工程教育的机械设计基础课程探析

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摘要：在浙江海洋大学轮机工程专业工程评估背景下，对《机械设计基础》课程的教学现状进行分析，并在此基础上进行了教学改革探索。在工程教育认证基本理念的指引下，结合浙江海洋大学港航与交通运输工程学院轮机工程专业的人才培养目标和本科毕业要求，修订了原本的教学大纲，设置了明确的课程目标，在教学实施过程中，完善规范的教学内容、注重灵活的理论与实践教学方法和教学手段、建立丰富的教学资源，保证了课程目标的达成，建立了“评价—反馈—改进”的有效闭环，形成了《机械设计基础》课程的持续改进机制。

关键词：工程教育认证；机械设计基础；轮机工程；工程案例；项目化教学

0前言

《机械设计基础》课程是我国高等院校机械类和近机械类工科专业开设的基础必修课程之一，也是浙江海洋大学轮机工程专业开设的一门重要专业基础课，本课程注重多学科基础理论和实践知识的综合运用[1][2]。近年来，国家对轮机工程专业人才培养提出了更高的要求[3]。而传统的“机械设计基础”课程的教学方式存在机械式灌输，课堂气氛沉闷，学生活跃性低，教学效果差等问题[4]。导致原有的教学模式已经无法满足现在国家和社会对轮机工程毕业生的需求。为了适应全球化的时代需要，培养工程技术人才的高等工程教育的学制与质量必须进行多方互认，即开展工程教育认证[5]。工程教育认证作为国际上公认的工程教育质量保证制度，是实现我国高等工程教育和工程师资格与国际互认的关键基础[6]。本文则基于工程教育认证的基本理念，通过修订教学大纲，增配教学资源，改进理论与实践教学方法，完善考核方式，建立闭环教学反馈系统等措施，完成了对《机械设计基础》课程的教学改革探索。可为相近的工程类专业工程教育认证提供一定的经验，促进我国高级应用型工程人才的培养。

1工程教育认证背景下《机械设计基础》课程教学要求和目标

《机械设计基础课程》是连接轮机工程基础课和专业课之间的桥梁，涵盖多学科理论、知识点散而杂、理论性强，要求理论与实践的综合运用。工程教育认证对本课程的理论和实验教学都提出了新的更高的要求[7]。理论教学应一改传统的满堂灌、机械式教学，运用灵活、新颖的方式，理论教学的内容包括：一是“机构的组成和机械设计概论”等机构和机械设计的共性基础知识；二是连杆、凸轮、轮系等“常用机构”的工作原理、应用和运动设计方法；三是带传动、链传动、齿轮和蜗杆传动等“机械传动”的工作原理、标准规范和设计计算方法；四是轴承、轴、联轴器、离合器和制动器等“轴系零部件”的工作原理、组合设计和选用计算方法；五是常用机械静联接和弹性联接的工作原理、标准规范和计算方法[8]。实验教学应改变以往单一性验证实验的机械套路，在实验的安排上，将原本的单一知识点验证性实验改为三级阶梯式实验教学。分别为要求学生掌握实验基本方法的第一级基础实验；强化学生动手操作能力和解决工程实际问题，融入项目化教学并要求理论与实践结合的第二级核心实验；要求学生独立设计并完成的第三级突破创新型实验，通过三级实验教学的递进式培养，逐步实现机械设计基础实验由理论知识点到工程运用实践的过渡[9]。该课程的教学目标是让学生掌握对机械结构原理的认知，培养学生良好的操作动手能力、灵活的创新思维以及分析、解决实际工程问题的能力。为培养出能够从事轮机系统的设计、制造、监修与监造、设备维护和管理等工作的综合性应用型工程技术人才打下良好的专业基础[10]。

2《机械设计基础》课程存在的问题

2.1大纲制定不合理

原本的教学大纲对课堂理论教学和实验、实践教学的课程量规划不合理。理论教学时长占比过大，达到了90%，导致实验和实践教学的学时被大量挤压。《机械设计基础》这门课程的目标是让学生在熟练地掌握常用机构和零件知识的同时，具备良好的实践操作能力和解决实际工程问题的能力。实验和实践环节的课时过少，直接导致无法有效的锻炼学生的实践操作能力。原有的考核方式为学期末笔试占总成绩的60%，平时分占总成绩的40%（20%的课堂出勤、20%的实验报告组成），存在无法准确评价学生的实际成绩，不能通过考核反向刺激学生主动学习以达到教学目标等问题[11]。多数学生通过期末短时间的突击便可以达到较高的最终考试成绩，成绩的水分过高，不能准确地对学生的实际成绩进行评价。而课堂教学的平时成绩仅将课堂出勤率作为评定标准，无法驱动学生主动学习，实验成绩占比过少，则无法改善学生对实验课的轻视现状。

2.2理论教学枯燥无味

目前教室理论知识教学仍然采用黑板板书加多媒体课件的教学方式[12]。这种传统的教学方式，有其优点，但缺点更甚。首先，这种教学方式对老师的教学水平要求极高，大多数老师都无法将课堂气氛调动起来，只是按部就班地机械式灌输，导致学生大都提不起学习兴趣。其次，多媒体课件内容没有及时更新，且重要的机构和零件的内容没有做到图文并茂，通俗易懂。

