阚亚鲸 魏志勇 钱瑞明 毕可东
[摘 要] “设计原理与方法II”课程把机械设计的传统教学内容拓展到机械系统设计及动力学领域，主旨是培养学生解决复杂机械设计问题的专业能力。“设计原理与方法II”课程的思想政治建设可以进一步培养学生的道德品格和职业素养，为国家和社会培养符合社会主义核心价值观的高层次机械专业人才。对课程思政建设进行探索，在教学内容、教学方法、教师团队建设方面摸索出一套改革方案，设计了课程思政的教学案例，为“设计原理与方法”系列课程的进一步改革，打造高质量金课群，提供了有价值的参考。
[关键词] 机械设计;设计原理与方法;课程思政;教学案例
[基金项目] 2019年度东南大学校级教改项目“‘设计原理与方法II金课课堂建设的研究与实践”（2019-014）
[作者简介] 阚亚鲸（1985—），男，江苏镇江人，博士，东南大学机械工程学院机械设计工程系主任，讲师（通信作者），主要从事机械设计及理论、表面化学与界面结构研究。
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2021）21-0069-04 [收稿日期] 2021-01-03
一、背景
人才培养是高等教育的价值体现。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》指出，国家在高素质人才方面严重紧缺，再一次明确了人才培养在高校工作中的核心地位。在众多学科中，机械专业有着最为古老的历史。新一轮科技革命和产业变革的到来，为机械专业的发展带来了新的机遇和挑战。在高等教育中，课堂是人才培养的主阵地。2018年11月24日，在第十一届“中国大学教学论坛”上，教育部高教司吴岩司长作了题为“建设中国金课”的主题报告，提出要建设高阶性、创新性、挑战性的金课[1]。当下，国家对工科人才的评价，不再局限于是否符合创新型、实用型、复合型这些专业能力方面的要求，而是要求具备高尚的道德情操及全面的综合素质。课程思政建设是打造高质量课程必不可少的一环。对学生进行思想道德教育，是为社会主义事业培养高层次建设者和接班人的关键所在。习近平总书记在2016年全国高校思想政治工作会议上强调，“高校思想政治工作关系高校培养什么样的人、如何培养人以及为谁培养人这个根本问题。要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人，努力开创我国高等教育事业发展新局面。”[2]这个讲话表明，在传授学生专业知识、培养学生专业能力的同时，还需要起到引导学生提升自身“思想水平、政治觉悟、道德品质、文化素养”的作用。而在课程建设中，教师团队是推进课程思政改革、打造特点鲜明的模范课堂的主导者[3]。只有教师充分重视课堂的思想政治建设，主动开展相应的课程改革，才能充分发挥课堂在育人主战场的主导作用，满足全方位育人的要求，达到人才培养的目标。
“设计原理与方法II”是东南大学机械工程专业的特色课程，也是校级示范课的改革试点。为了进一步发挥该课程在专业人才培养中的作用，课程组积极研究课程思政教育的目標定位，修订课程教学大纲，设计思想政治元素及其与教学内容的融合方式，改进教学方法，建设教师团队，并在教学实践中探索出一套切实可行的改革方案。
二、课程建设现状
“设计原理与方法”系列课程是我校实践机械设计类专业课程改革与创新的一次主动探索，于2014年正式面向机械工程专业本科生开课。该系列中包括四门理论课程，关键词分别为“尺度与结构设计”“系统与动力学设计”“现代设计方法”“概念与创新设计”。配合课程实验、综合训练及综合实践三个部分，形成了理论教学、实践教学和自主研学“三位一体”的课程体系[4]，如图1所示。为了进一步提升课程质量，达到“新工科”发展的内涵要求，培养能够解决复杂机械系统设计问题的高层次人才，课程组进一步围绕“设计原理与方法”系列课程，开展面向“新工科”机械类创新人才培养的“设计原理与方法”金课群建设与实践的研究工作，于2019年顺利立项成为江苏省首批金课建设项目，而且是唯一面向机械专业人才培养建设的课程群。
