面向一流课程建设的“机械设计”课程教学改革

［摘 要］ 面向国家级一流本科课程建设要求，以“两性一度”为建设标准，基于机械类本科生专业人才培养计划，从课程内容、教学方法及评价体系三方面开展“机械设计”课程教学改革。首先，从学科前沿、课程项目、课程思政三方面重构课程内容；其次，基于自主构建的线上课程资源，以线上线下混合、对分课堂等方式开展教学活动；最后，兼顾过程性和总结性评价，提出课程多元化考核评价体系。经过教学实施和持续改进实践，学生达成度逐渐提升，改革成效显著。

［关键词］ 一流课程；机械设计；教学改革

［基金项目］ 2020年天津市高等学校本科教学质量与教学改革研究计划项目“基于工程认证的机械设计制造及其自动化专业国家级一流专业建设”（B201006605）

［作者简介］ 韩 林（1982—），男，山东枣庄人，工学博士，天津职业技术师范大学机械工程学院副教授，硕士生导师，主要从事机械设计理论与方法研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）14-0065-04 ［收稿日期］ 2023-02-20

引言

“机械设计”课程是机械类专业的核心课程之一，是建设一流本科专业的重要支撑。2018年6月，教育部提出“两性一度”的金课标准［1］。“两性一度”即高阶性、创新性和挑战度：高阶性要求重视知识能力素质的有机融合，培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维；创新性要求课程内容反映前沿性和时代性，教学形式呈现先进性和互动性，学习结果具有探究性和个性化；挑战度要求课程有一定难度，需要“跳一跳”才够得着。

为此，众多高校针对“机械设计”课程，开展了系列改革。如周征等［2］以OBE理念为引领，介绍了华北理工大学“机械设计”课程线上线下混合式金课建设情况，通过课程、项目、平台的搭建和教学、科研、竞赛的融合，取得了显著的教学成果。贺瑗等［3］基于OBE理念，从培养目标出发，重构“机械设计”课程内容，采取对分课堂与SPOC相结合的混合式教学模式，提高了教学质量和学生综合能力。徐媛媛等［4］从教学设计、混合式教学改革实施、学习效果总结三方面介绍了基于“两性一度”的“机械设计”课程改革情况。黄霞等［5］遵循工程教育专业认证理念，围绕建设“金课”的高阶性、创新性和挑战度内涵要求，建设“机械设计”线上线下混合课程，取得了阶段性成果。金鑫等［6］运用BOPPPS教学模型改进课程教学设计，深度融合成果导向教育与对分课堂理念，对“机械设计”课程进行了教学创新设计改革，显著提升了学生学习效率和效果。

总体而言，当前课程改革趋势主要表现为：课程内容广度和深度不断增加、教学方式从纯线下转变为线上线下混合方式、课程考核评价多元化。课程改革随着时代的发展变化，只有进行时、没有完成时。

2020年天津职业技术师范大学（以下简称我校）机械设计制造及其自动化专业被认定为国家一流本科专业建设点，面向一流本科专业建设需求，针对金课“两性一度”标准要求，机械设计课程组不断地尝试课程改革，下文介绍本校在“机械设计”课程改革方面做的相关工作，整体思路如图1所示。

一、课程目标

紧扣高阶性、创新性及挑战度要求，根据专业人才培养目标及毕业能力要求，制定本课程的课程目标为：掌握机械设计的一般规律和通用零部件的结构特点、工作原理、失效形式等；能够利用手册、规范、标准等进行零部件选型、基本参数设计及结构设计；能够根据功能要求提出机械系统方案，具备一定的创新能力。同时，通过课程思政，培养学生的爱国主义情怀和工匠精神。围绕上述目标，下文从课程内容、教学方法及考核评价三方面阐述改革措施。

二、课程教学改革措施

（一）课程内容

1.结合学科前沿、行业标准，注重教材内容的更新。如在齿轮传动章节，当前的教材主要介绍了常见的五种失效形式，并重点介绍了齿面接触强度计算、齿根弯曲强度计算等方面的内容，为拓展知识体系，在介绍该部分内容时，将国际标准化组织中关于齿轮方面的ISO 6336标准体系引入课堂，给出各个标准部分的最新更新状态，如表1所示（IS、TS、TR分别表示国际标准、技术条件、技术报告，篇幅所限，仅列出部分），同时给出我国所采用的相关标准更新情况（篇幅所限，此处不再列出）。在此基础上，布置课后任务，让学生将教材中齿轮强度计算所采用的标准版本与ISO最新标准进行对比，指出修订之处，并提交算例，分析对齿轮基本参数设计结果的影响。

2.引入课程项目。传统课程内容均为通用零件或减速器，主要进行零件或部件的选型及强度、寿命校核计算方面的知识体系学习。为培养学生的系统思维，使其了解先进设计方法，可引入课程组教师团队的科研项目，根据课程目标，将项目内容模块化。要求学生通过调研、查阅资料、提出项目解决方案、标准件选型与校核、非标零件优化设计，完成项目任务并在结课时进行项目答辩，培养学生解决复杂问题的能力和团队合作精神。同时，考虑学生个体间知识积累和学习能力的差异，项目设置了不同的任务要求，如第一级最低要求为完成方案总体设计、涵盖课程传统内容的通用零件选型和校核，提交报告；第二级要求学生利用CAD软件完成关键部分的三维建模及运动仿真；第三级要求在建模的基础上，利用CAE软件进行结构静动特性分析，并试着提出改进或优化方案。

