智能制造背景下机械设计课程教学改革探索与实践

梁 栋, 陈 星    

 (重庆交通大学, 机电与车辆工程学院, 重庆 400074)

摘要：新时代智能制造背景下，本科院校机械设计课程实施过程中存在一定的问题，较难适应时代发展新需求。本文在教学资源和平台建设、教学方法与手段、教学实践相结合和考核评价实施等方面，提出一系列教学改革与探索思路，更好的为课程教学和人才培养服务。

关键词：智能制造；机械设计；教学改革；人才培养

基金项目: 2020年度重庆市高等教育教学改革研究项目“新工科背景下基于STEI模式的智能制造类高技能复合型人才培养体系研究与实践”(203304); 2018年度重庆市高等教育教学改革研究项目“基于TOPCARES-CDIO理念的城市轨道车辆工程复合型人才培养模式研究”(183086); 2019年度重庆交通大学教育教学改革研究项目““智能制造”背景下以创新能力培养为核心的机械设计课程教学改革探索与实践”(1903029)

作者简介: 梁栋, 1987年出生, 男, 山东烟台人, 博士, 重庆交通大学机电与车辆工程学院, 副教授, 主要从事机械设计及理论研究; 陈星, 1985年出生, 男, 江西南昌人, 博士, 重庆交通大学机电与车辆工程学院, 副教授, 主要从事机械系统动力学研究

中图分类号：G642          文献标识码：A            文章编号：                    

Teaching Reform and Exploration on Mechanical Design Course under the Background of Intelligent Manufacturing

Liang Dong, Chen Xing

(School of Mechanotronics & Vehicle Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China)

Abstract Under the background of intelligent manufacturing, there are some problems in the implementation of mechanical design course in many universities, which are difficult to meet the new requirements of the times development. This paper puts forward a series of teaching reform and exploration ideas in the aspects of teaching resources and platform construction, teaching methods and means, combination of teaching and practice, and implementation of assessment and evaluation. They will be better to serve the course teaching and personnel training.

Keywords Intelligent manufacturing; Mechanical design; Teaching reform; Personnel training

作为“中国制造2025”的核心目标之一，智能制造是实现制造业转型升级的关键，也是由“制造大国”向“制造强国”转变的必由之路。智能制造体系下，产品设计研发周期大幅缩短，生产效率和质量性能快速提高，对于机械行业人员的综合素质和能力需求也相应提高。

1 现阶段机械设计课程存在的问题

1.1 教学定位、培养目标与智能制造背景联系不紧密

现有机械设计课程标准和培养目标的制定是按照传统人才培养标准和模式形成的，在课程目标定位、实施方法和手段、评价方式等方面与智能制造背景联系不紧密，较难适应新时代发展需求和人才能力建设。在教学实践中应当认清课程的性质、地位和作用，注重理论联系实际，培养学生的工程意识和综合能力运用，提高创新能力和意识，培养专业与复合型人才。

1.2 课程内容多，教学课时少，教学效果较差

当前，《机械设计》教学章节包含总论、连接、机械传动、轴系零部件和其他零部件五篇内容，教学课时设定40学时。在课程授课过程中，学生前期对于零、部件的了解或熟识程度不够，往往感觉内容较繁多杂乱，各篇之间的关联性不清晰，没有学习头绪从而导致能力培养达成度不高，教学效果较差。

1.3 教学方法和手段不够灵活

现阶段机械设计课程教学方式以“教+看”为主，即课程教师按照大纲要求和教材内容制作PPT展示，学生在课堂上观看，教学效果不理想。教师通常依据课本内容讲授，很少结合具体工程实例，在教学手段和方法应用形式上较为单一，信息化辅助教学应用较少，学生对涉及的通用零、部件具体结构和工作原理等理解不清楚。

1.4 学生工程意识薄弱，实践能力较差，创新能力有待提高

课程内容缺乏本领域内相关现状及前沿技术，难以延伸学生知识面，理论授课内容与工程实践联系不够紧密。现有的课程实践内容主要是课程设计，往往采用设计两级齿轮减速器为主要内容，内容单一且现有资料较多学生抄袭现象存在。

2 智能制造背景下课程教学改革与探索

2.1 优化教学资源和课程平台

在“智能制造”主题下，按照人才培养的新目标和新要求，在进行充分的调研和必要的讨论分析的基础上，对课程教学内容和体系设置进行合理的设置和调整，明确人才培养的侧重点和落脚点，着重于综合能力、素质和技能的培养。

