基于強化實踐能力導向的機械設計課程教學改革

劉文光　王浩蘭　劉良娟

［摘 要］推行基于強化實踐能力導向的機械設計課程改革、創新，是由專業特色發展要求、人才培養目標定位和機械設計課程特點等因素決定的，這對于解決當前機械設計課程存在的問題、提升機械專業人才實踐能力具有重要意義。課程教學改革可以通過構建突出學生實踐能力培養的教學內容體系，開發融入創新創業理念和航空報國精神的課程思政教育教學資源，打造能教學、能實踐、能科研的課程教學團隊等舉措來實施。

［關鍵詞］強化實踐能力導向；機械設計；教學改革；人才培養

［中圖分類號］ G642.0［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）06-0022-04

機械設計是大學生學習機械工程基礎理論的核心課程之一，其課程建設與學生的實踐能力培養有著密切聯系。傳統機械設計課程教學通常涵蓋理論講授、課內實驗和課程設計等環節，其理論教學和實踐教學都是培養學生實踐能力的重要途徑。因此，只有以實踐能力培養為重，找到理論知識與實踐能力的連接點，實現理論教學與實踐訓練的一體化，才能更好地提高課程的教學成效。

近年來，學界對機械設計課程的教學內容和教學方法進行了大量的改革研究。王瑞芳等探討將課程思政理念融入教學過程，建立了以學生為中心的機械設計課程教學過程性評價反饋機制 [1]。圍繞新工科背景下的應用型教學體系建設， 劉軍等優化了機械設計課程教學理念和模式[2]，冀曉紅提出了機械設計課程創新實踐模式 [3]。針對教學資源、教學方法以及考核評價等相關問題，梁棟等提出了機械設計課程創新思路[4]。于克強等以提高課程對學生畢業要求達成度為目標，比較了傳統教學設計和基于OBE理念的教學設計[5]。孫江宏結合學科競賽建立了融入學科競賽的機械設計課程教學內容體系[6]。陳川等以面向應用型本科院校為目標，創新了機械設計課程的教學內容、教學方法及考核方式[7]。盡管有關機械設計課程的改革很多，但大都忽略了傳統教學存在的兩大問題：一是傳統課程教學內容與實踐能力培養需求脫節，如課程教學重課堂講授輕實踐訓練、重知識輕能力、重分數輕育人；二是實踐內容缺乏層次性，課程的理論教學與實踐教學銜接性不夠，二者無法一體化[8-9]。因此，筆者所在課程組（下文簡稱課程組）基于強化實踐能力導向，改革教學大綱、建設特色化教材、開發教學資源和打造教學團隊，按照“理念引領、體系構建、思政育人”三位一體模式實施了機械設計課程的教學改革。

一、基于強化實踐能力導向的課程教學理念

根據機械專業的特色、人才培養目標定位以及機械設計課程特點，課程組提出了基于強化實踐能力導向的課程教學理念，如圖1所示。該理念以實踐能力培養為核心，將學習內容優化為基礎知識學習和創新實踐體驗兩大模塊，主要采用知識傳授、案例教學和實踐體驗三種教學方法，將學生的學習過程拓展為理論學習，課內實驗，上機實驗、課程設計以及課外學科競賽四大環節（見圖2）。

如圖2所示，新理念主張學習模塊和學習方法的相互滲透，理論學習和實踐學習的相互統一，課內實踐和課外實踐的相互融合?；A知識學習模塊包括理論學習和課內實驗，主要夯實學生的知識基礎，培養學生的一般設計和分析能力以及工程觀察能力。創新實踐體驗模塊包括上機實驗、課程設計以及課外學科競賽，強調鍛煉學生對機械創新設計實踐問題的解決能力和強化學生對機械創新設計實踐的體驗，通過以賽促練、以賽促學，培養學生的創新素質。新理念強調重視案例教學法和實踐體驗法在課程教學中的應用。整個教學過程中，課堂教學環節以知識傳授法和案例教學法為主；課內實驗環節采用案例教學法和實踐體驗法，讓學生分組完成實踐項目實驗，單獨撰寫實驗報告，旨在鍛煉學生的工程觀察能力和三維設計能力；上機實驗、課程設計環節與課外學科競賽環節相結合，讓學生以團隊為單位完成實踐項目。與傳統的知識傳授法不同，案例教學法和實踐體驗法更加便于課內課外實踐的深度結合，授課教師在案例教學中扮演設計者和激勵者的角色，學生通過“學中做”“做中學”“探中學”的層次化設計實踐逐步提升自身的實踐能力。

