罗晓兰，陈建义
[中国石油大学（北京）机械与储运工程学院，北京 102249]
“机械设计”是一门培养学生工程思维与机械创新设计能力的技术基础课，是工科机械类系列教学的主干课程[1]。本课程主要学习机器或机构的基本传动原理和机构设计中的基本理论与方法，培养学生对复杂机构或机械传动系统运动方案的设计能力，以及对复杂机械工程运动学问题进行分析、求解、论证的能力。是培养学生工程素养和工程设计能力一个很好的训练平台。
但是，随着当今世界工程教育质量要求的提高，沿用已久的“机械设计”课程教学模式存在以下问题：一（1）课程内容散杂，学生学习没有主线，知识传授是碎片式的，不能激发学生学习的主动性；
（2）课程内容陈旧，与“新工科教育”或”机器人产业发展”极不适应；
（3）以教师授课为中心，学生被动听课，不能发挥学生学习的主动性。这些都与工程教育专业认证的教育理念相违背。为此，必须积极开展以专业认证标准为要求的“机械设计”课程教学方法的研究，强化以学生为中心，以学生主动学习为目的的教学理念，培养学生养成与“新工科教育”相适应的重工程实践、重工程集成创新的工程素养。
随着国家创新驱动和“中国制造2025”等新战略的实施，以“互联网+”和“智能机器人”为特征的新技术新业态、新产业等一系列与机械设计和先进制造密切相关的产业蓬勃发展，迫使当今的工程技术人才要具备更高的创新能力和跨界整合能力[2]。为此，作为培养新形势下的机械专业人才的重要平台，必须重新认识高等工程教育的本质和内在发展规律。在“机械设计”课程教学中，引入工程专业认证为标准的“新工科”人才培养模式，以机械工程在新技术、新业态、新产业中的应用实例和发展趋势，激发学生主动学习的兴趣和热情，构建“新工科”背景下的课程教学体系，培养懂原理、会设计、懂材料、能加工的机械工程人才[3]。发挥“机械设计”课程在工程技术人才培养方面的优势，着力培养学生的工程意识和创新能力。
工程教育专业认证倡导的是“成果导向教育”（简称OBE）的工科教育理念，其教学设计和教学目标必须以学生最终获得的学习成果为评价依据[4]。为此，与课程设计和教学目标紧密相关的“机械设计”课程的课堂引入方式就显得尤为重要。
（一）以教学大纲中的课程教学目标为标准，精心设计每一堂课的教学进度
“机械设计”课程是机械类专业的专业基础课，与“理论力学”“材料力学”“机械设计制造”等多门课程内容有关。为此，在新的章节开始前，应注意以旧引新，寻找新旧知识的关联和生长点，使学生明白学习此章节新知识的目的和作用，并通过关联已学知识，强迫学生记忆，为培养学生的综合工程素养奠定基础。同时，授课应以系统传授知识为主，将相关课程内容集中授课，突出重点、难点，通过边讲边问的教学方式，集中学生注意力，启发思考，师生互动，体现以学生为中心的教学理念。在课程的重点和难点处，精心关联基础理论与难点之间的关系，小步快进，以提问、设问等师生互动方法，当堂反馈矫正，力求把问题在课内解决，提高课程教学效率。
（二）清晰授课内容的脉络，增强课程知识点的逻辑性
为加强学生主动学习的积极性，解决课程内容碎片式传授的问题，“机械设计”课程授课必须从明确本门课程各章节之间的逻辑联系和明确每一节课中各问题之间的逻辑关系两方面着手，形成课程内容学习的主线条。为此，在“机械设计”课程学习中，围绕机械设计的研究对象为脉络，即：研究机械、机械传动及其设计中的一些基础知识为主线，在讲解各章节中传动装置的设计基础理论和方法时，以回答和解决“机械或机构是否能动？如何动？如何按照要求确切地动”这三个递进问题为思路，引导学生学习“机械设计”课程中的机构传动及机构工程设计的基本理论和基本方法，由于脉络明确，可以非常容易地吸引学生上课的注意力，并能够与教师授课进度同步思考，互动学习，将杂散的课程内容形成整体，激发学生的学习热情以及对新知识的记忆和理解。
