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摘要:針對機械設計課程設計很難適應和支撐新產業和新技術發展需求的問題，以產品“構思、設計、實現、運行”的全生命周期為載體，基于產教融合、科教結合、校企合作和各種競賽，改革《機械設計》課程設計題目、內容、手段，加強師資隊伍建設，建立從理論學習、設計訓練、動手實踐再到工程探究的課程設計教學鏈條，實現理論教學與實踐教學的交叉螺旋進行，擴充學生的知識結構，培養能夠適應和支撐產業發展的創新型工程人才和具有國際競爭力的技術人才。

關鍵詞:新工科；課程設計；教學改革；實踐教學；工程設計能力

高等工程教育在我國高等教育中占有重要的地位。為應對新一輪科技革命和產業革命的挑戰，主動服務國家創新驅動發展和“一帶一路”、“中國制造2025”、“互聯網+”等重大戰略實施，加快工程教育改革創新，建設工程教育強國，對服務和支撐我國產業轉型升級具有重大意義。教育部明確了“新工科”建設行動路線，高校在專業設置、人才培養模式、培養質量體系等方面都在做相應的改革[1-2]。《機械設計》課程是機械類及近機類學生必修的一門非常重要的專業基礎課程，作為《機械設計》課程的實踐教學環節，其主要是以機械產品的設計為載體，經過產品需求分析、方案設計、結構設計到技術文件編寫，對學生進行一個產品設計全過程的訓練，在學生知識、能力和綜合素養的培養等方面起著重要作用。由于減速器的設計過程涵蓋了《機械設計》課程的基本理論和設計方法，因此，目前大多數高校的機械設計課程設計題目仍然是一般傳動用途的減速器，設計任務是要求學生能夠完成總裝圖、零件圖的繪制和說明書的編寫。整個設計環節只是重復性的模仿，缺乏主觀能動性的發揮，導致了學生做課程設計的過程是一個被動學習的過程。這種傳統的設計題目和設計內容很難支撐以新技術、新業態、新產業、新模式為特點的新經濟蓬勃發展，很難服務于以大數據、云計算、物聯網應用、人工智能、虛擬現實等新技術和智能制造、集成電路、新材料等交叉融合的新產業，也很難服務于傳統煤礦機械、紡織機械及通用機械等產業轉型升級。為此，針對新技術、新業態、新模式、新產業的人才培養需求，結合大數據、云計算、物聯網應用、人工智能、虛擬現實等新技術，立足“新工科”建設，以培養學生的創新思維、工程思維、批判性思維和數字化思維，使學生能由被動學習轉為“自主、探究及合作”的學習，提升學生的創新創業、跨學科交叉融合、自主學習、團隊協作能力和工程能力為目標，進行機械設計課程設計的教學改革是非常必要的[3-5]。

1總體改革思路

基于產教融合、科教結合、校企合作和各種競賽，將產業和技術的最新發展、行業對人才培養的最新要求引入課程設計的教學過程，積極探索探究性和創新性的設計題目，調整和更新課程設計內容，鼓勵學生采用參數化和智能化的設計方法，將機械工程技術與信息技術相融合，加強師資隊伍建設，聚焦需求、發揮優勢、主動實踐，大力培養工程科技創新和產業創新人才，服務產業轉型升級。總體思路見圖1。

2課程設計題目

以往的《機械設計課程設計》題目比較單一，大多數高校多少年來都是以一般用途的減速器作為設計題目，傳動系統的方案和設計需求都有指導教師給定，學生按照任務書的要求完成設計任務，以達到能夠設計一般簡單傳動裝置的教學目的。然而由于這種被動學習的方式，使得學生對傳統題目缺乏新鮮感，很容易形成定勢思維，不利于學生創新能力及工程素養的培養，也很難滿足新業態、新技術、新產業的發展需求[6-8]。為了激發學生創新和主動設計的學習興趣，將大學生創新性實驗項目、全國大學生機械創新設計大賽、挑戰杯競賽及校企合作項目等與課程設計相結合，以學科競賽和項目任務為驅動，將競賽和項目內容轉化為課程設計內容，豐富課程設計題目，使課程設計題目由過去單一的減速器向多樣化的題目轉變，從過去教師命題設計向學生自主選題及教師命題相結合的方式轉變，將學生被動式轉變為項目驅動的探究式學習，為學生提供更自由的選擇和發展需求[9]。隨著高鐵、風電、機器人等新產品的發展，也可以將課程設計題目從一般用途的減速器改為高鐵、機器人及風電使用的減速箱或者增速箱，使得學生對現有技術及現有產業的產品需求及設計要求有深的理解。通過這種豐富、多樣化及與需求接軌的設計題目，提升學生的設計興趣和工程技術創新能力，形成對復雜工程的系統視野。

