“工程机械设计”课程教学改革与实践

“工程机械设计”课程教学改革与实践

随着我国铁路、公路等重大建设项目的不断展开，大型工程专用机械的市场需求急剧增加，亟须大量专业的设计人才。“工程机械设计”课程作为我校工程机械专业的核心课程之一，目的通过对工程机械系统的深入学习和研究，让学生理解并初步掌握常见工程机械的设计思路和方法，培养学生的设计能力。它的课程教学成功与否，从个体层次来讲涉及到学生个人设计能力和工程素质的培养，从社会层次来讲可能会影响工程机械设计人才后备力量。但是由于本课程复杂广泛的课程内容与有限的课时之间存在的矛盾，限制了学生掌握深层次的有关工程机械设计知识，再者传统的教学模式单一，缺乏必备的实践经验，因此对于这门理论性和实践性兼顾的课程，学生普遍认为学习这门课程感觉吃力，从而影响了学习效果和工程素质的培养质量。

本文针对“工程机械设计”教学中遇到的问题，并结合多年的“工程机械设计”课程教学经验，从教学内容、教学方法等方面进行了深入探讨与研究，以期培养具有工程意识、设计能力及创新精神的合格人才。

一、教学内容注重系统性、实践性、拓展性、创新性

在教学内容的选择上，突出表现在系统性、实践性、拓展性、创新性等几个方面，不仅内容选择合理，难度程度适中，重点突出基本理论和分析设计方法，密切联系实际应用，还注重对教学内容的取舍和更新，根据最新科研成果，补充一些教材中未包括的新技术。

1.系统性。“工程机械设计”课程内容多而杂，各个章节相对独立，相互联系疏松，重点不突出。各个部件的知识和设计方法缺乏共性介绍和系统阐述，缺少工程应用实例和应用背景。为了解决这一问题，在组织教学活动中逐步归纳总结，在授课之初强调系统性，不仅是对课程内容进行优化组合，还要促使学生具备系统性思维以理解掌握工程机械设计知识。首先简要但系统地介绍其总体设计和计算原理，让

学生仅需在头脑中建立一个工程机械设计的相对完整概念。可以这么认为，学生在这个阶段学习可“不求甚解”，但是肯定会促使学生产生“知识空白”，自然会激发学生将后期学到的各个章节的知识自动“填空”。这种改变，彻底颠覆了以往教学中首先介绍相关概念，然后讲述主要零部件的设计方法，最后才进行整机设计的教学内容，避免了在学生在听课过程中将学到的知识视为“无的之矢”，逐步就失去了继续学习的兴趣和愿望。近年来的教学实践表明，这种“本末倒置”的教学内容确实激发了学生的学习兴趣，促进了学生工程机械设计能力的提高。

2.实践性。实践教学是高等教育人才培养系统工程中不可缺少的组成部分，是非常重要的教学环节之一，是实现高等工程院校培养人才目标的重要途径和手段。由于课程的教学环节实践性较强，在教学内容安排上，要求在实践教学基础上完成理论教学，并以实践来验证理论。因为学生此前对于工程机械的作业特点、工作原理、施工工艺技术等并不十分了解，必须适当补充一些必要的背景知识。授课前组织学生通过对校内实训基地的铲土机、挖掘机等常规工程机械进行课前实习，使学生真实地了解工程机械的用途、结构组成、工作原理等，這样可保证学生在对各章节的设计理论学习中，能够将所学知识“对号入座”，便于知识的消化和吸收。并且在授课期间，该实训基地及其他相关实训室全程开放，学生可动手进行发动机、变速箱、离合器、泵、阀等主要部件的拆装，以此锻炼学生实践能力与创造能力，提高分析问题与解决实际工程问题能力，促进学生知识、能力、素质的协调发展。

3.拓展性。笔者在课程设计和毕业设计中发现，很多学生对于工程机械的整机和部件设计中有关强度和刚度的理解并不是很深入。为了弥补该缺陷，在授课中特意加入部分“钢结构”设计知识，尽管这部分知识没有纳入工程机械设计专业的教学计划，但是从学生整体把握和设计工程机械的角度来说显然是必要的。并且引导学生应用三维设计软件进行相关绘图和仿真计算，例如，学生们前期课程学过