在“新工科”背景下，为培养新技术、新产业、新业态需要的，具有工程实践能力和工程集成创新能力的新一代综合型工程人才，必须在满足单科课程教学目标的前提下，同时引入大量的工程设计、制造、经济等相关知识的学习，在学生头脑中形成“知识的爆炸”。但是，迫于课堂教学学时的限制，传统的课程授课方式已经难以完成这个艰巨的任务。为此，必须通过移动互联网技术，构建传统模式以“雨课堂”“腾讯课堂”等为代表的线上、线下齐头并进的授课方式。
（一）沿用计算机屏幕等多媒体显示与黑板板书相结合的线下授课方式
板书或多媒体屏幕显示是帮助教师展示内容、概念、重点、脉络的重要手段。虽然，这是传统的也是沿用多年的授课教学模式，但是，这种教学模式可以使师生面对面交流，课堂互动，便于教师把握课堂节奏，提高学生的学习效率。只是在采用这一传统授课模式时，注意板书与多媒体屏幕显示应互为补充，不能过于重复，而且，对板书与计算机屏幕显示的要求是：醒目、得当、艺术。
（二）以移动互联网技术，构建“雨课堂”等线上教学模式
为形成“新工科”要求的知识融合，必须突破时间与空间的限制，构建以互联网及移动技术为基础的，以“雨课堂”或“腾讯课堂”为手段的线上授课模式。一方面，可以通过线上授课，布置课程预习和选修课程复习要点，发布与课程相关的先进技术资料学习要求和工程案例分析。另一方面，可以通过线上进行课程测验、提交学习报告等，并实现个性化对学生进行答疑、讲评，使师生沟通更加顺畅。这种线下的辅助教学模式，突破了时间和空间的限制，为课程内容与相关知识的融合学习，为每一位学生达到专业认证标准下获得的最终教学效果提供有力的帮助。
当今的高等工科教育正面临着各种新技术、新业态、新产业带来的重大变革，且以“互联网+”为特征的智能制造、智能机器人等技术蓬勃发展，对传统工程技术人才有了更高的要求。这也对培养高层次的机械设计和机械制造高端人才的“机械设计”课程内容带来了极大的挑战，面对新时代和新技术下的人才要求，拓展“机械设计”课程中基本理论和基本方法。培养能够解决复杂工程问题的技术人才，就成为了工程教育专业认证标准要求的必然。
（一）紧跟时代发展，提高教师自身业务素养
面对日益更新的新知识和新技术形势，作为课堂教学的组织者、引导者，教师先进知识的储备、创新问题的解决思路等，将极大地影响学生“新工科”背景下的工程素养及复杂工程的跨界整合能力培养。为此，教师必须努力更新自身知识储备，通过自身学习、生产实习、课程教学研讨和科研等方式，及时注意到机械学科的新发展、新动向，紧跟先进技术的前进步伐，以期在教学中，具备培养适应新形势下的工程技术人才的能力。
（二）培养工程意识，提高解决工程问题的能力
“机械设计”课程的教学重点之一就是培养学生的工程意识。为此，课堂中必须采取多种措施，实现工程意识的培养。首先，可将课程内容与工程问题解决思路紧密结合，以期获得工程复杂问题的解决思路。例如，在讲解“斜齿轮”和“锥齿轮”设计时，提出“当量齿轮的概念”，然后讲解如何利用“当量齿轮”，将斜齿轮和锥齿轮转化成直齿圆柱齿轮，再运用直齿圆柱齿轮相关设计方法和公式，完成斜齿轮或锥齿轮的设计方法。这种基础理论与工程问题的结合，使学生获得了解决复杂工程问题能力的训练。其次，可通过拓展课程中的基本理论和基本方法，培养学生的工程意识。例如，在讲解连杆机构运动特性时，将曲柄滑块机构的急回特性拓展引入在活塞压缩机的设计当中，解决活塞压缩机运动装置中曲柄合理转向确定；