“设计原理与方法II”是课程群理论教学体系中的核心课程，是大三本科生必修的专业主干课程，至今已完成七届超过1200人次的授课任务。传统的机械原理和机械设计课程的知识体系主要围绕构件和机构展开，缺少对学生系统性设计观念的培养。鉴于此，“设计原理与方法II”课程在立项之初就被定位为对原有机械设计课程的拓展，即将机械设计教学从传统的机构设计拓展到机械系统的整体设计，考虑各个子系统之间的相互联系和作用，学习如何利用基础学科的理论知识，求解系统性能的最优化问题。课程的教学目标是培养学生的全局意识，能够从整机和系统的角度出发，追求机械系统的综合性能，而不仅仅局限于单个机构的实现和优化设计。知识体系围绕机械整机设计这个主题进行构建，内容涵盖了系统整体设计、子系统优化设计、刚性和弹性系统动力学、虚拟样机技术等方面。其中，动力学部分包含了机械系统动力学等研究生阶段的部分内容，可以视为对本硕博一体化培养模式的一种探索。在教学方法方面，在机械系统设计相关理论知识教学的基础上，采用大量案例的讨论（例如水平定向钻机、抽油机、电磁帽坯件机等）帮助学生了解、熟知机械系统和装备技术，进而可以自主分析和设计整个机械系统。与课程特色相适应的是课程的评价机制。在考核组成中，项目设计的比重达到40%。通过布置综合型专题设计项目，并给定设计要求，要求学生开展包括项目调研、论证、理论设计、计算机仿真、结果分析与优化在内的设计任务，进一步锻炼学生的研究和实践能力。可见，本课程的教学设计和安排充分体现了课程组对“高阶性、创新性、挑战性”金课标准的理解。
目前，课程组按照“设计原理与方法”金课群的总体建设目标和思路，探索课程的线上线下混合式教学模式，设计“项目驱动”的探究性研究型课堂环境，并建设适用于机械系统设计混合式研究型课堂的教学材料和教材。在课程思政建设这个改革环节上，课程组通过调研国内机械专业课程思政的建设情况，并结合本课程近年来的实际情况，确定了如下建设思路：面向“新工科”工程教育人才培养模式需要，以项目为牵引，以制造强国为主线，关注学科发展中涉及的社会经济、环境生态及可持续发展等问题。
三、课程思政建设方案
本文围绕上述课程思政建设思路提出相应的改革方案，将强化思想政治教育作为教学大纲修订的主要任务，重点从教学内容、教学方法、团队建设等方面进行改革。
1.教学大纲。在教学大纲中明确开展思想政治教育的建设目标。在适当压缩理论知识点的同时，增加能够体现工程多样性、复杂性和综合性的新知识点。组织知识单元，逐渐深化机械系统与动力学设计的深度和广度，使学生能够全面认识机械产品的特点和机械系统设计的规律，着重培养他们严谨、求实的学习工作态度。进一步加大讨论课及综合实践项目在教学安排中的比重，明确“学做融合”常态化的教学模式建设方向，使学生的自主学习、工程意识和学为所用能力的培养，能够更好地贯穿于连续的课程教学中。
2.教学内容。研究机械系统设计的理论体系发展历史，在理論知识点中补充介绍我国学者所做出的贡献，培养学生的民族自信心和自豪感;列举机械产品在“中国制造2025”“一带一路”“军民融合”等国家和社会发展重大问题中的具体应用，使学生充分认识到我国从制造大国向制造强国的发展，既是中华民族的重大历史使命，也是个人人生发展的重要机遇。加强对案例的科学评价，补充国家宏观形势和相关政策，强调机器、人、环境三者和谐共处，开拓学生的职业视野，培养良好的职业道德和社会意识。围绕高端数控机床、机器人、航空航天装备、新能源汽车等重点产业，结合教师的科研项目和科研成果，设计有创新性和挑战性的综合实践项目，使学生了解产业发展的需求，在解决复杂工程问题中培养正确的思维方式。对项目持续改进，设计要求逐级提高，使学生切身体会到“工匠精神”的内涵。
3.教学方法。探索线上线下混合式教学，线下课堂精讲传统理论内容，侧重于体现“学做融合”的案例教学和综合设计，建设研究型课堂环境。同时，积极开展“课堂—实验室—社会服务”多主体参与的育人模式的实践探索，充分引入实验室、社会科研机构等第二课堂，活跃师生的创新思维，拓展创新视野。通过专题讨论、方案答辩等形式，启发学生的辩证思维意识，培养严谨的工作和研究习惯。以小组或团队形式开展相关讨论和研究，培养团队合作意识，锻炼学生的领导与组织能力。注重对学生科研能力的训练，指导学生学习多学科基础理论、文献检索、英文文献阅读、论文书写规范、图表绘制等，培养学生良好的科学研究素质。
