新工科背景下基于创新能力培养的《机械设计课程设计》思政教学改革与实践

杨小高 丁德琼

1.湖南文理学院机械工程学院 湖南省常德市 415000 2.湖南财政经济学院 湖南省长沙市 410000

1 引言

在新一轮科技革命与产业变革之际，国家出台了：一带一路、中国制造·2025、大众创业，万众创新等一系列战略决策。为主动迎接产业、科技革命，教育部在2017 年开始积极推进“新工科”建设工作，形成了“复旦共识”、“天大行动”与“北京指南”，为我国新工科教育揭开了序幕[1-3]。与传统的工科教育相比，新工科教育更强调对学生工程实践能力和创新能力的培养[4-5]。

《机械设计课程设计》是机械类专业的重要的实践环节，要求学生能综合运用《机械原理》、《理论力学》、《材料力学》、《公差配合与测量技术》等多门课程知识进行工程实际产品设计。该环节所涉及的知识面广、理论性强、内容复杂，是提高新工科学生的创新能力与实践能力、培养工匠精神和团队合作精神的重要环节。该环节的切实有效推进将有助于激发学生的创作激情，在实践中引导学生主动发现问题，运用所学专业知识解决问题，培养新工科学生的探索精神、创新思维等能力。

随着近年来普通高等院校扩招、合并以及转型发展，机械专业的学生数量增多。在《机械设计课程设计》的教学过程中发现学生素质参差不齐、学习积极性不高，空间想象和动手能力弱，补考、重修比例居高不下的问题突出。如何在新的时代背景下培养出具备扎实的机械设计理论知识和创新能力的新工科人才，已经成为《机械设计课程设计》教学与实践过程中迫切需要解决的问题。《机械设计课程设计》具有理论知识抽象，实践性强，与工程实际结合紧密的特点。创新意识和创新能力的培养不仅在课堂需要学生能够学到扎实的基础理论和宽厚的专业知识，而且要经过实践环节让学生获得一定的实践感知，增强创新意识，激发其创新潜力。从历届学生进行该课程的学习情况来看，通常表现出懈怠、退缩的情绪，缺乏动力，机械设计理论知识比较狭窄，实践知识相对欠缺，设计能力弱等问题，难以满足新工科背景下对创新能力培养的要求。课程思政的引入，为积极推进学生创新能力的发展，提供了强劲的思想指引和动力。课程思政之主旨，是强调高校的所有课程都要融入能够引导学生树立正确价值观和世界观的内容。一门专业课程就犹如一门“思政课程”，要用思想政治理论教育的思维来处理专业知识点、组织课堂教学内容，充分挖掘蕴含在相关专业知识点中的育人要点[6]，推动学生的全面发展。自2017年“课程思政”被纳入中央《关于深化教育体制机制改革的意见》，并从地方实践探索转化为国家战略部署以来，国内教育工作者进行了深入思考和探索，结合各课程特点进行了大量的研究。何丽红、刘兰等介绍了机械原理课程思政教学建设实践，分析了课程中的德育素材并进行了案例展示[7]。王会、孟俊焕将课程思政元素融入《机械设计》的教学过程，对《机械设计》课程的思政课程建设进行了探索[9]。虽然“课程思政”的观念日益深入人心，但从现有的探索成果来看，可复制、可推广的改革建设方案尚未形成。本文就机械专业的重要实践环节《机械设计课程设计》进行教学改革，将思政作为学生能力提高过程的思想指引，克服懈怠、退缩等畏难情绪，结合专业课程特点设置主题、实践阶段与考评机制，以期提高学生的理论知识、培养创新思维和团队合作精神。

