“新工科”背景下现代设计方法课程的教学改革及实践

尹 强，严清华,宋少云，曹梅丽,杨红军(武汉轻工大学机械工程学院，湖北武汉430023)摘要:针对“新工科”背景下对应用型创新人才的培养需求，从现代设计方法课程的教学现

状、面临的问题和挑战、研究方法、措施途径等方面对课程教学改革进行了研究和探讨，实践证 明对策措施可行有效，满足“新工科”对人才培养的迫切需求，能够提升学生工程实践能力和创

新能力，为“新工科”背景下相关课程教学改革提供了借鉴。关键词：新工科;现代设计方法;教学改革中图分类号:G 642 文献标识码:ACourse teachi ng reform and practice of modern design method

under the background of “new engineering”YIN Qiang ,YAN Qing-hua , SONG shao-yun ,CAO Mei-U ,YANG Hong-jun(College of Mechanical Engineering?Wuhan Polytechnic University,Wuhan 430023,China)

Abstract：In view of demand for application-oriented and innovative talents under the background of “new

engineering! ? this paper studies courses teaching reform of modern design method from several aspects such

a:pre:ent:ituation problem:and chal enge: re:earch method:$mea:ure:and approache: etc. Practice ha:

proved that the countermeasures are feasible and effective. So the course teaching reform can meet the ur­

gent demand of talent training for “new engineering” and significantly improve students engineering prac-

ticeabilityandinnovationability$whichprovide:referencefortheteachingreformofrelevantcour:e:un- derthebackgroundof “newengineering”.Key words：new engineering； modern design method； teaching reform1引言随着“中国制造2025”的深入推进，我国高等教

科专业的新结构、人才培养的新模式、教育教学的新 质量、分类发展的新体系。“新工科”建设不仅是一

种新的工程教育发展模式,而且对工程技术人才知 识结构的转换、工程创新能力的提升提出了新的要

育进入了 一个新的发展阶段，“新工科”建设也被正 式提上了日程。“新工科”内涵丰富、涉及范围广泛, 其核心内容突出“五个新”,即工程教育的新理念、学收稿日期= 2018-12-06.求。当前,一些传统的教学模式已经不能满足“新工 科”对人才培养的要求,因此有必要尽快转变传统的

作者简介:尹强(1978-),男，副教授/高工，博士,E-mail：yinqiang@whpu. edu. cn.基金项目：武汉轻工大学2019年面上教学研究项目(No. XM2019008)；武汉轻工大学2018年校立教研项目(No. XZ2018005).106武汉轻工大学学报2019 年培养模式，积极探索提升学生工程实践能力和创新 能力的新途径，这也为高校的课程教学改革指明了

方向。笔者以武汉轻工大学“现代设计方法”课程教 学改革为例，结合“新工科”背景下高校人才培养的

新需求，从课程教学现状、面临的问题、研究方法、措

施途径等方面对课程教学改革进行了研究和探讨, 实践证明对策措施可行有效，为“新工科”背景下相 关课程教学改革和研究起到直了一定的借鉴作用。现代设计方法是武汉轻工大学机械类专业开设

