基于专创教科融合的机械设计教学策略

李宏艳

[摘           要]  《中国制造2025》中明确提出：新一阶段的科技和产业革命已经逐渐到来，它不仅是推动全球科技创新的重要助力，而且是信息技术和制造业相融合的产物。适当的革新发展方法作为我国未来发展的重要战略以及“创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化”等的基本方针，很大程度上对人才的重要性进行了肯定，同时也对培养人才方面提出了一定的要求。但由于传统机械设计教学模式已经跟不上高校“新工科”的教学要求，所以应将学生的专业教育和创新教育、教师教学模式和科研进行有机融合。

[关    键   词]  专创教科融合;机械设计;工程能力;创新能力;教学改革

[中图分类号]  G712                 [文献标志码]  A              [文章编号]  2096-0603（2021）18-0094-02

从我国机械行业角度来看，过硬的机械设计能力应用和现代信息管理技术是我们必须要掌握的，不光如此，先进的思想、优秀的创新能力、快速应对和解决临场问题的能力、顺应时代发展和能够熟练操控现代工程设备等能力，都是我们现在，甚至未来很长一段时间内培养的人才需要具备的能力。而综观我国如今高校教育情况，相关专业的应届毕业生基本都存在工程实践能力差、创新能力不佳、过于注重理论等问题，这就导致当代毕业生很容易与市场需求严重脱节，同时这也说明我国的人才培养模式和质量已经落后于经济发展和产业升级的需求。特别是在学生学习机械设计时，受传统教学方式影响，教师大多数的教学方法和内容已经跟不上现代素质教育的诉求，加之学生的专业研究和创新能力、教师教学和科研完全脱节，导致很多学生的工程能力和创新能力得不到很好的培养，因此教学成果与教学目标的差距越来越大。伴随上述问题的出现，我们应该对传统教学模式做出适当变革，更好地将学生专业教学和创新教育相结合，同时也将教学内容和科研进行结合，尊重学生在课堂中的主体地位，重点培养学生的工程能力和创新能力，教师要努力在机械设计这门课程中加大创新和实践教学的比重，这对培养全方位的综合性人才来说有着至关重要的作用。

一、传统机械设计课程教学模式存在的问题

在机械专业中，机械设计是一门基础性专业课程，这门课程是在工程图学、机械原理、公差与配合和机械制造工程等课程之后所要学习的实践性课程，在该门课程中，学生需要对已经学过的知识进行综合性应用，致力解决一些较为复杂的实际工程类题目和创新题目，对学生理论结合实践的能力有较大的帮助。但是上文提到过，传统的教学模式已经不能满足当代素质教育的需求，学生解决实际工程问题的能力和创新能力得不到良好的训练[1]。因此，对专业课和毕业作品进行设计时，问题基本都主要反映在：对设备方案的分析不足、无法清晰明确地指出设备各部分的特点和具体构造、机械基础不够牢靠等。

深入探究其原因，发现现如今的机械课程教材中，每个章节都只是顾着讲解机械零件各个部分的构造和设计方法，并没有配套的工程实例和应用背景以做详解，与理论和实践能力的培养没有多大的关联，而且各个章节彼此的联系不够紧密，这非常不利于学生形成属于自身的知识体系，同时教材在学术和技术上更新得过于缓慢，甚至还在学习市场上已经淘汰的机械，这就导致学生学完之后完全不知道怎么实际应用。虽然教材对理论知识的讲解较为详细，但并没有给出学生在面对实际问题时所需要的方法，造成学生在遇到问题时不知道从何入手，至于解决办法更是摸不着头脑[2]。学生在遇到实际工程问题的时候，都会下意识地利用教师所教授的计算公式，生搬硬套在各个步骤当中，在此过程中学生并没有产生兴趣和热情，只是为了完成学习任务而学习，在这种教学模式下，长此以往，学生的创新能力很难得到有效提高。

二、基于专创教科融合背景下的机械设计课程教学任务

美国知名教育家、心理学家布鲁姆联合其他研究者在20世纪50年代提出了著名的教育目标分类法，创造性地将教育目标分成三大领域，即认知领域、情感领域和动作技能领域。其中认知领域又分为识记、理解、应用、分析、综合和评价六个方面。前三个方面被划分为低层次的认知，后三个方面为高层次的认知。而我国传统教学通常注重学生对知识的记忆程度、理解程度和利用已学知识处理简单问题，比较倾向于低层次发展的认知[3]。因为高层次能力长期得不到重视和发展，学生无法意识到已学知识的价值，很多学生都是为了应付即将到来的考试而采用瞬间记忆法强行记住一些知识，当考试完成后，这些本应该发挥极大作用的知识很少能有学生长期保留。

因此，当代教学模式不应该停留在过分关注对低层次知识的记忆和基本应用上面，而是要把注意力转投在加强培养学生解决復杂问题的能力上面。由此我们可以总结出：在进行机械设计课程的实际教学过程中，要有针对性地设计机械设计课程的高层次教学目标，具体来说就是在完成知识获取的同时，主要依靠实际应用、学习兴趣和学习能力来实现教学目标，着重培养学生的学习能力。这当中，所谓基础知识主要指的是学生所必须掌握的知识，这是实现教学目标的根本所在。

