陈　静，张烈平，赵　虹

(桂林理工大学　机械与控制工程学院，广西　桂林　541004)



强化工程能力培养的地方高校机械设计系列课程改革

陈静，张烈平，赵虹

(桂林理工大学机械与控制工程学院，广西桂林541004)

摘要：工程能力是现代工程教育的本质和特征体现，文章分析了我国工科本科毕业生的毕业要求，建立机械设计系列课程实现毕业要求矩阵，分析了地方高校机械设计系列课程改革的困境，从机械设计系列课程内容、课程组织、教学方法三个层面，通过知识、工程能力和素养的合理平衡与有机结合，提出强化地方高校工科大学生工程能力培养的基本对策，以期为地方高校课程改革提供参考。

关键词：工程能力；机械设计；课程改革

一、引言

机械设计系列课程是机械专业的核心课程，包括机械原理、机械原理课程设计、机械设计、机械设计课程设计。机械设计系列课程是一个完整的机械设计过程，只有完成整个过程的训练，才能完成机械设计全过程的训练，这是机械专业人才具有机械产品设计能力的最基本条件。机械产品设计能力是机械专业学生的看家本领，否则他们将要在今后工作中经过较长时期的磨砺和摸索，才能具有这种能力，这将大大延缓工程人才的成长过程。

二、工科本科毕业生的毕业要求

大学教育核心任务是为人才成长奠定必须的知识、能力和素养基础。关于工科本科毕业生“知识、能力和素养”的分类及标准众说纷纭，中国工程教育专业认证协会在工程教育本科层次人才培养的通用标准中，对学生毕业时应该掌握的知识和能力提出了12条要求，这是对我国工科本科毕业生的“知识、能力和素养” 的完整定义，笔者按照布卢姆和加涅的教育目标分类理论，从“知识、工程能力和素养”三个维度[1]，对工科本科毕业生的毕业要求进行分类如下表所示。

学生应该掌握的知识、工程能力和素养的毕业要求，要通过全部的教学过程逐步实现。机械设计系列课程实现的是毕业要求的一部分，其实现毕业要求矩阵如下表所示。“设计开发解决方案”是工程能力的核心，机械设计系列课程设计以常用机构和一般通用零件的设计为核心，使学生具有从事机械产品设计的能力，是通过设计满足特定需求的系统、部件能力的训练，实现“设计开发解决方案”能力的培养，由于课程设计的训练不宜采用团队的方式，需采用一人一题的方式，使每个学生都能够得到完整的训练，因此课程设计不包括“个人和团队”“项目管理”的工程能力训练；在“沟通”方面，课程设计针对的是撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达能力的训练。

表　毕业要求及机械设计系列课程实现矩阵

工程的本质要求是创造未来世界，实现现在没有的、做出实用的东西来，那么就必须要有能力，工程能力是工程教育的本质和特征体现，强化工程能力关系高等工程教育质量的关键点。但是，工程能力培养仍是高校培养中尚未良好解决的难点问题[2]。地方高校与重点大学相比，无论是在政策倾斜还是经费供给上均处于劣势，对照工科本科毕业生的毕业要求，为数众多的地方高校的工程能力的培养还存在诸多的不足，地方高校如何通过课程改革实现工程能力的培养还未得到重视，教学改革步履缓慢。因此，现阶段需要加大地方高校课程改革的研究和探索力度，探索地方高校工科大学生工程能力培养的有效途径。

三、地方高校机械设计系列课程改革困境

机械设计系列课程对培养机械专业学生分析和处理工程实际问题的能力有着重要的作用。与工程问题的综合性相适应，国外不少专业课出现了综合化的趋势。英国的拉夫堡大学制造工程专业，开设的制造设计课，不仅包括工程制图及CAD的内容，还集成了设计、材料以及与设计相关的经济和法律问题。美国的密歇根大学机械专业的课程设置中，将工程制图、机械原理、机械设计、机械制造等机械专业的重要核心课程进行了有机融合，使得学生的学习有的放矢，有利于学生对机械工程知识的理解和掌握[3]。东南大学将机械原理和机械设计合并，正在开展基于综合设计能力培养“设计原理与方法”系列课程的实践。但是，目前开设综合课程的难度较大，地方高校机械设计系列课程各环节改革还存在的主要问题有：

(一)理论教学效果不到位

1.理论教学内容过度依赖教材和课件。大学课堂仍然是灌“书”课堂：教师讲教材和课件，学生学教材，考试考教材，离开了教材，老师就不知道怎么教，学生就不知道怎样学[4]。地方高校的机械原理和机械设计课程大多使用与重点大学相同的教材，课时和教学大纲相差无几，课程的知识点和知识的组织结构也是相差无几。教材是大学课堂教学的重要载体，它是课程的重要组成部分，但肯定不是全部。但是，教师对教材和课件过度依赖，却对如何选择教学内容、工程知识的宽度和深度缺乏深入的思考。

