课程—实践—创新相辅相成的教学模式改革

米 洁, 高 宏(北京信息科技大学, 北京 100192)



课程—实践—创新相辅相成的教学模式改革

米 洁, 高 宏
(北京信息科技大学, 北京 100192)

针对机械设计专业，提出课程—实践—创新相辅相成的教学模式改革思路。优化课程结构，将产品设计的理论方法与大型工程软件的应用相结合，加强系统性实践训练。以机械创新设计课程引领创新思维的培养，用工程实例贯穿知识点的讲解。建立培养创新思维的层次化的实践教学体系，使不同层次的学生都有实践创新的机会。在课程教学、实验、课程设计以及毕业设计等环节中，注重创新思维的培养。规划系统化的实践项目，建立创新培养成为长效机制。将学生参加的科技创新活动融入教学环节，对创新的引导作为教学的责任，倡导主动带领学生结合专业知识进行动手实践，激发创新意识，提高学生的工程素质和创新能力。

教学改革；课程结构；实践教学体系；创新能力

0 引 言

在我校专业设置体系中，机械设计专业方向是机械设计制造及其自动化专业下设的三个方向之一。该专业方向的培养目标为：在掌握本专业基础理论知识基础上，在现代工程实际中熟练应用计算机辅助工程技术，实现机电一体化产品的设计与分析。在专业人才培养过程中强调系统化设计思想和创新思维。

现代机械产品的设计分析技术逐渐向集成信息化方向发展，这提高了对从事设计工作人员的整体素质要求[1-2]。人才培养注重集成设计思维培养，以及大型工程软件应用，增强在本专业及其相关领域中设计分析的实践应用的能力。将计算机辅助工程技术贯穿于基础课程学习、课程实践以及项目设计等各个环节，提升学生的应用创新能力。

国外高校注重实践创新能力的培养，建立创新激励机制和多渠道、多层次开展实践创新活动[3]。培养学生创新能力是世界上许多科技强国高等教育改革的目标[7-9]。日本把科学技术中创造力作为一个重要的发展战略[10]。德国将学生开拓创新能力作为新世纪教育的重要部分之一[11]。我国的高等教育也提出深化教育改革，加强素质教育，开展提升创新的教育。提高学生的实践能力，培养求异思维；注重个性发展，是培养他们的创新精神和创新能力的必要途径[12]。

1 优化课程结构，提升创新设计能力

以工程应用型人才的培养为目标，将机械、计算机、控制知识融为一体的综合教育，并体现学生综合运用知识的创新实践，是机械设计专业方向人才培养的核心[13-14]。基于此，对原机械设计专业方向的课程体系进行了改革，调整了计算机应用类课程和机械创新设计课程的理论知识和实践内容。

1.1 理论知识的学习融合工程软件的应用

在“计算机辅助设计”、“产品建模与仿真分析”、“机械优化设计”、“有限元分析基础”、“机械可靠性设计”等系列课程中，讲授内容是产品设计分析理论及方法。为了让学生能够更好掌握知识并了解如何应用，将ANSYS、ADMAS、ProE等工程软件的学习引入教学。每门理论课程与一个工程应用软件相结合，使学生学以致用，将传统的机械设计知识与先进的现代技术加以融合，在知识面和能力上产生飞跃。

增加了教学内容，又要兼顾学时分配，围绕课程教学目标进行教学内容的精选和优化，提高课程的综合化程度，并加强系统性实践训练。学生在学习理论知识的基础上，掌握了多种计算机辅助设计分析工具的应用及软件的二次开发技术，用以解决工程问题。学生在课程设计、毕业设计的实训中，应用设计分析工具求解问题，实现对机构和结构的运动/动力、应力/应变分析。通过三维建模与仿真、工程分析和处理，学生进行仿真验证设计构思并改进设计的不足之处，提高自身知识的综合灵活运用和工程品设计能力。

1.2 创新思维贯穿“机械创新设计”课程

在机械创新设计课程中注重贯彻强基础、精重点、宽知识面的思想，注意把理论与大量的工程实例相结合。用典型实例分析如何巧妙实现机构功能原理，扩大学生的视野及思维空间，也启发学生用知识解决生活中身边的问题。例如，结合书本打包机、印刷机、点钞机、饺子机等典型机械功能及动作原理的讲解，将机构的变异与组合理论知识与实际工程应用结合起来。