三、基于专创教科融合背景下的机械设计教学实践策略——以工程设计为案例

（一）简化教学内容，明确教学目标

机械产品设计，是通过分析、综合与创新而开发出能满足某些特定要求和功能的机械系统的过程。这个过程的难点在于教育目标的高层次体现。机械设计课程教授的是机械通用零部件的设计、计算的具体知识及初步的设计过程，难点在于课程实践性强、应用的知识点多，学生在有限的时间内难以做到全面的识记、理解、应用，更不要说高层次的分析、综合和评价教学目标[4]。机械产品的设计目的，主要就是在一系列的创新和分析过程中，制造出能够适应市场具体需求和特殊要求的机械系统。这其中较为困难的则是教育目标的高层次体现。机械设计这门课程主要是让学生了解各个零部件的设计、计算过程和设计过程，这对学生的实践能力要求较高，而学生往往很难在短时间内将诸多复杂、零散的知识点通通牢记，连知识点都记不住，就更不要提完成高层次的教学目标了。正因为如此，在针对机械设计进行教学时，应该将工程设计作为案例来讲解，着重分析工程设计的制造过程和设计理念，为学生提供学习情境，综合工程设计制造方面所讲解的知识，从根本上将理论和实践相结合，目的在于让学生更深刻地体会工程设计的过程，全方位培养学生的逻辑思维能力、艺术格局，层层递进，使教学活动稳步推进，继而有效完善课程的教学体系和知识体系，让学生在获取知识和懂得应用方法的同时，真正意义上实现教育目标的高层次方面[5]。

（二）融合专业学习和创新实践

现代的机械设计具有理论性、创造性、广义性和优选性的特点，在传统的机械设计教学模式中，教师在授课的过程中经常出现模仿、类比的设计方法，导致学生也照葫芦画瓢，这在很大程度上限制了学生的想象力和创造力。其实机械设计的核心在于创新，设计的本质就是想象、创造、实践的过程。因此，教师在进行教学的时候，一定要融入创造性的教学方法，让学生更好地感受机械设计的真正魅力。例如，在教师提出一个设计方法后，可以让学生进行分解，了解设计原理等，然后进行完善和改造，使这个设计更加方便。在这个过程中，就要求学生既要掌握专业知识，又要很好地运用专业知识[6]。教师要学会将专业与创新融合到课堂当中，让学生掌握专业内容的同时，培养创造力和想象力。在内容梳理方面，教师要引导学生从整体出发，系统地将专业知识整合为机械设计总论、连接、机械传动、轴系零部件四大板块，帮助学生理解理论知识内容，培养设计的思维能力和逻辑能力，只有这样，学生才能够更好地创新和创造，并通过整合专业知识，更好地理解这些知识应该如何应用，也为实践和创新奠定良好的理论基础。

（三）融合教学过程和科研活动

在教学过程中将创新与科研融合在一起，不仅能够给学生更多自我发挥的空间，同时还能够提高学生自主学习、自主思考、自主解决问题的能力。机械设计的最高教学目标就是让学生学会分析工程装备，能够评价出设计的好坏，发现设计中存在的问题并找到解决和完善的办法。要达到这些目标，就要求学生能够在完全掌握课程基础知识的前提下，构建知识体系。在教学过程中，教师提出任务要求，学生可以自由创新、研发。遇到问题，学生可以分组自由讨论解决办法，教师只负责协助和指导，让学生在安全的情况下解决问题，这样不仅极大地提高了学生的实践能力和动手能力，同时也提高了学生的自信心，让学生敢做、敢想、敢说。只有做到这三点，才能促进学生大胆创新、大胆设计。教师将设计案例分为四个板块：将产品设计的表达、设计等知识点，构成工程图知识体系;将方案设计、工程计算以及结构设计等知识点，构成机械设计知识体系;将工艺加工、零件制造和产品的装置配件等知识点，构成机械制造知识体系;将结构创新、方案创新等知识点，构成机械创新知识体系。这样一来，以一个工程设计为主线，就可以帮助学生系统地归纳所有的知识点，同时也能让学生更好地理解理论知识，将理论与实践有机结合起来[7]。当学生拥有了完整的知识体系后，就可以很好地对产品设计进行分析、综合和评价，从而实现机械设计的最高教育目标。

作为机械专业最重要的一门基础课程，机械设计在整个人才培养体系当中都占据着主导地位，然而，传统的教学方法和教学内容已经不再适应如今的教育目标和要求。想要培养出工程实践能力强、创新能力强以及具备国际竞争力的高素质人才，就必须改变传统的教育模式。

参考文献：

[1]曹宪周，王明旭，晏丽.基于专创教科融合的机械设计教学研究[J].高教学刊，2020（7）：96-98.

[2]戴飞铭，舒良荣.基于商业计划书模塊构建高职机械专创融合实践教学体系[J].科技创新与生产力，2020（6）：38-42，46.

[3]曹宪周，王明旭，张海红，等.基于专创教科融合的过程装备与控制工程专业建设研究[J].高教学刊，2020（6）：24-26.

[4]赵亚翔.文科高校本科教育的“专创融合”：框架建构与教学实践[J].西南政法大学学报，2019，21（4）：118-129.

[5]付华，于刚，杨治刚，等.新工科专业建设背景下专创融合体系建设与实践：以石家庄铁道大学无机非金属材料工程专业为例[J].河北农业大学学报（社会科学版），2019，21（6）：45-50.

[6]孙守强，尹成波，苏玉梅.应用型高校跨学科专创融合的实践研究[J].文存阅刊，2019（15）：188，189.

[7]段辉琴，沈晓平.应用型大学专创融合的模式、路径和方法探索：以北京联合大学生物化学工程学院为例[J].北京联合大学学报（自然科学版），2020，34（4）：7-13.

编辑 郭小琴