全程项目化教学在“机械设计基础”课程中的实践

    高广娣 张佃平 尚欣

    摘? ? 要：“机械设计基础”课程包含机械原理与机械设计两部分内容，是学生系统学习机械设计相关知识并培养创新设计能力的重要课程，也是机械类及近机类专业的核心专业基础课程，课程的强实践性需要将理论和实践密切、有机结合。基于创新项目在课程理论授课的各个环节有机融合的实施，使得理论学习与创新实践同向同行，同时，通过课程自身特点来培养学生创新合作的思想意识、职业素养和工匠精神，取得了较好的教学和学习效果。

    关键词：全程项目化;机械;创新项目

    中图分类号：G640? ? ? 文献标识码：A? ? ? 文章编号：1002-4107（2021）05-0076-02

    “机械原理”“机械设计”及“机械设计基础”课程在培养学生机械创新设计思维及创新设计能力方面起着非常重要的作用。“机械原理”课程主要研究有关机械的基本理论;“机械设计”主要介绍整台机器机械部分设计的基本知识，重点讨论一般尺寸和常用工作参数下的通用零件的设计，包括基本设计理论和方法、相关标准和技术资料等。此外，课程思政这一新型综合教育理念，对于确保高校育人工作稳步贯穿教育教学全过程、促进高校隐性思想政治教育理念的创新发展等均具有重要意义与突出作用[1]。因此，在课程建设过程中，要充分挖掘课程的思政元素，国无德不兴，人无德不立，教师要把德育观念潜移默化地渗透到课堂教学中去[2]。有学者从机械设计准则、机械发展史和大国重器研发等方面设计了思政教育内容[3]。如何在创新设计能力培养的过程中，体现课程思政育人也是本课程探索实践的一个重要内容。

    一、现状及问题

    “机械设计基础”课程一般在大学二年级或三年级开设，经过一到两年时间的适应、准备和积累，学生对自己的专业方向有了更为清晰的认同和把握。据不完全统计，大学二年级到三年级学生是各级各类创新项目申报的主体，学生在申报及开展项目的过程中，还存在一些问题。

    （一）学生所申报的题目多是来自于生活、生产实际需求的产品设计，比如解放双手的拐杖、“树墙”自动修剪成型机、农家枸杞便携晾晒装置、自动打包垃圾桶等，实际上，对产品的需求多数并没有进行调查分析，对产品的定位不够准确。

    （二）学生前期的先修课程所学内容主要为通识课程，如大学英语、大学物理等，没有解决产品设计的具体内容和系统知识。

    （三）产品的设计要有系统的机械设计理论知识作为支撑，学生还没有涉及。

    （四）创新项目推进过程中，需要进行一些必要的表达且必需提供一些技术类文件，学生还没有经过系统化的训练。

    因此，机械设计类课程提出建设“依托创新项目的全程项目化”教学，能够在课程教学的各个环节对应产品设计的细节，将二者有机结合、有序推进，以团队为基础结合课程思政，在解决问题中学知识，用所学知识解决问题，培养学生综合素质和基本素养。

    二、实践措施

    在“机械设计基础”课程中，推进以创新项目为引领的创新设计能力全程化培养，具体实践措施如下。

    （一）将创新项目的申请和开展与课程计划有机结合，根据项目进度制订详细、可行、易于操作的教学体系，包括教学计划、课程教案、课程讲义、实施日志、项目进度计划表、量化考核表等，在课程内容的相应部分，设置需要完成的项目内容。

    （二）引导鼓励学生深入调研社会需求，通过调查确立项目题目，并对计划设计的机器的需求情况做充分的调研和分析，通过分析，进一步明確机器所具有的功能，明确写出设计任务的全面要求及细节，形成设计任务书，并积极申报创新项目。申报过程中，授课教师与指导教师一起，形成合力，指导学生进行团队协作分工、项目汇报文稿制作、项目答辩预演等能力训练，要求所有学生必须参与，旨在形成一种全程化、全员参与的教学方式，对未获得创新项目专项批准的项目，在本课程中进行并给予支持。

    （三）与课程进度同向同行，将课程具体的知识点与项目实施密切结合，在讲授相应知识点时段组织学生开展项目研究。分阶段对研究路线、研究方法以及研究结果进行分析，论证方案可行性，逐步完成机构方案确定、机构选型、尺度综合、运动分析、力分析。涉及内容涵盖机构具有确定运动条件、机构自由度的计算、机构运动分析、机构力分析、平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系、间歇运动机构的选择设计等。

    （四）项目设计方案的最终确定。完成方案比对、优选，确定功能参数，确定设计方案并绘制机构运动简图。在此阶段，逐步开展数据分析、参数确定、撰写报告、总结汇报、表达交流等方面的能力训练。

