基于卓越工程师计划的“机械原理”课程改革与

摘 要：结合卓越工程师教育培养计划以及“机械原理”课程的特点,紧紧围绕学生综合能力培养的主线,对“机械原理”课程教学内容及教学模式进行探索及改革.利用现有的实验室资源,增加实践教学内容,培养学生的动手能力,并在课程教学过程中加入工程实例讲解,以提高“机械原理”课程教学水平,更好地将卓越工程师培养计划落到实处.

关 键 词：机械原理；卓越工程师；改革与实践；综合能力

作者简介：顾文斌（1980-）,男,江苏连云港人,河海大学常州校区机电学院,讲师；王怡（1979-）,女,安徽芜湖人,河海大学常州校区组织人事部,讲师.（江苏常州213022）

中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）16-0100-02

为了贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》,推动我国工程系列人才的培养,促进我国迈向工程教育强国,教育部提出了“卓越工程师教育培养计划”,并在全国范围内的高等院校进行推广实施.[1]卓越工程师教育培养计划的核心思想是要求高校继续深化教学改革,建立落实创新人才培养模式,通过教育和行业、高校和企业的密切合作,以实际工程为背景,以工程技术为主线,着力培养具有良好创新意识和工程实践能力的新时代工程人才,为我国建设创新型国家提供坚实的智力支持和人才保障,以提高我国的综合国力和在国际上的核心竞争力.[2]

“机械原理”是我国高校机械类学科必修的研究机械构成原理、工作原理、设计原理与方法的一门重要的技术基础课,是一门与生产实际紧密相连的“桥梁”性课程,更是学生学习机械设计创新思想和方法的最重要阶段.[3-5]为了更好地顺应卓越工程师计划,培养学生的创新能力和工程实践能力,本文结合笔者多年教学实践经验,主要从课堂教学、实验操作、课程设计、课外实践等环节,针对“机械原理”课程中如何更好地将理论教学与实践环节相融合的问题,进行了探讨、改革与实践.

一、建立基于卓越工程师培养计划的“机械原理”课程教学体系

培养在校大学生的科技创新能力及其实际动手能力是卓越工程师教育培养计划的核心目标,河海大学机电学院结合“机械原理”的精品课程建设项目,以创新教育为重点,以培养和发展学生的综合素质和实践能力为目标,以“激发学生自主创新兴趣,引导学生自主创新实践”为原则,认真细致规划了“机械原理”教学改革的课程建设体系.

如图1所示,“机械原理”课程教学体系根据教学需要分为两大模块：理论教学模块和实践教学模块.理论教学模块主要包括以机构设计为主线的课堂理论教学和基础理论作业两部分,在此过程中,主要侧重于在传授知识的同时,培养学生的创新的意识和创新的思维方式.而实践教学环节则主要包括实验教学模块、课程设计模块和课外科技创新活动模块,这部分则主要侧重于训练和提高学生的创新能力、工程实践能力.

二、理论教学结合工程实例,激发学生学习兴趣,培养学生的创新意识

“机械原理”课程是一门研究机械共性问题的主干技术基础课程,其主要研究的对象是机构,在现有教材中对于机构的组成元素的很多描述和分析过于抽象化和理论化,许多概念对于初学者来说理解有困难,并且学生由于缺乏实践经验,无法将实践经验与课堂上的理论知识联系起来,从而导致教学效果较差.我国生产制造企业对机械类专业技术人员综合素质的要求越来越高,其中尤以创新设计能力与新产品的开发能力最为重视,因此,高等工科院校中的“机械原理”课程教学内容以及教学模式也应与时俱进,做出针对性的改革.

由于“机械原理”这门课既涉及机械学科的基础理论,又具有很强的实践性特征,因此,在构建“机械原理”课程体系和组织教学内容时,应对机构方面的理论知识及各种机构应用特点加强介绍,在课堂教学中根据讲解的具体机构,选择日常生活中一些合适的实际运用案例和工程生产机械的结构实例,全面系统讲授实际问题中各机构的结构特点、运动特性和动力性能等.讲授时可以先通过生活中常见的一些应用实例导入,然后再引入实际工程生产机械的实际结构来进行深入学习,这样既可以提高学生对机构的直观认识,又可以使学生能够很方便地将理论知识和感性认识结合起来,以便加深对于机构的理解.

同时,在课堂授课的手段上,也应充分利用现代化的教学手段,结合教学内容建立内容丰富的多媒体教学课件,以便增加课堂授课的信息量.通过三维动画来直观、生动对不同机构的运动、特性分析及应用进行演示,可以创造出活泼生动的教学环境,吸引学生的注意力,从而提高学生的学习兴趣.对于机构简单的三维动画绘制可以布置给学生作为作业,从而促进学生自主学习三维实体软件,这样既可以将三维实体软件的应用与专业理论学习结合起来,还可以拓宽学生面对实际问题的思路,培养学生自主寻找并选择学习有用的工程软件去解决具体工程问题的能力,对其创新意识的提高具有良好的促进作用.

