基于工程教育专业认证的“机械设计基础”教学方法探索

罗晓兰++张凤丽++张仕民

以工程专业认证为标准，结合工程专业认证通用标准中对高等工科学生的12条毕业要求，从“机械设计基础”课程的教学方法改革入手，通过让学生明确所学知识的应用方向，激发学生学习兴趣的方式，构建“以学生为本”的教学形态；通过引入机构的功能性、效率性及经济性等条件，以“机构组合和创新设计”为主题，创建多层次的工程实践教学平台；通过有针对性地引入科研项目为综合训练模式和多元化的课程考核评价方式，探索工程教育与创新教育并重的“机械设计基础”课程的新教学方法。

专业认证机械设计基础高等工程技术人才教学方法我国于2013年6月19日获得《华盛顿协议》全会全票通过，成为该协议第21个成员（预备成员）。加入《华盛顿协议》，表明我国高等工程教育专业认证工作将成为今后高等工程教育的工作重点。其主要目的就是为经过我国专业认证的工程类学生走向世界提供国际质量标准的“通行证”，为我国实施職业工程师制度打下基础，为我国职业工程师的国际流动打下基础，为我国制造业总体实力和国际竞争力提升打下基础。

“机械设计基础”课程是机械及相关专业一门重要的专业基础课，是一门多学科复合，工程实践很强、涉及面很广的课程。它在培养学生的机械综合设计能力和提高学生解决工程实际问题、工程创新能力方面，特别是在专业认证要求的强化工程实践训练和培养学生解决复杂工程实际问题的训练中占有十分重要的地位。但现行的“机械设计基础”教学模式已不能适应新形势的发展，主要表现在：

1.以理论教学为主旨，缺少对学生应用本学科知识进行解决工程问题能力的培养。

2.课程教学总是以教师为核心，学生被动听课，特别是由于学生学习过程中，不知道课程知识用于何处，造成学生缺乏学习主动性，教学效率不高。

3.在课堂学时和实验条件的限制下，学生缺少实际操作的机会，限制了学生解决工程问题能力和创新能力的提高。所有这些都与专业认证要求的，培养学生具有理解和评价工程领域内复杂工程问题的能力的要求存在很大差距。因此，提高“机械设计基础”课堂教学质量，实现高等工程专业人才的培养，必须对现行的课程教学方法进行改革。通过基于满足专业认证要求的教学方式的探索，努力引导学生个性思考、自主学习，在教师精心组织的工程案例和工程设计方法引导下，培养掌握机械工程的基本理论、设计方法和基本技能的工程技术人才。

一、以专业认证要求为目标，构建“以学生为本”的教学形态

教学的根本目的是为了学生更好地学。因此，在课程教学中，教师必须创造条件，努力引导学生建立起课程知识与工程实践或工程复杂问题之间的联系，让学生明确所学知识的应用方向，通过明确的工程应用目的，激发学生的学习积极性。为此，课堂上教师充当“导演”，让学生成为“主角”，通过精心设计课堂情景，以提问、讨论等互动方式，引导学生通过探求、分析、辨析等手段，消化知识，应用知识及形成解决工程问题的思路。

例如，在讲解“曲柄存在条件”“四连杆机构急回特性”等基础知识时，将其运动机构与工程实际当中的活塞压缩机运动机构设计、机床工作行程设计等工程问题相联系。通过讨论、提问及学生课下查找资料并撰写小论文的形式，解剖两、三种常见工程机械的运动机构；将这些工程机械通过与“曲柄存在条件”和“急回特性”等知识点相联系，讲解机构工作行程和机构结构设计的思路、方法。这种教学方式一方面，让学生明确所学知识的应用方向，激发学生学习兴趣；另一方面，通过将本章知识与工程问题有机结合，拓展学生解决工程问题的视野、活跃学生思维，达到培养学生解决工程问题能力的目的。

二、以自主学习为目标，创建多层次的工程实践教学平台

按照专业认证的毕业要求，学生除了必须具备利用专业知识解决复杂工程问题的能力，还必须具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。为此，以课程教学内容为引导，激励学生养成自主学习的能力就具有深远的意义。所谓自主学习，就是学生作为学习的主体，通过独立地分析、探索、实践、创造等方法来实现学习目标。因此，教师在完成基础理论学习之外，必须构建学生自主学习的平台，并通过这个平台教会学生自主学习的方法，并通过自主学习让学生尝到自主分析、探索、实践、创造的乐趣。

第一，可以通过“机械设计基础”教学平台，以“传动机构设计”不同背景为题目，将课程中的“传动机构设计”与工程问题紧密结合，从工程问题中的不同需求如功能性、效率性及经济性等各个方向提供“传动机构”的不同设计思路，营造出“设计”没有标准答案的实际案例，激发学生强烈的求知欲和积极的自主学习心态。

