工程教育的機械設計基礎課程探析

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摘要：在浙江海洋大學輪機工程專業(yè)工程評估背景下，對《機械設計基礎》課程的教學現(xiàn)狀進行分析，并在此基礎上進行了教學改革探索。在工程教育認證基本理念的指引下，結合浙江海洋大學港航與交通運輸工程學院輪機工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標和本科畢業(yè)要求，修訂了原本的教學大綱，設置了明確的課程目標，在教學實施過程中，完善規(guī)范的教學內(nèi)容、注重靈活的理論與實踐教學方法和教學手段、建立豐富的教學資源，保證了課程目標的達成，建立了“評價—反饋—改進”的有效閉環(huán)，形成了《機械設計基礎》課程的持續(xù)改進機制。

關鍵詞：工程教育認證；機械設計基礎；輪機工程；工程案例；項目化教學

0前言

《機械設計基礎》課程是我國高等院校機械類和近機械類工科專業(yè)開設的基礎必修課程之一，也是浙江海洋大學輪機工程專業(yè)開設的一門重要專業(yè)基礎課，本課程注重多學科基礎理論和實踐知識的綜合運用[1][2]。近年來，國家對輪機工程專業(yè)人才培養(yǎng)提出了更高的要求[3]。而傳統(tǒng)的“機械設計基礎”課程的教學方式存在機械式灌輸，課堂氣氛沉悶，學生活躍性低，教學效果差等問題[4]。導致原有的教學模式已經(jīng)無法滿足現(xiàn)在國家和社會對輪機工程畢業(yè)生的需求。為了適應全球化的時代需要，培養(yǎng)工程技術人才的高等工程教育的學制與質(zhì)量必須進行多方互認，即開展工程教育認證[5]。工程教育認證作為國際上公認的工程教育質(zhì)量保證制度，是實現(xiàn)我國高等工程教育和工程師資格與國際互認的關鍵基礎[6]。本文則基于工程教育認證的基本理念，通過修訂教學大綱，增配教學資源，改進理論與實踐教學方法，完善考核方式，建立閉環(huán)教學反饋系統(tǒng)等措施，完成了對《機械設計基礎》課程的教學改革探索?？蔀橄嘟墓こ填悓I(yè)工程教育認證提供一定的經(jīng)驗，促進我國高級應用型工程人才的培養(yǎng)。

1工程教育認證背景下《機械設計基礎》課程教學要求和目標

《機械設計基礎課程》是連接輪機工程基礎課和專業(yè)課之間的橋梁，涵蓋多學科理論、知識點散而雜、理論性強，要求理論與實踐的綜合運用。工程教育認證對本課程的理論和實驗教學都提出了新的更高的要求[7]。理論教學應一改傳統(tǒng)的滿堂灌、機械式教學，運用靈活、新穎的方式，理論教學的內(nèi)容包括：一是“機構的組成和機械設計概論”等機構和機械設計的共性基礎知識；二是連桿、凸輪、輪系等“常用機構”的工作原理、應用和運動設計方法；三是帶傳動、鏈傳動、齒輪和蝸桿傳動等“機械傳動”的工作原理、標準規(guī)范和設計計算方法；四是軸承、軸、聯(lián)軸器、離合器和制動器等“軸系零部件”的工作原理、組合設計和選用計算方法；五是常用機械靜聯(lián)接和彈性聯(lián)接的工作原理、標準規(guī)范和計算方法[8]。實驗教學應改變以往單一性驗證實驗的機械套路，在實驗的安排上，將原本的單一知識點驗證性實驗改為三級階梯式實驗教學。分別為要求學生掌握實驗基本方法的第一級基礎實驗；強化學生動手操作能力和解決工程實際問題，融入項目化教學并要求理論與實踐結合的第二級核心實驗；要求學生獨立設計并完成的第三級突破創(chuàng)新型實驗，通過三級實驗教學的遞進式培養(yǎng)，逐步實現(xiàn)機械設計基礎實驗由理論知識點到工程運用實踐的過渡[9]。該課程的教學目標是讓學生掌握對機械結構原理的認知，培養(yǎng)學生良好的操作動手能力、靈活的創(chuàng)新思維以及分析、解決實際工程問題的能力。為培養(yǎng)出能夠從事輪機系統(tǒng)的設計、制造、監(jiān)修與監(jiān)造、設備維護和管理等工作的綜合性應用型工程技術人才打下良好的專業(yè)基礎[10]。

