面向培养卓越工程师的机械设计基础课程改革

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实　验　技　术　与　管　理 第２ Ｉ Ｓ Ｓ Ｎ １ ０ ０ ２－４ ９ ５ ６ ９ 卷 　 第 ４ 期 　２ ０ １ ２年４月 　 　　　　　　 ／ Ｃ Ｎ １ １－２ ０ ３ ４ Ｔ 　　　　　　　　 　　　Ｅ ｘ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ａ ｎ ｄ Ｍ ａ ｎ ａ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ 　 　 ｐ ｇ ｙ ｇ Ｖ ｏ ｌ ． ２ ９

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面向培养卓越工程师的机械设计 基础课程改革
李延斌 ，高有华 ，田 　 方 ，姜 　 彤
（ ） 沈阳工业大学 机械工程学院 ，辽宁 沈阳 　１ １ ０ ８ ７ ０

摘 　 要 ：分析机械设计基础课程教学现状 ， 根据应用型 本 科 “ 卓越工程 师” 培 养 计 划 的 基 本 要 求， 对机械设计 基础课程教学改革进行研究 。 提出面 向 卓 越 工 程 师 培 养 的 机 械 设 计 基 础 课 程 的 教 学 目 标 ， 加强与工程实际 的联系 、 及时更新教学内容 、 改进教学方法等改革措施 ， 达到事半功倍的良好效果 。 关键词 ：卓越工程师 ；机械设计基础 ；教学改革 （ ） 中图分类号 ： Ｇ ６ ４ ２　　 文献标志码 ：Ａ　　 文章编号 ： １ ０ ０ ２ ４ ９ ５ ６ ２ ０ １ ２ ０ ４－０ ２ ３ １－０ ３ －

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未来的工程师需 　　 世界正以多种方 式 发 生 着 变 化 ， 要多种技能 ， 如创造 力 、 灵 活 性、 领导能力以及商业才 智等品质 。 美国 《 培养２ 为新世纪变革 ０ ２ ０ 的 工 程 师： 工程教育 》 描绘了未 来 工 程 师 应 该 具 备 的 品 质 ， 包 括： （ ） （ （ 很强的分析 能 力 ； 实 践 才 能； 创新意识和创 １ ２） ３） （ ） （ ） 新能力 ； 较高的伦理道德标准以及职业素养 ； 动 ４ ５ 态、 机敏 、 具 有 弹 性、 灵 活 地 更 新 并 应 用 知 识 的 能 力； （ ） （ （ 良好的沟通 能 力 ； 商 务 与 管 理 技 能； 领导才 ６ ７） ８） ［ １］ （ ） 能； 终身学习能力 。 ９ 卓越工程师不仅要具备 上 述 的 未 来 工 程 师 的 品 （ 质， 而且， 还应该兼具以下特质： 对局部或整体工 １） （ 程价 值 的 科 学 判 断 力 ； 对权威工程学术或工程技 ２） （ 术独到的批判力； 对历史工程文化承载现代工程 ３）
收稿日期 ： ２ ０ １ １－１ １－２ ８ 基金项目 ： 面向卓越工程 师 培 ２ ０ １ １ 年沈阳工业大学教学改革资助项目 ： 养的机械设计基础课程教学改革研究 ， 作者简介 ： 李延 斌 （ 男，， 辽 宁 沈 阳， 博 士， 副 教 授， 主要研究方 １ ９ ６ ４—） 向： 航天器地面仿真技术 ． ： Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｌ ｉ ａ ｎ ｂ ｉ ｎ ６ ６＠１ ６ ３． ｃ ｏ ｍ ｙ

（ 文化 内 涵 以 及 未 来 工 程 文 化 趋 势 的 深 刻 洞 察 力 ； ４） 优秀民族工程文化传承与世界先进工程文化吸收的 （ 责任感； 工程环境影响的感知与和谐意识的自 ５） （ 觉； 正确理念的坚持或自我否定的勇气。只有具 ６） 备了上述１ 才能称得上是真 ５种品质特征的工程师， 正的卓越 工 程 师。因 此， 形成能够进行自我调整和 面向 卓 越 工 程 师 培 养 体 系 的 教 学 改 革 是 值 更新的、 得研究的重要课题。