2.理论教学缺乏工程背景。机械原理和机械设计课程包括许多有关机械工程技术、方法、工程经验等方面工程知识，这些工程知识对学生工程能力的培养至关重要。工程知识来源于工程活动，具有强烈的工程背景，即具有显著的情境性，脱离了工程情境，就失去了工程知识的结构和意义[5]。

工程能力中的“问题分析”能力是能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论[1]。在机械设计课程中的“问题分析”能力是通过分析工程问题，建立工程问题的数学模型。但是，在理论课程中，工程知识常常被去掉其所处的工程环境，如机械设计课程中轴的设计，去掉轴所处的工程环境，直接从数学模型开始进行轴的设计，由于学生不清楚所学知识的应用环境，必然导致学生在产品设计中，缺乏对“工程与社会”“环境和可持续发展”“职业规范”等因素全面考虑，学生感觉不到缺乏工程背景的工程知识实践应用的价值，进而失去学习的兴趣；在实践教学中，需要对工程问题进行分析建立数学模型，但是实践教学指导的力度不够，使学生的工程“问题分析”能力培养不到位。因此，存在这样的现象：学生满足于概念、公式、作业、考试的学习过程，有的学生课后习题可以很好地完成，但是遇到现实中或者略为接近工程一点的问题就束手无策。因此，缺乏工程背景的“工程知识”的学习效果不到位，导致“工程知识”学习和“问题分析”能力的缺失，也难达到学生“终身学习”和“工程与社会”“环境和可持续发展”“职业规范”素养的培养要求。

(二)实践教学工程能力培养力度和效果不到位

课程设计是培养学生设计能力的关键过程，主要实现毕业要求中的工程能力的培养，课程设计主要包括理论计算、机构和结构设计，工作量是很大的。但是，机械原理课程设计时间为1周，机械设计的课程设计时间为3周，还通常安排在期末，学生要准备考试，使课程设计的实际时间不能保证。即使时间能够保证，学生也需要加班熬夜才能完成，因此，仅靠课程设计的时间是不够的。

课程设计的结果包括理论计算和设计图纸，课程设计图纸仅局限于抄图，没有参考图就不能搞设计的现象普遍存在；由于设计的结果没有通过产品制造进行验证，课程设计的结果还停留在设计图纸阶段，通过指导教师评价和答辩两个环节对课程设计的结果进行评价，由于课程设计的结果评价难形成严格的标准答案，实际对学生的评价包含了很多主观因素，因此，存在对课程设计的评价很少有不及格的现象，这种现象在其他实习中也普遍存在；同时，课程设计的实施过程管理和监督缺位，教师的指导和评价流于形式；因此，实践教学环节存在的各种问题，将导致实践教学存在虚化和弱化现象，对照课程设计要实现的毕业要求，工程能力培养的力度和效果远未到位。

(三)理论与实践教学体系不完善

机械设计系列课程的传统型课程框架和顺序是：机械原理-机械原理课程设计-机械设计-机械设计课程设计，这种课程设置基本上遵循着理论-实践、知识-技能、基础-应用的课程顺序进行展开，是延续了几十年的传统型课程模式，导致了理论与实践脱节，表现在机械原理与机械设计脱节、理论教学与课程设计脱节、课程设计彼此独立缺乏连续性的现象普遍存在。如在大多数机械设计课程中，仍坚持原来机械零件课程的教学内容和课程设计，即只讲通用零件设计和进行减速器课程设计，而机械原理中的三大常用机构在机械设计课程中只有传动机构了，其他两大机构，即连杆机构和凸轮机构无影消失[6]。学生不知道怎样去进行这些机构的结构设计和工作能力计算，也就是说在机械原理中学的连杆机构和凸轮机构学生无法应用，致使机械原理与机械设计课程脱节。机械原理和机械设计课程设计是一个完整实践过程，机械原理的课程设计的结果可以通过机械设计的课程设计进行验证，但是目前，机械原理的课程设计为机器方案设计，机械设计的课程设计为减速器设计，机器方案设计并没有得到验证，致使两个课程设计脱节。

综上所述，在机械设计系列课程实现毕业要求的工程能力培养中，主要存在“问题分析”“设计开发解决方案”“终身学习”三种能力的培养效果不到位，严重影响着学生工程能力的培养。在短期内难以根本改变传统型课程框架的情况下，机械设计系列课程教学改革的空间是有限的，因此，如何进一步提高对大学生工程能力培养重要性的认识，把实践的主体、时间、空间等还给学生，让学生主动实践，努力解决知识、工程能力和素养有机结合的问题，为学生创造完整的机械设计过程基本训练的条件，实现理论教学与实践教学并重，需要通过系列课程的整体设计和教学方法改革。