4.团队建设。要求教学团队成员始终坚持“以本为本”的教育理念，以身作则、为人师表，在传授知识中传递正能量。将师德师风和工作态度作为评价团队成员工作的重要标准，从思想上杜绝“水课”的出现。定期组织以课程思政建设为主题的讨论会，分享并整理课程建设成果。通过传、帮、带促进青年教师成长，帮助他们树立正确的职业观。
四、教学案例设计
经过对原有的课程教学大纲和知识结构的梳理，课程团队逐个分析了知识单元和知识点，讨论了将思想政治元素融入教学内容的方法。通过优化部分教学单元，初步形成了具有一定连贯性的课程思政体系，并为部分知识点设计了含有思想政治元素的教学案例。这里简单列举课程第二个知识单元“机械系统的总体设计”中的三个教学案例。
1.知识点：机械系统总体设计概述。该案例的思想政治意义是以华罗庚教授所提出的优选法和统筹法极大提高生产管理水平为例，增强学生的民族自豪感。以基础学科指导工程实践、服务国民经济发展，使学生了解科学研究的价值。机械系统的生产能力是反映机械系统性能的核心参数。提升生产能力的途径，除了提高机械性能，缩短加工或装配一个工件的时间，还可以通过改进工艺管理流程、缩短辅助工作时间，从而在不显著增加投入的情况下加以实现。华罗庚教授在数学研究方面取得了巨大成就的同时，也长期致力于推广数学方法的研究成果。在调研当时的国内生产情况的过程中，他注意到一些生产层面的管理问题对实际生产的影响，并基于计划评审法和关键线路法提出了中国式的统筹方法[5]。同时，华罗庚又考虑如何通过生产工艺的优化提高产品质量，结合当时学界的最优化方法，进一步提出通过优选法来合理选择设计和工艺参数。统筹法和优选法在全国的推广，在提升企业管理水平及实际产出方面产生了显著作用。例如，四川受益于“双法”的应用，实现4个月内增产节约2亿元，内蒙古实现年内增产节约6000万元[6]。在教学内容的安排上，将上述案例作为生产能力知识点的拓展，使学生了解我国的科学家将基础学科的研究应用到工程实践的事迹，以及科技创新对国家发展所起的推动作用。
2.知识点：基于功能原理的总体设计方案设计与评价。该案例的思想政治意义是现代机械设计工程师必须具备较强的社会责任感，要求其不仅关注产品的技术性能和经济指标，还应该注意产品是否符合国家法律、法规的要求。机械系统设计方案评价的相关知识点指出，机械系统设计的方案评价不仅要对评价对象进行可行性分析和评估，还应对评价对象的技术性、经济性和社会性等方面存在的问题提出改进和完善建议。例如，在机械加工设备的设计、制造和运行过程中，相关技术人员应该同时了解相关环保管理要求，所设计的机械需要达到环保要求，符合《大气污染防治法》《固体废物污染环境防治法》的相关规定。又如，机械加工设备使用的切削液影响着工件的质量和生产率，但同时切屑液在使用过程中会产生油雾和含油工业固体废物（废边角料等）。一方面影响了车间操作工人的身体健康及车间的工作环境;另一方面对环境造成了污染，不符合现行的环境管理要求。
3.知识点：子系统方案设计与评价。该案例的思想政治意义是以我国在抗击新冠肺炎疫情中取得的成绩，来增强学生的民族自豪感。以口罩生产机械执行系统的设计案例，培养学生服务社会的责任意识。执行系统是完成各种工艺动作或生产过程的系统，直接影响机械系统的性能、结构、尺寸、重量及使用效果。该系统的方案设计是机械系统总体方案设计中极其重要又极富创造性的环节，是整个机械设计工作的基础。该案例的教学方法以讨论课的形式开展，主要介绍了我国抗击新冠肺炎疫情取得的成绩，以及新冠肺炎疫情对一个国家制造业的考验。针对口罩的需求和供应问题，通过视频和流程图等形式使学生了解口罩生产中的工艺流程，包括入料、褶皱折叠、压片、鼻梁条植入、切断等，然后组织讨论，针对每个生产动作拟定执行机构的工作原理，并基于“设计原理与方法Ⅱ”中学习的常见机构，选择执行机构和组合方式。
五、结语
“设计原理与方法II”将机械设计及理论学科在本科阶段的教学范围拓展到整个机械系统，知识体系重点突出整体观、系统观和可持续发展观，旨在培养学生解决真实、复杂工程问题的能力。在教学活动中，积极开展课程思政改革，通过对专业课程的学习，将思想政治教育元素润物无声地融入专业知识，帮助学生在学习专业知识、锻炼专业能力的同时，养成良好的道德品格和职业素养，帮助他们成为符合社会主义核心价值观的复合型机械专业人才。
参考文献
[1]吴岩.建设中国“金课”[J].中国大学教学，2018（12）：