第二，注重“机械设计基础”实验教学内容的改革和提升，有针对性地设计与工程知识相关的实验内容、实验大纲、训练计划、训练方式和训练手段等，通过实验教学平台的建设，强化学生工程能力、创新能力和自主学习意识的培养。如通过“机构的组合和创新设计”实验，一方面，强化学生对常用传动机构传动原理和设计方法等课程大纲要求的基本知识和基本概念的理解；另一方面，通过不同的工程设计条件，再加上传动效率，机械动力学、经济性等工程条件，让学生自主搭建不同功能要求所需“组合机构”，并对此“组合机构”进行相关性能分析。以此培养学生的工程素质和实践创新能力更好地实现青年学生的精神追求和自身价值，多层次构建培养学生自主学习和终身学习的工程实践教学平台。

三、以科研项目为引领作用，构建培养学生创新能力的教学模式

专业认证的主要建设思路之一就是加强高等工科教育应用基础知识和专业知识解决领域内复杂工程问题的能力，培养学生的工程意识，创新能力，使学生具有组织管理能力、表达能力和人际交往能力、终身学习能力、国际视野和跨文化的交流、竞争与合作的能力等工程基本能力和创新素质。有意识有目地将科研课题引入课堂，是培养上述专业认证要求能力和素质的很好途径。因为科研课题具有密切结合工程实际，解决的是复杂的工程技术大问题，科研课题的答案是未知的，而且科研课题的研究内容或研究成果又是当今科技发展的前沿。因此，可以利用科研课题的这些特点，构建培养学生创新能力新的教学模式。

为此，在组织“机械设计基础”教学内容中，在讲解课程大纲要求的基础知识的同时，有目的有针对性地将相关的科研课题或实际案例引入教学中。比如，在讲解“锥齿轮传动机构”这章节时，将“锥齿轮传动机构”与国家“十二五”重大科技专项“深水水下管汇连接器”中连接器的“二次锁紧装置”结合起来。通过布置学生课后查找资料，课堂小组讨论，教师引导等方式，首先可以启发和引导学生进行开放式思维，寻找如何将锥齿轮传动应用于“二次锁紧机构”的思路和方法，以达到提高学生应用基础知识和专业知识解决领域内复杂工程问题的能力。其次，在英文資料查阅、小组讨论和课堂启发互动环节中，可以综合培养学生组织管理能力、表达能力、国际视野和跨文化的交流能力。最后，可以通过科研项目的引导，激发出学生运用联想、猜想、推理等拓展性思路，从问题的多个角度，多个层次进行思考。培养学生纵向、横向的灵活思维方式，培养学生的创新思维和演绎推理能力，实现课程基础知识学习朝创新能力培养这个高层次跨越。

四、以教学评价多元性为基础，构建合理的课程考核体系

在本科专业认证的引领下，在新的高等工科教育改革的形势下，以一张考卷分数作为学生学习能力的唯一考核标准，显然是不合适的。因为，一张考卷只能考核学生对教学大纲要求的基本概念和基本知识的掌握情况，不能准确反映专业认证要求的解决复杂工程问题的工程和创新能力，更不能准确反映学生的管理能力、表达能力和交流能力。而且这样的考核方式，时间长了学生会把重心用于追求分数上，只重视课本中有考点的基本概念和基础知识的学习，忽略如工程素养和创新能力等其他能力的培养。为此，构建合理的课程考核体系，对促进专业认证目标的实现，促进培养学生创新能力和工程素质的达成具有重要意义。

课程考核评价体系除了侧重对基础知识、基本原理的记忆与再现的考试内容，还应该体现学生独立思考和创新性能力的考核。所以，根据“机械设计基础”课程的特点，最终的考试成绩的构成可以采取“平时成绩+创新活动+课程大作业+期末考试”的方式。其中平时成绩注重考查学生的平时学习情况，包括课堂提问、小组讨论、实验成绩和作业完成情况等；创新活动成绩是指任课教师在教学过程中，根据引入的科研项目，要求学生通过查找资料情况，撰写的项目解决思路、项目成果分析小论文及其小组协作交流情况汇报等，由课题学生小组长计分。课程大作业是教师在课程内容讲解过程中，根据课程内容进展，结合工程实例要求学生撰写的包含工程应用案例在内的报告等；期末考试主要根据《机械设计基础》教学大纲要求，考察学生知识点的掌握情况及基本工程应用能力。这样的考试计分方式，可以考察学生基础知识的掌握程度，更重要的可通过这样考核体系，学生获取高分不能局限于死记硬背，不能进行考前的突击，以此逼迫和激发学生自觉地进行工程能力和创新能力的培养，全面考核学生的工程素质，促进专业认证目标的实现。

五、结论

综上，打破传统的教学模式，更新教学理念，以我国加入《华盛顿条约》为契机，开展工程专业认证标准下的《机械设计基础》课程的教学方法研究，培养具有工程素养和创新能力的新一代工程人才，提升工程教育人才培养质量具有紧迫性和深远的意义。

参考文献：

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基金项目：中国石油大学（北京）教改项目“基于专业认证的《机械设计基础》教学方法探索”，项目编号：23G16001。