周传喜，管锋，彭三河 （长江大学机械工程学院，湖北 荆州434023）

机械设计类系列基础课程实践教学环节是指随课堂教学而开展的实践教学活动，目的是加深学生对课程内容的理解，使其能掌握和应用所学知识并在实践中激发创新意识，培养工程意识和团队协作能力。在机械设计类系列课程中，《工程制图》、《机械原理》和《机械设计》3门课程具有较强的工程实践性，能培养学生的工程思维，强调工程方法，从而提高学生的工程设计能力与素质。其中，《工程制图》课程立足于零部件二维图纸的绘制和三维实体造型，以零部件结构正确表达为目标，能培养学生的工程零件几何形体设计及表达能力；《机械原理》课程立足于机电一体化的发展方向，以机械系统的运动方案设计及机构的创新设计为目标，能培养学生对相关机构及系统的运动设计的能力；《机械设计》课程立足于机械零部件的结构强度设计，以机械结构的创新设计为目标，能培养学生对工程零部件结构设计与强度设计的能力［1］。

国外许多高校一直以来都非常重视机械设计类系列基础课程教学研究与改革，很多知名高校为了实现基于工程实践的项目设计训练，往往将某些机械设计类基础课程及其实践环节合并，同时提供给学生一流的软硬件设备，提高了教学实践的效果。笔者在巴西里约热内卢联邦大学进行为期4个月的访问学习过程中，参与了《机械设计》课程的整个教学过程，该校在机械设计类系列课程教学中改革力度大，非常重视学生实践能力的培养，将课堂内容与社会上实际设计案例紧密结合，并且所选案例能贯穿整个课本内容知识点，教师完成2个学时的理论课程后就要进行2～4学时的实践教学（包括课堂讨论与学生汇报实践案例方案讨论等方式）。该课程60学时，其理论教学28～30学时，剩余学时是围绕理论教学开展的培养学生工程实践能力的实践教学。该课程结束后，将有2个月时间进行《机械设计课程设计》，题目是针对上课内容的实践展开的，实践环节实际上是在学校实验室进行产品实物制作，班上30多个同学分成4～5组，这样一个班上交的作品就是4～5个真正实物或比例模型。整个过程下来，学生的操作能力得到了充分地锻炼。

而国内目前主要采用教师“领着走”的方法，这不能充分调动学生的主观能动性。长江大学目前正处于高速发展阶段，对学生的培养质量的要求也在不断提高。工程实践能力的培养正是体现工科学生培养质量好坏的一个关键指标。机械工程学院在学校的大力支持下，目前主要在《工程制图》、《机械原理》和《机械设计》3门课程的实践环节开展了系列实验项目，如在《工程制图》课程设计环节要求学生进行实物产品的测绘项目；在《机械原理》实验节开展了动手操作组合创新机构并进行其运动仿真模拟实验项目；《机械设计》课程设计环节结合各类创新大赛完成实物制作项目。以上的实验项目其实在某些方面与国外高校是具有共同性质的。至于这些实验项目的质量评定方法，主要决定于学生们定期的反馈意见，对于学生感兴趣且能提高学生操作能力的项目，应鼓励教师们多开展；对于学生兴趣不大、实验效果不明显的项目，应该加以改进或取消。另外，实践环节学生成绩评定办法也不能按传统执行，应该根据学生完成的实际情况进行评分：对于小组实验项目，根据各成员的贡献进行等级评价成绩；对于个人完成的实验项目，应该根据实际上交的测绘图纸或实物作品来直接评分，非常客观。笔者就以上3门课程为载体，论述了如何围绕工程实践能力培养，借鉴国外高校改革经验进行相应实践环节的教学改革情况。