推行基于強化實踐能力導向的課程教學理念需要有效的實施路徑。課程組主要實施了改革教學大綱、建設特色化教材、開發教學資源和打造教學團隊四項舉措。在教學大綱方面，做到對教學內容的選擇滿足金課“兩性一度”要求，教學環節的設計體現理論與實踐的有機融合，教學考核突出實踐能力評價。在教材方面，按照認知性實踐、驗證性實踐、綜合性實踐和創新性實踐的邏輯順序編寫，把學生的注意力引導到三維設計和整機設計方面，逐步提高學生的實踐能力。在教學資源開發方面，堅持立德樹人，將航空報國精神育人元素合理融入課程教學視頻中，完善在線自測題庫和開發主題討論模塊，利用混合式教學提升課程育人成效。在教學團隊建設方面，發揮“傳幫帶”的作用，通過培訓、學習和實踐等手段提升教師的教學能力、科研水平和實踐素質，建設一支“三能型”教學團隊，為確保課程教學改革質量提供師資保障。

二、基于強化實踐能力導向的課程教學改革策略

在先進教學理念的引領下，課程組從構建層次化實踐教學體系、開發教學資源和打造教學團隊三大方面確保課程教學改革得以有效實施。

（一）改革課程教學大綱，構建層次化實踐教學體系

如圖3所示，新的課程教學大綱增設了機械設計上機實驗，強化了機械設計實踐與理論知識學習的有機融合，在傳統實踐體系的基礎上構建了層次化實踐教學體系。新的實踐教學體系注重大學生創新素質的逐步培養，使學生學習過程實現從理論到實踐再到創新的層次化提升。第一層次的實踐教學主要是課內實驗，包括螺栓連接測試實驗、帶傳動性能分析實驗和減速器結構分析實驗，旨在通過“學中做”培養學生的工程觀察能力；第二層次的實踐教學主要是機械設計上機實驗和機械設計課程設計，旨在通過“做中學”培養學生的一般設計和分析能力；第三層次的實踐教學是指課外學科競賽，主要是組織學生參加全國大學生機械創新設計大賽和全國三維數字化創新設計大賽，旨在通過“探中學”培養學生的實踐能力。新的課程教學大綱對學生參與課外學科競賽提出了專門的要求，而且增加了學生實踐能力考核的比重。實施層次化實踐教學體系，不僅有利于培養學生采用三維軟件完成機器設計、分析和調試，而且有利于打通不同專業學科知識之間的壁壘和增強學生的整機設計能力。

（二）將創新創業教育與課程思政、知識教學相融合，開發教學資源

課程組以強化實踐能力導向的教學理念為指導，將機械創新設計理論融入課程教學，開發了《機械設計實踐與創新》這一專業實踐教材。該教材按照層次化實踐教學體系構建要求，把產品研發要用到的三維軟件和創新設計技法等相關內容充實到教學內容中，引導學生完成機械創新設計實踐。新的機械設計實踐教材內容包括認知性實踐、驗證性實踐、綜合性實踐、創新性實踐等實踐項目和創新理論，打通了機械設計課程與其他專業課程間的壁壘，把機械設計制造、材料選用、強度計算等知識融入整機設計實踐過程中，使學生能將所學專業知識加以融會貫通，提高創新實踐能力。換言之，該教材不僅注重一般機械設計的實踐，而且注重設計實踐與創新創業能力培養的有機融合。