１　 面向卓越工程师培养目标的教学要求
卓越工程师人才培养目标是具有国际视野的行业 领军人才 、 国际认可 的 高 级 工 程 技 术 人 才 和 创 业 研 发 型高端人才 。 卓越工程师的核心是创新能力 。 随着知 社会对人才的 识经济的到来和信息 技 术 的 迅 速 发 展 ， 需求产生了很大的变 化 ， 更加强调实践能力和创新型 人才的培养 ， 面向卓越工程师培养计划的教学 ， 不仅要 还要注 培养学生熟练掌握专 业 基 础 理 论 知 识 的 能 力 ， 重 培 养 学 生 的 实 践 应 用 能 力、 思维开创性和创新
］ ２ ４ － 。 能力 ［

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实　验　技　术　与　管　理

２　 机械设计基础课程教学的现状
机械设计基础课程是一门理论性和实践性较强的 课程 ， 既强调知识的综合性 、 实用性 ， 又强调创新能力 、 综合分析和解决生产实践问题的能力 ， 这也是 “ 卓越工 程师教育培养计划 ” 所要求的 。 但是现有的机械设计基 础 课 程 教 学 存 在 一 些 问 题亟 待 解 决 。 传 统 的 教 学 过 程 是 一 种 “ 填 鸭 式” 的教 一切都是由教师决定， 学生只能被动地参与。如 学， 机械系统的结构设计是机械设计基础课的重要教学 内容， 也是过去讲课的难点， 由于受到传统教学手段 的限制， 电类专业学生对此方面内容的掌握比较 困难。 现有课程内容体系建立在知识的系统性和完整性 之上 ， 在知识点的选 择 和 安 排 上 没 有 脱 离 传 统 的 教 学 所用教材的知识内容体系创新性不够 ， 没有体现 理念 ， “ 卓越工程师教育培 养 计 划 ” 中所要求的“ 能 力” 主 线， 与生产实际要求的课程内容或知识点的编排存在一定 教师不 注 意 采 用 先 进 的 教 学 手 段 来 充 的差距 。 另外 ， 实自己的教学活动 ， 忽视案例教学 、 问题教学等方式的 导致教学信息量太小 ， 无法传授更多的知识 。 课 运用 ， 程教学中只是理论知 识 的 简 单 讲 解 ， 没有结合工程实 际进行教学 。

由度 ” 的内容时 ， 首先向学生说明学习机构自由度在实 际工作中的意义 ， 并在本章最后给出关于牛头刨床的 让学生通过计算机构自由度予 机构设计错误的例子 ， 以改正 ， 以此来激发学生的学习兴趣与积极性 ， 充分发 训练他们的创造性思维 。 挥学生的主观能动性 ， 另外 ， 在 学 习 平 面 连 杆 机 构、 凸 轮 机 构、 齿轮机构 这 ３ 大类常用机构过 程 中 ， 由于该３大类机构又可划 分出很多种类 ， 学 生 常 感 到 各 类 机 构 缺 少 联 系。由 于 所以可通 往复式四冲程内燃机 涵 盖 了 这 ３ 大 类 机 构 ， 过介绍往复式四冲程内燃机工作过程的 ４ 个冲程运动 将３大类 将这 ３ 大类机构运动 作 为 教 学 背 景 或 目 标 ， 机构联系起来 。 如内燃机通过平面连杆机构中的曲柄滑块机构将 活塞的直线往复运动 转 换 为 曲 轴 的 回 转 运 动 ； 通过凸 轮机构控制进气门 、 排气门开合时间的长短 ； 通过齿轮 进气门 、 排气门有规律 机构协调燃气推动活塞运动时 ， 的启闭 。 以往复式四冲程内燃机工作过程介绍 ３ 大类 机构各自的优缺点和 不 可 替 代 性 ， 对增强学生的感性 加深对知识的理解和掌握 ， 培养创造性思维能力 认识 、 都非常有 益 。 内 燃 机 工 作 过 程 所 涉 及 的 内 容 包 含 了 “ 机械设计基础 ” 上半部分需 要 讲 授 的 所 有 主 要 内 容， 所以应该在第一章的授课中较详细地介绍内燃机的工
５］ 。 作原理 ， 并在以后各章的教学中加以利用 ［

