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摘要：基于國家卓越工程師計劃的培養(yǎng)要求，以學(xué)生工程實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)為主線，結(jié)合機(jī)械原理課程設(shè)計的教學(xué)特點，針對機(jī)械原理課程設(shè)計中現(xiàn)有的實施方法進(jìn)行改革和探索。在充分利用各種教學(xué)資源基礎(chǔ)上結(jié)合工程實例設(shè)計課設(shè)題目，融合新型技術(shù)改良學(xué)生課設(shè)過程，利用科技競賽提高學(xué)生課設(shè)熱情，促進(jìn)機(jī)械原理課程設(shè)計的教學(xué)水平的提高，實現(xiàn)以培養(yǎng)卓越工程師為導(dǎo)向的理論課程與工程實踐的相互統(tǒng)一，為廣大工科院校更好地培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才提供參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)械原理課程設(shè)計;教學(xué)改革;卓越工程師;創(chuàng)新實踐

一、引言

為了進(jìn)一步推動我國新型現(xiàn)代化工業(yè)強國的建設(shè)發(fā)展，黨中央、國務(wù)院針對我國的工程應(yīng)用型人才的培養(yǎng)做出了一系列關(guān)鍵性的戰(zhàn)略部署，提出《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》這兩項重要規(guī)劃綱要，指出我國要由工業(yè)生產(chǎn)大國轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代化工業(yè)強國，必須首先成為工業(yè)教育的強國，培養(yǎng)出大量具有“工匠精神”的工程系列人才。2010年6月23日，我國教育部為了響應(yīng)國家提出的發(fā)展規(guī)劃，在全國工科院校范圍內(nèi)正式啟動了以培養(yǎng)具有創(chuàng)新實踐能力的工程性人才為目的，以實際工程為背景，以校企聯(lián)合培養(yǎng)為手段，以工程技術(shù)應(yīng)用為教改方向的“卓越工程師培養(yǎng)計劃”，為我國實現(xiàn)現(xiàn)代化工業(yè)強國的建設(shè)提供強大的人才保障和智力支持。“卓越工程師培養(yǎng)計劃”明確指出，高等教育培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的工程技術(shù)人才的主要措施是強化教學(xué)過程中的實踐環(huán)節(jié)。機(jī)械原理課程是我國工科院校的機(jī)械類專業(yè)課程體系中一門核心專業(yè)必修主干課，有著承上啟下的重要作用，作為課堂教學(xué)過程的延續(xù)，機(jī)械原理課程設(shè)計是機(jī)械原理理論教學(xué)與工程生產(chǎn)緊密相連的“橋梁”性實踐教學(xué)過程，是培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新思維和工程應(yīng)用能力的重要環(huán)節(jié)。針對卓越工程師培養(yǎng)計劃的具體要求，結(jié)合筆者多年的機(jī)械原理教學(xué)經(jīng)驗，充分利用機(jī)械原理課程設(shè)計這個重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)理論知識進(jìn)行創(chuàng)新的思維能力和訓(xùn)練學(xué)生動手解決工程問題的實踐能力上進(jìn)行探討和改革，學(xué)生學(xué)以致用，以適應(yīng)基于卓越工程師培養(yǎng)計劃下的高等工科院校培養(yǎng)新要求。