的一门专业必修课，课程综合性较强、多学科交叉、 内容体系庞大，是随着现代科技的快速发展和计算

机的广泛应用而发展起来的一门新兴学科。为适应

时代进步及教育发展的需要，一些学者对该门课程 的教学进行了一系列的研究。例如，王彦伟、曹鹏彬

从内容设置、实验环境、教学方式、考试办法等方面

进行了探讨1 ；武照云、唐静静等为调动学生的学习

积极性和提高教学质量与效果，提出了现代设计方； 法教学中的一些改革方法与措施2 纪占玲等通过

编写教材、改革教学方法和教学手段、加强实践性环 节等方式来推进课程改革闪&肖敏将比较教学法运

用到现代设计方法课程的教学中；，取得了良好的效

果？武兰英等针对机械类本科生开设的课程，对教

学内容、手段、方法以及实践性教学环节等方面进行B ； 了系统研究张洪丽、周淑霞采用多媒体课件演示

与实际操作及训练相结合的教学方法对课程内容进 行讲解，利用探究式研讨的教学方法，将传统设计方

法和现代设计方法进行对比授课，增强学生对知识

的理解6 ；王化更采用多媒体教学和板书教学相结

合的教学手段，利用MABLAB软件和ANSYS软 件辅助教学，使用工程案例和启发式教学法，同时增 加以工程项目训练为主的实践教学环节D;张可维

对教学中存在的困难进行了分析，对教学方法做出

了初步探索\"。总之，有关现代设计方法课程教学改革的研究

目前仍处于起步探索阶段，面向“新工科”背景的教 学研究与实践成果较少。因此，有必要开展相关的

研究工作，分析该课程传统教学模式中存在的问题，

程教学 研究 和方法， 进行相应

实践效果检验，使该课程的教学改革更符合“新工

科”背景下对应用型创新人才的培养要求。2现代设计方法课程的教学现状和

问题从国内高校教育发展环境来说,工科类专业课

程教学的现状和主要突出问题为:培养目标定位不 准,毕业生知识面较窄;重理论轻实践、重知识传授 轻能力培养;课程教学中对知识应用、创新和实践能

力培养不够重视;各种实践资源不足或未能得到充 分利用，实践教学途径比较单一;缺乏规范的管理机

制。从人才市场反馈的信息来看，工科类专业的学 生普遍存在的问题是书本知识学得多而工程实际接

触得少，不善于理论联系实际,难以培养解决工程技

术问题的能力。武汉轻工大学机械 业开设

设计方法程因教学 程 到 统教学 和教学 源制，其现状和存在的问题主要有以下三点。（1）难以 全面讲解或深入讲解。现代设计方法涉及的内容很

广泛，包括可靠性设计、优化设计、计算机辅助工程、 绿色设计等，在有限的学时内难以做到全面讲解或 深入讲解。（2）学生运用方法的能力薄弱，不善于理

论联系实际。教师侧重于设计方法的讲解，而学生 侧重于理论知识的学习，缺乏实用技能的培训与实

践项目的训练。（3）教学模式和方法单一，教学资料

和手段有限。传统的教学模式和方法通常采用灌输 式,难以激发学生学习的积极性，限制了学生自身的

创新能力，教学资源仍停留在单一的多媒体课件或

传统的黑板板书上，使学生的学习效率较低,实践能 力和动手能力差。武汉轻工大学已实施完全学分制的培养方案, 设计方法 程 授 学时 ?0 学时32 学时， 合 问 ， 直程的教学将面\"一个严峻的挑战:在学时减少的情 形下如何保证教学效果不下滑，而且还能持续培养 和提升学生的创新能力和工程实践能力，以更好地 适应“新工科”对应用型创新人才培养的迫切需求。3现代设计方法课程的教学改革研究3.1思路与方法按照“新工科”背景下高校机械类专业应用型创 新 培 中 培 目 、培 、培 手段等要素对现代设计方法的课程体系进行综合分析。

课程教学改革的研究思路如图1所示。3期尹强，严清华,宋少云，等！新工科”背景下现代设计方法课程的教学改革及实践107图1课程教学改革的研究思路程教学 下：研究按照理论联系实际的方法循段，完善教学资源和教学实施方案，为课程数字化资 源建设做 分的准备。(3) 学生 应 和 新

进地开展,实施方法 见图2,具体方法$分(1) 进行充分调研, 程的基本特点、应用和创新 培 ，对课程的理论教学内实

进行精简优化,

析“新工科”背景下应用型创新 培 教学

理念,建立合理的评价模式和体系，促进应用型创新在总学时减少和研究。

培 性 。情形下 教学 完备性。优、翻转(2) 进行先进教学方法 后的理论教学 实 实践应

培 度

堂、 教学、案例教学

(4) 从理论联系实际 度 ，将“新工科”背

景下 设计方法课程的教学 研究成果 于

实践中，并 教学的实际效果进行必 兀害。设计,从学生，研究采

和

种教学方法及手

图2 实施方法逻辑框图108武汉轻工大学学报2019 年3.2主要研究内容教学改革的研究目标是根据课程的特点及“新 工科”对学生能力培养的需求，精简优化教学内容,