課程組堅持立德樹人思想，把航空報國精神育人元素融入課程教學全過程，選擇一些典型的機械設計案例，開發了機械設計課程思政示范教學視頻，并將教學視頻上傳至在線教學平臺。為了充分發揮在線教學平臺的優勢，課程組以在線教學平臺為依托、手機學習通App為工具，建立了線上課堂與線下課堂相結合的教學體系，并在線上課堂結合飛機事故案例開設了機械設計工程案例主題討論區，實現了課程思政與機械設計專業教學的深度融合。新的課程教學資源的有效利用不僅增強了生生互動和師生互動的效果，而且在培養學生實踐能力的同時讓學生堅定了航空報國理想以及增強了責任擔當意識、科學精神和團隊合作能力，進而提升了機械設計課程的育人成效。

（三）發揮教學、實踐、科研的優勢互補作用，打造教學團隊

課程教學改革的主要執行者是教師，如果教師缺乏實踐動手能力和創新意識，課程教學改革充其量是“新瓶裝舊酒”。要有效開展基于強化實踐能力導向的機械設計課程教學改革，課程組不但要有很強的理論教學能力，而且要能夠指導學生的機械創新實踐，同時會結合創新實踐開展科學研究，即課程組成員必須是能教學、能實踐、能科研的“三能型”教師。

課程組利用自身的科研優勢，將科學研究中遇到的機械設計案例帶入課堂，引導學有余力的學生參與科學研究，結合科研活動指導學生參加課外學科競賽，加深學生對機械工程學科前沿的認識。同時，課程組也在提升教師的教學水平、實踐能力和科研水平方面制定了相應的措施，比如要求青年教師必須參與教學改革研究、定期參加教學能力提升培訓，鼓勵青年教師讀博深造、出國訪學、下廠鍛煉；發揮課程組“傳幫帶”的優勢，為每位青年教師配備了導師，指導其教學和科研活動。課程組還通過不間斷地組織教研活動，推動青年教師向老教師虛心學習好的教學方法，同時推動老教師向青年教師學習先進的教學手段，從而使教學團隊通過優勢互補的方式增強自身的教學、實踐和科研能力。

三、基于強化實踐能力導向的課程教學改革成效及其影響

（一）課程教學改革成效

課程教學改革基于強化實踐能力導向，構建了貫通理論教學，課內實驗，上機實驗、課程設計以及課外學科競賽的層次化實踐教學體系，提高了學生的實踐能力，開發了融入創新創業教育內容和課程思政元素的課程教學資源，打造了一支能教學、能實踐、能科研的“三能型”教學團隊，取得了良好的教學效果。

一是學生的創新實踐能力大大提高。南昌航空大學機械類專業學生（約1600人）參加了機械設計課程教學改革實踐，其中有80%的學生認為該改革有合理的目標、豐富的教學模塊、有效的教學方法和良好的質量保障條件，提升了學生的機械設計創新實踐能力。學生取得的代表性成果包括依托課程項目獲得課外科技創新立項200余項，項目作品獲得全國大學生機械創新設計大賽一等獎3項、二等獎1項以及省部級一等獎68項。這些成果都是學生創新實踐能力大大提高的有力證明。

二是課程被建設成為省一流課程。在先進教學理念的引領下，課程組開發了豐富的機械設計課程教學資源，依托課程教學資源開展的機械設計線上線下混合式教學改革課程已被評為江西省線上線下混合式一流本科課程、江西省精品在線開放課程、江西省課程思政示范課程，并被列入江西高校育人共享計劃。

三是課程組教師的能力全面發展。通過課程教學創新實踐，課程組教師的教學、實踐和科研能力得到了全面發展。教學方面，新增江西高校移動教學比賽二等獎1人，南昌航空大學的教師理論講課比賽一等獎3人、青年教師實踐講課比賽二等獎1人、教師課程創新大賽二等獎1人、“教學十佳”稱號1人。實踐方面，課程組教師指導學生參與學科競賽獲得省部級以上獎勵100多項?？蒲蟹矫?，課程組教師完成各類省級教改課題10多項，發表教研論文10多篇，出版相關教材8部，主持包括國家自然科學基金項目在內的科研項目30多項，授權發明和實用新型專利50多項，發表學術論文200多篇。

