摘要：基于国家卓越工程师计划的培养要求，以学生工程实践创新能力的培养为主线，结合机械原理课程设计的教学特点，针对机械原理课程设计中现有的实施方法进行改革和探索。在充分利用各种教学资源基础上结合工程实例设计课设题目，融合新型技术改良学生课设过程，利用科技竞赛提高学生课设热情，促进机械原理课程设计的教学水平的提高，实现以培养卓越工程师为导向的理论课程与工程实践的相互统一，为广大工科院校更好地培养工程应用型人才提供参考。
关键词：机械原理课程设计;教学改革;卓越工程师;创新实践
一、引言
为了进一步推动我国新型现代化工业强国的建设发展，党中央、国务院针对我国的工程应用型人才的培养做出了一系列关键性的战略部署，提出《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》和《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》这两项重要规划纲要，指出我国要由工业生产大国转变为现代化工业强国，必须首先成为工业教育的强国，培养出大量具有“工匠精神”的工程系列人才。2010年6月23日，我国教育部为了响应国家提出的发展规划，在全国工科院校范围内正式启动了以培养具有创新实践能力的工程性人才为目的，以实际工程为背景，以校企联合培养为手段，以工程技术应用为教改方向的“卓越工程师培养计划”，为我国实现现代化工业强国的建设提供强大的人才保障和智力支持。“卓越工程师培养计划”明确指出，高等教育培养具有创新能力的工程技术人才的主要措施是强化教学过程中的实践环节。机械原理课程是我国工科院校的机械类专业课程体系中一门核心专业必修主干课，有着承上启下的重要作用，作为课堂教学过程的延续，机械原理课程设计是机械原理理论教学与工程生产紧密相连的“桥梁”性实践教学过程，是培养学生机械创新思维和工程应用能力的重要环节。针对卓越工程师培养计划的具体要求，结合笔者多年的机械原理教学经验，充分利用机械原理课程设计这个重要的实践教学环节，在培养学生综合运用所学理论知识进行创新的思维能力和训练学生动手解决工程问题的实践能力上进行探讨和改革，学生学以致用，以适应基于卓越工程师培养计划下的高等工科院校培养新要求。
二、机械原理课程设计现状
机械原理课程设计通常是以牛头刨床、钢板包装机构、面霜灌装机构等传统架构为研究对象，通过对机械传动方案的总体设计，让学生运用在机械原理课程中学过的机构运动分析去设计各种合理的机构，学会自主分析与解决实际问题，加深和巩固机械原理课程中的理论知识，建立一个完整的机械原理知识体系。但随着社会对工科学生创新实践能力需求的不断提高，现有的机械原理课程设计体系无法满足学生培养的需要，主要存在以下不足：1.由于传统的机械原理课程设计的题目都是给定的，缺乏自主设计内容，学生没有自主创新的空间，无法有效调动学生在机械原理课程设计中的兴趣和主观能动性。同时，传统的课设题目只注重训练学生分析和设计执行系统方面的内容，缺乏对完整装置设计理念和运动方案等方面分析和选择的训练，导致学生创新能力培养不足。2.由于传统的机械原理课程设计题目都比较经典，大多数已经使用了较长时间，相关的参考资料非常多，从网上就可以找到现成的设计说明书等内容。这些都会导致很多学生在完成课设任务时产生依赖或者懒惰心理，不深入思考课设内容，极大地影响课程设计环节对学生工程实践能力培养目标的实现，弱化学生创新思维能力的训练效果。3.机械原理课程设计通常采用图解法分析机构，思路清晰，过程简单，但精度差，不适合现代机构设计的要求。随着计算机技术的发展，解析法的应用越来越广泛，课程设计必须培养学生更多地使用现代计算技术解决工程实践问题的能力。传统的机械原理课程设计模式与时展和社会对人才的需求，特别是“卓越工程师培养计划”中的大学生培养目标存在很大差距，必须根据现状对机械原理课程设计进行改革与实践。
三、机械原理课程设计的改革措施
1.改革课程设计选题范围，丰富课程设计题目内容。机械原理课程设计的题目设置与分配对于学生创新思维模式的培养和工程设计能力的训练具有关键意义，对于课程设计的教学目标能否顺利达成也是非常重要的。为了改变传统课程设计选题过程中出现的题目数量偏少、内容僵化、使用次数过多等弊端，应在原有给定题目的基础上开设学生自主选题和基于工程项目的选题作为补充的方式完善课程设计选题方式。为此，机械原理课程设计在原有的15天教学环节安排基础上安排2天左右的课题论证环节，鼓励同学们自组团队，3～5人一组，或结合生活实际，或结合某些教师的科研课题，或结合近期2～3届的全国大学生机械创新设计大赛的主题，自主选择合适的课程设计题目，在2天左右的时间内自主查阅相关课题资料，进行课题可行性论证，最终到指导教师处进行答辩以确认选题。