“工程機械設計”課程教學改革與實踐

王軍 王?；? 祖炳潔 張建超

摘要：本文針對“工程機械設計”教學中遇到的問題，結合多年的“工程機械設計”課程教學經(jīng)驗，從教學內(nèi)容、教學方法等方面進行了深入探討與研究，注重教學內(nèi)容的系統(tǒng)性、實踐性、拓展性、創(chuàng)新性，采用范例教學、實例講解、案例實踐的教學方法，以求探索出提高學生學習積極性、培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的新型教學模式，培養(yǎng)出具有工程意識、設計能力及創(chuàng)新精神的合格人才。

關鍵詞：工程機械設計；教學；方法；實踐；創(chuàng)新

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）18-0089-02

隨著我國鐵路、公路等重大建設項目的不斷展開，大型工程專用機械的市場需求急劇增加，亟須大量專業(yè)的設計人才?！肮こ虣C械設計”課程作為我校工程機械專業(yè)的核心課程之一，目的通過對工程機械系統(tǒng)的深入學習和研究，讓學生理解并初步掌握常見工程機械的設計思路和方法，培養(yǎng)學生的設計能力。它的課程教學成功與否，從個體層次來講涉及到學生個人設計能力和工程素質的培養(yǎng)，從社會層次來講可能會影響工程機械設計人才后備力量。但是由于本課程復雜廣泛的課程內(nèi)容與有限的課時之間存在的矛盾，限制了學生掌握深層次的有關工程機械設計知識，再者傳統(tǒng)的教學模式單一，缺乏必備的實踐經(jīng)驗，因此對于這門理論性和實踐性兼顧的課程，學生普遍認為學習這門課程感覺吃力，從而影響了學習效果和工程素質的培養(yǎng)質量。

本文針對“工程機械設計”教學中遇到的問題，并結合多年的“工程機械設計”課程教學經(jīng)驗，從教學內(nèi)容、教學方法等方面進行了深入探討與研究，以期培養(yǎng)具有工程意識、設計能力及創(chuàng)新精神的合格人才。

一、教學內(nèi)容注重系統(tǒng)性、實踐性、拓展性、創(chuàng)新性

在教學內(nèi)容的選擇上，突出表現(xiàn)在系統(tǒng)性、實踐性、拓展性、創(chuàng)新性等幾個方面，不僅內(nèi)容選擇合理，難度程度適中，重點突出基本理論和分析設計方法，密切聯(lián)系實際應用，還注重對教學內(nèi)容的取舍和更新，根據(jù)最新科研成果，補充一些教材中未包括的新技術。[1]

1.系統(tǒng)性?！肮こ虣C械設計”課程內(nèi)容多而雜，各個章節(jié)相對獨立，相互聯(lián)系疏松，重點不突出。各個部件的知識和設計方法缺乏共性介紹和系統(tǒng)闡述，缺少工程應用實例和應用背景。為了解決這一問題，在組織教學活動中逐步歸納總結，在授課之初強調(diào)系統(tǒng)性，不僅是對課程內(nèi)容進行優(yōu)化組合，還要促使學生具備系統(tǒng)性思維以理解掌握工程機械設計知識。首先簡要但系統(tǒng)地介紹其總體設計和計算原理，讓學生僅需在頭腦中建立一個工程機械設計的相對完整概念?？梢赃@么認為，學生在這個階段學習可“不求甚解”，但是肯定會促使學生產(chǎn)生“知識空白”，自然會激發(fā)學生將后期學到的各個章節(jié)的知識自動“填空”。這種改變，徹底顛覆了以往教學中首先介紹相關概念，然后講述主要零部件的設計方法，最后才進行整機設計的教學內(nèi)容，避免了在學生在聽課過程中將學到的知識視為“無的之矢”，逐步就失去了繼續(xù)學習的興趣和愿望。近年來的教學實踐表明，這種“本末倒置”的教學內(nèi)容確實激發(fā)了學生的學習興趣，促進了學生工程機械設計能力的提高。