将教学方法改革应用于课堂教学之中，以工程实例贯穿知识点的讲解，采用归纳、分类、小结合提问的方式，突出核心信息，并让学生达到触类旁通的效果。教师注重资料的积累，讲解中注意知识的系统化，提高知识的逻辑性及应用性。与理论课并行的实践环节，安排机构的拆装、组合和创新搭建，学生以小组为单位进行机构原理设计与分析，锻炼思维和能力。

2 完备实践教学，实现不同层次学生创新实践

课程—实践—创新相辅相成的学习过程，让学生获得知识，培养专业素质，锻炼工程能力。实践教学是使学生更好地把握理论知识及应用，创造效益。学生在接受知识的过程中，理解和消化的程度有区别，因此分层式实践教学模式更有助于学生创新能力的培养。科学实用的实践教学体系，对培养学生工程意识、增强大学生社会适应能力、学以致用，十分关键。

2.1 设置含有专业层次的动手实践项目

现代技术的发展，需要对传统实验项目进行改进，增加工程实践中产品设计内容。从学生的专业兴趣出发，实验教学中心在方案设计、测试分析、控制等不同侧面增设多项实验系统，如平面机构搭接分析、平面机构创意组合分析、机械方案创意设计模拟、创意组合机械系统搭接、能力风暴机器人行走规划、创意机械模块化搭接与控制、多自由度机器人模块化搭接与控制、慧鱼可拼装智能模型搭接、轴系结构设计分析、机构建模与仿真分析等。另外，在计算机辅助分析系列课程中，对建模软件(ProE)、有限元分析软件(ANSYS)、仿真分析软件(ADAMS)等的实验环境和内容进行建设，构建了解决工程设计问题的一体化系统。

2.2 规划层次化实践体系

夯实学生对机械类基础知识与原理的理解，以促进创新为目标构建的实践教学体系，提高了专业实践水平。在课程实验、课程设计中，设置验证、设计、创新的级层，促进和发展学生的综合系统设计能力和创新能力，并提升到具有一定的工程问题解决能力。

在部分专业课规划中，将理论的讲授和知识理解置于实验过程中。如本专业的两个试点班，设置了“测试技术与实验方法”、“机电系统设计与分析”、“计算机辅助设计及分析”、“计算机控制技术及应用”4门专业课程，理论与实践的学时比例达到或接近1∶1。项目设计、综合课程设计等独立实践环节的内容和形式，强调面向工程实践。除基础课中单门课程设置课程设计外，还开设了融合多门课程知识的综合课程设计。例如，机械原理/机械设计/机械制造基础综合项目设计、产品建模与仿真/有限元分析基础综合项目设计、机械系统设计/机械创新设计/单片机应用基础综合项目设计等。

学生创新能力的培养是一个四年不间断的持续和递进的过程[15]。我校机械设计专业方向以对学生创新能力的培养为目标，在课程实验、课程设计、项目设计以及毕业设计等环节中，注重创新思维的培养。学生从一年级的专业认识开始起步，通过制图测绘、趣味机构搭接，建立专业兴趣；进入专业基础实验和课程设计后，打下扎实的专业基础，进入到工程训练的提升阶段；专业课的学习以及综合课设、毕业设计，进入解决工程问题的实战阶段，参与完成实际项目或参加机械创新大赛。对学生来说，立体化的实践训练是多层次的系统训练。将课程内容融入到实验、课程设计、课外科技活动中，将学生置于立体化学习空间。开放实验室、创新活动、学科竞赛、工程环境，拓展了知识内涵，提升综合能力，培养学生的科学和专业意识，树立团队合作精神。

2.3 建立本科教育全周期的主题工程设计与实训

培养学生的创新思维，使其在工程中形成一定的思维习惯和理念。为学生创造条件，锻炼系统化思考。根据提出问题、解决问题、获取知识的创新思维规律，设计了主题工程实训项目，如典型机械产品减速机的设计制造过程。学生在从一年级到四年级的理论知识学习基础上，在实践环节上建立减速器部件及其零件的认知、测绘、绘图、材料、设计、建模、分析、加工、控制、综合的各个环节训练，实践内容分单元完成，又结合同一减速器产品实体，使学生能够结合理论知识与工程实践对产品设计有更深入的认识。

