基于应用能力培养的机械原理课程设计教学改革与实践

摘 要 以应用能力培养为目标，提出以选题多样化、现代设计工具应用、参数化设计训练、机械创新大赛相结合为手段的机械原理课程设计教学改革与实践方案，并在南京理工大学紫金学院以2012级、2013级机械工程专业为改革试点。实践表明：改革思路正确，教学效果明显，学生自主化学习、现代设计工具应用、计算机综合应用、创新设计等综合应用能力得到明显提升，使课程更好地适应独立学院应用型人才培养目标。

关键词 应用能力；机械原理；课程设计；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2018）02-0090-04

1 引言

随着我国经济、社会的快速发展，我国高等教育的人才培养目标也渐趋完善与合理[1]。作为我国高等教育体系重要组成部分的独立学院，其人才培养目标大都定位于应用型本科人才的培养，因此，其人才培养模式及课程教学都必须要突出应用能力的培养和训练。

“机械原理”（“机械设计基础Ⅰ”）是机械类专业的一门主干技术基础课，是理论基础课与专业课的桥梁，是培养学生应用能力的基础；作为其实践环节，“机械原理课程设计”是学生应用能力培养与训练的第一次“演练”，对学生综合应用能力的培养至关重要。因此，加强此环节的教学研究与改革，对整个人才培养目标的实现具有重要意义。

2 课题研究现状

2009年，教育部高等学校机械学科机械基础课程教学指导分委员会机械原理课指组修订的《机械原理基本要求》提出：“按照一个简单机械系统的功能要求，综合运用所学知识拟定机械系统的运动方案，并对其中某些机构进行分析和设计。”按照这一要求，南京理工大学紫金学院“机械原理课程设计”课程在“机械原理”课程结束后的第二学期，针对“插床导杆机构”10组不同的性能参数和15个不同的位置，分别进行机构运动简图的绘制、运动分析和动态静力学分析。该方案基本上满足了该校“机械原理课程设计”的教学要求。

然而，随着现代设计方法的发展和计算机应用软件的提升，原来这种以“指导书为主动、学生为被动”的课程设计方式固然可以“巩固学生所学机械原理知识”“培养学生应用技术资料和查阅资料的能力”，但与现阶段应用型人才培养目标不能有效适应，存在下面一些问题。

选题单一，无法培养自主化学习能力 所有学生均以“插床导杆机构”为研究对象，采用图解法进行设计计算，唯一的区别在于分析计算的“位置”不同，学生基本“依葫芦画瓢”，且较易引起抄袭现象。

设计手段落后，无法体现对先进设计工具的运用 传统设计方法只注重“图解法”的训练，对学生基本理论知识的掌握有一定作用，但应用型人才更要注重对以計算机辅助设计（CAD）为代表的现代设计工具的应用。

设计内容过窄，无法培养系统工程概念 一部机器一般由原动机、传动系统和执行系统三部分组成，而本课程设计仅对执行系统进行设计，没有对“机械系统的方案和机构的选型”进行设计，缺乏整体设计理念和系统训练，无法培养学生“系统工程”的概念与意识。

教学形式死板，创新能力培养不够 基于单一的选题，采取的教学方式基本为集中式教学训练，导致学生基本处于被动地位，没有为他们创新思维和创新能力的培养和发挥提供扩展空间。

3 课题研究的具体思路与方法

根据学院机械专业人才培养目标和市场需求，从学院实际情况出发，对“机械原理课程设计”课程进行有益的改革与实践，取得一定的研究成果。基本改革思路如图1所示。

通过多样化选题，培养学生的自主化学习能力 自主学习是一种现代学习方式，强调以学生作为学习的主体，学生自己做主，通过阅读、听讲、研究、观察、实践等手段，使个体可以得到持续变化，包括知识与技能的提升、方法与过程的体验、情感与价值的改善和升华等。自主学习是大学教育的终极目标，自主学习能力的培养对提高学生的应用能力起到至关重要的作用[2-3]。本项目瞄准学生自主化学习能力培养的目标，对课程题目进行有效设计，在尽可能紧跟机械原理教材主要内容的同时，将课题分为常规性题目和主题性题目两大类。其中，常规性题目的方案、任务和功能比较明确，学生从任务或题目组中选择，独立完成设计内容。这类题目主要从生活实际出发，对典型机构进行设计，见表1。