３　 机械设计基础课程的教学改革
按照 “ 卓越工程师教育培养计划 ” 的目的和培养要 求， 以及在以往机械 设 计 基 础 教 学 过 程 中 所 发 现 的 问 借鉴皮亚杰提出的建构主义理论 ， 对机械设计基础 题， 课程教学改革提出如下建议与改革措施 。 ３． １　 确定教学目标 “ 机械设计基础 ” 课 程 具 有 很 强 的 工 程 性、 实践性 和实用性 ， 其主要的 教 学 目 标 是 培 养 学 生 机 械 系 统 方 案设计的能力 。 教师 以 自 己 制 定 的 教 学 目 标 为 导 向 ， 在整个教学过程中围绕教学目标与学生一起展开教学 并以此来激发学生的学习兴趣与积极性 ， 激励学 活动 ， 生为实现教学目标而努力学习 。 “ 机械设计基础 ” 上半部分的核心内容是各类常用 机构的设计和应用 。 要 设 计 和 应 用 机 构 ， 首先必须认 识各类机构 ， 通过一 些 典 型 的 机 构 系 统 了 解 机 构 的 具 体结构 、 工作原理 、 特 征 和 它 在 系 统 中 的 作 用， 从机械 系统的总体去认识机 构 ， 用系统的观点将各类机构联 系起来 ， 将系统的 要 求 贯 穿 于 机 构 的 设 计 之 中 。 学 生 而应以系统为主线来 不应孤立地去认识和 设 计 机 构 ， 设计的基本理论和方法 ， 确定机构设计 掌握机构分析 、 的要求 。 例如教师在讲授 “ 机械设计基础” 第一章“ 机构自

“ 机械设计基础 ” 下半部分主要讲授常用连接（ 螺 ， 纹连接 、 键连接等 ） 机械传动 （ 螺旋传动 、 带传动 、 链传 ， 齿轮传动和蜗杆传动 ） 轴系零 、 部件 （ 轴、 轴承 ） 等。 动、 这部分内容相互联 系 较 少 ， 学 生 感 到 零 散。 这 部 分 内 课程设计题目在课 容的教学可与课程设 计 结 合 起 来 ， 程开讲前布置到位 ， 使 学 生 带 着 任 务 听 课。当 教 师 讲 到与设计题目中某些 方 面 相 关 的 章 节 时 ， 学生就开始 思索自己题目中相应点的方案设计 、 结构设计等问题 ， 不太懂的问题可及时与教师或同学进行交流探讨 。 由 于课程设计与专业 结 合 ， 与 理 论 课 同 步， 学 生 兴 趣 浓， 学习效果好 。 ３． ２　 加强与工程实际的联系 由于学生对机械的感性认识和工程实践知识十分 不能将所学的知识与实际联系起来 ， 更不会应用 缺乏 ， 于工程实际 ， 因此要 结 合 工 程 背 景 来 讲 解 各 种 机 构 的 原理和应用 。 例如在讲解曲柄 摇 杆 机 构 时 ， 通过对比该机构分 别在游梁式抽油机和 牛 头 刨 床 中 的 应 用 ， 来说明极位 夹角的大小对急回运动的影响 。 这样以实际工程机械 能 使 学 生 印 象 深 刻。 为例讲解 曲 柄 摇 杆 机 构 的 特 点 ， 在讲解四杆机构时 ， 分别列举轮式抓钩机 、 装载机工作 装置 、 鹤式起重机吊臂等实际工程机械的例子 ， 对比讲 解不同机构的工作特 点 ， 使学生对机械的机构既有一

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个整体认识 ， 也有对不同机构异同点的认识 ， 为以后进 行机构选型 、 综合机械设计打下基础 。 以凸轮机构实际 设 计 为 例 ， 首要问题不是如何设 计凸轮的轮廓线 ， 而是如何根据工作要求和使用场合 ， 合理地选择和确定从 动 件 的 运 动 规 律 、 机构的配置和 有关基本参数 ， 使所 设 计 的 凸 轮 机 构 既 能 满 足 机 械 系 统的工作要求 ， 又具有良好的运动和动力特性 。 此外 ， 广泛采用工程应用实 例 ， 充实“ 机械设计基础” 教材中 适当 增 加 例 题 和 习 题 的 工 程 应 用 背 景 的例题和习题 ， 及创造性意向说明 。 ３． ３　 及时更新教学内容 将机械设计方面 的 新 成 果 、 新应用及时引入教学 内容 ， 扩大学生信息量 。 例如在讲解螺栓预紧方法时 ， 介绍电测扳手 、 液压拉伸预紧方式等新工具和新方法 ； 在讲解齿轮机构时 ， 介绍双圆弧齿轮的优点 ， 反映技术 增加课堂信息量 ， 调动学生学习的积极 发展前沿成果 ， 性 。 这样 ， 以实际工程设计计算问题为目标 ， 构建设计 基础知识理论较完备 ， 设计方法实用 、 多样的基础内容 提高了教学效果 体系 ，
［ ］ ６ ８ －

