新工科背景下机械设计课程的教学改革与探索
摘要：当前，为了主动应对新一轮科技革命与产业变革，机械设计作为工科类各专业的基础课程和核心课程，其课程考核、教学模式、课程内容、实验教学和课程设计等也需进行及时调整。本文根据机械设计的课程现状，针对性的提出了对应的改革措施，对我国新工科和机械设计课程的建设和发展有一定的借鉴意义和指导意义。
关键词：新工科、机械设计、课程改革
当前，为了主动应对新一轮科技革命与产业变革，大数据、互联网、云计算、人工智能等一系列新专业、新技术和新课程应运而生，而传统的机械类课程似乎在这一轮变革之中逐渐没落。然而，实际上这些新的技术并非孤立的存在，它们需与传统的机械类课程，相互交叉，相互融合，从而支撑创新驱动发展、应对“中国制造2025”等一系列国家战略。其中机械设计作为传统机械类课程中的基础课程和核心课程，在新工科的背景下同样需从各个方面做出改变。在当前的机械设计课程中，由于受到课时、环境等因素的限制，使得学生在理论和实践上都不易掌握相应的知识，这将严重制约我国新工科的人才培养。本文根据机械设计的课程现状，从全方位多角度，对机械设计课程的教学改革进行了探索研究。
1. 机械设计课程现状
机械设计主要介绍了通用零部件的基本理论和设计方法，具有内容多，课时少，理论性和实践性均较强的课程特点[1]。然而，在当前的教学过程中，很多老师思想陈旧，照本宣科，对教学内容、考核方式、教学手段等方面不思进取，缺乏创新。同时大部分老师自身的工程经验不足，一味的对设计理论、计算公式等内容进行传统的授课，缺少实践性的指导，从而导致学生学习兴趣不高，课堂学习氛围不浓，同时学生的动手能力不足，无法实现理论联系实际的课程目标。而机械设计课程的发展与我国新工科的建设紧密相连，因此，机械设计课程的改革已经是迫在眉睫，刻不容缓。
2. 机械设计课程改革的探索研究
根据机械设计课程的现状，本文将从以下五个方面对课程的改革进行初步探索。
（1）课程考核
对比发现，国外大学在机械设计的课程考核上与国内有很大不同。国内大学通常以期末考试作为学生的主要考核依据，过程评价占比较少，且评价形式单一，不全面不科学，这会导致学生将学习重心一味的放在期末考试上，从而忽略了学习的真正目的。而国外大学更加注重学生的过程表现及综合能力，弱化期末考试的成绩占比，有的甚至取消了期末考试，考核形式多样，在学习理论知识的同时，同时加强实践能力和动手能力的锻炼[2]。具体的，首先可以在过程中适当增加“大作业”。例如对螺栓链接、带传动、齿轮传动、轴承、轴等重点内容布置对应的大作业，同时可采用分组的方式完成作业，从而巩固学生的课堂学习，加深理解，并为后期的课程设计打好基础。其次，可增加创新设计环节。例如以国家定期举办的重点赛事，如机械设计创新大赛，大学生工程能力训练大赛等为主题，在老师的指导下，针对性的让学生组队进行创新实践锻炼，这种带着目标的锻炼，可很大程度的提高学生的学习兴趣，增加成就感，提高实践能力和动手能力，并加强团队意识，提高协作能力。最后，可以采用线上线下综合考核的方式，避免传统的线下考核，形式单一。例如，可要求学生在线下上课的同时，利用各种线上平台进行线上课程的学习，并作为最终成绩的重要组成部分，从而实现课程的全面评价。
（2）教学模式
传统的机械设计课程教学，往往是单一的线下授课模式，形成一种老师讲学生听的情况，学生的参与度不高，导致课堂氛围枯燥乏味，学生的学习兴趣不高。因此，需采用线下和线上相结合的方式进行授课。线下，可采用云课堂等更加新颖的授课模式，让学生利用手机等工具，全面参与到课堂中来；线上，可利用各种丰富的线上授课平台，例如中国大学MOOC，学堂在线等线上平台，让学生随时随地的对课程进行预习和复习。同时可解决因课时不足，对于想对课程有更加深入理解的同学，提供了有效的学习途径。此外，还可要求学生在上课前通过线上平台提前学习，然后带着问题进入线下课堂，让学生主动的参与到课堂当中来，从而达到事半功倍的效果。
（3）教学内容
机械设计的教学目的应当是：当实际设计制作某种东西时，首先要搞清楚设计的意义，怎样实行设计，设计时需要具备什么样的基础知识，以及设计时设计者经过怎样的思考等等。然而国内的机械设计的教学内容大同小异，且多年不变，内容陈旧，观念落后，已无法适应现代化制造业的发展。例如，对于零件强度刚度的设计计算，往往是采用简化后的经验公式，且只能适用于简单的零件和工况，稍微复杂的设计就显得力不从心，无从下手。实际上，近年来各种先进的设计手段已经得到了飞速发展，且在各行各业都有了非常成熟的应用。例如利用计算机结合成熟的仿真软件（如ANSYS，ADAMS等）对各种复杂的零件和工况进行模拟仿真，大大简化工程师的设计过程，高效而准确，因此在授课的过程中，应当适当增加诸如此类的授课内容，开阔学生的视野，避免闭门造车，成为井底之蛙。
（4）实验教学
机械设计是一门实践性很强的课程，因此必须安排适当的实验课程与理论课相配合，从而达到更好的教学效果[3]。比如增加各零部件的原理展示，让学生能够更加直观的理解各零部件的组成和工作原理；此外可增加零部件拆装环节，例如进行轴系零部件的拆装，以提升学生的动手能力。最后还可增加一些设计类的题目，让学生自由发挥，设计一些具有创新性的结构，提升学生的设计能力和创新能力。
（5）课程设计
一般情况下，机械设计课程结束之后，紧接着就会安排相应的课程设计进行实践锻炼。国内机械设计的课程设计通常具有题目单一，教学手段落后等问题。实际上，可通过网络、图书馆和各类竞赛等多渠道丰富课程设计题目，以满足不同层次学生的需求[4]。其次，很多老师在课程设计的指导和评价的时候，过于强调学生绘图的能力，甚至要求学生全部手工绘图，反而忽略了课程设计的真正目的是锻炼学生的设计能力。实际上可让学生合理利用CAD软件进行课程设计，在更加高效的同时，也更加符合新工科建设的理念，同时也更加贴合应用型人才的培养目标。
3. 结束语
本文在新工科背景下，对机械设计课程当前存在的问题进行了分析，并从多个角度全方面的对课程的改革进行了初步探索，主要包括课程考核、教学模式、课程内容、实验教学和课程设计五个方面，对我国新工科和机械设计课程的建设和发展有一定的借鉴意义和指导意义。
参考文献
[1]周立华.机械设计课程的教育教学改革研究[J].南方农机,2020,51(04):121-122.
[2]李成兵,马海峰,叶哲伟,肖仕红.《机械设计》课程考核国内外对比分析[J].教育现代化,2020,7(45):82-85.
[3]谢元媛.高校机械设计课程教学改革模式分析与研究[J].时代汽车,2020(13):57-58.
[4]陈志强.新工科背景与能力培养下机械设计课程设计教学的改革研究[J].轻纺工业与技术,2020,49(04):151-152.
作者简介：张鹏，男，(1988.10-)，重庆垫江人，硕士研究生，工程师，研究方向：机械设计与自动化、智能制造