2《機械設計基礎》課程存在的問題

2.1大綱制定不合理

原本的教學大綱對課堂理論教學和實驗、實踐教學的課程量規(guī)劃不合理。理論教學時長占比過大，達到了90%，導致實驗和實踐教學的學時被大量擠壓?！稒C械設計基礎》這門課程的目標是讓學生在熟練地掌握常用機構和零件知識的同時，具備良好的實踐操作能力和解決實際工程問題的能力。實驗和實踐環(huán)節(jié)的課時過少，直接導致無法有效的鍛煉學生的實踐操作能力。原有的考核方式為學期末筆試占總成績的60%，平時分占總成績的40%（20%的課堂出勤、20%的實驗報告組成），存在無法準確評價學生的實際成績，不能通過考核反向刺激學生主動學習以達到教學目標等問題[11]。多數(shù)學生通過期末短時間的突擊便可以達到較高的最終考試成績，成績的水分過高，不能準確地對學生的實際成績進行評價。而課堂教學的平時成績僅將課堂出勤率作為評定標準，無法驅(qū)動學生主動學習，實驗成績占比過少，則無法改善學生對實驗課的輕視現(xiàn)狀。

2.2理論教學枯燥無味

目前教室理論知識教學仍然采用黑板板書加多媒體課件的教學方式[12]。這種傳統(tǒng)的教學方式，有其優(yōu)點，但缺點更甚。首先，這種教學方式對老師的教學水平要求極高，大多數(shù)老師都無法將課堂氣氛調(diào)動起來，只是按部就班地機械式灌輸，導致學生大都提不起學習興趣。其次，多媒體課件內(nèi)容沒有及時更新，且重要的機構和零件的內(nèi)容沒有做到圖文并茂，通俗易懂。

2.3實驗教學與理論知識脫節(jié)

實驗教學一向都是教學效果較不理想的環(huán)節(jié)。一方面，通常實驗教學和課堂教學分別是由兩個老師負責，實驗課老師往往應付了事，對學生的實驗學習效果要求不高，且二者之間沒有做到無縫對接。另一方面，實驗教學依舊采用傳統(tǒng)的單一性驗證實驗，還未形成系統(tǒng)規(guī)范的實驗教學體系，實驗對學生能力的鍛煉與實際工程需求不符[13]。這就導致實驗環(huán)節(jié)和理論教學脫節(jié)，無法有效訓練學生的創(chuàng)新思維和動手能力，學生不能在實踐中主動學習理論，做到理論和實踐相結合。大多數(shù)學生隨大流做完實驗，卻并不知道做的實驗是在證明什么或有什么實質(zhì)性意義。

2.4教學資源匱乏

教學資源緊缺不光是浙江海洋大學面臨的問題，也是眾多高校面臨的共同窘境?！稒C械設計基礎》教材章節(jié)中，包含眾多的典型機構和重要零件。這需要學生有較強的立體空間思維能力和想象力，而能夠輕松理解這些機構和零件的立體形狀和運動狀態(tài)的學生少之又少。課堂教學缺少可用的立體教學素材，比如典型的機構和零件三維模型。學生無法形成一個直觀的感受，理解不了書本的內(nèi)容，也自然喪失了學習興趣。實驗教學中儀器設備資源的短缺問題更加明顯。實驗儀器和設備一方面數(shù)量嚴重不足，另一方面儀器和設備老舊，部分零件丟失。導致實驗課時，一部分學生在做，一部分學生在旁邊看，另一部分學生則完全脫離了實驗課堂。

2.5師資力量不足

學校缺少可以同時擔任理論和實踐教學的雙向老師，理論課老師缺乏實踐經(jīng)驗，而實驗課老師理論知識又儲備不足。導致理論教學與實踐教學之間沒有相互銜接、相互促進，理論無法指導實踐，實踐也不能反作用于理論。

