基于项目意识的机械实践课程成果实物化教学改革探究

程立艳，周亮亮，刘景景，孙小燕，袁 力

（池州学院 机电工程学院，安徽 池州 247000）

0 引言

机械实践课程教学是机械专业课程体系中重要的实践性教学环节。机械实践教学课程体系涉及面广，主要包括实验类、实习类、实训类、课程设计类等工程实践和毕业设计（论文）等课程，并与企业合作开展实习、实训。多数高校的机械实验类课程都基于课程配备了与实验项目相关的机械实物或模型供学生直观地学习研究；机械实习、实训类课程也配有多种机械设备用来制作课程成果的实物或模型。然而机械实践课程往往受传统教学模式和方法的影响，设计类课程仍然延续着重理论轻实践的传统思维，设计题目及设计手段单一，设计计算的最终结果往往是图纸形式，不够直观，也无法验证，再加上实践仪器设备不够先进，有工程背景的实践教师少等诸多因素的影响，在推进机械专业实践教学改革中，很多地方性应用型高校机械专业的实践教学仍属于薄弱环节，在机械实践课程教学方面仍存在一系列的问题。

通过优化设计选题、优化设计手段及将设计成果实物化引入机械实践课程的教学环节中，使学生基于项目意识选择贴近工程实际的题目，结合现代化设计手段设计分析，并制作出设计成果的实物或模型，直观感受设计成果是否可行，从而大幅度提高学生的实践动手能力和工程应用能力。

1 传统机械实践课程实物化教学面临的问题

1.1 课程教学内容缺乏项目意识、题目种类单一

目前，机械课程设计类教学设计内容缺乏项目意识且与生产工作实际脱节，设计题目及其完成模式常年不变，设计内容往往针对一些典型实例的不同性能参数，学生分组进行，这种方案虽能基本满足机械实践课程的教学要求，但由于实践课程题目种类单一，设计参考资料又比较多，所以常常出现设计方案雷同、设计质量不高等问题，甚至会出现全班或者半个班级的学生同时做一个题目，这样导致部分同学自己并没有拟定方案，甚至有学生根本没有动脑就直接抄袭，缺少主动参与的热情，没有得到应有的锻炼，更谈不上通过机械实践类课程培养学生动手能力及创新能力。

1.2 课程实践过程中学生缺乏自主性

目前，多数高校的实践教学设备不足，难以保证每位学生自主操作的机会和时长，导致课程实践过程缺乏自主性，而且绝大多数企业的生产设备优于高校的教学设备，导致学生实际动手能力与企业实际生产脱节，学生的综合素质能力达不到生产企业的要求。

由于师少生多，在机械实践课程环节中，大都是多人一组，分组进行实践，而且学生学习态度和水平参差不齐，部分学生按照指导书“步骤式”完成实践内容，走马观花，存在应付思想，只看到表层现象，不去思考实践内在的运行原理。

1.3 成果设计手段相对落后

传统的机械实践教学通常采用图解法和解析法完成机械结构的设计与分析。图解法清晰、直观，但作图复杂、工作量大、精度低、效率低。解析法不直观且工作量较大，主要是根据计算公式得出设计结果，而计算的结果是以数字的形式显示，使设计变得枯燥，吸引不了学生的兴趣，最后设计结果只停留在书面报告和图纸上，学生不能直观地感受到自己的设计成果，对自己设计的机械结构是否可行也不得而知，导致学生的主观积极性较差。

1.4 成果缺少实践验证环节

成果实物化的校内实践条件不足往往导致设计成果缺少验证环节。

（1）工程背景教师少

大多数应用型高校教师的工程背景可以满足专业教学需要，但大都缺少具有丰厚工程背景又有学术水平的“双师”型、“双能”型教师[1]。实践教学的教师虽然理论知识渊博，科研功底扎实，大都是研究生毕业之后直接到校工作，工程实践经验比较薄弱。另外，科技发展迅速，能够让教师与时俱进地真正“走出去”进修实践的校企合作机会少，合作缺乏深度。

（2）校内仪器设备不足

机械类仪器设备更新换代快、价格昂贵，高校教学设备经常更新换代也不切实际，使得多数应用型本科院校实践设备资源不足，缺少先进的生产型机床设备。即使学生自主完成方案设计，若很难自主加工制造课程成果实物或模型，由于缺少实践的验证环节，学生难以判断方案正确与否，也很难更好地调动学生的积极性，不利于学生能力的培养。

2 基于项目意识的实践课程教学改革

2.1 教学内容项目化、多样化

（1）建立项目式多样化课程实践项目库

1）规划设计接近工程实际的项目，串联专业知识，由简单到复杂，由单一到综合，从低级到高级，能力进阶的实践项目体系。

2）积极鼓励学生基于项目意识进行团队协作，参与机械专业相关的学科竞赛，如结合企业的生产或科研需求的校企合作项目、教师的工程研究项目、大学生创新创业训练项目、创新创业大赛、挑战杯大赛、“华为杯”三维成图大赛、机械创新设计大赛等机械学科竞赛项目。