2.實踐性。實踐教學是高等教育人才培養(yǎng)系統(tǒng)工程中不可缺少的組成部分，是非常重要的教學環(huán)節(jié)之一，是實現(xiàn)高等工程院校培養(yǎng)人才目標的重要途徑和手段。由于課程的教學環(huán)節(jié)實踐性較強，在教學內(nèi)容安排上，要求在實踐教學基礎上完成理論教學，并以實踐來驗證理論。因為學生此前對于工程機械的作業(yè)特點、工作原理、施工工藝技術等并不十分了解，必須適當補充一些必要的背景知識。授課前組織學生通過對校內(nèi)實訓基地的鏟土機、挖掘機等常規(guī)工程機械進行課前實習，使學生真實地了解工程機械的用途、結構組成、工作原理等，這樣可保證學生在對各章節(jié)的設計理論學習中，能夠將所學知識“對號入座”，便于知識的消化和吸收。并且在授課期間，該實訓基地及其他相關實訓室全程開放，學生可動手進行發(fā)動機、變速箱、離合器、泵、閥等主要部件的拆裝，以此鍛煉學生實踐能力與創(chuàng)造能力，提高分析問題與解決實際工程問題能力，促進學生知識、能力、素質的協(xié)調(diào)發(fā)展。

3.拓展性。筆者在課程設計和畢業(yè)設計中發(fā)現(xiàn)，很多學生對于工程機械的整機和部件設計中有關強度和剛度的理解并不是很深入。為了彌補該缺陷，在授課中特意加入部分“鋼結構”設計知識，盡管這部分知識沒有納入工程機械設計專業(yè)的教學計劃，但是從學生整體把握和設計工程機械的角度來說顯然是必要的。并且引導學生應用三維設計軟件進行相關繪圖和仿真計算，例如，學生們前期課程學過SolidWorks軟件，在工程機械設計的相關課程設計和畢業(yè)設計中，鼓勵學生應用該軟件進行產(chǎn)品“樣品設計”和“虛擬設計”，進行模擬裝配和運動仿真，這將大大減少設計錯誤。并且應用專業(yè)軟件對零件的三維模型進行有限元分析。此外，還向學生們講授了MIDAS軟件進行簡單的鋼結構計算。經(jīng)多次課程設計和畢業(yè)設計實踐表明，學生們對于此類擴展性的知識很感興趣，收到很好的教學和應用效果。

4.創(chuàng)新性。從工程機械發(fā)展趨勢來看，全球工程機械將向著環(huán)保、智能、大型化方向發(fā)展，誰掌握核心技術，誰就掌握工程機械的生命線。在“工程機械設計”授課中，引領學生堅持從實際出發(fā)，從生產(chǎn)需要出發(fā)，尊重前人的知識和經(jīng)驗，不“閉門造車”，創(chuàng)造性地學、創(chuàng)造性地用，在理論研究和創(chuàng)新取得良好成果的基礎上爭取技術研發(fā)和創(chuàng)新。課上以徐工集團設計制造的“鋼鐵蜘蛛俠”ET110步履式挖掘機為例，講解其步履、輪式驅動結合的符合式結構，能全輪驅動、全輪轉向、輪腿復合，以實現(xiàn)跋山涉水如履平地，靈活機動操控自如的目的，并強調(diào)自主創(chuàng)新是工程機械設計的生命力。

二、教學方法突出范例教學、實例講解、案例實踐

為了保障在“工程機械設計”課程的教學過程中，將教學內(nèi)容的系統(tǒng)性、實踐性、實用性、拓展性、創(chuàng)新性一一體現(xiàn)出來，并且能夠讓學生們輕松接受，需采用突破常規(guī)的教學方法，突出范例教學、實例講解、案例實踐這三種授課方法，它們并非相互獨立，而是環(huán)環(huán)相扣構成一個完整的教學方法體系。