（二）課程教學改革成果影響

基于強化實踐能力導向的教學理念不僅在機械設計課程教學中得到了應用，而且已經被運用到其他專業課程的建設中，基于新理念編寫的實踐教材也在其他高校得到了應用，課程教學改革成果影響作用明顯。

一是教學理念在其他課程得到推廣應用。在2019版的課程教學大綱修訂中，課程組將強化實踐能力導向的教學理念推廣至本校的機械設計基礎課程，增設12學時的機械設計上機實驗，改革考核方式，強化實踐能力考核。實踐教學體系從南昌航空大學的機械類專業推廣到本校金屬材料類、材料成型類、飛行器類等所有開設機械設計課程和機械設計基礎課程的18個專業，課程教學改革成果得到大面積的推廣。

二是《機械設計實踐與創新》教材得到廣泛選用。課程組遵循新教學理念編寫的《機械設計實踐與創新》實踐教材促進了機械設計原理和機械設計實踐的有機融合，強化了三維設計能力和整機設計能力訓練。該教材被選作南昌航空大學機械類等18個專業學生的實踐主教材，也一直被本校的科技學院選作實踐主教材。

三是改革理念得到同行認可。課程組在省內外教學會議上多次就改革成果作報告，匯報了課程組在課程教學改革中所采用的一些好的做法和所積累的一些經驗。改革理念被其他高校所認可，省外同行專門帶隊前來進行機械設計實踐教學交流。課程組錄制的課程思政示范課被選送到學習強國平臺，課程建設經驗被南昌航空大學官網以及《江西日報》等新聞媒體多次報道。

四、結語

本研究針對傳統機械設計課程存在的問題，提出了基于強化實踐能力導向的新教學理念。通過改革課程教學大綱、構建層次化實踐教學體系，實現了機械設計實踐教學與理論教學的一體化。堅持立德樹人，將航空報國精神育人元素合理融入課程思政教學資源開發中，提高了課程育人效果?；诮虒W、實踐和科研的優勢互補，打造了“三能型”課程教學團隊，確保了課程教學改革的順利實施。機械設計課程教學改革，不僅提高了學生的實踐能力，而且促進了機械設計課程建設質量和教學質量的提升，實現了教師教學、實踐和科研能力的全面發展。層次化實踐教學體系在機械設計課程得到了順利實施，在其他相關課程得到了推廣應用，突出整機設計和三維設計特色的實踐教材也得到了廣泛選用，機械設計課程教學改革成果的影響力得到了提升和擴大。

［ 參 考 文 獻 ］

[1］ 王瑞芳，平學成，呂洪玉，等.“以生為本”機械設計課程教學改革探索[J].中國輕工教育，2020（6）：66-73.

[2］ 劉軍，張濤.基于新工科背景的機械設計課程創新[J].機械設計，2020（S2）：268-270.

[3］ 冀曉紅.新工科背景下機械設計課程與教學改革策略淺析[J].黑龍江科學，2020（21）：66-67.

[4］ 梁棟，陳星.智能制造背景下機械設計課程教學改革探索與實踐[J].教育教學論壇，2020（42）：183-184.

[5］ 于克強，陳國輝，劉元林.基于新工科的機械設計OBE教學設計改革研究[J].課程教育研究，2020（19）：238-239.

[6］ 孫江宏.面向創新設計的《機械設計》教學改革與實踐：以北京信息科技大學機電工程學院為例[J].教育現代化，2020（11）：42-44.

[7］ 陳川，王春華.應用型本科機械設計課程教學改革及實踐研究[J].課程教育研究， 2019（44）：70-71.

[8］ 劉文光，賀紅林.全程體認式機械設計課程設計[J].科技創新導報， 2017（15）：234-235.

[9］ 劉文光，賀紅林.基于大工程觀的機械設計教學探索[J].教育教學論壇， 2018（16）：187-189.

［責任編輯：龐丹丹］