程教学质量评价体系，研究多方位多样式的考核方

式，加强实践环节的考核力度，强调对学生应用能力 和创新能力的考核。采用先进的教学方法及手段，建立合理的评价考核 模式，提升学生的应用能力和创新能力。主要研究

内容包括：4课程教学改革的措施途径与实施效果4.1措施途径合 程教学 研究

、方法和(1) 课程体系及内容的研究。为强化学生应用 能力和创新能力的培养，从课程设计、教学方案实

施、课程评价等各环节对课程体系进行研究&优化课

容，采取相应的措施途径如下：程的核心教学内容，以必需和易懂的理论作为基础,

(1)通过案例教学提升学生的工程实践能力针对课程中的“TRIZ理论”“绿色设计”等教学

以实用技术作为重点，将最新科研成果提炼为教学 案例，尝试将抽象的理论知识融入到具体的工程实 例中，更新和规范教学实施方案和实验指导书。内容以及一些理论性较强、比较抽象的知识点，有目 的性地搜集相关案例，通过案例分析使得枯燥的理 论知识变得更加直观生动、通俗易懂，让学生能够通

(2) 课程教学方法及手段的研究。改变传统教学

模式中纯知识灌输、先教后学的教学方法，以学生为

过实例学习领悟如何将现代设计方法运用到产品设 计过程中,通过与传统方法的对比分析，理解和体会 现代设计方法的先进性和重要性。摘录部分典型案

中心，研究和应用慕课、翻转课堂、互动式教学、案例

教学等教学模式。积极推进课程的数字化资源建设。(3) 课程考核及评价方式的研究。结合学校课案例名称内容概要例如表1所—。表1 典型案例案例教学目的该款冰箱是一个非常出色的环境友好型

东芝GR-NF415GX冰箱产品的范例。不仅具有良好的使用功能,

还节省了电能。在此款产品设计中了解绿色设计的知识和经验，以

及相关绿色设计的原则。了解拆装设计是家具绿色设计的一个重要环节。掌 握面向拆卸性设计的一般准则及方法。家具的可拆卸性设计可拆卸家具有适应现代化大生产的优点,

须对“装配”“拆卸”进行系统设计。织物印染装置的改进采用TRIZ方法解决印染生产率和印染 理解用TRIZ方法解决问题的一般过程，熟练掌握冲

突 使 方法。质量的冲突问题。(2)以项目任务为导向提高学生的创新能力 在课程教学改革中，引入了以项目任务为导向

的教学模式,通过特定的项目来开展实践教学活动, 使教学过程与项目实践融为一体，引导学生通过直

观感知来获取知识技能和方法，有利于挖掘其创造

性潜能，培养他们自主学习的热情和积极性。摘录 课程涉及的部分典型项目任务，如表2所示。表2典型项目任务项目任务名称以手机的绿色设计为题进内容概要教学目掌握产品绿色设计的原则、绿色设计中材料的选

手机被废弃和淘汰的速度加快所带来的资源浪费和产生的环境问题不容小觑。行任务设计择、以及零部件的再生再利用技术等。学会使用TRIZ方法来解决物理冲突问题。手机通话质量和电磁辐射 对如何既保证手机通话质量高又对人体

的技术冲突解决电动汽车续航能力和轻量技术 突解决电磁辐射小提供可能的解。提高电池续航能力需要增大电池重量，而

节能又要求车身减重，试分析该问题。学会使用TRIZ方法来解决技术冲突问题。(3)以小组对决模式培养学生的团队意识和协

作精神

对于课程中的“优化设计”等章节，采用将传统

的“教师讲-学生听”模式转变为“学生讲-教师评”的模式,把学生分为若干小组，引导他们轮流上讲台对决竞赛。在对决模式中，学生通过小组讨论、内部分3期尹强，严清华,宋少云，等:“新工科”背景下现代设计方法课程的教学改革及实践109工协作来回答问题和归纳总结知识点，教师现场打 统的学习体验，帮助他们强化科学意识、培养科研素

分、点评指正。该模式发挥了学生的主观能动性、激 发了学习热情，培育了团队意识和协作精神。养、掌握信息获取技能、提高科研工作能力，提前为 大四的毕业设计及将来的工作就业打好基础。（4） 通过“理论学习十上机操作”方式提升学生 对专业软件的应用能力在讲授“有限元法”这一章节内容时，通过“理论

4. 2实施效果通过近几年的实践，我们已尝试了现代设计方 法课程教学改革中所提出的对策措施，经证明是可

学习十上机操作”方式强化教学效果和巩固专业知 行和 。 学生 信 来 ， 得识，有目的地安排了 4学时的理论教学与6学时的 上机操作,让学生通过“实战”操作有限元软件来巩

