学科竞赛对机械专业实践环节的促进作用

李 平 杜 力

重庆工商大学机械工程学院 重庆 400067

学科竞赛对机械专业实践环节的促进作用

李 平 杜 力

重庆工商大学机械工程学院 重庆 400067

针对机械类专业实践教学的改革问题，分析了学科竞赛内涵体系，围绕政策衔接、系统性建设、内容设置和组织实施探讨了学科竞赛对实践环节的促进作用。实践证明，将学科竞赛融入典型实践环节中，将有利于学生系统设计能力和工程实践能力的培养。

学科竞赛；实践教学改革；实践能力；机械类专业

机械类相关专业由于专业性较强、工程应用性较高，故其实践教学环节在人才培养过程中显得较为重要，其教学质量的提高更应注重增强学生的综合素质、培养学生的创新精神与实践能力[1]。围绕这一指导思想，国内众多高校越来越重视实践教学环节的改革，在教学内容、教学方法和教学手段等方面不断尝试，以加强对机械类学生创新设计能力、系统设计能力和工程实践能力的综合培养。

1 我校典型实践教学环节存在的问题

目前，我院设有机械设计制造及其自动化和机械电子工程两个机械类本科专业，构建了由专业独立实验、工程训练、课程设计、相关实习、毕业设计以及课外科技活动组成的实践教学体系。其中课程设计作为统一和完善核心基础知识，培养学生机械系统设计理念和能力的典型实践教学环节，始终贯穿于整个培养计划中，主要包括机械原理课程设计、机械设计课程设计、机械制造技术基础课程设计和根据不同专业方向所设置的专业课程设计。

长期以来，和大多数高校一样，我院依然沿用传统的实践教学模式，即完成前期理论教学和实验教学后，单独开设上述课程设计环节，其内容也大多设置为对通用机械系统相关部分进行设计与分析。事实上，此环节对相当一部分学生而言没有达到实践能力锻炼的目的，其效果不尽如人意，其共性问题主要表现为：

1.1 被动的实践模式

学生的主观能动性体现不足，参与性不够。以教师为中心，在统一内容，统一进度的原则下，学生沿着教师指定的路线被动地去完成实践任务。设计过程只能作为对书本知识的巩固，学生自主设计和发挥主观能动性的内容非常少， 无法激发学生的创造力[2]。

1.2 设计题目缺乏新颖性和实用性

目前大多选用通用机械系统为设计对象，其设计内容与学生的实际生活结合不紧密，造成学生对课程设计的重要性认识不足，兴趣不高。学生是在不了解设计对象的情况下对机械系统进行简单模拟设计，因而对设计中存在的问题不认真思考，甚至是将错就错，掩盖问题。

1.3 设计内容系统性不强

从课程设置的角度分析，课程设计所涉及的相关知识具有先行后续的关系，但在实际工程设计中，这些知识又具有较强的延续性甚至是交叉性。目前所开设的课程设计相互间是独立的，内容上没有太多关联，使学生接受的仅是简单的、彼此隔断的工程设计基本训练，难以系统掌握工程设计技能[3]。

1.4 设计内容缺乏层次感

目前的课程设计主要采用分组以及在同组下设置不同系统参数的方式区别学生的设计任务，避免相互间的抄袭。学生根据设计指导书，照搬公式计算、照规定步骤设计、照样板书写设计说明书[3]，这样的设置无法适应学生由于知识储备和学习能力带来的个体差异，必然导致“吃不了”和“吃不饱”的矛盾。

2 机械类学科竞赛的特点

目前，在机械及其相关学科开展了各级各类的学科竞赛活动，如“挑战杯”课外科技作品竞赛、机器人大赛、机械创新设计大赛和工程训练综合能力竞赛等。这些学科竞赛的特点在于在规定竞赛主题的前提下为学生提供了更大的创作空间。从内涵上分析，机械类学科竞赛覆盖的知识面比较系统且与机械类本科教学内容紧密相连，尤其强调理论力学、材料力学、机械原理、机械设计及测控技术等相关知识的融会贯通。从架构上分析，学生可以在功能需求分析、方案优化选择、系统创新设计、零部件选型加工及整机装配调试等方面充分发挥主观能动性，全面培养和训练创新思维和工程实践能力[4]。

以第三届全国大学生机械创新设计大赛为例，其主题为“绿色与环境”，我校参赛学生针对城市地下管道堵塞所带来的一系列社会问题，经过工程分析，提出了地下管道辅助清掏装置的构想，其内涵体系见表1。可见，学科竞赛检验的是学生对所学知识的综合应用能力，从内涵体系上更符合工程设计的实际情况，在“教师为主导，学生为主体”的模式下，使学生在构思、设计、开发和实施等方面的能力得到了全方位的培养和锻炼。

近年来，笔者通过组织和指导学生参加机械类学科竞赛发现，由于受到时间和名额的限制，学科竞赛的组织开展游离于课程教学体系和实践教学环节之外，单纯为了竞赛而组织活动使受益学生数量受到了极大的限制[5]。因而若将学科竞赛与典型实践教学环节结合起来，将其作为创新教育体系中的重要内容广泛地组织开展，将有利于学生创新设计能力、系统设计能力和工程实践能力的综合培养。