3.加强课程思政。例如，在本课程绪论部分，以近几年美国对我国高科技企业和高校的制裁为案例，强调关键核心技术自主可控的战略意义，厚植学生爱国主义情怀；在螺纹连接部分，对比分析日本HARDLOCK防松螺母和国内唐氏螺纹的防松原理，鼓励学生树立遇到难题坚信有解思维、执着的工匠精神；此外，在介绍齿轮、轴承等通用零部件时，将工业机器人关节减速器、盾构机主轴承等作为案例，介绍国内企业在相关技术上的关键突破，坚定创新自信。

（二）教学方法

1.线上线下混合式。根据授课内容分别采用线上或线下的形式，针对螺栓、齿轮、轴承等课程涉及的通用零部件，要求学生在智能终端设备上，利用“知到”学生版App线上自主学习零部件的特点、分类、应用等基本知识。图2所示为课程组教师基于智慧树平台建立的“机械设计”线上课程资源；线下课程主要介绍通用零部件的受力情况、失效形式、强度计算等教材重难点内容及课程思政。

2.对分课堂。对分课堂模式将学生从知识接受者转变为知识与能力的展示者，增强了学生自主知识构建，同时也是课程过程性考核评价的重要举措。遵循学生为中心、教师为主导的理念，将课堂讲授和学生讨论时间分开，根据课程项目总体进度要求设定时间节点，在每个节点开展一次项目讨论课，包括项目方案设计、通用零件选型与校核、结构件设计、总结答辩等环节。图3（a）所示为项目小组进行研讨，图3（b）所示为结构件设计讨论。教师在对分课堂中的作用主要体现为观察小组成员表现和答疑点评。图4为将企业项目引入课堂后，部分学生对数控机床结构件进行优化的结果分析，优化前后，一阶固有频率从38Hz提升到了56Hz，可改善机床加工时的动态特性，该部分的训练具有一定挑战性，在介绍企业所采用的主流设计方法的同时，拓展了学生设计思维，不再局限于通用零部件基本尺寸设计。

（三）课程考核评价

教学评价坚持过程与结果并重的思想，注重评价过程化和动态化。教学评价采用多元评价体系，包括平时作业成绩（5%）、线上学习成绩（15%）、课程项目（20%）、课程实验（10%）和期末考核（50%），重点考核学生的学习态度、学业进步、知识掌握和运用知识解决工程问题的实际操作能力。基于各考核环节对课程目标的支撑贡献度，分别设置权重，按照大纲规定的支撑关系，计算各课程目标的目标分值。

根据考核记录表中学生在各考查点的得分情况，结合各环节的贡献度权重，计算出每名学生对应每个课程目标的得分及达成度，根据各课程目标的平均达成度，分析原因并提出持续改进措施。近三年，机自专业1603、1701、1801三个班的课程平均达成度分别为0.70、0.75、0.83，平均分数分别为66.8、70.9、74.9，达成度和平均分数均有所提升。

结语

本文对标国家一流本科课程，在总结凝练“金课”标准的基础上，从课程内容、教学方法及考核评价几个方面提出“机械设计”课程教学改革措施。实践证明，经过几轮改革及持续改进，课程达成度逐年上升，改革成效显著。所提措施可为不同院校的“机械设计”课程改革提供有益参考。

参考文献

［1］冀宏，王继元，张根华.行业课程的理论逻辑与建设路径：兼论应用型人才培养“金课”建设［J］.高等工程教育研究，2019（4）：188-193.

［2］周征，蔡玉强，冯立艳，等.基于OBE理念的“机械设计”混合式课程建设［J］.科技与创新，2021（23）：110-112.

［3］贺瑗，马晓，王富强.OBE理念下混合式金课建设的探索与实践：以机械设计课程为例［J］.教育信息化论坛，2021（11）：51-52.

［4］徐媛媛，孙健华，顾海，等.基于“两性一度”的机械设计课程的混合式教学改革研究［J］.现代职业教育，2021（33）：20-21.

［5］黄霞，路世青，丁军.面向一流本科专业建设需求的课程建设与实践：以重庆理工大学“机械设计”课程为例［J］.教育教学论坛，2022（26）：169-172.

［6］金鑫，李良军，杜静，等.基于BOPPPS模型的教学创新设计：以“机械设计”课程为例［J］.高等工程教育研究，2022（6）：19-24.

Teaching Reform of Mechanical Design Oriented to High-class Courses

HAN Lin， LIU Ying， GUO Pei-pei

（School of Mechanical Engineering， Tianjin University of Technology and Education，

Tianjin 300222， China）

Abstract： Oriented to the requirement of national first-class course for undergraduates， taking the “high-order， innovative， challengeable” as standard， based on training plan for undergraduate students majoring in mechanical engineering， reform to course of mechanical design is executed with respect to course content， teaching method and evaluating standard. Firstly， the content of the course is re-arranged by introducing frontiers of discipline， course project and curriculum politics; secondly， teaching activity is practiced by means of PAD class， online self-learning and offline teaching， based on online resources provided by our course team; finally， pluralistic assessment method is presented， considering both process and summative performances of students. Putting Through practice and continuous improvement， the course target acquisition increases gradually， which means the reform is effective.

Key words： first-class course; Mechanical Design; teaching reform