关于新工科背景下机械设计课程教学的思考

韩 林

（天津职业技术师范大学机械工程学院，中国 天津 300222）

“新工科”自2016年提出以来，在两年多的时间里，先后形成了复旦共识、天大行动和北京指南，构成了新工科建设的“三部曲”。新工科是在新科技革命、新产业革命、新经济背景下工程教育改革的重大战略选择，是今后我国工程教育发展的新思维、新方式[1-3]。

新工科建设提出了“三个目标、三个任务、三个突破”的行动方案，其中，“三个任务”包括学与教、实践与创新创业、本土化与国际化等三个关键任务。具体地，学与教又主要涉及重构人才知识体系、重塑人才培养质量观以及创新教学方式与技术三个方面[4]。新工科专业建设的落地，又以各门课程的教与学方面的改革为支撑。

华中科技大学李培根院士从两个方面探讨了工科之“新”的文化高度：一是从教育文化的层面去俯视工程教育，当是工科之“新”的关键与高度，并从存在、时空、互联、去中心化等方面探讨了工程与技术本身所蕴含的文化要素；二是从善、自由、超越、批判性思维等文化视角讨论工程教育，并强调教育文化要落地于教学活动中，如教材、课堂、实践环节、非正式学习等[5-6]。

机械设计课程是机械类专业课程体系中的核心课程之一，在新工科新要求的时代背景下，势必充当新工科建设的排头兵。上海交通大学的高峰教授在第十六届全国机械设计教学研讨会上指出现代机械设计课程体现“新”之处，包括：从系统到关键环节阐释产品设计原理；根据现代机电产品对机械的功能、精度、承载、驱动与传动、动态性能及控制等的新要求，形成现代机械设计课程体系；采用原理讲述与实际案例相结合方式阐述机械设计方法；建立产品设计所需的系统的知识结构，培养学生贯通现代产品机械系统的创新设计意识、思维和能力。“新工科”机械设计课程建设要有利于增强工科学生价值感与使命感、有利于学生兴趣的形成、有利于学生在更高层次和境界上创造性工作。

本文以新工科建设对机械设计课程教学新要求为出发点，就笔者所在的职业技术师范大学的实际情况，探讨对该课程教学改革方面的一些认识和见解。

1 教学内容方面

着重培养学生大工程理念、系统设计理念。一般院校的机械设计课程基本上采用国内知名学校知名学者编著的教材。教材内容主要包括总论、连接篇、机械传动篇、轴系零部件篇以及其他零部件等内容。教材内容编写虽主抓机械零件设计一般步骤主线，但在工程设计、系统设计方面涉及内容不够。比如螺栓连接强度计算，国内教材计算实例或课后练习题对于螺纹连接应用场合的描述较为简单、问题设置较为单一，而一向以严谨著称的德国版教材，在问题描述时，均具有详细的工程背景，包括防松措施、润滑、被连接件具体材料、预选螺纹件标准号等内容，问题也较为多样化，除了要求设计或校核螺纹连接件强度外，部分题目还要求选择被连接件的配合等。题目设计的更合理，考察更全面。不仅是强度计算问题，也体现了系统设计观念。为此，授课教师应在现有教材基础上，可编写更具系统设计理念的教材或增加相关习题训练。

讲授内容应多结合地方经济发展情况。地方高校最重要的属性是“地方性”。“复旦共识”提出地方高校服务面向的具体要求，指出地方高校要对区域经济发展和产业转型升级发挥支撑作用[7]。为此，在开展机械设计教学时，应引入区域行业背景，如天津市工业和信息化委研究制定了高档数控机床、机器人、3D打印、工程机械、新能源汽车以及新能源汽车等产业三年行动方案（2018-2020年），旨在加快全国先进制造研发基地建设。在讲授机械设计课程时，可以数控机床、机器人或其它产业为背景，采用原理讲述与实际案例相结合方式阐释机械设计方法，培养学生贯通现代产品机械系统的创新设计意识、思维和能力，为学生将来从事技术工作或科学研究工作，奠定坚实基础。

2 教学手段与方法方面

教育教学理念能否得到实现，教学手段、方法是关键。传统的机械设计课程教学一般由课堂讲授为主的理论教学和验证性的实验教学为主。在新工科建设的新要求下，可增加课程研讨课，并对理论教学和实验教学进行改进。

理论教学应重原理、方法，轻技术。可以采用课上讲授和课下自学相结合的方式。课上讲授强调设计思想，强化公式推导所考虑的因素，弱化最终计算公式；鼓励学生主动使用慕课平台、中国知网及国外文献检索网站等网络资源开展自学。

实验教学可更改为实践教学，采用项目教学法。课程伊始就布置项目题目、学生分组，题目可以是创新设计大赛相关题目，也可以是学生自主选题，课程结束时进行答辩。当然，学生特点不同，项目考核方式也应有所区别，因材施教。以本校本科生为例，生源有两类：一类为参加全国普通高等学校统招考试的高中毕业生；另一类为面向全国中职院校学生，以单独招生的方式招录的学生。后者具有较好的操作技能与工程实践基础，但抽象思维与逻辑思维能力相对薄弱，针对该类学生特点，可要求他们通过3D打印或实操加工零件并完成装配，完成实物制作并答辩；而对于前者，由于之前未接触过机械基础方面的内容，可以要求他们利用三维设计和分析软件绘制零件图和装配图，并参与答辩。这个过程主要培养学生团队合作能力。

研讨课的主题应多样化，可设置前沿科技产品、交叉学科的主题。比如，对于机自学生，研讨重点可倾向于机电产品机械系统的设计方面；机电专业学生，研讨重点可倾向于机电产品控制系统的设计方面；而若是工业设计专业学生，研讨重点可偏于产品外观设计方面。观察记录每位同学在研讨课上的表现，作为给定部分成绩的依据。

3 师资队伍方面

教师是教学活动的主体，新工科建设的效果如何，很大程度上取决于师资队伍方面。老资历的教师教学经验丰富，能够处理好教与学的关系，但喜欢固守现成的教学方式方法，缺乏创新意愿，对前沿科技不够敏感；而青年教师虽创新意识强，但缺乏工程实践、教学经验有限，还难以挑起教学大梁。

为此，可以以构建课程组的形式，将讲授同类课程的老中青三代教师集中在一起。教学方面，老教师传帮带青年教师；青年教师将获取的与课程相关的最新科技、科研前沿与老教师积极沟通交流。

此外，青年教师除了应积极与国内外同行交流外，也应定期去与专业、课程相关的企业挂职实习，了解相关产业前沿，增加工程实践经验，服务教学。

4 小结

上述内容是本人在新工科建设、服务工科专业新要求的背景下，对机械设计课程教学改革方面的一些见解。当然，新工科建设不是短时间内可以完成的，还需要建设长效机制来保证可持续性。

总之，通过深入系统地开展新工科研究和实践，我国高校必能培养出实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才，将建设工程教育强国的蓝图变成现实。