基于创新设计能力培养的机械设计课程群建设

摘 要：机械设计课程群是机械类专业核心课程群，它对培养机械工程类专业学生的创新能力和创新意识起着非常重要的作用。本文从课程的教学体系，教学内容，教学实践，教学方法，教学评估，师资教师六方面，对基于学生创新设计能力培养的机械设计课程群建设作了探讨。

关键词：创新设计；机械设计；课程群

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.214

1 前言

“机械设计课程群”作为机械工程类学生机械创新设计能力培养的主要课程群，具有重要的地位。按群中各门课程地位，可分为基础设计类、专业设计类、现代设计类三大类课程，每类课程又包含3-4门具体课程。“机械设计课程群”包括课堂讲授及课程实验、课程设计、实习等实践性教学环节。它们在教学内容和方式上会有很多内在与共性的问题。因此，机械设计课程群建设是一个统筹系统的工程[1]。

在当代高等教育中，学生的创新精神和创新设计能力是机械工程类专业学生的核心能力。而机械学生创新设计能力的培养很大程度上决于机械设计课程群学习的情况，因此需要综合起来考虑机械设计类相关课程改革，从教学体系，教学内容，教学实践，教学方法，教学评估，师资教师等各个方面进行全面的建设。

2 机械设计课程群当下的问题

机械设计课程群还存在以下问题：（1）课程群中部分教材的内容比较陈旧，教材的体系不是很合理。课程群中部分课程之间内容重复或不衔接，譬如“CAD/CAM”课程与“三维实体建模”往往在软件介绍时会重复同一个软件的学习。（2）传统教学内容和方法与现代先进的机械设计方法结合得不够，不能适应现代机械产品设计的发展要求。如机械设计课程中的齿轮等工程实例内容繁琐，计算复杂，而企业实际设计中往往采用辅助设计手段，快捷方便而且正确。（3）课程群实践课依附理论课，难以保证人才创新能力培养的需要。另外综合性、设计性、工程性实验项目占比少，理论验证性实验项目占比大，不利于学生创新意识和工程综合素质的培养。如没有开设专门的创新实验及实践课程，系统提高学生创新能力的实践机会较少。（4）部分课程群中的课程设计题目（机械原理课程设计、机械设计课程设计、机电一体化课程设计等），有些假拟题往往脱离了工程实际，导致学生缺乏解决实际工程问题的锻炼机会和能力，不能满足现代企业

对人才的要求。（5）部分课程群课程的教学方法陈旧，不能吸引和启发学生积极开展创新设计。（6）没有完善的创新设计教学基地，缺乏合理的创新设计教学评估考核体系，创新设计课外实践学生积极性有待提高。（7）教师的自身创新设计能力不够，有待加强。

3 机械设计课程群教学改革实践

以培养大学生创新设计能力为目标，针对机械设计课程群建设中存在的问题，可以从以下几方面开展工作。

3.1 修订专业培养方案，完善课程群教学体系

重新修订机械工程类专业的培养方案，建立适合创新能力培养的教学体系。在厚基础知识学习的基础上，开设宽口径的专业教育课程及交叉学科课程，加强学生的实践精神和创新意识的训练，促使学生知识、能力和素质协同发展，使学生具备优秀的的专业素质和创新能力。从现代企业对机械工程类创新人才的要求出发，优化“平台+模块”的创新教育课程体系，开展机械设计课程群的研究，加强课程精品化建设[2]。

为了培养高素质机械创新人才，需要从工程实际出发，重点培养的学生创新设计能力。因此在设置机械设计课程群体系时，应当结合机械设计的创新设计理论及方法，注重高新科技对机械工程创新与发展的影響，增加机械学科发展的新内容、新方向。从机械系统的整体考虑，搭建机械创新设计系列的课程模块：设置“机械原理”、“机械设计”、“机电一体化系统设计”、“机械创新设计”、“现代设计方法”、“CAD/CAM”，“三维实体建模” “有限元分析”等课程，使学生获得创新设计的基本理论与方法。课程模块包含基础设计类、专业设计类现代设计类课程的三个逐步提高的层次，来建设机械设计课程群。上下承接的各层课程群，为学生构建完整的理论知识，使学生掌握扎实的现代机械设计理论与技术。同时通过课程中大量的工程设计实例，为提高学生解决实际问题的能力奠定基础。