为了鼓励学生尽可能地有多样化选题，训练其创新设计理念，对于自主选题且合理论证可行性的同学予以1～5分的额外加分，而对于选题不合理的同学则让其在给定题目范围内进行选择。由于每届学生总会有少数同学无法自主寻找到合适的课设题目，而传统的题目又容易被抄袭，为了避免这些学生的教学目标无法达成，任课教师应在平时注意积累一些相关的题目，以便扩充和更新指定课程设计的题目库，题目来源可以结合科研项目或者社会上的热点需求等进行拟定，也可以在历届学生的自主拟题中选择做得较好的课设题目作为备选。以学生自主选题为主，指定题目库为辅的课程设计选题模式既可以给予学生充分发挥主观能动性的空间，培养创新性思维，又可以增强学生理论结合实际的工程实践能力，训练其独立分析问题的能力。2.更新课程设计工具，强化信息技术的应用。传统的课程设计过程中，针对机构的运动分析、凸轮外部轮廓线的设计等都是采用作图法进行求解和设计，过程简单，但是效率偏低，求解精度差，无法适应现代机械设计的技术要求。随着信息技术的发展，CAD\CAE等工程应用软件功能愈发强大，利用其进行机构运动仿真分析和凸轮外部轮廓线的解析法设计非常便利。与此同时，相较于手动画图计算，年轻的学生更乐意学习一些偏计算机类的软件工具，这样不仅可以激发学生的学习兴趣，还可以提高设计效率，使学生能够有更多的时间进行方案的创新和机构的设计。因此，在课程设计考核过程中，专门设置了一项计算机软件应用的评分标准15分，要求学生必须使用一种工程应用软件（MATLAB、ADAMS等）对设计过程中的机构进行运动仿真或用解析法分析机构的运动轨迹。这一环节的设置正是为了适应“卓越工程师计划”中提出的要求，使学生具有使用现代计算机工程应用软件的基本能力，适应当今企业对于工程性人才的实际需求，训练学生能够运用自身所学专业知识研究、实践和解决各种工程实践问题的实际动手能力。3.强化多人团队合作，促进综合素质培养。“卓越工程师培养计划”不仅需要培养高校工科学生的个人工程能力，还需要适应现代制造企业对人才的各种需求，即学生综合素质的培养也很关键。随着时代的发展和科技的进步，现代制造企业所遇到的工程问题规模愈发庞大和复杂，个人起到的作用越来越小，更多的是需要团队协作的方式解决一些复杂工程问题。因此，在机械原理课程设计中，我院取消“一人一题”的单打独斗模式，改为学生自由组队的模式，以3～5人的团队为课设基本单位，从论证选题开始既可以分工协作，共同分析课题，讨论和解决问题，直至完成任务。由于一个课设题目改由一个团队共同完成，考核的工作量也相应增加了很多，除了需要完成传统的课程设计任务外，还额外增加了课题论证环节、计算机绘图任务、工程软件应用和系统方案中机构三维运动仿真等任务内容，在最后答辩中除了主讲外，每个人都要有回答指导教师提问的环节。充分利用机械原理实验室资源和工程训练中心中的开发实验室资源，鼓励学生在学有余力的情况下尝试搭建实物模型验证团队设计方案的可行性和正确性。本次课程设计改革中专门留了5分作为奖励，鼓励学生动手验证方案。这些内容既可以调动学生学习热情，也可以锻炼他们的动手实践能力。同时，通过团队合作完成课程设计，除了让学生感受团队协作的氛围，还可以利用工作过程中探讨及答辩环节、各种电子文档制作、现场答辩等环节培养和锻炼学生表达能力等方面的综合素质，有益于更好地培养卓越工程人才。
四、总结
机械原理课程设计是一门独立的实践性教学环节，不是机械原理的附属课程，而是一个非常重要的可以让学生理论联系实际的独立课程，在培养学生综合运用理论知识解决工程问题的能力和训练学生创新思维模式上具有重要意义。我院顺应卓越工程师培养计划，通过对机械原理课程设计教学过程的改革，将课程理论知识、工程实践问题和创新解决方法等环节有机地结合在一起，通过在课程设计成绩上的激励措施充分调动学生的主观能动性和学习热情，有效地实现卓越工程师培养计划中培养目标，为后续的机械类基础理论课程的实践环节的教学改革提供参考方向。
参考文献：
[1]宋少云.面向工程的机械原理的教学改革[J].大学教育，2014
[2]李大胜，张辉，吕明，等.“工程化”背景下《机械原理》实践教学体系改革的探索[J].赤峰学院学报，2013
[3]张婧，赵坚，张玲莉，等.面向创新人才培养的机械原理实验教学模式研究与实践[J].实验室科学，2014
[4]华剑，周传喜，袁新梅.基于工程能力培养的机械原理教学研究[J].当代教育理论与实践，2014
[5]张莉洁.“机械原理”课程设计教学的创新实践性探索[J].中国电力教育，2014
作者:顾文斌 廖华丽 王延杰 单位:河海大学机电工程学院
