计以提高教学效果的新模式。该模式主要由三方面内容组成：(1)通过前述教学内容整合及进度合理统筹后，将所节省的教学时间加上原来两个课程设计所需的3周时间，新课程设计时间增加为4周。考虑到课程设计的效果及对其他课程的影响，最好将该综合课程设计安排在大三上半学期的初段。(2)学生根据自愿或分配原则组成多个项目小组，每个小组由一名任课教师指导。每个项目小组有一个设计题目，该设计题目可以由指导教师提出也可以由各小组成员讨论后共同提出。(3)该课程设计以“项目驱动”为主要形式，以“整体工程设计”为主线，充分贯彻“面向工程、团队协作”的思想。引导学生从查阅资料入手并经项目组成员讨论后撰写立项申请书，该申请书应当有明确的成员分工说明、设计路线及方法等。引入现代设计方法，以计算机为主要工具，引导学生从原理设计开始，然后进行相关参数的选择和计算，再到最后的结构设计与校核，建立“设计－评价－再设计”的思想。组织教师成立评审小组，采用答辩的形式对各项目小组在指定时间内所提交的设计成果(图纸和结题报告)进行综合评审。
根据当前机械设计专业基础课程教学的目的和特点，针对课程教学中突出对学生“全方位全过程培养高素质高技能机械设计人才”的教学方向。从教学内容整合、进度调整及增设团队综合课程设计几个方面进行了机械设计专业基础课程综合教学改革探索，为较全面解决传统教学存在的缺点，激励学生的创新及自主学习意识，提高学生综合应用所学知识分析问题、解决问题的能力，培养其严谨求实的科学精神及团结共进的团队精神提供了有益的尝试，并对其他课程教学改革提供借鉴。
参考文献
[1] 林凤，李正.美国高等工程教育的历史沿革与发展趋势[J].理工高教研究，2007，26(5)：37～39
[2] 邢博.国际高等工程教育撷英[J].高等工程教育研究，2007，6：36～42
[3] 张策.自主创新的时代要建设好机械设计系列课程[J].中国大学教学，2006，10：24～26
[4] 邓宗全.国外高等教育情况简介[EB/OL].http://wenku.baidu.com/view/e6ca20c7aa00b52acfc7ca0
[5] 刘利平，马晓建.全面发展工程素养的“大工程”教育观[J].辽宁教育研究，2007，12：59～61
[6] 张文雪，刘俊霞，彭晶.工程教育专业认证制度的构建及其对高等工程教育的潜在影响[J].清华大学教育研究，2007，6：60～64
[7] 安琦.系统培养创新能力的教学模式[J].高等工程教育研究，2004，1：77～79
[8] 刘会英，赵继俊，朱东华，等.机械原理与设计课程设计改革与实践[C].第七届全国机械设计教学研讨会论文，2005
[9] 胡贵钱，王涵，常飞，等.新实际机械设计类课程与实验体系的改革与实践[C].第九届全国机械设计教学研讨会论文，2007
[10] 汪木兰，周明虎，李建启，等.以项目教学为载体制订先进制造技术卓越工程师培养方案[J].中国现代教育装备，2010，12：15～19
[11] 周明虎，汪木兰，封世新，等.项目教学法的实施与典型案例分析[J].中国现代教育装备，2010，13：6～8
关键词：机械设计类基础课程；教学改革；综合能力
Research on integral pedagogical reforms of mechanical design-related foundation curriculums
Feng yong, Wang Mulan, Zhang Jie
Nanjing institute of technology, Nanjing, 211167, China
Abstract: Basing on the current teaching situation about mechanical design-related foundation curriculums of domestic and overseas universities, the direction of pedagogical reforms was obtained. Subsequently, a new mode of integral pedagogical reforms was presented. By means of curriculum content integrated, curriculum schedule planned and team innovation-oriented curriculum design set, the shortcomings between the curriculums were overcame so that could improve the practical ability and innovation ability of students.