学生处于积 极 思 维 的 状 态 ， 主 动、 自觉地完成学习任 务， 逐步提高分析问题和解决问题的能力 ， 真正成为学
］ １ ０ １ ２ － 。 例 如， 在 讲 授 螺 栓 预 紧 力 控 制 时， 强 习的主 人 ［

调重要的螺纹连接必 须 控 制 预 紧 力 ， 强调螺栓脱落产 生的严重后果 。 可以列举台湾中华 航 空 公 司 波 音 ７ ３ ７ 飞机在日本冲绳那霸机场降落时因螺栓脱落刺穿油箱
１ ３］ ， 引发大火的例子 ［ 使学生印象深 刻 。 又 如 在 讲 授 螺

栓强度计算前 ， 举出某工厂在吊装床身时 ， 吊环螺栓断 致人死 亡 的 例 子 ， 借以强调螺栓强度计算的重要 裂， 性， 将枯燥的理论知 识 变 得 具 体 、 形 象， 而且能够使学 掌握相关原理 ， 达 生在主动思考的同时牢记相关概念 、 到事半功倍的良好效果 。

４　 结束语
“ 根据卓越工程师培 养 计 划 ， 机械设计基础” 课程 切实提高大学生的 的教学需要建立科学 的 教 学 体 系 ， 工程实践能力 ， 培养学生动手能力和创新思维能力 ， 为 参加生产实践和后续 课 程 学 习 打 下 良 好 的 基 础 ， 实现 教学过程中学生能力和素质的协调发展 。 ） 参考文献 （ Ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ
［ ］Ｎ １ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ａ ｃ ａ ｄ ｅ ｍ ｉ ｅ ｓ Ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ． Ｅ ｄ ｕ ｃ ａ ｔ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｏ ｆ ２ ０ ２ ０： Ａ ｄ ａ 　 　 　 　 　 － ｇ ｇ ｐ 　 ｔ ｉ ｎ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｅ ｄ ｕ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ Ｎ ｅ ｗ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｕ ｒ Ｍ］ ．Ｗ ａ ｓ ｈ ｉ ｎ ｔ ｏ ｎ 　 　 　 　 ｇ ｇ ｇ ｙ［ ｇ 　 　 ， Ｔ ｈ ｅ Ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ａ ｃ ａ ｄ ｅ ｍ ｉ ｅ ｓ Ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ２ ０ ０ ５． Ｄ Ｃ： 　 　 　 ［ ］教育部 ． 教育部关于批准第一批 “ 卓越工程师教育培养计划 ” 高校的 ２ ／ （ ： ／ ／ ／ 通知 ［ Ｅ Ｂ Ｏ Ｌ］ ． ２ ０ １ ０ ０ ６ １ ３） ． ｈ ｔ ｔ ｗｗｗ． ｍ ｏ ｅ ． ｏ ｖ ． ｃ ｎ ｕ ｂ ｌ ｉ ｃ － － － ｐ ｇ ｐ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ＿ ｆ ｉ ｌ ｅ ｓ ｂ ｕ ｓ ｉ ｎ ｅ ｓ ｓ ｈ ｔ ｍ ｌ ｆ ｉ ｌ ｅ ｓ ｍ ｏ ｅ ｓ ４ ６ ６ ８ ２ ０ １ ０ １ ０ ｘ ｘ ｋ １ ０ ９ ６ ３ ０． ｈ ｔ ｍ ｌ ． ｇ ［ ］濮良贵 ， 纪名刚 ． 机械设计 ［ 北京 ： 高等教育出版社 ， ３ Ｍ］ ． ２ ０ ０ ６． ［ ］刘夫云 ． “ ］ 机械设计 ” 课程教 学 内 容 改 革 初 探 ［ 重 庆 工 学 院 学 报： ４ Ｊ ． （ ） ： 自然科学版 ， ２ ０ ０ ７， ２ １ ３ １ ３ ５ １ ３ ７． － ［ ］谢振宇 ． 《 ］ 机 械 设 计 基 础》 教学方法探讨［ 鞍 山 师 范 学 院 学 报， ５ Ｊ ． （ ） ： ２ ０ ０ ４， ６ ４ ３ ４ ３ ６． － ［ ］赵海燕 ， 《 ］ 赵宏平 ． 机械设计 》 课程教学改革的几点建议［ 教育研 ６ Ｊ ． （ ） ： 究， ２ ０ ０ ５ ２ ２ ２ ２ ３． － ［ ］黄珊秋 ， “ 葛培琪 ， 路长厚 ， 等． 机 械 设 计” 实践教学环节的改革与探 ７ ］ （ ） ： 索［ 高等理科教育 ， Ｊ ． ２ ０ ０ ７ ３ １ ３ １ １ ３ ３． － ［ ］陈东 ． ］ 基于卓越工程师计划的钢结构课程教学改革研究 ［ 重庆科 ８ Ｊ ． （ ） ： 技学院学报 ， ２ ０ １ １ ６ １ ７ ４ １ ８ ２． － ［ ］龚克 ． 转变观 念 大 胆 实 践 建 立 卓 越 工 程 师 教 育 培 养 的 中 国 模 式 ９ ［ ］ （ ） ： 中国高等教育 ， Ｊ ． ２ ０ １ ０ １ ８ １ ０ １ ２． － ［ ］陈桂平 ， ］ 侯志泉 ． 基于 “ 机械设计基础 ” 课程的启发式教学研究 ［ １ ０ Ｊ ． （ ） ： 科教文汇 ， ２ ０ １ ０ ４ ４ ３ ４ ４． － ［ ］孟玲琴 ， 王志伟 ， 徐起贺 ， 等． 基于创新能力培养的机械设计课程实 １ １ ］ ： 验体系研究 ［ 河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 学 报， Ｊ ． ２ ０ ０ ８， １ ６（ １） ８ ４ － ８ ５， ８ ８． ［ ］康颖安 ， 卿上乐 ， 夏平 ． 基于 “ 卓 越 工 程 师” 培养的理论力学教学改 １ ２ ］ （ ） ： 革的思考 ［ 湖南工程学院学报 ， Ｊ ． ２ ０ １ １， ２ １ １ １ ０ ２ １ ０ ４． － ［ ］华航客机起火后续 ： ／ （ 波音公 司 决 定 变 更 螺 栓 设 计 ［ １ ３ Ｎ Ｏ Ｌ］ ． ２ ０ ０ ８ － ： ／ ／ ／ ／ ／ ／ ０ ２ １ ５） ． ｈ ｔ ｔ ｎ ｅ ｗ ｓ ． ｘ ｉ ｎ ｈ ｕ ａ ｎ ｅ ｔ ． ｃ ｏ ｍ ｔ ｗ ２ ０ ０ ８ ０ ２ １ ５ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ＿ － － ｐ ７ ６ １ ０ ７ ２ １． ｈ ｔ ｍ