1.剔除冗雜臃腫，講求范例教學。由于“工程機械設計”課程課時有限，而內(nèi)容繁多冗雜，教學內(nèi)容中著重提出了系統(tǒng)性的概念。采用范例教學的方法，對輪式工程機械和履帶式工程機械各個系統(tǒng)設計的共性介紹和闡述，例如：對輪式工程機械的傳動系計算傳動比時，包括總傳動比的計算，傳動比的分配，以及變速箱檔位數(shù)和中間傳動比的確定，這些是經(jīng)過精選的基本性的基礎性的知識，以起到示范窗口作用，從這個窗口可以看到全室。通過范例教學，首先達到“個”的認識，進而達到“類”的認識，再者達到規(guī)律性的認識，最后還要達到通過自己的體驗，提高對各個系統(tǒng)及整體結構的完整認識。

2.現(xiàn)場理論教學，實現(xiàn)實例講解?！肮こ虣C械設計”這門課程本身內(nèi)容具有很強的實踐性特征，因此，很有必要帶領學生到學校實驗室、訓練中心，或距離學校較近的工程施工現(xiàn)場，進行部分課時的現(xiàn)場理論教學，對典型工程機械的種類、特點、工作原理及運用進行集中合理的直觀教學。例如，對鏟土機、挖掘機等工程機械的類別、組成構造、現(xiàn)場布置、運用等內(nèi)容，可以按照課程大綱要求，結合教學進度，合理安排施工現(xiàn)場理論教學，讓學生更直觀地學習工程機械的有關內(nèi)容，能夠對課堂教學中學生理解困難或吃力的內(nèi)容起到彌補的作用。

此外，還提出引入科研成果以提高學生的學習興趣。近十多年來，我校在大噸位架橋機、造橋機、全斷面隧道硬巖掘進機、大斷面隧道盾構機等設備的研制與施工領域承擔了一批重大科研項目，取得了多項國際先進和國內(nèi)領先的科研成果。我們通過篩選、整理，將這些最新的研究成果引入到教學中，不但豐富了課堂教學內(nèi)容，使枯燥知識變得生動具體，而且同學們感到學習“工程機械設計”課程的實用性，增加了學習興趣，調(diào)動了學習積極性。

3.改革實踐環(huán)節(jié)，倡導案例實踐。本課程理論性較強，實踐性也較強，本科生學習的目的是：將所學的工程機械設計方法和理論應用到實際問題中去。在授課結束后安排為期一周的“工程機械課程設計”，使用案例法進行實踐教學，突出“學生為主，教師為輔”的教學指導思想，以達到以下目的[2-3]：（1）通過設置工程需求，將學生置身于真實復雜的工作環(huán)境中；（2）讓學生練習使用在課堂所學及其拓展的知識和技能來進行設計決策；（3）幫助學生獲得解決工程機械領域內(nèi)實際問題的能力，并培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識。

根據(jù)我校專業(yè)特點，近幾年開設的工程機械設計范疇的課程設計題目主要有：有軌平板運輸車設計、起重機主結構設計、挖掘機工作裝置設計等，課程設計內(nèi)容既與課堂教學內(nèi)容銜接，又有所擴充。

三、改革的效果

在“工程機械設計”課程的改革和實踐中，為實現(xiàn)從“知識傳授”轉向“能力培養(yǎng)”的教育目的，對課程教學內(nèi)容、教學方法進行一系列改革，深入探索提高學生學習積極性、培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的新型教學模式。

多年的教學實踐表明，本次改革不僅有助于學生深入理解課堂所學的基本理論和方法，掌握工程機械設計中的關鍵技術，而且激發(fā)了學生的學習熱情和積極性，明顯提高了教學質量，是培養(yǎng)知識面寬、動手能力強、能很快適應社會需求的高素質學生的有效途徑，近幾屆學生的專業(yè)知識及能力都有顯著的提高，深受用人單位的歡迎。

參考文獻：

[1]靳玉樂.理解教學[M].四川教育出版社，2006.

[2]鐘建琳，王紅軍，劉忠和.機械設計制造及其自動化專業(yè)課程設計的改革與實踐[J].中國電力教育，2009，（1）：146-147.

[3]汪建春，嚴運兵等.提高機械工程專業(yè)畢業(yè)設計質量的實踐和思考[J].中國冶金教育，2010，（5）：54-56.