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借鉴UCSD实践性课程教学经验
加强学生综合能力培养

摘要：动手能力是工科学生综合能力的一个重要体现，在学校二十一次教学讨论会的参加过程中，我们对国外大学的实践课程进行了广泛的调研分析，这里以美国加州大学圣迭戈分校的一门实践性课程为例进行剖析，其次对我们机械基础课程系列课程中的实践教学环节进行了分析，最后，对比分析了我校与国外大学在实践教学环节。作为我们工作的借鉴。
关键词： 实践性课程 机械基础 综合能力培养 借鉴

1 UCSD的实践性教学课程简介
1.1 UCSD的基本概况
UCSD是加州大学圣迭戈分校的简称，一年4个学期，每个学期10周。该校虽然建校时间不长，但是发展很快，其机械工程专业在全美的国立大学中，排名在12－15之间。该校的机械工程人才培养目标是：
1） 掌握机械与航空工程方面坚实的基本科学知识；
2 ）提供完整的机械工程工作中需要的计算技能、问题分析技能、综合问题技能、解决问题技能的方法培训；
3 ）教授学生工程应用中的数据分析与实验技术；
4 ）教授学生设计过程的基本专业技能，包括项目管理、多学科的信息综合、创造性机决问题的技能；
5 ）培训学生成功参与团队或在团队中处于领导位置时需要的口头与文字沟通技能；
6 ）理解职业以及职业技术道德；
7 ）为学生提供在校园的活动、工业企业的实习、以及相关组织联系的机会，获取经验，融入到未来的职业行业之中。
1.2 课程名称：工程制图与设计，课程编号为：MAE03，是UCSD本科生二年级春季学期的课程，相当于我们二年级的春季期(2年级第2学期)，国内的《机械工程概论》理论课程以及《机械基础实践》的功能和该课程也相似之处，只是我们的课程中，注重机械工程的理论讲解和介绍，以测绘分析已有机械为基础，同时对所分析的对象进行改进设计。没有将设计思想制作出来的过程。
1.3 课程内容：介绍工程设计与制图的基本方法，重点是应用工程工具设计制造出能够工作的机械。课程分为两个部分，第一部分（总学时的1/4） 学生学习利用计算机绘图软件，以及徒手设计擒纵棘轮为核心的摆式钟，并使用制作工具制作。第二部分 （总学时的3/4）学生按照小组，设计一个应用电机/电磁铁驱动的简易机器人，并进行比赛。比赛的题目不断变化。主要来自当前流行的各种计算机游戏。
1.4 课程目标：a) 培养基本的工程绘图技能；b) 计算机辅助绘制草图，以及用AutoCAD表达的 2维图形与3维实体的转换；c) 制造技能，包括应用钻床、板材弯曲机床以及激光快速原型制作设备的技能；d) 设计过程的技能（通过开发工作硬件）头脑风暴法、概念设计、创造技巧，在机械设计过程中应用物理原理的能力，进行项目的规划、风险的降低、日程安排、团队的协作协调技能；e) 机械设计过程中，应用螺纹联接、轴承、电机、齿轮、带传动的技巧；f) 沟通技能：包括口头与计算机的文档。
1.5 成绩的考核：课程以过程考核为主，是一个典型的过程控制方式的体现，学生想获得好的成绩，必须认真完成课程的每一个细节。
序号
项目考核的内容
所占的比例
1
出勤状态
5%
2
CAD与草图绘制作业
15%
3
小测验
10%
4
摆式钟制作报告
15%
5
机器人制作的团队作业
55%

5.1
- 设计过程
10%*X
5.2
- 制作的硬件
20%*X
5.3
- 文档的网络展示
15%*X
5.4
- 个体的报告
10%
5.5
- 同组的评价因子
X
6
晚交作业，扣20％，超过一周不交，零分处理