2.4 毕业设计开放式管理，着重解决工程实践问题

毕业设计是大学4年学习的一个总结，实施开放性管理，灵活规定工作量，重点解决实际工程问题。

毕业设计的课题选择强调实用性，教师结合已做项目或工程技术创新来命题。在内容及要求上，力求内容具体，鼓励进行完整的产品设计，从方案拟定、机构分析、结构设计分析、加工、运动控制等环节对学生实施全方位训练。在成果形式上，鼓励实物型毕业设计，允许设计失败，但要分析原因，找到改进措施。教师和学生积极响应，学校也设立专项经费资助学生制作物理样机，部分毕业设计作品参加北京市机械创新大赛并获奖。

小组型的设计团队是毕业设计组织形式的一个亮点，也是试图培养和锻炼学生的团队精神和组织沟通能力的有力形式。在一个小组的设计团队中，学生可以来自不同专业，各自负责自己工作，但又合作完成一个产品开发。小组指导教师也是由不同专业背景的多位教师组成。小组型毕业设计题目来自教师的科研项目或者科技创新活动及学科竞赛，这类题目设计内容包含产品预算、结构设计、模型制造、控制、外观造型等，需要不同专业同学齐心努力完成。与学生科技创新活动及学科竞赛相结合的毕业设计的管理机制、实施方法已经规范化，从选题、实施、考核等方面制定规定，学生按要求进行系统的设计和制作实物样机。

3 创新实践活动作为培养学生成才的着力点

准确把握学校人才培养目标，在校院两级积极优化实践教学体系，创造条件、搭建平台，促进学生参加科研训练和科技创新活动。将学生参加的科技创新活动与日常的教学环节紧密结合，让这项工作成为应用型人才培养的重要辅助方式。倡导主动带领学生结合专业知识进行工程实践，激发创新意识，增强创新素质，提高创新能力，将开展科技创新活动做为提升实践教学的途径。

3.1 对创新的实施作为教学内容

结合机械原理、机械设计、机械创新设计的课程教学目标，讲解参加科技创新设计活动、机械创新大赛目的。这两项活动的内容是以机构、机械结构的创新为前提的小型产品开发，用所学的知识去解决生活实际问题。在计算机系列课程教学中，设计综合实践项目，让学生充分利用大型工程软件实现产品的设计建模、分析、优化。对于工作量适当的创新活动题目，将其与专业方向综合课程设计、综合实验以及毕业设计等教学环节相结合，要求学生完成产品的方案分析比较、结构设计，样机加工，运动控制。学生在设计和制造过程中，按要求进行市场调查、资料检索、方案比较、对机构进行运动分析和受力分析、原理和结构设计以及有关计算等工作，并绘制机器运动简图、总装图，撰写设计说明书等，每一个环节都是理论知识的灵活应用。

3.2 对创新的引导作为教学的责任

以机械原理、机械设计、机械创新设计三门基础专业课为依托，结合机械专业其它课程的知识，教师给学生布置课外题目，引导学生制定方案，并对多种方案进行分析对比，自己动手解决实际生活中的问题。从单纯理论知识学习，拓展到工程实践中，更有助于增进理解和掌握理论知识，提高学生的专业学习兴趣。

在学生参加科技创新活动和学科竞赛活动中，突出学生的主体地位，让学生在生活中发现问题，提出解决方案。教师处于引导地位，与学生一起探讨方案，拓展学生思路，给学生指出思考的方向和存在的问题，并通过多次讨论引导学生向设计的深层次发展，直至完成产品设计。

3.3 对创新的激励作为教学的协助

北京市机械创新设计大赛是一项面向机械类专业大学生的科技活动，其目的是提高学生的创新产品的设计能力和工程实践能力，培养学生的合作意识和创新精神。该项赛事直接针对学生机械类专业基础知识学习和实际应用，也促进各高校教学研究与改革工作。学校每年举办一次创新设计大赛的预选赛，每届参加人数100余人，是目前学院参加学生最多学科竞赛。

参加市级机械创新比赛是开阔视野和加强合作学习的良好机会，高层次的比赛培养了团队精神，也是学生能力提高的有力保证。北京市高校机械创新设计大奖赛每两年举办一次，通过答辩筛选校级比赛较好作品，2006、2008、2010、2012、2014年连续5次组队参加，均取得良好成绩，并且制作的作品申请了专利。

通过参加竞赛，学生经过实际观察和思考，利用所学专业知识设计和制造出有实际意义的机械产品。了解在设计过程中应严格遵守的流程和工艺规范，提高工程产品的设计开发能力，体现出团队协作精神。