2.3实验教学与理论知识脱节

实验教学一向都是教学效果较不理想的环节。一方面，通常实验教学和课堂教学分别是由两个老师负责，实验课老师往往应付了事，对学生的实验学习效果要求不高，且二者之间没有做到无缝对接。另一方面，实验教学依旧采用传统的单一性验证实验，还未形成系统规范的实验教学体系，实验对学生能力的锻炼与实际工程需求不符[13]。这就导致实验环节和理论教学脱节，无法有效训练学生的创新思维和动手能力，学生不能在实践中主动学习理论，做到理论和实践相结合。大多数学生随大流做完实验，却并不知道做的实验是在证明什么或有什么实质性意义。

2.4教学资源匮乏

教学资源紧缺不光是浙江海洋大学面临的问题，也是众多高校面临的共同窘境。《机械设计基础》教材章节中，包含众多的典型机构和重要零件。这需要学生有较强的立体空间思维能力和想象力，而能够轻松理解这些机构和零件的立体形状和运动状态的学生少之又少。课堂教学缺少可用的立体教学素材，比如典型的机构和零件三维模型。学生无法形成一个直观的感受，理解不了书本的内容，也自然丧失了学习兴趣。实验教学中仪器设备资源的短缺问题更加明显。实验仪器和设备一方面数量严重不足，另一方面仪器和设备老旧，部分零件丢失。导致实验课时，一部分学生在做，一部分学生在旁边看，另一部分学生则完全脱离了实验课堂。

2.5师资力量不足

学校缺少可以同时担任理论和实践教学的双向老师，理论课老师缺乏实践经验，而实验课老师理论知识又储备不足。导致理论教学与实践教学之间没有相互衔接、相互促进，理论无法指导实践，实践也不能反作用于理论。

3《机械设计基础》课程教改探索

3.1教学大纲的修订

第一，针对学时占比不合理的问题，对大纲中的课堂理论教学时长和实验教学时长进行了调整。实验教学学时由原来的10%增加到25%，其中包括5%的校外企业参观实践时长。第二，根据轮机工程专业人才培养目标和行业要求，对《机械设计基础》课程的五大部分内容以及各章节的教学时长进行适当的增加和删减。突出课程的重点内容，让学生掌握得更牢靠，缩减不必要的课程内容，以减小学生不必要的学习压力，提高整体的学习效率。最后，考虑到原有的考核方式无法准确地体现学生的实际成绩，对考核方式进行了修改和完善。其中，期末闭卷笔试占40%，课堂成绩（课堂出勤与问答情况15%，工程案例报告15%）占30%，实验、实践成绩（实验成绩占25%，校外参观实践占5%）占30%。

3.2理论与实践教学方式改革

针对课本和多媒体课件内容陈旧，与当今实际工程问题和科技前沿相距较远的问题。在课堂教学中引入当前行业相关的前沿科技成果，以多媒体课件展现给学生，拓展学生的专业视野，将课本知识与前沿科技接轨。同时及时更新多媒体课件，在重要的机构和零件的章节，加入直观的实物、动画视频和三维模型，帮助学生理解机构的工作原理和运动状态。《机械设计基础》课程知识点具有范围广、数量多、内容杂、原理难的特点，相邻章节的内容相差很大，学生很难将前后章节的知识点联系到一起。而在课堂理论教学中融入工程案例，则可以较为有效改善这个问题[14]。例如汽车的自动变速箱，由行星齿轮机构、轴系等组成[15]。它将齿轮、轴系的传动、摩擦与润滑等知识点综合于一体，学生在学习案例的过程中，自然将各部分的知识点融合到一起，以变速箱为载体加强对知识点的理解。对每一个工程案例都设置相应的学习任务，并要求学生撰写案例报告。融入工程案例既可以让学生见识到实际工程中基础零部件的应用，又能拓宽学生视野，提高学生的实际应用与工程创新能力。建立三级阶梯式实验教学。第一级是基础，锻炼学生基本的实验操作，要求学生掌握实验原理一般性方法。第二级是核心，要求学生能拓展书本的理论，独立完成实验操作，锻炼学生的实践操作能力，做到实践与理论结合，理论指导实践，在实践中学习理论。为了达到第二级的教学目的，在这一级中融入项目化教学，以学生为主体，从计划、实施到总结都由学生独立完成，老师作为项目的引导者和指导者[16]。例如：设立内燃机的拆装和性能分析项目，将项目分为齿轮机构、凸轮机构、曲柄滑块机构三个部分，并在每个部分设置几点相应的工作学习任务。因为一个项目涵盖的课程内容不够全面，可在全班设立不同的项目，将学生分组完成不同的项目，最后在课堂上一起交流汇报。第三级是突破，要求同学能够自己独立地设计并完成实验，强化学生的创新设计能力。三级阶梯式实验教学从基础到核心到突破，层层递进，以达到锻炼学生实践动手和解决实际工程问题的能力。

3.3资源配置

提高理论课老师课堂教学水平的同时，开展理论课老师实践培训，打造理论与实践全能的“双向”教师，保证理论教学和实验教学的无缝衔接，避免出现理论与实践脱节的情况[17]。加强校企合作，建立企业实践平台，聘请企业实践教学老师，为学生提供走近行业生产一线参观和实践的机会。申请资金购置新的课堂立体化教学素材，以及实验教学所需的仪器设备和耗材，为课堂教学和实验教学提供硬件支持。

作者：邓佳佳 胡友武 卢金树 单位：浙江海洋大学港航与交通运输工程学院