3.2 优化课程群教学内容，提高教学效果

通过课程群教师对机械设计课程群各课教学内容的详细解构，重新整合机械设计的先进设计手段、创新设计、创新性综合实验及工程实践等内容，编写新的机械设计系列课程群教学大纲。

（1）开展以“产品设计”为中心的课程群建设。为保证教学的连贯性，教学中开展以“产品设计”为中心的课程群建设，如图学实践中以减速箱轴系部件为绘图对象，进行基本二维图学绘制的练习，工程技能训练中，以整个减速箱测绘来强化对产品结构、公差配合的认识；在机械设计课程设计中以整个设备的传动机构设计为题目，围绕主要传动机构减速器的尺寸及结构设计来强化学生对产品设计的认识。从不同角度对同一产品进行逐步的深入认识，从而掌握产品设计的方法及要领。

（2）强化课程群中的计算机辅助设计模块。现代机电产品的设计已经很大程度上依赖计算机辅助设计。用计算机辅助设计技术连接课程群中的各门传统课程，建立新的课程群体系，会更有利于激发学生的机械创新设计潜力。因此在教改中侧重引入计算机辅助设计的内容。如在《机械原理》《机械设计》课程中设置了计算机辅助设计的学时，购买机械设计手册软件版，各种机构及零件都可以采用计算机辅助机械设计软件进行设计，如图1，既加深学生的认识，又大大提高学生的兴趣。同时购买机械工程师软件，如图2，使学生在计算机绘图设计过程中更易标准化、规范化，大大节省绘图时间，提高学生的绘图的兴趣和能力。还购买3D打印设备，使学生在学习《三维绘图》及进行《机械创新设计》课程学习时能及时把所设计的三维零件打印出来如图3，大大提高了学生的学习兴趣。同时在进行机械创新设计大赛和工程技能大赛时能学生应用3D打印进行创新设计，取得了很好的效果。下阶段准备购买三维机械工程师软件，让学生更快更好的创新设计三维零件及产品。

3.3 灵活运用各种教学方法，调动学生学习积极性

部分机械设计课程群中的课程，尝试了采用多样的教学方法和手段。如课程中引入大量工程实例来强化学生的工程实践能力；部分课堂教学尝试开展翻转课堂教学改革，公开课演示；重新制作课件，丰富课堂内容，如在课堂上播放包含有丰富而生动的学科知识和多种媒体信息的课件、教学录像片、加工现场录以及三维动态机构、实物照片等。

机械设计课程群老师引入中国大学慕课平台，鼓励学生利用网络平台进行学习和交流。如北京航空航天大学郭卫东教授的《机械原理》、西南交通大学的《机械设计》、大连理工大学的《现代工程制图》现在已经有比较成熟及优质的慕课课件。同时利用2017年国家教育部校企协作项目《机械设计》移动信息化教学改革”的建设，开展了课程群中3门课程的蓝墨云班课及云教材的建设。利用学生喜爱的手机移动端蓝墨云班课APP在线学习平台，在课堂上学生和老师实时开展互动，轻松完成签到，在线测试，回答问题等，课后作业轻松上传并实时交流讨论。大大提高了学生学习的自觉性和课堂效率，增加学生对课程的喜爱，教学效果显著提高。