2 机械设计课程学习过程中的现状及存在的问题

2.1 机械设计课程教学的现状

《机械设计课程设计》是理论知识运用到实际工程的实践环节。通过该过程，让学生增强感知认识，学会理论知识的工程运用，以及创新意识、创新思维的培养。从近些年来的教学实践，学生表现出积极性不高、退缩、畏难等现象，有些学生理论知识缺乏，甚至存在毫不在意、漠不关心的情绪。《机械设计课程设计》环节是机械专业学生工程实践能力和创新思维培养的主要战场，学生的消极懈怠为创新专业技术型人才的培养增加了难度。为此有必要进行分析并提出解决方案。通过对近年来学生在课程设计过程中的行为分析，主要体现出如下现象：

2.1.1 《机械设计》理论知识不扎实

在理论知识学习阶段，没有打好基础，导致后期指导实践环节的知识储备不够，无法实现由理论指导实践，再由实践验证并深化理论知识的学习循环过程。

2.1.2 学习兴趣不高，动力不足

在学习和实践环节，有部分同学没有认识到《机械设计课程设计》的重要性，感受不到本门课程与生活、工作的意义，更没有意识到个人的学习与国家的发展、安全的关系。

2.1.3 面对课程设计任务书没有头绪

《机械设计课程设计》是机械专业学生综合运用几何制图、机械原理、机械设计、理论力学、公差与配合等多门课程知识，进行设计、分析、计算、绘图等方面的工作，具有较强的工程实践背景。该过程也是学生初次接受设计任务，进行实践的环节，如果没有良好的基础知识，往往表现出束手无策的现象。

2.1.4 专研精神缺乏

在设计过程中，部分学生面对困难，往往采用拖延的方式来应对，不主动查阅资料和向老师以及同学请教。缺乏专研和独立解决问题的信心和勇气，遇到事情得过且过的思想严重，导致整个实践环节没有得到很好地利用，个人的能力和创新思维得不到锻炼。

2.1.5 创新思维与创新意识不强

在《机械设计课程设计》实施过程中，部分学生往往借助于设计手册、设计图册，通过改变部分尺寸的方式完成设计。对于机构的选择、运动分析、方案的选择和分析等内容没有得到有效训练，创新思维和意识没有得到培养。

2.1.6 部分同学存在抄袭情况

有些同学由于基础薄弱，跟不上大部分学生的训练难度，难以完成课程设计任务书给定内容。如果给定学生相同难度的任务，这部分学生很难达到要求，从而采用放弃该环节的训练而抄袭别人的设计。这为毕业设计以及最终的毕业造成了困难。

如何针对这些课程学习过程中出现的问题，进行教学模式和方法的改革，一直是从事机械设计课程教学的痛点。随着思政课程的开展，这为该项问题的解决提供了新的途径。

3 课程思政下的《机械设计课程设计》教学模式改革

3.1 教学模式的改革

《机械设计课程设计》的创新思政教学改革，以期培养出新工科教育下的创新能力强、思想素质高、专业精神好的专业技术型人才。通过思政素材的教育，在教学与实践环节中，给学生在思想上进行指引，克服懈怠、退缩的情绪，增强责任感与使命感。密切结合生活、社会、学习设置实践环节的主题、环节、点评与考评机制，促进学生创新能力的提高；让学生深切感受到专业知识与技能对生活的便利和工作效率的影响。课程思政下的《机械设计课程设计》教学模式改革需要考虑：

3.1.1 《机械设计课程设计》的创新思政教学改革与实践环节的设置

通过对不同层次与能力的学生设置不同难度和内容的学习主题和实践环节，让学有余力的学生与创新能力不足的同学都能得到有效提升。

3.1.2 创新点的设置

在方案设计、结构设计阶段，通过提供不同的解决案例与思路，启发学生积极进行创新思维，从而引导学生创新点的凝结。在创新过程及时给予点评，激发学生的创作热情。

3.1.3 考评点与考核机制的设置

对《机械设计课程设计》的创新能力提升的方案设计、结构设计关键环节设置考评点；对功能设计、执行机构设计、传动机构设计、运动仿真环节设置阶段性考评。通过该过程的进行，提高学生的获得感，增强创新意识。