良好的效果，除1项评价指标外，其他9项评价指标 评分和综合总评分提升明显。课程教学改革前后学

固所学的理论知识，提升其对专业软件的应用水平

生对教学质量评价的对比见表3。从人才培养的角

和能力。度看，学生的应用能力和创新能力得到极大提高，创 新实践活动更加多样化，参与覆盖面更广，运用所学

（5） 以科研训练模式来提升学生的科研能力和 水平方法取得的成绩数量显著增加。以学校机械工程学

期末结业论文以科研训练模式来开展,按照毕 业设计论文的格式要求，让学生结合本课程的学习

院2018年的统计数据为例，学生运用该门课程知识

完成的毕业设计论文共计25篇，占学院机械专业毕

内容在“综述类”“应用类”两类题目中任选一类自主

业设计论文总数的14%;运用所学方法申请发明专 利19项，占学院发明专利总申请量的27%；发表期 刊科技论文2篇。摘录的部分典型成果见表4。命题进行科研练习，在此过程中接受一些必要的基 本科研技能训练，比如文献检索和查阅、外文资料翻

译、文献综述、科技论文写作等，学生从中能得到系表3 教学质量评价对比教学

教学 后学生评价指标单项均值评分 单项均值评分通过老师解读其设计的“课程教学实施方案”，使我明白了该门课程“为何学”

“如何学”“学什么”老师提供的学习资源丰富，对我的课程学习有帮助92. 35

941093. 35老师每次授课都作了精心准备，细心了解了我们的学习状况,做到了因材施

教,我能理解老师讲的主要内容

老师批改作业（含实验报告）认真及时,并积极通过各种方式和途径答疑解

惑，解决了我学习中的问题老师的教学内容丰富，理论联系实际,语言清晰生动，课堂对我有吸引力

92.61 92.21

92.3092.6092.45老师每次给出的学习（测验）评价客观、公正、及时，巩固了我的学习成果 老师的教学活动安排合理，能引导我们主动参与学习，提升了我的学习兴趣

92.35

老师能很好地利用包括现代信息技术（含数字资源）在内的合理教学手段，使

我的学习效率得到提高通过课程教学，我的自主学习能力、批判性思维能力、实践能力受到了训练,

达到了课程学习目标老师尽职尽责，我愿意向其他同学推荐该老师9035 923850

935093005加权总评分110武汉轻工大学学报2019 年表4典型成果成果名称基于TRIZ理论的谷糙分离机的方案设计基于TRIZ理论的碾米机的方案设计桁架式平粮机器人方案设计及仿真成果类型毕业设计论文毕业设计论文毕业设计论文毕业设计论文发明专利申请发明专利申请所运用的课程知识点(或技术方法)TRIZ理论、可靠性设计TRIZ 理论移动式平粮机器人方案设计及仿真有限元法、优化设计新设计' 法TRIZ 理论一种桁架式平粮设备以及控制方法平粮机器人及平粮机器人系统机电一体的教学实验平台优 设计申请申请期刊科技论文期刊科技论文优化设计、TRIZ理论创新设计、TRIZ理论法'优 设计靠性设计一种 粮 平 平粮机器碱面条松散装置方案设计及仿真分析碱面条自动化蒸煮装置设计5总结现代设计方法作为武汉轻工大学机械类专业本 科生的专业必修课程，在应用型创新人才培养体系 中起着至关重要的作用。在“新工科”建设背景的要 求下，现代设计方法课程教学改革研究是一项长期

武照云，唐静静，刘小霞，等.《现代设计方法》

课程教学研究与实践［J*.机械管理开发，

2012,(2):175-176.纪占玲，高勇伟，刘凯安.《现代设计理论与方 法》课程的改革与实践［J*.重庆科技学院学

报:社会科学版，2011,(4):191192.肖敏，比较教学法在现代设计方法课程教学中

的工作。笔者结合“新工科”背景下人才培养的新要 求，对现代设计方法课程的教学改革进行了研究和 探讨，实践证明相应的对策措施可行有效。文中着

的应用［J*.高教论坛，2006，(6) = 120-121. 武兰英，高勇伟，韩林山.机械类本科生《现代

力探索的“新工科”背景下提升学生应用能力和创新

设计方法》课程教学研究［J*.华北水利水电大能力的教学理念和方法，为培养学生的创新精神、工 程实践能力创造了条件，为学生毕业后更好地适应 201127(2):176-178张洪丽，周淑霞.现代设计方法教学方法改革

: 会

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新形势下的工程设计、科学研究及其他技术工作奠

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