国家工科机械基础课程教学基地

天津大学具有110多年的办学历史,是教育部重点投资建设的学校之一。长期以来,天津大学的机械基础课程的教学逐渐形成了优良的传统,并在国内占有一定的地位。上世纪50年代至80年代,天津大学主编、编译的《机械零件》(机械设计)、《机械原理》和《金属工艺学》等数本机械基础课程教材便已在全国有很大影响。彭泽民、石则昌和张策三位教授自80年代至今先后担任教育部机械基础课程教学指导委员会(早期为教材编写委员会)的主任委员。百年老校优良的办学传统和教学基础为建设国家工科机械基础课程教学基地奠定了牢固的基础。

根据教育部"可建立学校级基础课程教学基地"的精神,2000年9月学校批准成立"天津大学机械基础课程教学基地",并于2001年1月向教育部申报备案并获得批准,按国家工科基础课程教学基地的标准进行建设。经过了近4年的建设,天津大学"国家工科机械基础课程教学基地"于2004年10月正式通过了教育部验收。

一、基地概况

天津大学机械工程一级学科具有博士学位授予权。机械基础课程教学基地是在机械工程一级学科的平台上进行建设的,包括工程图学、机械原理、机械设计、金属工艺学(含机械制造技术基础)等主干课程和创造学等选修课程、机械工程实践教学中心等。

教学基地建设以来,学校先后投资1600多万元用于基地教学新体系的建立、课程体系、教学内容和教学手段的改革、实验和实习设备的更新、新实验的开发,以及大学生课外科技创新活动等;投资3300多万元建机械工程实践教学中心大楼。目前基地共有教师62名,其中教授13名,副教授36名,青年教师中具有博士学位者占82%;实验技术人员及指导实习人员49名,95%具有大专以上学历。每年面向本校及南开大学等部分外校30多个专业的近3000名学生服务。

二、教学基地建设的指导思想、目标和思路

天津大学"国家工科机械基础课程教学基地"是按照教育部关于国家工科基础课程教学基地建设的基本条件和基本要求,在机械工程一级学科的平台上,以新世纪人才培养目标为基本出发点,以转变教育思想和教学观念为先导,以深化学科管理体制、课程体系、教学模式、教学内容和教学方法的改革为核心,以构建工程实践教学新体系和创建机械工程实践教学中心为重点开展工作的。

天津大学机械基础课程教学基地建设的目标是:

建设一个出人才、出成果、出经验,在某些方面能向全国发挥辐射示范作用的国家级教学基地。

几年来,教学基地在机械工程一级学科的平台上主要工作包括:
1.建立和完善与建设高水平研究型大学相适应的课程新体系和实践教学新体系,重在提高教学内容的深度和广度,编写国家级"十五规划"新教材五部。
2.大力改革教学方法,使用现代化的教学手段,重在提高课堂教学质量。
3.建设国家级网络课程1门,国家级立体化精品教材一部,省级精品课程1门。
4.机械原理与机械设计课程的重点放在实践性教学环节的改革。建立起较完整的、位居国内前列的机械设计系列实验体系,大力探讨课程设计的改革。
5.建设机械工程实践教学中心,使工程实践的教学水平位居国内前列。
6.建设教学与学术水平双高的师资队伍,加速培养新一代的学术带头人和教学带头人。
7.加强国内外校际交流,部分教材、实践教学项目和建设经验能在全国发挥辐射作用。
三、课程体系与内容改革

构建合理的课程体系和选择科学的教学内容是基地建设的核心。要形成与新时期人才培养模式和现代科学技术发展趋势相适应的课程新体系和现代教学内容。

在机械工程一级学科平台上建立课程新体系。按照人才培养方案的整体优化和教学基地建设局部优化的协调统一的原则,重组课程体系,加强不同课程之间的交叉与融合;在知识、能力和素质三维空间中构建集教与学为一体,课内、外为一体,理论教学和实践教学为一体的新模式;制定实验、实习、综合课程设计和课外科技创新活动等实践性教学环节的实施方案,突出创造能力培养。

随着制造技术和工程材料的迅速发展,金属工艺学课程的内容和体系作了重大的调整。在精选核心内容、压缩重复和陈旧内容的同时,大幅度地增加非金属材料、数控加工技术、特种加工技术,以及与制造过程相关的系统知识和管理知识,重组知识模块,供不同专业选用。同时,根据本课程实践性很强的特点,将部分内容安排在实习期间讲授,以提高学生对新材料、新工艺和新设备的理解和掌握。

工程图学课程在精简某些传统内容,增加了基于特征的参数化实体造型的现代CAD内容的同时,建立了集答疑、实践和训练为一体的计算机图形学中心。例如,目前开设的工程图学课程,包括了画法几何及机械制图、AutoCAD和Pro/E三部分内容,总学时为112学时。工程图学已发展成了手工绘草图、仪器绘图、计算机绘图并举的新格局;同时也从原来意义上单纯的绘图,演变成了集绘图和初步设计为一体,培养学生具有初步的现代工程意识和创新设计能力。

机械原理和机械设计两门课程同属设计系列课程,基地以"独立设课、密切配合、部分合并"我为原则,采用以分析为主线的课程设计体系转变为以设计为主线整合这两门课程内容,将机械原理课程设计和机械设计课程设计合并为一个课程设计,开发了多个含机械系统方案设计,具有系统集成能力训练与工程素质培养的机械设计课程设计题目,并在新编的国家十五规划教材中编写"机械系统方案设计"一篇,纳入机械设计和机械原理两门课程的相关内容,放在两门课程的最后,结合课程设计讲授。改革方案经教学实践,对提高学生的系统集成能力、工程设计能力、工程实践能力和工程素质具有明显效果。