4 结 语

课程—实践—创新相结合的教学模式，加强专业基础、拓宽专业视野，提升实践创新能力。优化专业的课程结构，将计算机辅助工程先进技术融入传统机械设计专业理论知识，使传统机械设计理论与现代新技术互为依托、相互融合。立足于机械工程与信息工程的交叉，打造出机械制造产业的计算机应用技术人才和信息产业的机械专长人才，使学生具有交叉行业的结合点和生长点。合理规划理论与实践的教学内容，并相辅相成地实现不同层次的学生实践创新机会。在解决问题过程中，学生积极思考、敢于创新、团结协作。组织学生参加科技创新活动或学科竞赛，在学生头脑中建立工程设计的系统概念，使学生具备利用所学专业知识解决工程问题的能力。

[1] 靳爱心. 试论中国高校人才培养模式现状及改革方向[J]. 中国科教创新导刊, 2013(13):9-10.

[2] 赵 忠,刘彬让, 王少莉. 准确把握现代高等教育质量内涵 大力推进本科人才培养模式创新[J]. 中国大学教学, 2013(1):23-26.

[3] 黄宁阳，张红梅，葛 俊.国外高等教育实践创新能力培养的学习与借鉴[J].教育教学论坛,2013(2): 218-219.

[4] 张 辉,吴松强．美、日、欧创新人才培养研究综述[J]．亚太经济, 2010(2):89-92．

[5] 李 琴，戴 艳，盛 清. 国外校外创新人才培养现状分析与启示[J]. 科学教育, 2011,17(4):94-96.

[6] 姜 文. 国外大学创新人才培养基本经验探析[J]. 中国科技创新导刊, 2009(29):21-22.

[7] 韩梦洁，张德祥. 美国高等教育制度的传承、变革与启示[J]. 中国高教研究, 2014(1):39-44.

[8] 李建中. 美国大学的创新教育及启示[J]. 创新与创业教育, 2012,3(4):103-106.

[9] 王盛水. 从美国高等教育的特点看创新型人才培养[J]. 高校教育管理, 2012,6(2):65-71.

[10] 吴 越, 李晓斌. 高等教育强国发展的三维模式:日本的探索[J]. 中国高教研究, 2013(5):57-61.

[11] 刘 衡. 德国高校学生自主管理的经验与启示[J]. 中外企业家,2013(11):199.

[12] 裴旭明，傅鹏立. 工科大学生创造性思维的现状分析与潜能开发[J]. 中国轻工教育, 2012(4):3-5.

[13] 张翠英,温卫中. 地方院校应用型人才培养模式研究与实践[J]. 黑龙江高教研究, 2013(2):154-156.

[14] 罗高涌,张 瑾. 基于CDIO模式的校企合作办学的工程应用型人才培养模式研究[J]. 高教探索,2011(5):71-75.

[15] 米 洁,高 宏. 递进式实践教学模式的探索与实践[J]. 实验技术与管理, 2012,29(2):138-140.

Course-Practice-Creation Complementary Teaching Model Reform

MIJie,GAOHong
(Beijing Information Science & Technology University, Beijing 100192, China)

The reform idea of course-practice-creation complementary is proposed for mechanical design professional. The curriculum structure is optimized to implement that the theories and methods of product design are combined with the application of large engineering software. Furthermore, they strengthen the systematic practical training. We use the mechanical creative design course to lead to cultivation of creative thinking, and use engineering examples to complete the knowledge point explanation. The modular practical teaching system is constructed for cultivation of innovative thinking for different levels students. Moreover, the cultivation of creative thinking is focused in areas such as curriculum teaching, experiment courses, curriculum design, project design and graduation field work. Systematic practice projects are planned to establish innovative training mechanism. The daily teaching is closely integrated with science and technology innovation activities. And the guide on innovation is to realize the purpose of teaching responsibility. The reform initiative promotes practice to combine with knowledge, inspires innovation consciousness, improves innovative quality, and enhances innovation capabilities.

teaching reform; course structure; practice teaching system; innovation capabilities

2014-02-19

北京高等学校教育教学改革立项项目(PXM2014_014224_000088_00133093_FCG)；校教改重点项目(2012JGZD01)；北京市高等教育学会“十二五”高等教育科学研究规划课题(BG125YB037)

米 洁(1971-)，女，河北唐山人，博士，教授，从事机械设计制造及其自动化专业教学和科研工作。

Tel.: 13683330808; E-mail: zhiwei99@263.net

TH 12； G 420

A

1006-7167(2015)02-0167-04