注：5.5中的同组因子X，仅仅对5.1 、5.2、 5.3三项分数有影响。
1.6 学术与职业道德要求：对学生的道德有明确的要求，便于教师的执行。有以下4点：
a） 学生选择该课程是为了增加知识的承诺，同样学术诚信也是个人成功受到教育的基础；
b） 所有作业与测验，必须独立完成；
c） 在使用CAD的过程中，可以相互帮助，但是安排作业的计算机文件不能共享；
d） 在开放式的设计作业过程中，鼓励查阅各种资料，利用各种思想，包括同学与指导教师，来自外界的思想应该给出引用出处。
1.7 学生的制作作品简介：图1中是学生制作的摆动式钟，虽然工作原理一样，但是外形却有很大的差别，在课程的教学网站上，有详细的设计指导理论和参考作品，学生通过这一部分的训练，掌握产品设计的基本过程和制作技能，为下一步的创新机器人的设计，打下基础。在机器人的设计中，以降低风险为主线，对于各个过程的风险作出正确评估，从而确保制作的作品能够完成设定的功能，并具有良好的经济性。图2a 是课程第二部分中的作品和比赛场景。作品是设计一个运动小车，通过中间有间歇检测装置的轨道，能够以最短时间通过，又不被检测到的作品，就是最佳作品。图2b和图2c是金属环运送机器人，在规定的时间内，把金属环从存储库当中，移送到中间圆盘上，并挂到不同的位置，运送的数量和挂的位置的加权乘积最大者获胜。