3 以学科竞赛为导向的典型实践环节改革

表1 机械类学科竞赛内涵体系

我院在广泛组织开展学科竞赛的基础上，尝试了以学科竞赛为驱动的典型实践环节改革，分别在政策衔接、系统性建设、内容设置和组织实施等方面进行了探索。

3.1 制定相关政策，激发师生参与学科竞赛的热情

从客观上分析，某些学科竞赛的开展和现有典型实践环节在时间设置上存在冲突，从主观上看，希望学生通过学科竞赛得到更为系统全面的实践能力锻炼。因而我院出台了《学生学科竞赛活动组织管理办法》等政策性文件，其中明确规定：在内容吻合的前提下，学生参加学科竞赛取得一定成绩，可以认定获得相关典型实践环节学分，如机械创新设计大赛对应机械原理或机械设计课程设计，三维数字化创新设计大赛对应CAD/CAE实训，机器人大赛对应机电一体化系统课程设计等。这样，从制度上保证将学科竞赛真正融入典型实践环节中，为学生创新意识和实践能力的培养提供条件。同时为了激发教师指导学生的热情，制定相关政策对指导学科竞赛可折算为超课时量、作为教师职称晋升的考核指标之一等问题进行了规定。这样，教师积极参与学科竞赛的指导，加深了对实践教学的理解，促使其思考典型实践环节中的不足，优化实践内容，改进教学方法，从而提升了实践教学整体质量。

3.2 从系统角度整合实践环节，注重培养学生整体设计能力

参照表1所示学科竞赛内涵体系，将现有典型实践环节整合为“机械综合课程设计Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ”，其中阶段Ⅰ涉及理论力学和机械原理等内容，要求学生完成机械系统运动方案设计，对执行机构进行运动学和动力学分析，并初定传动方案。阶段Ⅱ以阶段Ⅰ的设计结果为原始数据，根据机械设计等相关知识，进行传动系统的设计和零部件结构设计，完成装配图和零件图。阶段Ⅲ则在前期设计基础上根据不同的专业方向进行设置，如机电专业的测控系统设计、机制方向的零部件工装夹具设计、模具方向的零部件模具设计、机设方向的虚拟样机设计等。这样，整个实践环节都围绕着同一机械系统展开，实践内容的系统化将更有利于学生全面掌握机械系统设计的理念和方法。

3.3 以学科竞赛主题或工程项目为导向，使实践内容贴近生产生活

实践内容的设置借鉴了以往学科竞赛关于无碳小车、家居机械、环保机械、康复机械等方面的设计主题，以及结合了包装设备和加工设备等工程实际项目。实践内容的实用性得到体现，有效激发了学生的学习兴趣，可以充分发挥其主观能动性和创新思维。考虑到数字化设计技术在产品开发中的重要性，实践内容同时强调了“虚实一体”的结合。如图1所示，在“机械综合课程设计Ⅰ”中，当学生拟定传动方案，采用图解法或解析法对其进行运动分析后，要求学生利用UG，Pro/e等软件对传动机构进行三维建模，并借助ADAMS等软件进行仿真分析，最后在实验平台上实际搭接和测试。学生通过对理论结果、仿真结果和实际测试结果的分析比较，检验传动方案的合理性，以辅助机构设计。

图1 插床机构建模、仿真与实际搭接

3.4 将实践内容融入课堂教学中，用实例贯穿知识点，避免“纸上谈兵”

正如学科竞赛锻炼的是学生对所学知识的综合应用能力，而典型实践环节则是对前期所学知识综合应用的阶段性检查，考虑到实践环节滞后于理论教学的客观原因，若在课堂教学中脱离了实践，则势必造成学生在实践过程中不知如何应用所学知识去解决实际问题的现象。为了更好地将教学内容和实践内容相互连贯起来，首先，在授课之初，我们将实践任务书公布在网络教学平台上，让学生提前认识实践内容。其次，在授课过程中，将实践内容与知识点讲解结合起来，即以实例引导学生对基础知识的学习。例如，在机械原理关于“平面连杆机构及其设计”的讲解中，将其与“无碳小车”的避障转向机构结合起来，通过分析如何利用连杆机构实现小车避障，以强化学生对平面连杆机构基本知识的学习。这样，根据授课进度，将实践内容穿插进课堂教学，在促进知识点讲解的同时，学生也提前介入实践环节相关内容的分析和计算。

4 结束语

现有典型实践环节相比较而言，机械类学科竞赛从内涵体系上更符合工程实践的实际情况。通过指导学科竞赛和实践环节发现，参加学科竞赛得到锻炼的学生，在后期实践环节中，对设计内容和过程的掌控能力相对而言要强一些。因而将学科竞赛与典型实践环节结合起来，作为一种实践模式广泛开展，将更有利于学生创新思维、系统设计能力和工程实践能力的培养。

[1] 教育部.关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见[Z].2001.

[2] 李平，杜力.以学科竞赛为驱动的主动式实践教学探索[J].中国电力教育，2013(11)：99-100.

[3] 常军然，唐宏.江西理工大学机械专业综合课程设计改革和实践[J].中国电力教育，2009(7)：154-155.

[4] 于保华，徐泽源，姚培锋.基于学科竞赛的机械工程实践教学改革与研究[J].教育教学论坛，2011(7)：158-159.

[5] 陈天虹，文献民，葛龙威，易雯.依托学科竞赛培养学生的实践创新能力[J].浙江科技学院学报，2008，20(2)：136-138.

[6] 李平，杜力.以学科竞赛为驱动的主动式实践教学探索[J].中国电力教育，2013(11)：105-106.

The Promotion of Subject Competition on Practical Teaching of Mechanical Specialty

Li Ping， Du Li
Chongqing Technology and Business University， Chongqing， 400067， China

In view of the reform problems of practical teaching of mechanical specialty， centering on the related policy， systematic development， content setting and organizational implementation， the promotion of subject competition on practical teaching is discussed in this paper based on the analysis for connotation system of mechanical subject competition. The teaching practice shows that it is beneficial to improve the ability of system design and engineering practice for students through combing the subject competition with typical practical teaching.

subject competition； practical teaching reform； practice ability； mechanical specialty

2014-06-16

李平，博士，副教授。

重庆市高等教育教学改革研究项目(编号：1203037)。