新工科背景下《机械设计》课程教学的思考

高全福

（兰州交通大学博文学院<教务处>，甘肃 兰州730101）

“新工科”建设是国家对“一带一路”“互联网+”“中国制造2025”等重大部署的积极响应，主要是为了解决国家和产业的重大需求与科学技术的重大需求问题。自2016年，“新工科”的提出引起了社会各界的关注及热议，尤其是在全国各个高等学校刮起了建设新工科的旋风，先后出炉了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”三部交响曲。这三部交响曲提纲挈领，立意鲜明，为我国高等学校的新工科建设提出了新要求，指明了新方向。目前，世界产业都面临着转型升级的重大改革，以新产业、新技术、新模式、新业态为特征的新经济成了世界经济的主要竞争方向。在如此新形势下，对各种人才的需求将会变得更为苛刻，因此，高等学校作为人才培养的基地，首先要紧跟形势变化，加大对高等工程教育的改革创新，为国家培养出符合新形势需求的人才。

自“新工科”提出以来，全国各大高校对建设新工科专业进行了积极的探索，机械设计制造及自动化、机械工程、机械电子工程等机械类专业有幸成了新工科专业的范畴。而机械设计作为机械类专业的核心专业课之一，对机械类专业学生尤为重要，则其课程教学应符合“新工科”建设的新要求，力争改革创新。本文以我所在的兰州交通大学博文学院机械设计课程教学为例，对其所存在的一些问题进行思考，并将个人的想法做出如下探讨。

1 机械设计课程教学现状

机械设计是一门综合性较强的专业课程，课程内容涵盖了机械制图、理论力学、材料力学、互换性与测量技术等多门学科，学习内容较多，并且难度较大，不宜理解。该课程采用的教学方法仍是最为传统的教学方法，教师满堂灌输，学生被动接受，费时费力，学习效果不佳。实践教学环节仍然很薄弱，模式单一老套，缺少新意。学生学习的积极性不高，缺乏自主学习和创新精神，只为应付考试，能顺利毕业而被动学习。教学设施跟不上，实验设备落后老旧，缺少实习实训基地，校企合作力度较小，学生所学理论知识不能很好地进行实践，导致理论与实践脱节。以上诸多问题都是建设新工科的拦路虎，因此，我们必须打破陈规，进行改革创新。

2 机械设计课程改革举措

2.1 教学内容方面

目前，包括本人所在学校在内的大多数高校的机械设计课程所采用的教材仍是国内著名专家编著的，其主要内容包括总论、连接篇、传动篇、轴系零部件及其他零部件，以机械零部件设计的一般步骤为主线，主要是根据零部件工作条件选取标准参数，进行强度计算，最后校核检验。教材中计算实例或课后习题对零部件工作环境或者是工作场合描述比较简单，设置的问题较为单一，与实际工程案例相差甚远，缺乏系统性设计及大工程理念。根据新工科建设要求，高等工程教育要着重培养学生大工程理念和系统设计理念。相比较而言，国外一些教材在这方面就比较严谨，比如，螺纹连接强度计算，在描述问题时，应有比较详细的工程背景，包括防松措施、润滑、被连接件具体材料、预选螺纹件标准号，甚至还要求被连接件配合等，问题也比较多样化，不仅仅是强度计算的问题，还体现了系统设计理念，考察更为全面。为此，教师应该在现有教材的基础上编写具有系统设计观念的教材或相关方面的练习题目。

2.2 教学方法及手段方面

教学手段是教学理念是否得以实施的关键，传统的机械设计教学是以课堂讲授为主，是以老师为中心。在新工科背景下的新要求下，对理论和实践教学进行改进，应增加课程的思政教学、项目教学或研讨课，以学生为中心，老师以引导为主。

理论教学可采用线上和线下双管齐下的形式，线下教学主要以原理、技巧和方法为侧重点，不进行详细的公式推导和计算，适当布置课后练习题，以巩固加深为目的，除此之外，教师可通过各种渠道搜集一些具有工程实践性的案例资料作为主要题目，向学生布置任务，引导学生利用MOOC慕课平台、知网及其他一些网络资源解决问题，培养学生解决实际工程问题的能力和自主学习的能力。

实验课和实践课相结合，除了以传统的变速器为题的课程设计之外，还可以采用项目教学或研讨课的形式。在开课之初下发项目题目，题目可以是机电产品机械系统设计方面、机电产品控制系统设计方面、产品外观设计等创新创业设计大赛，课程结束时以答辩的方式进行检验。在此过程中，可以对学生进行专项考察，根据其学习特点进行分组，对理论知识学习比较扎实的学生，可以让其利用SolidWorks、UG、3Ds NAX等软件进行零件图和装配图绘制，并完成仿真模拟；对动手能力较强的学生，可让其利用3D打印或实操进行零件加工并完成装配，这样可以培养学生之间的协调配合能力。除此之外，项目式教学还可以培养学生的自学能力、学习兴趣和科研能力，学生在完成项目题目的过程中会发现很多问题，让其对问题进行独立思考，通过自己查阅资料解决问题，在此过程中学生逐渐建立起自信心和成就感，对学生学习兴趣及创新能力有极大的推动作用。

新工科背景下加强对学生的课程思政教学及其重要，思政教学是现代高等工程教育不可缺少的一部分。授课老师要尽可能挖掘机械设计课程的思政元素，为课程教学引入新内容、新思想、新问题、新业态、新领域、新科学问题，要时刻向学生传递大国工匠思想，增强学生学习的责任感、使命感、荣誉感和自信心，培养学习兴趣，激发创新创业能力。比如，在讲授连接篇中的螺纹连接时，可引入中国古代机械的辉煌，螺纹驱动机构：地动仪机构、木牛马车、多足步行机构等；大国重器——月球车、多足机器人、地震仿真仪等。这样可以使课堂变得灵活有趣，也可以建立学生大国工匠的责任感和自信心。

2.3 师资结构方面

教师作为教学理念的执行者，新工科建设效果的好与不好，教师起到很关键的作用。目前，师资结构存在如下几个问题：老教师工程实践能力扎实，教学经验丰富，但喜欢守旧，接受新事物的速度较慢，对前沿科学不敏感；年轻教师教学经验和工程实践能力不足，但学习能力强，通过各种渠道接触的新事物较多，接受新事物、新知识的速度较快，是新工科建设的潜力股。目前，年轻教师仍不足以挑起教学任务的大梁，还需要成长。

为此，可以构建课程研讨组，将老中青三代教师进行分组，在教学方面，老教师可以对年轻教师进行传帮带，传授教学经验；年轻教师负责搜集和整理最新科技和产业前沿方面的资料，和老教师一起讨论交流，这样既可以提升年轻教师的教学能力，也可以使老教师获得最新教学资料。

除此之外，年轻教师应该利用闲暇时间去一些与专业或课程有关的企业实习，提高工程实践能力；年轻教师还应该积极地与国内外同行进行交流学习，便于知识更新同步。

2.4 教学设施方面

学校应加大实验室和实践教学基地的投资建设，及时更换实践教学设备，加强校企合作，定期让老师和学生到相关企业实习，了解产业新动态，为老师和学生提供良好的工程实践场所。

以上内容是本人关于新工科建设背景下，对机械设计课程教学改革方面的一些思考和想法。新工科建设是实现工程教育强国的伟大举措，实施过程将会很艰难，也不是短时间内就能完成的，但是，我相信经过深入系统地对建设新工科进行研究和实践，我国一定会培养出创新能力强、工程实践能力强、具有较强的国际竞争力的复合型人才。