SolidWorks软件，在工程机械设计的相关课程设计和毕业设计中，鼓励学生应用该软件进行产品“样品设计”和“虚拟设计”，进行模拟装配和运动仿真，这将大大减少设计错误。并且应用专业软件对零件的三维模型进行有限元分析。此外，还向学生们讲授了MIDAS软件进行简单的钢结构计算。经多次课程设计和毕业设计实践表明，学生们对于此类扩展性的知识很感兴趣，收到很好的教学和应用效果。

4.创新性。从工程机械发展趋势来看，全球工程机械将向着环保、智能、大型化方向发展，谁掌握核心技术，谁就掌握工程机械的生命线。在“工程机械设计”授课中，引领学生坚持从实际出发，从生产需要出发，尊重前人的知识和经验，不“闭门造车”，创造性地学、创造性地用，在理论研究和创新取得良好成果的基础上争取技术研发和创新。课上以徐工集团设计制造的“钢铁蜘蛛侠”ET110步履式挖掘机为例，讲解其步履、轮式驱动结合的符合式结构，能全轮驱动、全轮转向、轮腿复合，以实现跋山涉水如履平地，灵活机动操控自如的目的，并强调自主创新是工程机械设计的生命力。

二、教学方法突出范例教学、实例讲解、案例实践

为了保障在“工程机械设计”课程的教学过程中，将教学内容的系统性、实践性、实用性、拓展性、创新性一一体现出来，并且能够让学生们轻松接受，需采用突破常规的教学方法，突出范例教学、实例讲解、案例实践这三种授课方法，它们并非相互独立，而是环环相扣构成一个完整的教学方法体系。

1.剔除冗杂臃肿，讲求范例教学。由于“工程机械设计”课程课时有限，而内容繁多冗杂，教学内容中着重提出了系统性的概念。采用范例教学的方法，对轮式工程机械和履带式工程机械各个系统设计的共性介绍和阐述，例如：对轮式工程机械的传动系计算传动比时，包括总传动比的计算，传动比的分配，以及变速箱档位数和中间传动比的确定，这些是经过精选的基本性的基础性的知识，以起到示范窗口作用，从这个窗口可以看到全室。通过范例教学，首先达到“个”的认识，进而达到“类”的认识，再者达到规律性的认识，最后还要达到通

过自己的体验，提高对各个系统及整体结构的完整认识。

2.现场理论教学，实现实例讲解。“工程机械设计”这门课程本身内容具有很强的实践性特征，因此，很有必要带领学生到学校实验室、训练中心，或距离学校较近的工程施工现场，进行部分课时的现场理论教学，对典型工程机械的种类、特点、工作原理及运用进行集中合理的直观教学。例如，对铲土机、挖掘机等工程机械的类别、组成构造、现场布置、运用等内容，可以按照课程大纲要求，结合教学进度，合理安排施工现场理论教学，让学生更直观地学习工程机械的有关内容，能够对课堂教学中学生理解困难或吃力的内容起到弥补的作用。

此外，还提出引入科研成果以提高学生的学习兴趣。近十多年来，我校在大吨位架桥机、造桥机、全断面隧道硬岩掘进机、大断面隧道盾构机等设备的研制与施工领域承担了一批重大科研项目，取得了多项国际先进和国内领先的科研成果。我们通过筛选、整理，将这些最新的研究成果引入到教学中，不但丰富了课堂教学内容，使枯燥知识变得生动具体，而且同學们感到学习“工程机械设计”课程的实用性，增加了学习兴趣，调动了学习积极性。

3.改革实践环节，倡导案例实践。本课程理论性较强，实践性也较强，本科生学习的目的是：将所学的工程机械设计方法和理论应用到实际问题中去。在授课结束后安排为期一周的“工程机械课程设计”，使用案例法进行实践教学，突出“学生为主，教师为辅”的教学指导思想，以达到以下目的[2-3]：（1）通过设置工程需求，将学生置身于真实复杂的工作环境中；（2）让学生练习使用在课堂所学及其拓展的知识和技能来进行设计决策；（3）帮助学生获得解决工程机械领域内实际问题的能力，并培养学生创新意识。

根据我校专业特点，近几年开设的工程机械设计范畴的课程设计题目主要有：有轨平板运输车设计、起重机主结构设计、挖掘机工作装置设计等，课程设计内容既与课堂教学内容衔接，又有所扩充。

三、改革的效果

在“工程机械设计”课程的改革和实践中，为实现从“知识传授”转