    以上环节涉及机械原理部分内容，经过此阶段的训练，完成项目的方案设计，为后续产品的定型作好前期准备。本阶段的所有环节必须团队协作完成，并对其参与度、设计成果表达的规范性等进行量化考核。原理部分完成后，即可进行设计部分的工作。

    （五）进行技术设计，绘制总装配草图及部件装配草图。通过草图设计确定各部件及其零件的外形及基本尺寸，包括各部件之间的连接、零部件的外形及基本尺寸，最后绘制零件的工作图、部件装配图和总装图。在此阶段主要对学生进行系统训练：明确构型要求—结构化—选择材料、确定尺寸—评价—决策（确定结构形状及尺寸）—零件设计—部件设计—总体设计[4]，同时，按照需求组织学生学习二维绘图软件CAD和CAXA、三维建模软件SolidWorks和UG以及运动学动力学分析软件ADAMS等，要求学生掌握并熟练使用，从而培养学生图纸绘制能力、模型创建能力、机构运动分析能力。此部分内容对应机械设计中的零部件设计，在讲授相应知识点的过程中，穿插进行带传动设计、轴的设计、齿轮设计、轴承选择、螺纹连接件的强度计算与选择、键的选择等，带着问题学知识，用学到的知识解决实际问题，学生自然学得又好又快又扎实。

    （六）进行件编制训练，编制设计计算说明书、使用说明书、标准明细表、其他件等，培养学生撰写规范、标准及专业化项目的表述能力。

    （七）进行部分元器件的采购、实物模型搭建、功能测试等，并进行展示、汇报、交流。在实物模型搭建环节，需要与生产厂家进行沟通交流，并不断修改完善方案，这也是学生锻炼能力的一个良好契机。

    需要注意的是，上述每一环节均需进行严格把关、跟进和量化考核并与本课程的期末成绩挂钩，学生必须给予足够的重视并付诸实践，最终，通过系统、完整的训练，学生将会受益匪浅。此外，通过组织学生开展多次讨论、汇报、交流，能够很好地锻炼其表达能力、理解沟通能力并激发创新思维。在制订购买计划及购买部分元器件、制作采购计划方面，也能够在一定程度上锻炼学生的判断能力、协调能力以及计划能力。

    三、实践效果及展望

    在17级交通运输专业学生的“机械设计基础”课程中实施基于创新项目的全程项目化、全员参与的教学方式，通过课前动员、课中督促、课后组织讨论、指导等环节的推进，完成了分组、选题和项目开展。据该专业学生反映，在课程中融入项目的培养模式让他们受益匪浅，既丰富了课余生活又锻炼了专业设计能力。该专业全体学生一直比较积极地开展项目研究，如老人阅读书架、自动拉窗帘装置以及多功能辅助椅等项目完成了装置主体结构的三维模型、运动动画，其中自动拉窗帘装置项目已采购部分元器件，并进行了简易的实物装置搭建、组装。受课余时间不足以及疫情影响，学生作品没能完全呈现，但整个过程锻炼了学生调查分析能力、提炼问题能力、分享交流表达能力、机构分析及综合能力、通用零部件的设计及选用能力、各类规范及标准的使用能力、图表的查阅能力以及常用软件的使用能力，综合素质有所提高，过程学习在一定程度上要好于结果的单纯考核，在后续课程中将继续优化方案，提升效果。

    大学生创新能力培养对于培育创新型人才具有极其重要的作用，以创新项目为载体，将项目融合在“机械设计基础”课程中，边学习课程边开展创新项目，从创建团队、确立课题、教师实时指导及动态管理、学生自主开展研究工作等环节入手，实现全程项目化、全员参与的教学方式，从而实现理论知识与实践问题相结合，通过生生/师生的沟通、交流、讨论、辨析、评价等多个环节，真正激发学生的学习热情，增强学生的动手能力、思辨能力、探究能力、团队协作能力、沟通能力及创新设计能力，提高其社会实践能力、综合职业能力和专业素养，了解行业规范要求、职业道德、工匠精神等，通过课程与项目的结合，在潜移默化中受到思想政治教育。

    参考文献：

    [1]何宏莲，魏名萱.“课程思政”推行中的若干问题及建设路径探析[J].黑龙江教育（理论与实践），2020（10）.

    [2]李莎莎，李兴华，罗来珍.高等学校数学教学中的德育渗透[J].黑龙江教育（理论与实践），2020（10）.

    [3]卢昊，王威.机械设计基础课程思政教学设计与实践[J].教育教学论坛，2020（30）.

    [4]濮良贵，陈国定，吴立言.机械设计[M].10版.北京：高等教育出版社，2019：5-11.

    編辑∕李梦迪