Key words: mechanical design-related foundation curriculums; pedagogical reforms; comprehensive ability
机械设计类基础课程是培养工科学生机械设计能力的基础课程，属于设计性课程。该类课程存在基本概念多、内容繁杂，理论抽象、应用性强、各章节自成体系等特点。长期以来，由于受传统教学方法的影响及固定教学时数的限制，这类课程的教学效果一直不尽如人意。究其原因主要是课程内容与工程实践相脱节，导致学生的创造性思维以及获取信息、分析信息、处理信息和利用信息的能力得不到充分的培养与锻炼。
1 国内外机械设计类基础课程教学现状
1.1 国外状况
较多欧美高校的工科课程体系比较关注学生对基础理论的掌握及其与实践相结合的能力，这对我国工程类教育具有很好的借鉴作用。美国大学提倡大学生对课程的自主学习尝试，着重培养学生将成果转化、发挥交叉学科优势等能力。因此，其机械设计类基础课程注重机械设计与材料科学、机械制造等学科之间的关联性，使学生正确认识设计与工艺的关系，从而提高解决机械设计问题的综合设计能力。德国的工程教育在世界范围享有较高声誉，他们以培养工程师为目标进行完整的成才教育。其机械设计类基础课程从材料力学入手，逐渐讲授各种零件的特点、应用和强度、刚度校核以及设计，其中以强度、刚度计算为重点，使得教学面向应用。英国高校则比较注重学生创新能力与团队合作能力等方面的培养，在课程体系中设置了创新实践环节与团队设计环节等。俄罗斯高校与我国高校有相似之处，其机械设计类基础课程任课教师一般不按确定的一本教科书讲课，而是按自己的讲义讲课，课堂讨论是其课程教学的一个重要形式，与实验课穿插进行，整个学期约有10次课左右，课堂讨论的内容主要是教学中的一些重点、难点内容。此外，英、美等国高校最近提出了“再定义机械工程”(Re-defining mechanical engineering)概念，明确提出机械工程教育应紧密结合生物技术、生态/能源、微/纳米等技术发展以满足工程实际需求。
1.2 国内状况
目前大多数国内高校的机械原理与机械设计课程的教学效果主要通过如下两个方面来实现：理论教学和实践教学。理论教学主要包括基础知识和各种常用传动机构设计、零件设计等的课堂讲授。实践教学主要通过课内实验、课程设计来实现。因此，国内大多数高校从上述两方面对机械设计类基础课程进行了大量的教学改革尝试，尤其是近年来随着社会需求向多样性及目标性转变，课程教学逐渐开始尝试注重学生在技术素质和非技术素质等方面的综合培养，如清华大学“SRT”计划、上海交通大学的“团队合作性教学”以及“卓越工程师计划”等。
1.3 存在的主要问题
从国内外高校机械设计专业基础课程的现状分析来看，主要存在如下一些问题：
(1)国外高校的机械设计类基础课程比较注重学生实践应用能力的培养，但在学生的专业理论深入方面有所欠缺。
(2)国内高校的机械设计类基础课程比较注重学生理论知识的深入，近些年来虽加强了学生实践应用能力方面的培养，但大多数实践内容还是存在时间短、目的性差及与工程实际脱节等问题，尤其缺少对学生创新能力与团队合作能力等方面的培养环节。
1.4解决途径及方法
从存在的主要问题分析来看，构建一门既能使学生掌握扎实的专业知识又能充分将所学内容应用于工程实际的机械设计类基础课程是未来我国高校工程类课程改革与建设的主要方向。
本文围绕该类课程的教学特点，提出以下途径及方法(如图1所示)来解决所存在的主要问题，该方法不仅可以优化各教学环节内容，还可以充分统筹教学时间来增设相关实践环节使最新设计理念与方法能够充分在课程中得以体现。
2综合教学改革新模式
2.1 教学内容与教学进度改革
国内高校的机械设计类基础课程主要为机械设计及机械原理课程。机械原理课程主要研究机构的结构和运动，以及机器的结构、受力、质量和运动的学科，而机械设计课程则主要偏重于如何根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算。从内容看这两门课程有着很强的关联性和顺序性，因此，普遍在大二下半学期安排机械原理课程，在大三上半学期安排机械设计课程，这样的安排有如下一些问题：(1)两门课程的内容存在较大的重叠性，导致教学时间及资源的浪费。(2)两门课程安排在不同的学期，很难体现出关联性，导致教学效果下降。
为此，提出安排两门课程在同一学期开设并通过合理整合教学内容及统筹课程进度以提高教学效果的新模式，该模式从认知规律出发进行教学内容和实践环节的整合与提高，达到基本机械设计知识的完备，突出创新设计和现代机械系统总体方案设计的训练。该模式主要由三方面内容组成：