拓展引入最大传动角的确定方法，解决活塞压缩机获得最大传力性能的条件下，运动装置关键部件的尺寸设计方法。最后，可引入动画和视频，形象、直观地展示机构特性与工程应用之间的关系。例如，引入飞机起落架的运动动画，展示连杆机构“死点”的工程运用；
引入标准直齿轮的加工视频，加深齿轮“范成法”的加工原理等。多种措施的采用，加深学生对课程内容的理解，使学生更易于掌握“机械设计”课程中的重点、难点内容。而且通过将课程基础知识与复杂工程问题解决思路的结合和拓展，可开拓学生工程视野、培养学生的工程意识，达到提高学生解决复杂工程问题的能力。
（三）将教学与科研结合，追踪新知识和新能力的培养
科研项目的研发，代表着当今先进技术的开发和运用。纵向科研项目体现了国家亟待解决的技术和理论难题，代表着此领域的最新理论、最新技术和最新边界条件的攻关；
横向科研反映了生产企业在生产、制造技术、操作工艺方面急需解决的难点和重点。为此，通过在教学中结合课堂教学内容，展示横、纵向科研成果的工程案例讲解。一方面，通过这种学以致用的成就感，激发学生对新技术、新工艺的求知好奇心；
另一方面，也可以以旧引新，促进新知识和新能力的学习，为培养“新工科”要求懂原理、会设计、懂材料、能加工的机械工程人才奠定基础。例如，在讲解锥齿轮机构时，引入“十二五”国家重点研发计划——“深海水下管汇连接器的工程样机研制”中，连接器二次锁紧装置中锥齿轮的应用实例，再现当时结构设计时碰到的困难，以及后续解决问题的思路来源等过程，极大地激发了学生学习的热情，对培养学生追踪新知识和新能力起到了促进作用。
（四）以机构的组合思路，培养创新能力
习近平总书记在欧美同学会成立100周年庆祝大会上的讲话指出：“创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力，也是中华民族最深沉的民族禀赋。在激烈的国际竞争中，唯创新者进，唯创新者强，唯创新者胜。”[5]作为为国家培养高等专业技术人才的高等教育，培养学生的创新思维和创新能力，是我们高等教育的使命和应尽的责任。工程中的实用机械装备，都是由若干个基本机构通过各种连接方法组合而成的一个机构系统。而且，智能制造、智能机器人新业态下的机械装备正朝着大型化、高参数、集约型、高效能的方向发展[6]。正是利用机械装备的这些特点，以“机械设计”课程教学平台，阐述一种创新设计思路，即可以通过机构的组合，辅以控制系统及计算机程序算法等，从而获得设计先进机器的创新思路。例如，在讲解“机械设计”课程中的“轮系”章节时，就重点说明轮系是由一系列齿轮组成的系统，根据齿轮组合方式不同，形成了可用于汽车换速、换向、拐弯等用途的运动装置。这就是一个典型的机构组合的创新实例，当然，还可以引出以不同学科组合而形成的创新实例。例如，“智能机器人”的设计就是以传动机构、先进控制系统及计算机编程的组合。通过这些“组合”的工程案例教学，一方面说明创新不是不可碰及的行为，是学生通过各门基础课学习后可以实现的愿景；
另一方面，也教授给学生一个可以通过“组合”而形成创新的工程思路。
新形势下的高等工科教育正在往“新工科”方向发展，如何在工科的专业基础课或专业课中，以工程教育专业认证标准的要求，培养新形势下的高级工程技术人才，是目前高等教育面临的问题。为此，通过“机械设计”课程的这个教学平台，以新形势下工程人才的要求，提升教师工程素养。利用移动互联网技术，构建灵活多变的授课方式。以激发学生的学习热情，培养学生工程能力和创新能力为目的，探索出一套与“新工科”教育相适应的“机械设计”课程教学方法具有重要且深远的意义。
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