四、强化工程能力培养的地方高校机械设计系列课程改革

(一)机械设计系列课程的整体设计

知识、工程能力、素养是高等工程教育的内在要求，强化工程能力不是放弃知识的学习、素养的培养，高等工程教育要努力解决知识、工程能力和素养三个方面教育的合理平衡、有机结合的问题。因此，机械设计系列课程的整体设计，应着重把握好两个方面，一是在理论和实践内容选取方面，如何合理平衡“知识、工程能力和素养”，并将其作为理论课程和实践活动内容选取的基本依据；二是在课程的组织方面，如何处理好理论与实践教学的关系，实现“知识、工程能力和素养”的有机结合。

1.机械设计系列课程内容选取。强化工程能力是将知识学习作为手段，为工程能力培养服务，要以工程能力为导向开展课程设计，通过知识、工程能力和素养有机结合，提高工程能力的培养，以工程知识的学以致用提高工程知识的学习动力。强化工程能力培养的机械设计系列课程的整体设计基本对策有：降低机械原理、机械设计工程知识的深度，甚至于工程知识的宽度也要做出取舍，以必须够用原则确定工程知识的宽度；在机械设计课程中增加连杆机构和凸轮机构结构及工作能力设计，增强课程之间的有机联系；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大部分知识的应用情况，在减速器设计的基础上增加机械原理课程设计结果，即将机械原理课程设计结果，作为机械设计课程设计题目，通过前后连贯的实践环节，完成机械设计全过程的训练。也就是说，通过知识、工程能力和素养的合理平衡，解决机械设计系列课程脱节的问题，以加强产品设计能力和解决工程问题能力的培养。

2.机械设计系列课程组织。在课程的组织方面，高等工程教育改革的焦点在于如何处理好理论教学与实践教学的关系。茅以升先生的“习而学”教学模式，是一种有异于人们惯常思维的课程设计思想，它的精髓在于理论与实际的紧密结合，其本质特征是强调实践基础上的理论化：先习后学，再习再学，实习与理论相结合。因此，工程实践活动应穿插在工程教育的各个阶段中，与理论教学交替进行。现在，工学交替制已经成为高等工程教育的一种重要模式，在国内外得到了越来越广泛的应用。“习而学”模式给我们打破传统的课程论思想、以新的视角重新审视教学改革和设置课程提供了方法论上的依据，提供了新的对策与思路[7]。

受传统的公共基础课、专业基础课、专业课的三段论模式限制，基于工学交替制课程设置顺序的单元只能是理论课程和实践环节，并且，目前大部分课程的设置顺序仍是强调先理论后实践。因此，将工学交替制的思想融入机械设计系列课程改革，是指在不减少理论课程和实践性课程教学内容的同时，将系列课程变成一个连续的有机整体。首先，在机械设计系列课程的理论教学过程中，将课程设计提前到理论教学阶段，让学生在工程知识学习的同时，接受工程“问题分析”能力的训练，并以课后作业的形式完成课程设计的理论计算，使学生在学习基本理论的基础上，能够及时进行实际应用，有效地调动学生主动学习的积极性，实现课程设计活动穿插在理论教学的各个阶段，并与理论教学交替进行；然后，将机械原理课程设计结果，作为机械设计课程设计题目，通过前后连贯的实践环节，实现完整的机械设计的实践训练，提高学生“设计开发解决方案”能力的培养，以提高学生“工程能力”培养。

另外，没有真正落实实践内容的问题之一是时间的限制，而采用工学交替制重新组织机械设计系列课程，将课程设计实践活动穿插在相应理论教学的各个阶段中进行，使学生能够用课外的时间完成课程设计的部分内容，能够解决课程设计时间不够的问题。

(二)机械设计系列课程教学方法改革

机械设计系列课程的实施重点是，如何有效地提高实践教学与理论教学的协调。但是，有效地提高实践教学与理论教学的协调却是困难的，原因有来自教师的阻力，也有地方高校实践条件的限制。

强化工程能力的机械设计课程教学模式和方法改革基本对策有：

1.实施综合性实践环节。针对机械原理和机械设计课程设计之间知识融合不够的问题，需要前后连贯的综合性实践环节，通过设计机械原理和机械设计分阶段实施的综合设计实践环节，促进工程知识的融合；而且，重点应落实完整机械设计实践内容的实施，实现学生“设计开发解决方案”的工程能力培养，达到提高学生工程能力的目的。