二、機(jī)械原理課程設(shè)計現(xiàn)狀

機(jī)械原理課程設(shè)計通常是以牛頭刨床、鋼板包裝機(jī)構(gòu)、面霜灌裝機(jī)構(gòu)等傳統(tǒng)架構(gòu)為研究對象，通過對機(jī)械傳動方案的總體設(shè)計，讓學(xué)生運用在機(jī)械原理課程中學(xué)過的機(jī)構(gòu)運動分析去設(shè)計各種合理的機(jī)構(gòu)，學(xué)會自主分析與解決實際問題，加深和鞏固機(jī)械原理課程中的理論知識，建立一個完整的機(jī)械原理知識體系。但隨著社會對工科學(xué)生創(chuàng)新實踐能力需求的不斷提高，現(xiàn)有的機(jī)械原理課程設(shè)計體系無法滿足學(xué)生培養(yǎng)的需要，主要存在以下不足：1.由于傳統(tǒng)的機(jī)械原理課程設(shè)計的題目都是給定的，缺乏自主設(shè)計內(nèi)容，學(xué)生沒有自主創(chuàng)新的空間，無法有效調(diào)動學(xué)生在機(jī)械原理課程設(shè)計中的興趣和主觀能動性。同時，傳統(tǒng)的課設(shè)題目只注重訓(xùn)練學(xué)生分析和設(shè)計執(zhí)行系統(tǒng)方面的內(nèi)容，缺乏對完整裝置設(shè)計理念和運動方案等方面分析和選擇的訓(xùn)練，導(dǎo)致學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)不足。2.由于傳統(tǒng)的機(jī)械原理課程設(shè)計題目都比較經(jīng)典，大多數(shù)已經(jīng)使用了較長時間，相關(guān)的參考資料非常多，從網(wǎng)上就可以找到現(xiàn)成的設(shè)計說明書等內(nèi)容。這些都會導(dǎo)致很多學(xué)生在完成課設(shè)任務(wù)時產(chǎn)生依賴或者懶惰心理，不深入思考課設(shè)內(nèi)容，極大地影響課程設(shè)計環(huán)節(jié)對學(xué)生工程實踐能力培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)，弱化學(xué)生創(chuàng)新思維能力的訓(xùn)練效果。3.機(jī)械原理課程設(shè)計通常采用圖解法分析機(jī)構(gòu)，思路清晰，過程簡單，但精度差，不適合現(xiàn)代機(jī)構(gòu)設(shè)計的要求。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，解析法的應(yīng)用越來越廣泛，課程設(shè)計必須培養(yǎng)學(xué)生更多地使用現(xiàn)代計算技術(shù)解決工程實踐問題的能力。傳統(tǒng)的機(jī)械原理課程設(shè)計模式與時展和社會對人才的需求，特別是“卓越工程師培養(yǎng)計劃”中的大學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)存在很大差距，必須根據(jù)現(xiàn)狀對機(jī)械原理課程設(shè)計進(jìn)行改革與實踐。