(1)一般来讲，大三上半学期开始有专业课程开设，而专业课程一定要有专业基础课程知识为铺垫，因此，机械设计类基础课程最佳的排课时间应当在大二下半学期。(2)目前，机械原理课程与机械设计课程一般都为64学时(其中理论教学为58学时，实验为6学时)。由于机械原理课程与机械设计课程在内容上存在很多重叠部分，只是侧重点不同。据此特点，可尝试通过进度调整与内容整合，最大化地体现二者的关联性，并最大化地节省教学时间为接下来的课程设计改革打下基础。例如：星期一可安排机械原理课程的“平面连杆机构及其设计”章节中的运动原理及特性部分讲解，星期二就可讲解机械设计课程中的平面连杆机构的设计部分。如此，便可将原本所需的8学时内容整合为4学时，并使学生清楚地意识到两门课程的有机联系。(3)实验环节是在相关教学内容之后进行，并且大多属于验证性实验，既不能很好激发学生探索未知的积极性又造成了教学时间的浪费。因此，可改变现有教学实验为实验教学状态，将相关内容的讲授由教室移至实验室，先由任课教师讲授相关的基础理论，再由任课教师和实验教师共同引导学生通过实验来发现问题并现场讲解问题，培养学生的实践和洞察能力。
通过计算，經过上述三方面的努力，可将两门课程教学原本所需的128学时降为96学时，这样既大大降低了教学成本又从可控层面上提升教学效果，并为后续的课程设计改革提供时间保证。
2.2 课程设计教学改革
课程设计是机械专业基础课程的最后一个教学环节，学生在教师的指导下运用先修课程知识，借助标准、规范、手册、图册等有关技术资料，完成指定题目设计的环节。课程设计对学生综合运用所学知识解决工程实际问题能力的提高和创新能力的培养起着重要的作用。但是目前，很多高校机械设计类基础课程设计环节的教学效果明显下降，学生所提交的设计成果质量(图纸及说明书)呈现逐年下降的现象。表1和表2为我校机械设计专业学生近4年来机械原理与机械设计课程设计的情况统计，由统计数据分析来看：机械原理课程设计的优良率较高，但也呈现出逐年下降的趋势，同时不及格率几乎为零；机械设计课程设计的优良率逐年下降，不及格率呈现上升趋势。
通过对学生广泛调查及课程设计内容特点的分析，得出造成这些现象的主要原因为：(1)机械原理课程设计内容难度不足且时间充足，而机械设计课程设计的难度较大而时间却略显不足。(2)课程设计内容一成不变且与工程实践相脱节、设计方法步骤固定及手工绘图的设计方法很难调动学生自主学习的兴趣。(3)课程设计一般安排在学期的末段，容易造成与其他课程考试的冲突。
基于此，提出将两门课程设计合并组成以“项目驱动”为主要形式的团队创新型课程设计以提高教学效果的新模式。该模式主要由三方面内容组成：(1)通过前述教学内容整合及进度合理统筹后，将所节省的教学时间加上原来两个课程设计所需的3周时间，新课程设计时间增加为4周。考虑到课程设计的效果及对其他课程的影响，最好将该综合课程设计安排在大三上半学期的初段。(2)学生根据自愿或分配原则组成多个项目小组，每个小组由一名任课教师指导。每个项目小组有一个设计题目，该设计题目可以由指导教师提出也可以由各小组成员讨论后共同提出。(3)该课程设计以“项目驱动”为主要形式，以“整体工程设计”为主线，充分贯彻“面向工程、团队协作”的思想。引导学生从查阅资料入手并经项目组成员讨论后撰写立项申请书，该申请书应当有明确的成员分工说明、设计路线及方法等。引入现代设计方法，以计算机为主要工具，引导学生从原理设计开始，然后进行相关参数的选择和计算，再到最后的结构设计与校核，建立“设计－评价－再设计”的思想。组织教师成立评审小组，采用答辩的形式对各项目小组在指定时间内所提交的设计成果(图纸和结题报告)进行综合评审。
根据当前机械设计专业基础课程教学的目的和特点，针对课程教学中突出对学生“全方位全过程培养高素质高技能机械设计人才”的教学方向。从教学内容整合、进度调整及增设团队综合课程设计几个方面进行了机械设计专业基础课程综合教学改革探索，为较全面解决传统教学存在的缺点，激励学生的创新及自主学习意识，提高学生综合应用所学知识分析问题、解决问题的能力，培养其严谨求实的科学精神及团结共进的团队精神提供了有益的尝试，并对其他课程教学改革提供借鉴。
参考文献
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[9] 胡贵钱，王涵，常飞，等.新实际机械设计类课程与实验体系的改革与实践[C].第九届全国机械设计教学研讨会论文，2007
[10] 汪木兰，周明虎，李建启，等.以项目教学为载体制订先进制造技术卓越工程师培养方案[J].中国现代教育装备，2010，12：15～19
[11] 周明虎，汪木兰，封世新，等.项目教学法的实施与典型案例分析[J].中国现代教育装备，2010，13：6～8