教学资源内容与课件等应紧密结合智能制造主题，注重与智能设计、绿色设计和智能生产等知识的联系。在课程教学体系上按照“总-分-总”的思路和主线开展课程讲授与教学，即以减速器总体结构为主体，介绍各部分组成零、部件形式及结构设计，再整体装配合成。教学过程中，将螺纹连接强度计算、齿轮传动强度计算、滚动轴承的选择及设计、轴的设计列为每篇的典型重点内容讲解，并且在课程体系设置上注重多学科交叉，内容中适当穿插其它学科相关知识点，同时合理调整教学内容和顺序，既保证知识的合理衔接，增加理论知识理解和运用，又可以避免内容的重复讲授。

2.2 先进教学方式方法，加强师生互动，提高教学效率

教学准备阶段，教师提前根据教学内容设计好问题，引导学生主动思考，激发他们探究真相的兴趣。教学过程中，准确把握重点和难点内容讲授，传授学生设计思路和方法，同时鼓励学生敢于提出问题、积极回答问题，实现教师与学生的良好互动；通过典型实际工程案例来引导教学，丰富机械应用实例教学内容，可包含各种重点工程重大装备系统等；设置涉及多学科的综合性讨论题目，让学生参与到教学中来，调动学生的主观能动性，注重对学生知识、能力与综合素质的培养。

采用先进的多媒体信息教学手段，丰富机械设计应用实例教学内容，通过“国之重器”、“重大工程装备”、“典型装备与系统”等介绍，辅助学生理解和掌握课堂教授内容，更好的掌握零部件结构与设计的问题；利用学习通、雨课堂等先进在线教学媒介，培养学生自主学习能力。

2.3 理论联系实际，提高学生自主思考和解决问题能力

教学过程中，增加学生理论与实践相结合的机会，通过现场参观、生产实习或机械装备安全实操等方式方法，进一步加强学生对机械设备通用零、部件的感性认识和了解；通过观看相关现代机械装备及自动化生产线的文献及资料，对典型机械装备工作原理、主要特点和应用场合等更好的理解。针对学生对典型传动机构方案、结构工作原理和参数设计等了解甚少，缺少系统的知识架构和学习等问题，借助计算机辅助设计手段，如采用CAD、Pro/E、Solidworks等软件对相关内容进行机构运动仿真和装配等，分析不同设计参数对机构结构和性能影响，加深对机械设备的认识和了解；以实际工程为事例进行课堂讨论和分析探讨等，帮助学生消化抽象难懂的理论知识，培养学生建立工程实际意识。此外，在课后作业中结合工程实际命题，在齿轮设计、轴结构设计校核、齿轮测绘过程等锻炼学生解决工程实际问题的能力；也可采用一些涉及多学科知识点的综合练习题目，通过学生自主思考和设计，老师辅以指导和训练，增强学生理论联系实际能力。

2.4 加强实践环节设置，提升学生创新和实践能力

课程设计不再是传统二级减速器设计，教师结合自己专业实际，利用自身科研项目或企业实际问题案例等，提出能够兼顾课程基础知识运用又能解决实际问题的方案和设想，不拘泥于形式和结果，给予学生更多思考和实践空间，比如某企业天车减速器经常出现使用断齿故障，让学生结合所学齿轮传动知识，分析问题来源，提出解决办法和措施，给予计算过程和结果验证，并形成计算说明书和结果图等；加强实训实操水平和素质，不再是演示和验证的单一形式，采取综合和创新的教学形式，帮助学生掌握机械设计的基本实验技能。鼓励学生积极踊跃参加各级机械设计竞赛，培养学生的创新设计意识、综合设计能力和团队协作精神。

2.5 合理评价学生水平和能力

提出一种综合反映学生学习能力和水平的课程评价形式，不同于以往片面看重考试成绩的考核方法，采用平时成绩、卷面考试及工程应用能力相结合的考核方式，按比例合理设定，倾向考核学生综合素质和能力。

3 结语

结合智能制造背景，本文在教学资源和平台建设、教学方法与手段、教学实践相结合和考核评价实施等方面，提出一系列教学改革与探索思路，更好的为课程教学和人才培养服务。

参考文献

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