三、充分发挥实践教学模块的优势,培养学生创新和工程实践能力

卓越工程师教育培养计划要求培养出来的“卓越工程师”不仅仅是成绩良好,理论素养高深,更加重要的能力是能够针对各种工程实践问题自如运用所学专业知识去研究、实践和解决问题的实际动手能力.因此,想要培养“卓越工程师”工程实践能力,就必须改变长久以来实践教学的附属地位,从“机械原理”课程的实验教学、课程设计和课外科技创新活动等方面入手,强化学生的理论知识综合应用能力和解决问题的实际动手能力,培养具有创新能力和工程实践能力的新时代大学生.

1.改革实验教学,提高学生创新的实践能力

为了顺应卓越工程师教育培养计划中所强调的工程实践能力,在2010年的机械自动化专业学生培养计划中,针对“机械原理”课程实验课时偏少问题进行了调整,提高实验课程的课时量至10学时.同时,随着不断深化的机械类学科课程的教学改革,“机械原理”课程所使用的教材以及相关的教学内容都不可避免增加一些新的内容,一些传统的“机械原理”课程实验内容已经无法适应现在的新教材,这就要求教师必须相应调整实验教学的内容.近几年,学院加大了对机械专业实验室的投入,组织教师进行论证,通过结合企业生产实际过程选购合适的实验设备,并专门购进了创新实验所需的一些设备.当前,“机械原理”课程中的实验教学环节多是以演示性、验证性实验为主,学生很难发挥自己的主观能动性和创新的积极性,因此,在实验教学环节中,在保留了原有的机构认知实验、运动简图测绘及齿轮齿廓范成原理实验等基本实验外,新增加了一些以综合性和设计性实验为主的实验教学环节,如机构运动方案创新设计实验以及各种创意组合实验等.另外,在不增加实验学时的前提下,增加了一些选修实验和学生自行设计实验.通过这一举措,不仅学生参与实验的热情得到了提高,其实验仪器的综合操作技能也得到了锻炼.同时,由于提高了实验内容的开放性与综合性,使得学生的独立思考能力及分析解决问题能力得到了锻炼,还培养了他们的协作创新精神.

2.改革课程设计,鼓励学生创新

为了体现机械类学科的专业特色,同时又兼顾培养机械类学生创新能力的目的,我们对“机械原理”课程设计的题目、内容及其考核方法进行了改革,以专业特色为导向,以设计过程为载体,全面探索基于项目形式的课程设计教学模式,培养学生从问题全局出发,综合运用多学科知识、技术和现代工程工具解决工程实际问题的综合素质.[6]

在课程设计的设计内容上,不再局限于有设计说明书和设计图纸就可以完成任务,同时,还积极鼓励学生要采用计算机软件（比如Pro/E、3Dmax、UG等三维设计软件）设计自己所提出的方案,绘制出虚拟的三维造型,并通过软件自带的工具对方案进行仿真验证.经过这样的锻炼,学生不仅可以提高对相关工程应用软件的熟悉程度,而且在设计构思的过程中还可以拓展自身的思考空间,调动了创新积极性,培养了实践创新意识.

在课程设计过程中,教师通过对课程设计题目的意义、原理和思路的讲解,引导学生积极进行自主创新,鼓励其设计方案的独特性、新颖性,不对学生设计的具体结构做过多的干涉；在成绩评定上,不纠缠细节错误,对独立思考、结构独特、设计新颖的学生,只要没有大的原理错误,尽量予以高分鼓励,以便突出“机械原理”课程设计培养学生创新能力与解决实际工程问题能力的教学目的.

3.结合课外科技创新活动,促进学生综合素质提高

卓越工程师教育培养计划要求在培养学生工程实践的过程中做到课堂上的教学理论与课堂外的生产实践相结合,而工程实践问题也最好与教师的生产、科研项目相结合,从而可以充分调动教师带队和学生参与实践的热情与积极性.围绕这个方针,将“机械原理”课程实践教学与学生的课外科技创新活动结合起来,不仅制定了各种课外学分认定和管理办法,给予一定奖励,大大提高了学生学习的创新意识,还积极鼓励并组织学生参与各个级别的科技创新比赛,其中三维设计大赛、机械创新设计大赛等活动都直接跟“机械原理”课程有关.很多科技创新比赛的最后成果都是要求要做出具体的外观模型或者模拟样机,这就对参赛学生提出了更多的要求,使得学生除了要针对具体问题进行方案构思,还需要对设计出来的方案亲自进行实施,从而使得学生必须将创新构思与实践动手能力紧密结合起来,只有这样才能较好地完成比赛.因此,学生们的创新能力及其实践能力均在竞赛过程中得到了全方位的锻炼.同时,河海大学制定政策,鼓励学生参与到教师的科研项目中,学习教师在科学研究过程中的经验与成果,以便强化学生工程意识和工程素质,并通过帮助教师解决实际问题,锻炼了学生们的工程能力,从而可以更好地培养出具有工程实践意识和能力的“卓越工程师”,顺应我国工科教育的长远规划.

四、结论

结合卓越工程师培养计划的要求,经过近几年的教学实践,我们在利用“机械原理”课程的教学平台培养学生创新思想和实践动手能力上获得了不少经验,取得了一定的成效,并为后续的课程改革提供很多有意义的参考方向.总的来说,培养学生的创新思维方式和动手实践能力关键还是在于有效调动学生的学习热情,结合工程实例和实验环节,将教学内容、创新方法和实际操作有机结合起来,这样才可以充分发挥出学生的创新能力,培养出学生的工程实践能力.