2.基于“情境化”认知的理论教学方法。工程实践活动本身具有不依附于科学知识的独立性。对于工程学科的学习来说，“情境化”的认知方式更符合学习者的特点。在许多情况下，学习者在“情境化”的学习活动中，先认识到知识的实践形态，认识到了利用知识去理解、分析和解决真实世界中的问题的需要，然后再去学习理论知识，真正有效的学习就自然而然地发生了。因此，对于工程学科的学习来说，“情境化”的认知方式更符合学习者的特点[7]。因此，教学中要创设真实的工程项目教学情景，让学生真正参与到工程实施活动中来，自主地进行工程项目实践[4]。但是，基于“情境化”的认知方式的理论教学，创设真实的工程项目教学情景的实施有一定的困难，而以课程设计的内容作为理论课程知识的工程背景却容易实施，同时实现了将工程能力培养融入理论教学中，使学生明确理论课程学习的目标，加强理论课程中工程“问题分析”能力的培养，提高理论课程的教学效果，突出理论教学与实践紧密结合。

同时，实施基于“情境化”认知的理论教学方法，要改革课堂教学的内容，讲难点、重点、前沿知识和拓展知识，一般的知识通过学生的自学完成，这样不但提高了课堂效率，增加了学生的知识面和深度，也培养了学生的学习能力；除传统的教学方法外，以课程设计的问题为载体，采用基于问题的学习、基于项目的学习、基于案例的学习等多种教学方法，启发学生自己分析和处理工程问题，这样学生就可以利用课外的时间，进行大量的自主学习完成课程设计，实现以课堂教学为主向课内外结合转变，实现实践教学向理论教学延伸，将实践的主体、时间、空间还给学生，让学生主动实践。因此，通过知识、工程能力和素养的有机结合，能够有效提高学生“问题分析”和“设计开发解决方案”的能力，从而达到提高学生工程能力的目的。

五、结语

课程改革要统筹考虑课程体系设计和教学方法改革，不应该将课程体系设计的缺陷都期望由教学方法改革填补。不然，这样的改革是低效的，甚至难以达到预期目标。强化工程能力培养的地方高校机械设计系列课程改革不可能一步到位，在目前缺乏成功经验的情况下，学习借鉴国外和重点大学的做法，从工程人才的能力提升规律出发，研究地方高校机械设计系列课程的整体设计，积极探索和实施教学方法改革的有效路径，实现知识、工程能力和素养的合理平衡与有机结合，达到强化地方高校工科大学生工程能力培养的目的。

(责任编辑：夏璐)

参考文献：

[1]陈国松，许晓东.本科工程教育人才培养标准探析[J].高等工程教育研究，2012(2)：37-42.

[2]王存文，韩高军，雷家彬.高等工程教育如何回归工程实践——以省属工科类高校为例[J].高等工程教育研究，2012(4)：34-39.

[3]张华，周一丹，倪红军，等.中美高校机械工程专业课程体系比较研究[J].科技文汇，2014(11)：73-74.

[4]李志义.我国工程教育改革的若干思考[J].中国高等教育，2012(20)：30-34.

[5]陶平，孙瑛，熊禾根.机械设计教学中的工程知识学习[J].中国冶金教育，2015(2)：35-37.

[6]张永安.我国机械设计教学现状的思考及建议[J].中国大学教学，2013(6)：35-36.

[7]刘吉臻.工程教育课程改革的思维转向：工程化的视角[J].高等工程教育研究，2006(4)：42-45.

Reformation of Local College Mechanical Design Curriculum System to Strengthen Engineering Ability Training

CHEN Jing，ZHANG Lie-ping，ZHAO Hong

(College of Mechanical and Control Engineering，Guilin University of Technology，Guilin 541004，China)

Abstract：Engineering ability is the essence and characteristic of modern engineering education.This article analyzes the graduation requirements of engineering undergraduates，and establishes the graduation requirement matrix of implementation of mechanical design course，and analysis the difficulties in the reform of mechanical design curriculum in local colleges.Starting from three aspects of course content，curriculum organization and teaching method of mechanical design series，this article puts forward a basic countermeasures of strengthening engineering ability training of engineering students in local colleges through the reasonable balance of knowledge，ability and quality.This article committed to to provide a reference for the reform of local colleges in this way.

Key Words：engineering capability；mechanical design；curriculum reform

基金项目：2015年广西高等教育本科教学改革工程重点项目“面向工程能力培养的机械设计系列课程改革研究与实践”(2015JGZ130)；2015年广西高等教育本科教学改革工程项目“基于实践能力和创新能力培养的地方高校控制工程类课程教学改革研究与实践”(2015JGB242)。

收稿日期：2016-01-19修稿日期：2016-01-29

作者简介：陈静(1963-)，女，重庆市人，副教授，研究方向为机械设计与方法。

中图分类号：G642

文献标识码：A

文章编号：1671-9719(2016)3-0072-04