“机械设计课程设计”多理念融合教学改革实践生

摘要：基于“机械设计/基础课程设计”课程与机械设计课程的理论部分及其他设计实践类课程特点的不同，进行了课程设计教学改革和实践，融合了CDIO工程教育模式、项目教学法、任务驱动式、分层教学法、自主学习教学模式等较为先进的思想理念，摒弃传统教学方法中的不合理做法，采用了传统教学方法和现代教学方法并用的教学手段，分成四个模块，丰富了课程设计的题目及类型，加大了虚拟样机技术在该环节的应用力度，重新制订了答辩与考评方式，形成六个特色，进一步提高课程设计的教学品质。实践表明：改革提高了学生的工程意识和实践动手能力，加强了对学生自主创新能力的培养，提高了教学质量，达到了预期的教改目的。
关键词：机械设计；课程设计；实践教学
作者简介：范雪兵（1976-），女，吉林省吉林市人，东北电力大学机械工程学院，讲师，哈尔滨工业大学宇航空间机构及控制研究中心博士研究生（黑龙江?哈尔滨?150006）。（吉林?吉林?132012）
基金项目：本文系东北电力大学教改项目“基于CDIO《机械设计》课程设计主动实践项目化教学模式探索”的研究成果。
1007-0079（2012）26-0069-02
“机械设计/基础课程设计”是机械类及近机械类各专业学生必修的技术基础课，起到了从理论过渡到实际、从基础过渡到专业的桥梁作用。与其重要性形成鲜明对比的是，课程设计的质量逐年下滑。究其原因主要有：一是教学计划安排的课程设计时间短、任务重，学生普遍缺乏设计经验，学生在短期内不能做到全面考虑问题、确定合理参数；二是课程设计任务单一，不能因材施教，设计方法陈旧，学生的专业技能得不到更有效的锻炼和提高；三是教学手段及考核评价方法单一等。
机械类人才教育越来越关注如何最大限度地提高人才培养对高速的社会发展与技术变革的适应能力。为培养造就创新能力强、社会适应能力强的高质量工程技术人才，促进课程设计教学质量稳步提高，“机械设计/基础课程设计”的教学改革势在必行。

一、多理念融合教学改革的主要思想来源

近年来，全国各级各类院校及教育研究机构对“机械设计及其课程设计”的教学改革进行了各种有益的探索，[1，2]这里融合多种较先进的改革理念，基于“机械设计/基础课程设计”课程与理论部分及其他设计实践类课程特点的不同，形成多理念融合教学改革方案，以提高课程设计这类实践教学环节的教学质量，达到教学目的。

1.理念来源一——CDIO工程教育模式

CDIO（Conceive、Design、Implement and Operate）提倡的是“做中学”的教学模式和“以工程为导向”的教学方法，尤其适合于工程性较强的专业课程“机械设计”的理论及实践教学。CDIO可以说是一个系统工程，一是以产品和系统从研发到运行的生命周期为载体，它强调方法，强调实践；二是让学生以主动的、实践的、课程有机联系的方式学习工程，强调的是其彼此间的方法联系，这是整体性、系统性的深刻体现。[3，4]

2.理念来源二——项目教学法

以项目为载体，把新知识点分解，融入到项目的各个环节中，最终使学生能够根据所掌握的知识设计出一个完整的项目解决方案。在项目教学中，教师通过对问题的深化和扩充，进一步拓宽学生掌握知识的广度和深度，从而达到培养学生实际操作能力的目的。在项目教学法的所有环节中，项目的确定与分解是最基本的、最重要的。[

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5]

3.理念来源三——任务驱动式

这一教学模式是建立在建构主义教学理论基础上，师生共同参与，将新知识隐含于任务中，学生在具有明确的任务驱动下，自主地学习和应用知识，实现教学目标。[6]学生是主体，教师在任务实现过程中起指导作用。具体过程可分为任务设计、布置和实施步骤。

4.理念来源四——分层教学法

将教学对象按相关影响因素分成若干不同的教学层次，针对不同教学层次提出教学目标，并采用相适应的教学手段，完成教学的最终目标。[7]对机械专业实践类课程，可从选题、学生、评价标准、教师的指导等方面进行分层，将难度系数和区别度系数的概念扩展到系统的层面上。