主题性题目是在常规性题目基础上的提升，要求学生在限定的主题范围内通过调研，自主确定课题内容、课题设计方案等，并独立完成课题设计。该类课题一般方向比较新颖，但所给方案信息比较模糊，比如绿色环保教育主题、教学设备主题等。该类课题任务量的大小由所设计机械的具体性能和创新点确定，对学生自主化学习能力提出更高的要求。

通过PRO/E、ADAMS等工具的引入，培养学生对现代设计工具的应用能力 在现代机械设计中，设计手段越来越多，特别是以计算机辅助设计（CAD）为代表的现代设计工具，其应用越来越广泛。本项目研究瞄准学生现代设计工具应用能力培养的目标，在课程设计过程中，有目的性地引入Pro/E、SolidWorks等计算机辅助设计软件进行相关机械结构的设计，引入ADAMS软件进行机构的运动学分析和动力学分析，并与传统的图解法分析结果进行比较。

图2所示为应用Pro/E软件完成的课题“冲压式蜂窝煤成型机的设计”的系统主要组成部件三维装配图，学生可依据该三维装配图进一步实现“冲头”的运动分析。

图3所示为应用ADAMS软件完成的课题“半自动平压模切机的设计”的机构模型案例，进一步可实现该机构各组成构件的运动分析。

此措施在锻炼学生基本技能的同时，又提升了对先进现代设计工具的应用与训练，对学生应用技能的培养及就业开拓了更广阔的空间。

通过机构的参数化设计，培养学生的计算机综合应用能力 计算机技术和信息技术已经渗透到现代社会生活的各个领域，很多企业和用人单位对高校毕业生的计算机综合应用能力要求越来越高，不仅要求掌握计算机基础知识，还要掌握应用计算机来解决实际问题的能力。因此，技术应用型院校更应该培养学生的计算机综合应用能力。但在现阶段的人才培养过程中，普遍存在仅注重计算机基础知识的传授、片面追求计算机等级考试通过率等实际问题，导致学生不能将计算机基础与专业知识应用有效衔接。本项目研究瞄准学生计算机综合应用能力培养的目标，在课程设计过程中，对部分机构的设计辅助以VB编程语言来完成，编写机构的参数化设计程序。图4所示为引入VB计算机语言对“插床导杆机构”进行参数化设计的案例。

该项改革改变了机械专业学生对计算机课程普遍存在的“重理论”“无用论”的观点，将计算机基础知识与专业教学实现有机结合，进一步提升了学生的计算机综合应用能力。

通过与各类机械创新大赛相结合，培养学生的创新设计能力 培养学生的创新精神和创新能力是高等学校人才培养的重要目标。创新设计是一种具体的实践活动，对大学生而言，机械创新设计能力主要包括创新意识、创新思维和创新实践能力，在具有创新意识和创新思维的基础上，通过创新实践来实现创新设计。以“机械创新设计大赛”为代表的各类科技竞赛活动是开展创新设计能力培养的重要载体，本项目将课程设计与竞赛活动相结合，部分优秀的课程设计成果优先推荐参加“全国大学生机械创新大赛”；同时，大赛的作品也将充实到课程设计题目库之内，广泛调动学生积极性，培养学生的创新设计能力。图5所示为课程设计中表现出的优秀作品——垂直式胶带封箱机，获得“第七届全国大学生机械创新设计大赛”江苏省赛区二等奖。

4 结语

本文是南京理工大学紫金学院2012级、2013级机械工程专业“机械原理课程设计”教学改革的实践总结。通过多样化选题、引入现代设计工具的应用、参数化设计训练，并与各类机械创新大赛相结合，改变传统教学中选题单一、设计手段落后、设计内容过窄、教学形式死板的状况，在重复调动学生学习积极性的同时，培养学生自主化学习能力、现代设计工具应用能力、计算机综合应用能力和创新设计能力，更好地适应和服务了独立学院应用型人才培养的目标。

参考文献

[1]刘献君.我国高等教育发展的主导思想及面临的主要矛盾[J].高等教育研究，2017，38（1）：1-7.

[2]何基生.大学生自主学习能力的内涵、构成及培养[J].湖南科技学院学报，2012，33（5）：75-78.

[3]董德发，张艳丛，赵婧，等.提升应用型本科高校大学生自主学习能力途径研究[J].中国科教创新导刊，2014（2）：38.