1 丰富实验内容，提高学生操作能力

实验教学一直都是理论课堂教学中操作能力锻炼的实践环节，机械设计类的2门基础课程均有各自的实验环节。

1.1 《机械原理》课程实验教学

机械原理实践教学主要体现在为期2周的课程设计阶段及与课程同步的实验教学环节，实验环节分三阶段进行，具体流程如图1所示。

第1阶段，借助前期教改项目研究，提出了“三模块，多层次”［2，3］的创新实践教学体系，如图2所示。

图1 三阶段实验改革流程

图2 创新实践教学体系

第2阶段，借助长江大学机械设计制造及其自动化专业被评为国家特色专业这一契机，引进了一批新的关于机械原理课程实验可自主创新的实验设备。该设备不仅能让学生们将课本上所学的连杆机构、齿轮机构和凸轮机构3大机构的理论知识加以应用，同时也能让他们在该设备上进行自主创新，拼接自己想要的组合机构，并通过实验设备的运动仿真实践功能很方便地证实所设计的组合机构的合理性、正确性。通过此项改革，学生们大大提高了学习兴趣，有的同学甚至还对该实验设备提出了改进建议。以上这些动手操作不仅能巩固学生的课堂所学理论知识，同时也锻炼了他们的实践能力。

第3阶段，由学生自行设计实验。老师根据课堂内容布置实验任务，由学生根据实验任务来拟定实验准备及操作步骤。如学习完四连杆机构演变内容后，老师要求学生进行机构演变，以实现不同的功能。这时学生想到了利用连杆机构分别实现开窗功能、汽车车厢的翻转功能、起重机的举升功能等。他们利用实验室的创新设备可自行完成各个实验环节。第3个阶段的实验改革由于对学生的要求高，目前还处于选修实验阶段，只有部分感兴趣的学生参与，没有全部普及。

1.2 《机械设计》课程实验教学

《机械设计》课程以《工程制图》和《机械原理》为理论基础，经过这3门课程的学习，知识体系将更加完善，设计思路将更加清晰。《机械设计》课程的实验教学是与理论教学相辅相成的教学环节，是提高学生实践能力的重要手段。

机械工程学院设有常规的带传动实验、齿轮传动效率测试实验、螺栓组拉力测试实验和轴承的效率测试实验。近年来，随着创新教育的开展，上述4个实验已经无法满足学生们对课堂内容的完全消化和理解，学生们不再满足于观察性实验而是希望进行更多的操作性实验。为此，于2014年引进了一套创新性实验组合柜，该实验装置是由一系列零件模块组成的，学生可以任意拆装组合各零件，形成模块，连上电机进行传动机构的运动演示：实现包括带传动、链传动及齿轮传动在内的3大传动机构的结构设计的组合和拆装，同时还包括系列轴系类零部件的组合装备的运动演示。以上这些都属于该设备的常规实验项目，实际上该设备还具备创新性实验项目的功能，即学生可以根据所想，将任意2类传动机构模块进行操作连接，进行所想的结构设计再演示其运动情况，实现组合机构的运动合理性判断。利用该设备，学生的想法就可以得到验证，正确与否，动手便知。同时教师还将该实验设备用于大学生创新创业大赛项目上，有了该设备，学生们可自行否定那些不成熟的设计方案，肯定那些正确可行的设计方案。

2 提高课程设计要求，促使学生亲手操作

课程设计环节是除实验环节外另一个弥补课堂知识、提高学生实践操作能力的有效途径。因此，培养学生工程实践能力为目的的教学改革，该环节是必不可少的。机械设计类的3门基础课程均有各自的课程设计环节。

2.1 《工程制图》课程设计

《工程制图》课程是一门专业基础课程，也是大部分学生感到比较头疼的课程。目前存在的主要问题有［4］：教师注重理论知识点的讲解，对实践零件测绘环节中画零件图及装备图的内容往往一带而过；多数学生也只关心理论笔试考试的分数，对实践环节的大作业敷衍了事。总的说来，教师没有手把手教会学生进行计算机绘图操作，学生们往往相互复制文档交差。这样势必会影响到大三专业课相应的实践环节中画图作业及毕业设计的绘图质量，加上学生的空间想象能力有限，导致学生无法用图形正确表述自己的设计内容，进一步影响到毕业设计的整体质量。