5.理念来源五——自主学习的教学模式

教学模式改革成功的一个重要标志就是学生个性化学习方法的形成和自主学习能力的发展。[8]这种教学模式以学生为中心、学生积极参与、自主管理自己的学习，教师在教学过程中进行宏观调控，给予学生在学习策略上的指导，以使学生具有可持续发展和终身学习的能力。

二、多理念融合教学改革的主要内容

将“机械设计/基础课程设计”所涵盖的内容进行模块分解，形成设计选题、教学方法、设计方法、考评方式四大模块。

1.模块一——设计选题

课程设计选题合理与否，是课程设计改革各环节的重中之重。
（1）选题的综合性。设计题目能充分反映“机械设计/基础课程设计”的教学主要内容，让学生掌握机械设计的基本方法和步骤，学会综合运用所学课程（如工程力学、材料学、公差与工艺、机械制图等）的基本知识和基本理论。课程设计题目的分配可在理论课讲解之初即选定。
（2）选题的实用性。采用项目教学法，通过校企合作方式，掌握企业对知识的需求，与企业技术人员共同以企业真实工作任务为课程“主题”，所选题目应对学生专业能力、专业思想有一定的培养和促进，还能激发学生的兴趣。部分选题可作为学生毕业设计或机械创新设计大赛的备选题目，使课题有延续性。
（3）选题的层次性。对课程设计题目设定难度系数，以适应学生不同层次的知识需求，实现因材施教。

2.模块二——教学方法

摒弃传统教学方法中的不合理做法，采用了传统教学方法和现代教学方法并用。教学方法的改革体现在如下几个方面：
（1）教学主体多元化。改变传统教学中仅以学生为教学主体的情况，教学主体除学生外，也可以是教师、公司或工厂。教师不再仅是“教”，同时也在“学”；公司或工厂在这一过程中有效参与。（2）先分散后集中的理实一体的教学方式。在教的层面，教师讲课时结合设计课题有目的地进行引导，将课程设计的关键知识点分散到理论课的各章节、作业和答疑辅导中，即采用先分散后集中的理实一体的教学手段，教师对学生掌握知识的程度了解更加准确和深入。在学的层面，学生带着任务主动学习，利用整个学期的课余时间进行准备、思考，充分酝酿。在设计周中，学生有较充裕的时间循序渐进地进行设计、绘制装配图及零件图、编写设计说明书等等，以高效完成课程设计。

3.模块三——设计方法

现代设计方法的引入包括设计理念，如绿色制造、并行设计等引入到实践环节当中；还包括设计手段的引入，如利用机械专业常用件平面绘图类软件AutoCAD、CAXA，三维设计软件Pro/E、UG、SolidWorks等，动力学分析软件Adams，有限元分析软件Ansys、Nastran等的计算机软件的辅助设计功能和虚拟样机技术的引入。鼓励学生使用计算机辅助设计软件建构三维模型，建立虚拟样机，实现运动和装配仿真等。实现复杂问题简单化、抽象问题直观化，深化对工程实践类问题的认识，增强学生利用现代化手段进行机械创新设计的能力。

4.模块四——考评方式

课程评价手段的改革，从注重理论学习结果的评价转向工作任务完成过程的评价，从单一评价转向多重评价。
答辩过程分三个阶段三种方式进行，三个阶段分别为准备性评价、过程性评价和终结性评价，这三个阶段和课程设计的顺序过程相吻合；三种方式是自评、互评、指导教师评定。以激励为主，可操作性强，消除学生对答辩仅是考核手段的片面认识，专业技能在答辩过程中得到更进一步的提升。

三、多理念融合教学改革的主要特色

1.任务驱动

围绕任务展开学习，以任务的完成结果检验和总结学习过程等，使学生主动建构探究、思考、运用、解决的实践学习体系。

2.先分散后集中的理实一体教学模式

在两至三周时间内集中完成课程设计，教学效果不理想。基于此，将传统的集中式教学模式改为先分散后集中的教学模式，将理论和实践相融合。

3.分层教学

将“机械设计/基础课程设计”的具体任务分解为基础性任务、提高性任务、拓展性任务三个不同层次的任务，适应性强，使不同层次的学生都能根据自身学习基础得到发展。课程设计题目分层、学生分层、评价标准分层、教师的指导分层。