三、機(jī)械原理課程設(shè)計的改革措施

1.改革課程設(shè)計選題范圍，豐富課程設(shè)計題目內(nèi)容。機(jī)械原理課程設(shè)計的題目設(shè)置與分配對于學(xué)生創(chuàng)新思維模式的培養(yǎng)和工程設(shè)計能力的訓(xùn)練具有關(guān)鍵意義，對于課程設(shè)計的教學(xué)目標(biāo)能否順利達(dá)成也是非常重要的。為了改變傳統(tǒng)課程設(shè)計選題過程中出現(xiàn)的題目數(shù)量偏少、內(nèi)容僵化、使用次數(shù)過多等弊端，應(yīng)在原有給定題目的基礎(chǔ)上開設(shè)學(xué)生自主選題和基于工程項目的選題作為補充的方式完善課程設(shè)計選題方式。為此，機(jī)械原理課程設(shè)計在原有的15天教學(xué)環(huán)節(jié)安排基礎(chǔ)上安排2天左右的課題論證環(huán)節(jié)，鼓勵同學(xué)們自組團(tuán)隊，3～5人一組，或結(jié)合生活實際，或結(jié)合某些教師的科研課題，或結(jié)合近期2～3屆的全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽的主題，自主選擇合適的課程設(shè)計題目，在2天左右的時間內(nèi)自主查閱相關(guān)課題資料，進(jìn)行課題可行性論證，最終到指導(dǎo)教師處進(jìn)行答辯以確認(rèn)選題。為了鼓勵學(xué)生盡可能地有多樣化選題，訓(xùn)練其創(chuàng)新設(shè)計理念，對于自主選題且合理論證可行性的同學(xué)予以1～5分的額外加分，而對于選題不合理的同學(xué)則讓其在給定題目范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。由于每屆學(xué)生總會有少數(shù)同學(xué)無法自主尋找到合適的課設(shè)題目，而傳統(tǒng)的題目又容易被抄襲，為了避免這些學(xué)生的教學(xué)目標(biāo)無法達(dá)成，任課教師應(yīng)在平時注意積累一些相關(guān)的題目，以便擴(kuò)充和更新指定課程設(shè)計的題目庫，題目來源可以結(jié)合科研項目或者社會上的熱點需求等進(jìn)行擬定，也可以在歷屆學(xué)生的自主擬題中選擇做得較好的課設(shè)題目作為備選。以學(xué)生自主選題為主，指定題目庫為輔的課程設(shè)計選題模式既可以給予學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動性的空間，培養(yǎng)創(chuàng)新性思維，又可以增強學(xué)生理論結(jié)合實際的工程實踐能力，訓(xùn)練其獨立分析問題的能力。2.更新課程設(shè)計工具，強化信息技術(shù)的應(yīng)用。傳統(tǒng)的課程設(shè)計過程中，針對機(jī)構(gòu)的運動分析、凸輪外部輪廓線的設(shè)計等都是采用作圖法進(jìn)行求解和設(shè)計，過程簡單，但是效率偏低，求解精度差，無法適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計的技術(shù)要求。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，CAD\CAE等工程應(yīng)用軟件功能愈發(fā)強大，利用其進(jìn)行機(jī)構(gòu)運動仿真分析和凸輪外部輪廓線的解析法設(shè)計非常便利。與此同時，相較于手動畫圖計算，年輕的學(xué)生更樂意學(xué)習(xí)一些偏計算機(jī)類的軟件工具，這樣不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以提高設(shè)計效率，使學(xué)生能夠有更多的時間進(jìn)行方案的創(chuàng)新和機(jī)構(gòu)的設(shè)計。因此，在課程設(shè)計考核過程中，專門設(shè)置了一項計算機(jī)軟件應(yīng)用的評分標(biāo)準(zhǔn)15分，要求學(xué)生必須使用一種工程應(yīng)用軟件（MATLAB、ADAMS等）對設(shè)計過程中的機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動仿真或用解析法分析機(jī)構(gòu)的運動軌跡。這一環(huán)節(jié)的設(shè)置正是為了適應(yīng)“卓越工程師計劃”中提出的要求，使學(xué)生具有使用現(xiàn)代計算機(jī)工程應(yīng)用軟件的基本能力，適應(yīng)當(dāng)今企業(yè)對于工程性人才的實際需求，訓(xùn)練學(xué)生能夠運用自身所學(xué)專業(yè)知識研究、實踐和解決各種工程實踐問題的實際動手能力。3.強化多人團(tuán)隊合作，促進(jìn)綜合素質(zhì)培養(yǎng)。“卓越工程師培養(yǎng)計劃”不僅需要培養(yǎng)高校工科學(xué)生的個人工程能力，還需要適應(yīng)現(xiàn)代制造企業(yè)對人才的各種需求，即學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)也很關(guān)鍵。隨著時代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，現(xiàn)代制造企業(yè)所遇到的工程問題規(guī)模愈發(fā)龐大和復(fù)雜，個人起到的作用越來越小，更多的是需要團(tuán)隊協(xié)作的方式解決一些復(fù)雜工程問題。因此，在機(jī)械原理課程設(shè)計中，我院取消“一人一題”的單打獨斗模式，改為學(xué)生自由組隊的模式，以3～5人的團(tuán)隊為課設(shè)基本單位，從論證選題開始既可以分工協(xié)作，共同分析課題，討論和解決問題，直至完成任務(wù)。由于一個課設(shè)題目改由一個團(tuán)隊共同完成，考核的工作量也相應(yīng)增加了很多，除了需要完成傳統(tǒng)的課程設(shè)計任務(wù)外，還額外增加了課題論證環(huán)節(jié)、計算機(jī)繪圖任務(wù)、工程軟件應(yīng)用和系統(tǒng)方案中機(jī)構(gòu)三維運動仿真等任務(wù)內(nèi)容，在最后答辯中除了主講外，每個人都要有回答指導(dǎo)教師提問的環(huán)節(jié)。充分利用機(jī)械原理實驗室資源和工程訓(xùn)練中心中的開發(fā)實驗室資源，鼓勵學(xué)生在學(xué)有余力的情況下嘗試搭建實物模型驗證團(tuán)隊設(shè)計方案的可行性和正確性。本次課程設(shè)計改革中專門留了5分作為獎勵，鼓勵學(xué)生動手驗證方案。這些內(nèi)容既可以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，也可以鍛煉他們的動手實踐能力。同時，通過團(tuán)隊合作完成課程設(shè)計，除了讓學(xué)生感受團(tuán)隊協(xié)作的氛圍，還可以利用工作過程中探討及答辯環(huán)節(jié)、各種電子文檔制作、現(xiàn)場答辯等環(huán)節(jié)培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生表達(dá)能力等方面的綜合素質(zhì)，有益于更好地培養(yǎng)卓越工程人才。

四、總結(jié)

機(jī)械原理課程設(shè)計是一門獨立的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，不是機(jī)械原理的附屬課程，而是一個非常重要的可以讓學(xué)生理論聯(lián)系實際的獨立課程，在培養(yǎng)學(xué)生綜合運用理論知識解決工程問題的能力和訓(xùn)練學(xué)生創(chuàng)新思維模式上具有重要意義。我院順應(yīng)卓越工程師培養(yǎng)計劃，通過對機(jī)械原理課程設(shè)計教學(xué)過程的改革，將課程理論知識、工程實踐問題和創(chuàng)新解決方法等環(huán)節(jié)有機(jī)地結(jié)合在一起，通過在課程設(shè)計成績上的激勵措施充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性和學(xué)習(xí)熱情，有效地實現(xiàn)卓越工程師培養(yǎng)計劃中培養(yǎng)目標(biāo)，為后續(xù)的機(jī)械類基礎(chǔ)理論課程的實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)改革提供參考方向。

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作者:顧文斌 廖華麗 王延杰 單位:河海大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院