3課程設計內容

《機械設計課程設計》的內容一般包含：傳動裝置的總體設計、關鍵零部件的設計計算、總裝圖及零件圖的繪制以及設計說明書的編寫等；通過這些設計環節和內容加深對所學的基礎理論知識進行鞏固、加深和擴展。然而在設計的過程中，由于學生缺少工程知識訓練、缺乏工程背景，導致學生在設計過程中，僅重視強度計算和結構設計，沒有很好的考慮加工工藝及制造裝配精度等問題，使得學生的產品設計與實際的工程應用很難銜接。因此為了培養學生的工程素養，讓所學理論為工程設計更好的服務，以問題為導向，以繼承與創新為主要途徑，將產業和技術的最新發展，以及行業對人才培養的最新需求引入教學過程，以產品“構思、設計、實現、運行”的全生命周期為載體，更新機械設計課程設計內容，增設三維建模仿真和模型制作等內容，要求學生提交開題報告、設計報告及三維模型或者實物作品等；建立從理論學習、設計訓練、動手實踐再到工程探究的課程設計教學鏈條，實現理論教學與實踐教學的交叉螺旋進行，使學生獲得有意義的綜合實踐體驗，通過主動實踐，形成未來工程師的綜合品質和工程能力，使學生在知識、能力和素養三方面全面發展。

4課程設計手段

目前，《機械設計課程設計》的任務為：一張裝配圖，兩張零件圖，一份計算說明書。大多數學生都是手工繪圖，也有少數學生計算機繪圖，還有極個別的學生三維建模，但覆蓋面很少；這種傳統的設計手段很難滿足企業產業升級、技術更新的需求。盡管我校個別專業模塊增設了《CAD/CAM原理》及《有限元分析》課程，但是現有的課程體系很難將所學工程設計方法、手段與實踐課程相融合。隨著計算機技術的迅速發展，各種工程設計軟件已經在各類企業中廣泛使用，計算機輔助設計與制造已成為現代產品設計與制造的主要技術手段；為了與企業需求相融合，與企業的新技術新設計手段相接軌，基于現有的課程體系結構，在整個《機械設計課程設計》中增設了三維建模、仿真與模型制作等內容，強制學生采用現代化的工程設計手段（UG、Solidworks和ANSYS）完成課程設計；在課程設計的準備階段，對于沒有學習過這些設計分析軟件的同學，可以集中培訓10-16小時，教會學生基本的操作（建模、裝配及分析），并在課程設計階段進一步學習、掌握其在工程設計中的應用。在設計階段，也可以鼓勵學生采用參數化的設計方法，建立智能數據庫，將機械工程技術與信息技術相融合，培養學生既具備科學與基礎理論修養，又能從多學科的視角進行產品全生命周期的設計[10-12]。

5加強師資隊伍建設

新工科背景下，課程設計的改革不僅僅對設計題目、設計內容和設計手段提出了新的要求，對師資隊伍也提出了新的要求。目前，很多青年教師缺乏工程背景、對企業存在的問題及需求、新技術、新業態了解甚微，在課程設計的指導過程中很難在材料選擇、結構及工藝設計中啟發學生創新。因此，在教師的培養過程中，應以問題和項目為導向，鼓勵教師去企業進行調研或者學習，了解新材料、新工藝及新結構在高端裝備中的應用，提升教師的工程實踐能力。在課程設計的過程中，啟發學生除了常用的材料外，可根據企業新的需求，選擇新材料；在考慮產品加工工藝及結構設計時，也可以采用集成化、模塊化的結構等，擴充學生的知識結構，培養學生的工程設計能力和創新能力。

6教學效果

基于產教融合、科教結合和校企合作，依托于全國大學生機械創新設計大賽、挑戰杯競賽等項目，首先在2012級學生《機械設計》課程設計教學環節中實施新的教學改革。首先在全校機械類學生中公布大賽主題，并將教師的科研項目及企業需求與傳統的減速器設計題目相融合，匯總成可供學生選擇的設計題目，然后由學生自主選擇設計題目，極大的調動了學生的能動性和積極性。經過三周的設計訓練后，學生基本掌握了產品從方案到總體設計到結構設計到技術文件編寫的全過程。新的課程設計教學過程培養了學生的工程素養、創新能力和使用新技術的能力，提高了學生自主學習的能力。

7結束語

《機械設計課程設計》改革是新工科背景下培養學生工程素養和設計能力的內在組成部分。適應新技術、新業態、新模式、新產業的人才培養需求，改革課程設計題目、內容、手段，加強師資隊伍建設，以產品“構思、設計、實現、運行”的全生命周期為載體，建立從理論學習、設計訓練、動手實踐再到工程探究的課程設計教學鏈條，實現理論教學與實踐教學的交叉螺旋進行，建成能滿足企業產業升級及行業需求的實踐課程。

參考文獻

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作者:李秀紅 李文輝 任家駿 龐蔭銘 單位:太原理工大學機械工程學院