3.4 完善实践教学，提升学生创新能力

从培养学生创新设计能力角度改革原有的《机械原理》、《机械设计》、《机电一体化系统设计》等机械设计课程群的课程设计。设计一批基于工程实际的课程群课程设计题目。课程设计时着力提高计算机辅助设计能力的培养，提倡用计算机辅助设计软件如进行设计及绘图。如采用机械设计手册软件版进行零件的辅助设计，采用机械工程师软件进行快速绘图，采用AMESim 系统仿真软件进行机电液一体化系统设计，大大提高了课程设计效率和质量。采用Pro/E等软件进行三维造型，开展创新设计，进行三维打印制作零件，完成各类大赛中的零件制作，提高学生的动手实践能力。

整合建设创新设计实践基地。本专业建立了能够激发学生的创造性思维开展创新设计及实践的活动中心，建立了机械创新设计中心、CAD教学与培训中心、学生创新活动指导中心（3D打印室、学生创新设计制作中心）三个中心。三个创新基地的建立为学生创造性思维的训练，创新潜能的开发，创新能力的锻炼，创新设计方法的掌握，实践动手能力的提高，提供良好的创新环境。

组织学生积极开展创新设计第二课堂。参加“全国机械设计创新大赛”、“挑战杯”、“全国大学生智能汽车大赛”“大学生工程训练综合能力大赛”等，取得很好的成绩。

3.5 创新评估体系，发挥导向作用

机械设计课程群按照学习过程评估结合目标管理的原则，建立了新的考核规范及其具体的实施办法。建立全面考核学生综合能力（学业水平、科研能力、创新素质等）的评估考核系统。改革机械设计课程群的考核方式，采用形式多样的考核方式：如闭卷、开卷、半开卷，上机、设计论文、实际作品等。强化教学过程中的平时考查，如课堂测试、提问、作业、课程设计、科技论文、创新实验、工程实践、各类项目训练（如新苗计划项目、国家大学生创新计划项目）等，增大平时考查成绩的比重，使考试成为教学的中间环节。课程的考核过程中，强化学生的学习过程的监控及考核，侧重自主学习能力的考核，提高学生在课程中的积极性和参与度。

3.6 加强师资队伍建设，落实研究性教学

建设一支与创新设计教学相适应机械设计课程群教学团队。由学术水平高、教学能力强的课程群责任教师带领，教授、副教授、讲师、实验师等不同层次的教师组成的机械设计课程群教学团队。采用引进或自己培养等方法提高课程群教师的教学水平，鼓励教师走出去调研国内兄弟院校，参加各种与机械设计教学相关的会议，以开拓教师的眼界。建立科学规范的教学研究制度，逐步形成了自由讨论与交流的宽松环境，积极促进教师主动进行课程教学方法的改革和教学内容的更新。

4 机械设计课程群改革的效果

在近几年的机械设计课程群的教学与实践中，机械设计课程群团队坚持以培养学生的创新设计素质为主要目標，从教学内容和教学手段等方面对机械设计课程群进行了积极的改革和探索。通过基于学生创新设计能力培养的机械设计课程群建设，完善了课程群教学体系，完成了课程群中课程的多媒体及网络建设，编写了一批基于工程实际的创新设计实验项目及课程设计题目，大大提高了机械设计课程群的教学质量。为创新设计人才培养模式的形成起到很大的推动作用，为后续各届逐渐普及培养创新设计人才的研究性教学模式积累经验，也为本校其他工科类创新设计人才的培养提供经验。

参考文献：

[1]陈波，张建中.基于CDIO的“机械设计课程群”教学改革与实践[J].教育教学论坛，2012（30）：181-182.

[2]田正琳，周长江等.机械基础课程群研究性教学的新模式与实践[J].长沙铁道学院学报（社会科学版），2012，136（04）：96-98.

[3]胡晓珍.机械设计类课程设计的教学探索与实践[J].机械管理开发，2012（02）：153-154.

基金项目：浙江省高等教育教学改革研究项目（jg2015088）

作者简介：胡晓珍（1971-），女，浙江慈溪人，硕士，副教授，从事机械设计制造及其自动化专业的教学与科研工作。