4-9.
[2]把思想政治工作贯穿教育教學全过程开创我国高等教育事业发展新局面[N].人民日报，2016-12-09（10）.
[3]刘清生.新时代高校教师“课程思政”能力的理性审视 [J].江苏高教，2018（12）：91-93.
[4]BI K， KAN Y， QIAN R， et al. Construction of Golden Course Group for the Innovative Talent Cultivation in New Engineering of Machinery[M].Berlin：Springer Netherlands，2020：17-26.
[5]徐伟宣.华罗庚与优选法统筹法[J].高等数学研究， 2006（6）：63-64.
[6]劳汉生，许康.“双法”推广：中国管理科学化的一个里程碑[J].科学学研究，2000（2）：62-69.
Exploration on Curriculum Ideology and Politics Construction of “Design Principles and Methods II”：
Taking Mechanical Engineering Course as an Example
KAN Ya-jing， WEI Zhi-yong， QIAN Rui-ming， BI Ke-dong
（School of Mechanical Engineering， Southeast University， Nanjing， Jiangsu 211189， China）
Abstract：
The course “Design Principles and Methods II” expands the traditional teaching content of mechanical design to mechanical system design and dynamics problems， and its main purpose is to cultivate students professional ability to solve complex mechanical design problems. The ideological and political construction of this course can further cultivate students moral character and professional diathesis， and train high-level mechanical professionals who conform to the socialist core values for the country and society. This paper introduces the exploration of the ideological and political construction of the research curriculum， including the construction ideas， the reform plan in the teaching content， teaching methods and teacher team building. In addition， some teaching cases containing ideological and political elements are listed. This will provide a valuable reference for the further reform of the “design principles and methods” series courses and build high-quality golden courses.
Key words：
mechanical design; design principles and methods; Curriculum Ideology and Politics; teaching cases