3.1.4 思政题材的融入与效果考量

思政教育旨在对学生退缩、畏难等驻足不前的情况下进行思想上的推进，需要摆脱单纯的说教，需要将课程思政的“盐”融入专业课的“水”，使之入水有味而无痕。这也是《机械设计课程设计》实践过程中，需要解决的问题。

3.2 《机械设计课程设计》教学内容的改革

（1）学生实践创新能力情况调查与影响因素分析。通过历届学生的《机械设计课程设计》的效果来看，大部分同学通常表现出知识面窄、理论联系实际的能力不足、缺乏主动解决问题和分析问题的能力、创新意识淡薄。为了提高学生理论联系实际，进行创新设计的能力，需要对学生实践创新能力情况调查与影响因素分析，切实提出解决方案。（2）与本课程结合紧密的思政素材收集。《机械设计课程设计》历时时间长、设计的环节较多，需要收集各个阶段的思政素材，分析课程融入思政题材类型、融入点、融入的效果。（3）节点点评与中期、终期相结合的考评机制分析与建设。通过对前期课程设计的分析发现，阶段性任务设置、实时效果点评与节点考核能有效激发学生的创作热情。为此，建立一套与《机械设计课程设计》相适应的点评考核机制也成为重要的研究内容。

4 项目研究与改革总体实施方案

本课题将围绕现状调查、思政材料融入点、教学资源整合、教学环节设置、品性与专业素质培养、时效与综合评价体系构建等环节展开。

4.1 对学生实践不理想进行调研

对《机械设计课程设计》实践环节中学生积极性不高，补考、重修比例居高不下的原因进行调研。

4.2 结合思政题材，整合教学资源和环节

针对《机械设计课程设计》课程的学科导向教学模式中，教学形式单一，教学内容零散，理论知识整体性不强，实践能力和创新能力难以发展等知识结构，融入思政元素，按照创新设计的过程来组织理论知识的学习，将陈述性知识与过程性知识整合、理论知识与实践知识整合。在教学内容上，以实际应用带动理论知识学习为主、以适度够用的概念和原理的理解辅开课程的教学与实践环节。

4.3 对学生进行分层教学

根据学生的认知心理顺序和设计工作过程，结合思政材料，设置智慧家居、美好家园、社会服务、梦幻课堂、幸福生活、珍爱生命、绿色与环境、健康与爱心、自然与和谐九大实践情景，对学生进行分类分层培养。

4.4 设置任务节点，注重过程培养

指导老师根据实践进展，实时跟进，及时了解学生动态并指导。整个培养过程主要集中在四个方面：①哲学思维培养，②个人品性培养，③创新意识与激情培养，④创新型专业素质的培养。

4.5 评价体系建设

按照技能与专业素养过程培养，设置任务节点、任务内容。通过设置任务，实时进行考核和点评，激发学生的创作激情。《机械设计课程设计》的体系构建如图1 所示。

图1 《机械设计课程设计》思政教学改革体系

通过近5 年的实践，经过培养与训练的学生，在参与工程训练综合能力竞赛和大学生机械创新设计大赛，学生参与工程训练综合能力竞赛和大学生机械创新设计大赛，获得国家级奖项10 项，省级奖项16 项，授权实用新型专利9 项，发表教改论文3 篇，学生发表论文2 篇，获批教改项目3 项，获批省级、国家级大学生创新创业项目3 项；在学生的参与下，完成高性能搅拌摩擦焊接设备开发与应用，获得湖南省科学技术进步奖三等奖，授权发明专利多项。本成果已取得了令人满意的推广应用效果。

5 结语

随着国家科学技术的发展，国家对掌握专业技能，具备工匠精神的爱国创新人才的需求越来越急迫。通过思政教育与专业课程的学习推动高等教育的健康和可持续发展，提高高校教育教学质量、促进高校科学化管理、提高工作效率等都具有十分重要的意义。