图1 擒纵机构为核心的摆式钟

图2a 盗取圣火机器人

图2b金属环运送机器人主体

图2c金属环运送比赛整体
2 我校机械基础系列课程中，实践教学的做法
在我校的课程体系中，从前没有开设制作性的课程，但是学生动手实验的机会还是很多的。学生在整个课程体系中，有多次的机器拆装训练，也针对拆装过程中的问题，进行改进设计。遗憾的是大部分设计都停留在图纸和评价阶段，没有制作出实物的最终感觉。在工业中心的训练中，制作了一些简单的零件，对于运动副的理解不是很深刻。针对目前国内外的发展形式，借鉴他们的先进思想，在我们的机械基础系列课程的教学过程中，我们采取了广泛的增加学生动手能力、对实际问题分析能力的培养。下面从5个方面进行介绍。
2.1课程讲授中以实例为背景，进行案例分析；
案例教学是近年广泛推广的一种教学方法，通过具体生动的案例分析，学生一是能够感受到理论的应该方法、技巧与过程。同时能够对复杂的工程问题，形成一套科学的分析方法，能够从多种影响因素中，找到主要的环节。比如，在支撑结构的讲授中，我们通过对中华世纪坛的旋转支撑结构的讲解，为学生提供了一个生动、有趣的实例，加深了理论的理解。
2.2课程中增加制作环节并开展班内赛；
在《机械设计》的理论课程讲授中，我们增加了制作环节，并在少数班级开展了制作项目比赛，比赛的题目有：模型汽车拉力赛，行走车辆定点停车赛。比赛获得了良好的效果。在比赛作品的制作过程中，将原来课程中要求学生学习，转化为了我要学习，因为如果不把制作过程的理论问题分析清楚，做出的作品性能将收到影响，对于课程中比较枯燥的结构知识，也转化为了生动的结构分析与评价，对教学效果的提高起到了重要影响。
2.3课程实验中增添研究型搭接型实验
传统的验证型实验中学生动手的过程较少，为了突出实验效果，有些安装位置、测量范围都预先调整好，学生对于整个测量系统的了解也不是很全面，为此，我们在《国家工科机械基础课程教学基地》的建设过程中，增加了很多搭接型、安装型实验。在《机构搭接与测量》实验中，学生在搭接过程中，对于平面副中，各个转动副的轴线平行度的理解更深刻，对于搭接系统的运转参数也有形象的印象。在《机械传动综合系统测量》试验中，通过测量，理解到不同传动方案的传动效率；在《多轴传动与系统搭接》实验中，对于安装过程的精度保证、测量方法、系统测量能力等有了明确的理解。对提高学生的综合能力起到了关键作用。开设的实验受到了学生的广泛欢迎。
2.4 开展了机械创新设计大赛
自从人类第一次学会拿木棍橇石头，第一次学会钻木取火，他们就学会了设计。从此以后，人们设计了各种工具，机器，汽车，飞机……，人类在进化过程中不断的提高着自己的劳动能力，同时也提高了自身的创造才能。可以这样说，人类文明的发展过程，就是人类在创造性劳动中进行创造性设计的过程。“创新”，是人类发展的永恒课题。随着现代科学技术的发展，创新性人才在各行各业愈来愈显示出其重要作用。小到一件商品，大到整个国家、民族，只有不断的创新，才能在激烈的竞争中立于不败之地。
在我们即将走入知识经济时代的今天，培养适合当今社会需要的创新性人才更成为大学教育的主要任务。清华大学作为全国一流的高等学府，在广大同学当中孕育着巨大的潜在创造力。因此，在清华大学教务处、科技处、校团委、校学生科协的大力支持下，我们准备组织的“清华大学机械创新设计大赛”。这是一项具有远见卓识的大型活动，它将能有效地培养参赛同学的务实、自信和创新能力。同时，作为以“挑战杯”为龙头的清华大学学生课外科技活动中的一项重要赛事，它将对学校培养面向二十一世纪的人才，活跃校园科技活动氛围起到积极的作用。目前已经成功的举办六届, 这为丰富学生的课外科技活动，发挥学生的创新能力起到了重要作用。每年参加大赛的参赛选手人数都达到百人以上。为了确保大赛长期的举办，我们在教务处的支持下，已经办为一个机械学院的选修课程，从指导教师、制造场所等都有了体系保证。
2.5 开设制作类大赛课程(机械创新设计与制作)
参照国外制作型实践课程的形式，结合我校的学生特点，我们将课程的内容划分为两部分，第一部分是机械钟表的制作，通过这样一个简单机械装置的制作，让学生掌握机械设计过程的基本技能，以及如何应用物理原理进行计算的能力，同时锻炼学生避免风险的初步方法。在制作安装过程中，对于机械系统的轴系的安装要求，轴系的定位、结构等有初步的认识。课程的第二部分是命题组的设计与制作工作，在这一个过程中，有专门的辅导教师。国家工科机械基础课程教学基地的师傅，对制作工艺、安装技术等进行辅导。保证了制作作品的可靠性。
3 对比分析
由于我国的社会思想、工业水平与欧美有很大的差别，我校的教学思想可以部分参考西方发达国家的做法，但是不能照搬。在近百年的高等教育实践中，我们也积累了一定的经验，并形成了一定的特色，下面从9各方面对比分析一下我校与国外的在实践教学特点。
序号
我校
国外
1
有广泛的展示型展柜
没有
2
有大量的验证型实验
验证型实验有，较少
3
研究型实验在《工科课程教学基地》的建设中，已经广泛开展
研究型实验较多
4
制作类实验与课程较少，刚刚起步
UCSD在大学期间有两个制作型课程，课程代号为MAE03, MAE156B
5
对学生的口头与书面表达很重视，对计算机的表达工具也应用很广泛，特别是ppt的报告方式。
非常注重表达与交流，广泛通过网站展示作品
6
已经开始注意团队的合作精神，并在实践类课程中广泛的实现了团队学习形式
非常注重团队的精神培养和合作技巧的训练
7
对于道德有广泛的要求
对于职业道德有明确的要求
8
有比较健全的文件（课程内容、教学大纲、教学日历等）
课程的管理已经标准化，有丰富的课程资料
9
已经开展用AHP方法评价学生能力
有健全的评价体系
综上所述，我校目前培养学生的特点和国外高校学生的特点有如下特征：1）我校学生的学习素质高，理论水平高，善于从理论上分析问题，具有较好的动手能力，有初步的工程实际分析能力。倾向于自我努力。2）国外的学生素质差别较大，善于观察实际，动手能力普遍很强，善于团队合作与沟通。
4 参考文献
1. UCSD General Catalog 2002-2003
2. courses in ucsd mae\mae_ames156\www.mae.ucsd.edu\ames156
3. courses in ucsd mae\maelabs_ucsd_mae3(0)\maelabs.ucsd.edu\mae3
4. courses in ucsd mae\www-mae_ucsd_mae171a\www-mae.ucsd.edu\mae171a