2年来，学院将《工程制图》课程实践环节与工程实训教学环节相结合，要求学生们对为期4周的工程实训环节的作品进行零件测绘实践。除了常规的完成零件工作图及装配图的绘制工作外，还鼓励学生学习一些能培养工程实践能力的PRE等系列相关软件，并采用软件实现零部件及整个作品的三维模型。学生既能学习工程实训中的各种加工环节的操作技能，同时也能锻炼他们的工程制图能力。由于学生完成的是实际题目的训练，而不是虚拟假设题目的练习，这样使他们更有成就感，更能发现和解决新的问题，从而提高工程实践能力。

2.2 《机械原理》课程设计

教师在传统的要求基础上，增加了方案的动画仿真、三维造型、计算结果曲线绘制及计算过程的可视化编程环节。由于学生的计算机基础知识存在差异，指导教师针对上述环节加以控制，计算结果曲线绘制是强制环节，要求每个学生必须完成，其他环节则由操作能力较强的学生在教师指导下单独完成的。整个环节做下来，学生不仅掌握了与课程设计题目相关的知识点，同时也为他们的实践操作能力提供了锻炼的机会。

2.3 《机械设计》课程设计

减速器设计是机械设计实践环节的典型内容，因为它最能体现该课程课内所有知识的应用情况［5］。为此，学院采取如下改革措施：大题目不变，仍然是减速器的设计问题，但改变了实现减速传动的传动方案，由原来每班统一要求一个传动方案，改成每班多个传动方案，并且每人一组数据。这就要求学生每人必须从头到尾完整地计算一遍，无法直接抄袭其他学生的作品，同时最后阶段的绘图工作也无法得到确切尺寸。另外，还设有最后一关的答辩环节，可供教师判断学生实践工作量的多少，进而对实践成绩给予客观评定。这样下来，学习不认真的学生少了，向教师和同学请教的学生多了，这些现象都说明学生们开始切实行动起来了。课程设计结束后，从学生交上来的报告、图纸来看，质量有明显提高。

3 结合第二课堂，培养工程实践能力

与此同时，在工程实践能力培养方面还有一个改革举措，就是鼓励有创新想法的学生积极开展第二课堂的学习创新。结合前面《机械设计》课程设计教学环节，首先要求学生在课程设计时选做自选课题（可以是往届创新大赛主题作品或教师们发明的创新机械），在课程设计过程中成立独立团队，并有专门教师来指导他们利用工程软件进行运动学仿真，检验运动干涉，验证学生的创新构思，最后完成包括工程图在内的详细机械设计，并依托学校的创新实践基地制造出实物，参加包括大学生创新设计大赛、全国挑战杯大赛在内的各类大赛。当然这个过程可能会延续2个学期，同时也需要得到学院及教师们的大力支持，这对学生来说是提高其工程实践能力的绝佳途径；同时这部分学生能参加大赛并获奖，势必会起到较好的辐射作用，促使更多学生积极参与实践教学改革和进行创新实践活动，形成良好的循环。

4 结语

通过上述诸多改革与实践，学生们查阅资料、动手绘图、自主创新能力及学习热情都得到了显著的提高，实践环节也不再是形同虚设，能起到锻炼学生工程实践能力的作用。随着改革的进一步深化，还要加大实验室建设力度，在现有实验项目及实验设备的基础上对实验室进行升级改造，多增加开放性实验项目，让更多的学生能亲手操作。另外，教师对课程设计环节也要进一步探索能培养学生工程实践能力的新措施，使得教学效果越来越好。

［1］陈炜峰 .农机化专业机械设计基础系列课程建设与改革 ［J］.农机化研究，2001（4）：121～123.

［2］周传喜 .机械类基础课程实践教学改革研究与实践 ［J］.长春理工大学学报，2011，6（11）：183～184.

［3］管锋，周传喜 .机械原理课程实践性环节的教学改革与实践 ［J］.长江大学学报（社会科学版），2011，34（4）：121～122.

［4］钟阳，李巧云 .浅谈高职机械制图课程教学改革 ［J］.职业，2015（3）：43～44.

［5］吕相艳，任立敏，夏智星，等 .试谈机械设计课程设计改革 ［J］.黑龙江科技信息，2014（25）：41.