4.虚拟样机技术的应用

在课程设计中分步骤分层次加入三维实体建模及相关动力学分析，在设计方法上更进一步应用虚拟样机技术。

5.过程性考评方法

改变传统的“图纸+答辩”、以教师为中心的考评方法，以学生为中心，形成“过程性”考核评价体系。使准备性评价、过程性评价和终结性评价三者有机结合，使内容更加细化、具体化，更具可操作性。

6.课程后延续培养

课程设计与毕业设计、机械创新设计大赛相结合，课程教学过程针对有创新潜力的学生，利用业余时间对他们进行指导，进行课程后的继续创新活动。

四、多理念融合教学改革的教学组织步骤

1.准备阶段

该阶段以课程设计选题、教学手段、虚拟

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样机技术应用和答辩与考评方式四个子模块进行形成和完善。

2.试行阶段

先在本校机械专升本的课程设计过程中进行，传统方法与教学改革方法并行，形成有效的比较分析数据，并进行评价和改进。课程设计时，将学生分成两批，第一批结合虚拟样机技术完成课程设计，设计题目分层次进行，在理论课讲解之初进行选定；第二批按传统方式进行。从设计时间、设计质量、学生认可度、其他教师评定几个角度来进行分析。

3.推广阶段

逐步逐层在机械及近机械类“机械设计/基础课程设计”中推广，并形成有效的反馈，最终形成较为完善的多理念融合的教学改革报告，丰富教学改革的理论体系，为其实践操作提供依据。

五、课程改革实施的评价分析

通过采取各种有效措施对“机械设计/基础课程设计”各方面改进后，学生完成课程设计有效可利用时间增加，学生出勤率得到了提高，任务目标理解更为透彻，虚拟样机技术得以应用，对评价方法认可度增加，学生的学习积极性和求知调动得更为充分。从教学效率上来看，学生完成课程设计时间有所缩短；从教学效果上来看，课程设计质量有所提高；同时专业指导教师的业务能力得到进一步提升。
在取得一定效果的同时，也出现了一定问题。其中选题设计的合理性较为突出，这主要受课程组指导教师及相关技术人员的知识所限，有待于专门进行更系统化的研究。

六、结束语

在教学改革过程中，一个很重要的问题是传统课程如何改革，不论是教学内容、教学方法和手段的改革，还是教学思想的转变，都将对学生综合素质的培养和工程设计能力的提高起到非常重要的作用，对于“机械设计/基础课程设计”的改革，要注重系统性和整体性，[9]拓展设计实践类课程体系教学改革的思路。
参考文献：
邹慧君,杜如虚.美国机械工程专业设计课程改革动向及其启迪[J].教学与教材研究,1998,(6).
何文明.我国职业教育教学方法研究述评[J].职业技术教育,2011,
(25):41-46.
[3]杨叔子.谈谈我对“CDIO——工程文化教育”的认识[J].中国大学教学,2008,(9):6-8.
[4]曹秒艳,卢秀春.基于CDIO模式的机械系统设计课程体系整合与创新[J].科技资讯,2011,(1):170-171.
[5]莫丽萍,艾灵仙.项目驱动教学法在《Pro/E 机械设计》课程中的应用[J].江西电力职业技术学院学报,2011,(1):82-85.
[6]辛绍杰.基于任务驱动的机械创新设计课程的教学探索与实践[J].中国科技信息,2011,(9):263-264.
[7]高琳.“分层教学法”在《机械设计基础》课程设计中的应用[J].科技创新导报,2011,(32):184.
[8]徐凤亮,史斌斌,黎明.自主学习教学模式的优化设计[J].职业技术教育,2011,(23):42-44.
[9]吴宗泽.运用系统工程方法改革机械设计教学[J].清华大学教育研究,1986,(1):23-26.
（责任编辑：宋秀丽）