3《機械設計基礎》課程教改探索

3.1教學大綱的修訂

第一，針對學時占比不合理的問題，對大綱中的課堂理論教學時長和實驗教學時長進行了調(diào)整。實驗教學學時由原來的10%增加到25%，其中包括5%的校外企業(yè)參觀實踐時長。第二，根據(jù)輪機工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標和行業(yè)要求，對《機械設計基礎》課程的五大部分內(nèi)容以及各章節(jié)的教學時長進行適當?shù)脑黾雍蛣h減。突出課程的重點內(nèi)容，讓學生掌握得更牢靠，縮減不必要的課程內(nèi)容，以減小學生不必要的學習壓力，提高整體的學習效率。最后，考慮到原有的考核方式無法準確地體現(xiàn)學生的實際成績，對考核方式進行了修改和完善。其中，期末閉卷筆試占40%，課堂成績（課堂出勤與問答情況15%，工程案例報告15%）占30%，實驗、實踐成績（實驗成績占25%，校外參觀實踐占5%）占30%。

3.2理論與實踐教學方式改革

針對課本和多媒體課件內(nèi)容陳舊，與當今實際工程問題和科技前沿相距較遠的問題。在課堂教學中引入當前行業(yè)相關的前沿科技成果，以多媒體課件展現(xiàn)給學生，拓展學生的專業(yè)視野，將課本知識與前沿科技接軌。同時及時更新多媒體課件，在重要的機構和零件的章節(jié)，加入直觀的實物、動畫視頻和三維模型，幫助學生理解機構的工作原理和運動狀態(tài)?！稒C械設計基礎》課程知識點具有范圍廣、數(shù)量多、內(nèi)容雜、原理難的特點，相鄰章節(jié)的內(nèi)容相差很大，學生很難將前后章節(jié)的知識點聯(lián)系到一起。而在課堂理論教學中融入工程案例，則可以較為有效改善這個問題[14]。例如汽車的自動變速箱，由行星齒輪機構、軸系等組成[15]。它將齒輪、軸系的傳動、摩擦與潤滑等知識點綜合于一體，學生在學習案例的過程中，自然將各部分的知識點融合到一起，以變速箱為載體加強對知識點的理解。對每一個工程案例都設置相應的學習任務，并要求學生撰寫案例報告。融入工程案例既可以讓學生見識到實際工程中基礎零部件的應用，又能拓寬學生視野，提高學生的實際應用與工程創(chuàng)新能力。建立三級階梯式實驗教學。第一級是基礎，鍛煉學生基本的實驗操作，要求學生掌握實驗原理一般性方法。第二級是核心，要求學生能拓展書本的理論，獨立完成實驗操作，鍛煉學生的實踐操作能力，做到實踐與理論結合，理論指導實踐，在實踐中學習理論。為了達到第二級的教學目的，在這一級中融入項目化教學，以學生為主體，從計劃、實施到總結都由學生獨立完成，老師作為項目的引導者和指導者[16]。例如：設立內(nèi)燃機的拆裝和性能分析項目，將項目分為齒輪機構、凸輪機構、曲柄滑塊機構三個部分，并在每個部分設置幾點相應的工作學習任務。因為一個項目涵蓋的課程內(nèi)容不夠全面，可在全班設立不同的項目，將學生分組完成不同的項目，最后在課堂上一起交流匯報。第三級是突破，要求同學能夠自己獨立地設計并完成實驗，強化學生的創(chuàng)新設計能力。三級階梯式實驗教學從基礎到核心到突破，層層遞進，以達到鍛煉學生實踐動手和解決實際工程問題的能力。

3.3資源配置

提高理論課老師課堂教學水平的同時，開展理論課老師實踐培訓，打造理論與實踐全能的“雙向”教師，保證理論教學和實驗教學的無縫銜接，避免出現(xiàn)理論與實踐脫節(jié)的情況[17]。加強校企合作，建立企業(yè)實踐平臺，聘請企業(yè)實踐教學老師，為學生提供走近行業(yè)生產(chǎn)一線參觀和實踐的機會。申請資金購置新的課堂立體化教學素材，以及實驗教學所需的儀器設備和耗材，為課堂教學和實驗教學提供硬件支持。

作者：鄧佳佳 胡友武 盧金樹 單位：浙江海洋大學港航與交通運輸工程學院