在教学上依托项目研究成果不断更新专业教学内容，以项目为导向，建立多样化项目式课程实践项目库[2]。与课程相关的大赛作品可以充实到课程实践教学的选题库内，对于优秀的机械实践课程成果也可以推荐参加相应的赛事。

（2）构建项目式机械专业实践课程体系

结合学校的实际情况，遵循学生的认知规律，将传统的机械实践项目进行优化设置，使其具有较强的层次性。构建以学生为主体，课程项目为基础，能力导向为主线的项目式机械专业实践课程体系。该课程体系的实践项目由浅入深，主要包括基础项目、专业项目、综合项目和创新项目四个层次[1]，如图1 所示，以培养学生基于项目意识的基本技能、专业技能、综合应用能力及创新创业能力等[3]。

2.2 课程实践过程自主化

学生结合个人兴趣和实际知识储备，在项目式多样化课程实践项目库中，进行自主选题模式，激发学生兴趣。学生自主选题后，通过限制每组学生数量，启发学生独立构思，不再“手把手”地教授，使学生独立自主地利用工程设计软件对设计方案进行建模和运动仿真分析，思考实践内在的运行原理，验证实践成果的可行性，并进行实物或模型制造，直至组装成完整机构甚至机器。

培养学生基于项目意识进行团队协作，并对零件制造和组装过程中遇到的问题进行分析总结，对比传统的“灌输式”教学模式，项目式实践教学让学生自主选题、自主创意设计、自主制作、自我完善，充分发挥学生的主观能动性，实现实践课堂教学的“以生为本”。

2.3 成果设计手段多样化

在机械实践教学过程中，学生熟练使用现代设计手段，可以提高设计精度和设计效率，节省设计周期，还可以及时发现并修改错误，也方便展示设计成果，给学生间的信息交流、互相学习提供了另一个渠道。

在机械设计方案完成后，融合AutoCAD、Solid-Works、Pro/E、UG 和Adams 等多种计算机辅助分析设计手段来设计、分析、计算、校核、绘图。导出设计成果的图纸后，可借助3D 打印机或其他机械设备完成零部件实物或模型的制作。

2.4 成果实物化实践条件

（1）培养和引进“双师”型、“双能”型教师

将机械专业与地域经济相结合，选择具有产业特色的企业进行“产学研”合作。学校可以主动利用具有较多高学历人才优势，积极与企业建立合作双赢关系，可以选派优秀的专业教师深入企业并参与解决企业实际工程项目，以提高教师自身的工程实践能力；组织教师参加仪器设备操作培训；还可通过大力引进具有丰富工程经历的实践教师，选聘实践经验丰富的高水平工程专家到学校任教，承担指导学生完成实物或模型作品的加工的实践教学任务，或担任本科生的联合导师，切实承担培养学生、指导设计等实践教学任务[1]。

（2）加大校企合作共建实验室的力度

机械课程的实践教学环节需要实践教学环境的硬件支撑和保障。应用型高校不能“闭门造车”，应加强校企合作的力度、深度和广度，积极拓展校企联合实践基地和校内实践场所，构建多方位面向工程的实践教学平台[2，5]。这样，学生可以由以往的学校单边学习变为学校和企业双边项目化驱动学习。学生通过对不同企业的各类先进生产型机床设备的了解、学习甚至操作，锻炼自身的工程实践能力，保证不与企业实际生产相脱节。

通过对实践教学师资队伍和校企合作实验室的双重建设，不但可以优化实践类课程的教学条件，还可以为学生进行实物产品的加工制造提供可行性条件。通过项目驱动式，学生将课程实践设计成果借助实践教学平台的制造设备加工出零件实物或模型后，组装成完整机构或机器，使课程实践的成果实物化。

3 成果实物化

学生基于项目意识对课题项目进行方案设计后，融合现代设计手段绘制工程图纸，制定详细的零件工艺流程，并按照图纸要求对零部件进行加工或采购，然后装配成实物模型，并对其进行性能调试，最后完成设计说明书的整理[4-5]。

近年来，我院机械专业在新的实践教学理念的培养模式下，积极鼓励学生参加各种赛事也取得了初步的成效。如蔡雨根负责设计的“仿生蚂蚁”获得大学生挑战杯大赛安徽省三等奖；沈飞宏负责设计的“仿生壁虎”全自动高空玻璃清洗机获得第九届“互联网+”大学生创新创业大赛安徽省三等奖，实物模型如图2 所示。

图2 “仿生壁虎”全自动高空玻璃清洗机实物模型

4 结语

在应用型地方本科院校人才培养模式转型的大背景下，结合目前机械实践课程教学的现状和出现的一些问题，提出了将机械实践课程成果实物化的教学方法，主要通过学生基于项目意识的多样化借助现代工程分析设计手段和多方位的实践教学平台的制造设备多方面多举措进行教学改革，促进“机械实践”学科发展，以培养满足新时期新要求的复合型人才。因此，这一研究具有很强的现实意义和广阔的应用前景。