。

３． ４　 改进教学方法 在课堂教学中 ， 除了传统的教学方式外 ， 需要采用 其他一些教学方法与 手 段 ， 以提高学生对课堂内容的
９］ 。 理解和掌握 ［

“ 机械设 计 基 础 ” 课程是工程机械教育的重要课 程， 综合性 、 实践性强 ， 对培养学生工程设计能力起着 重要的作用 。 由于机械设计基础主要面向电类专业的 学生讲授 ， 而电类专 业 的 学 生 对 机 械 方 面 知 识 接 触 较 对课程中涉及的 各 种 机 构 、 结 构 难 以 理 解， 尤其是 少， 涉及到机构运动 、 齿轮啮合等动态问题或者螺纹联接 、 轴承等微变形问题 ， 因内容抽象 ， 学生理解起来比较困 难， 因而影响了教学效果 。 “ 机械设计 基 础 ” 多媒体 Ｃ Ａ Ｉ系 统 运 用 多 媒 体 计 算机技术 ， 对“ 机械设计基础 ” 理论知识 、 教学方法等进 行信息化处理 ， 利用 计 算 机 强 大 的 多 媒 体 表 现 与 信 息 构造了 创 新 设 计 教 学 模 式 。 通 过 现 代 信 息 交互功能 ， 技术的应用 ， 把过去传统的 、 静态的书本教材形式转变 文本 、 视 频、 动 画 构 成 的 动 态 教 材。 多 媒 体 为由声音 、 集成 、 动画模拟仿真 和 丰 富 的 图 像 信 息 扩 展 了 学 生 认 知的深度与广度 ， 也使教师摆脱了时间和空间对讲授 内容的束缚 ， 清楚地显示某些复杂的过程 ， 有利于激发 学生的观察力 、 发现力 、 想象力 、 逻辑联想力 ， 有利于认 知思维的深化与发展 ， 有利于增强工程设计能力 ， 提高 机械设计基础” 教学效率 和 教 学 质 量 。 “ Ｃ Ａ Ｉ作 为 教 有 着 良 好 的 应 用 和 发 展 前 景， 给 学的一种重 要 手 段 ， “ 机械设计基础 ” 创新教学以有力支持 。 在教学中 ， 为达到良好的教学效果 ， 教师应设法使



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