四、工程实践教学改革

工程实践教育是培养学生的综合素质,提高学生的工程实践能力和创新精神的重要教学环节。随着教学改革的不断深入,机械基础课程实践教学的内涵正在发生深刻的变化。以"学习和验证课堂知识、提高动手能力、转变思想作风"为主要理念的实习、实验教学正在朝着"具有现代工程背景的集机械、电子、信息、系统和管理为一体的综合工程实践教育方向发展"。作为综合工程实践教育的重要组成部分,机械基础课程实践教学要充分体现其基础性、实践性和创新性的教学内涵;要在机械工程一级学科的教学平台上,规划实践教学改革,构建新的实践教学体系,创建机械工程实践教学基地。实践教学基地的实践教学改革就是按照这一指导思想开展工作的。

正在建设中的机械工程实践教学基地下设工程训练中心、计算机图形学实践中心、机械设计实验中心、先进制造技术综合实验中心和大学生科技创新活动中心等。

目前,机械工程实践教学基地已初步形成了以认识实践、金工实习、机械设计系列实验、机械设计课程设计、生产实习、毕业设计和课内外科技创新活动等为主要实践教学环节的机械工程实践教学新体系。机械工程实践教学基地设责任教授,负责组织和规划中心的实践教学改革和中心建设。在机械工程实践教学基地的大框架下,各教学中心设中心主任,负责开发和落实实践教学改革项目,执行实践教学划。各中心按照教学资源共享的原则, 实行规范化管理,建有严格的管理制度,从体制上 打破了原按课程设立的独立实验室的格局,避免了重复建设,达到了教学资源共享的目的。工程训练中心是机械工程实践教学基地的重要组成部分。学校近年来,中心利用 学校投资的1000多万元新增了数控车、数控铣、加工中心、数控电火花线切割 加工、电火花成型加工、快速原型制造、激光加工、机器人、生产线模拟等10余种实习项目。随着硬件设备水平的大幅度提高,修改了各工种的内容,制定了新的实习指导方案,已形成了以冷热加工、数控加工、特种加工和系列综合实验为主要内容的新实习体系。 通过实习内容 和方法的改革,实现了金工实习内涵的根本转变:

(1)由"被动实习"向"主动实习"转变;
(2)由"提高动手能力"向"提工程实践能力和创新意识"转变;

验轴系结构设计

(3)由单纯"技能培训"向"培养综合素质"转变,即工程实践教学形成了以培养综合素质、提高工程实践能力、工程设计能力和创新精神为主要目标的新体系。

机械设计实验中心包括:轴系结构设计实验、机械传动性能测试实验、机构运动学参数测量和动力学调速实验、带传动实验、减速器性能与结构分析实实验轴系结构设计 验、回转构件的动平衡实验等十几个实验,分别安排在课程学习的不同阶段。其中自主开发的"轴系结构设计实验"、"机械传动性能测试实验"等实验已被全国20多所高校所采用。为达到方便学生的目的,中心加大了开放力度, 部分实验实行全天开放。"机械设计系列实验教学改革的创新与实践"教学改革项目被评为天津市教学研究成果二等奖; 计算机辅助设计实验室 配备有近200台高档微机和相应的图文输出、图像处理及教学演示设备等,全室建成局域网络并接入天大校园网,实行7天/周、12小时/天的开放制度;先进制造综合实验室包括先进制造技术实验室及机电控制技术实验室。主要面向机械类学 生开放,旨在强化机械类学生的综合工程实践能力和创新能力。工程实践教学中心的常规设备和不同年代、不同层次的先进设备与现代产品,充分体现了不同阶段的技术创新和产品的发展过程,是开阔学生眼界、启发学生创新思维和培养学生创新意识的最好教材,不少先进设备本身就是集机械、电子、信息、系统和管理为一体的、多学科交叉的产物。因此,中心专门开辟200多平米用于学生的科技创新活动,备有各种小型常规机械加工设备和产品组装工具,并指派专人辅导。

喷漆爬杆机器人

(2004年全国机械创新大赛一等奖)

近二年来,由中心教师指导的机械创新设计作品获2004年首届全国机械创新设计大赛一等奖1项,二等奖1项;获2004年华北地区机械创新设计大赛一等奖2项,二等奖1项。

随着实践教学改革的深入,工程实践教学中心已具备了三大功能:(1)本科生认知实习、金工实习的工程训练基地;(2)本着资源共享,充分发挥工程实践教学中心实习、实验设备先进和师资队伍强的优势,"中心"也是学生课程设计、综合实验和毕业设计等教学活动的重要实践场地;(3)"中心"还是大学生课内外科技创新活动的开放实验室。

工程实践教学中心加强了管理体制和师资队伍建设,采用竞聘上岗的方式,筛选了49名精干队伍,95%以上具有大、中专以上学历和技术职称。目前工程实践教学中心已形成一支年龄和知识结构合理,学历层次较高,具有很强的工程实践能力和综合素质的工程实践教学指导人员队伍。"工程实践教学新体系和机械工程实践教学中心建设的研究与实践"教学改革项目被评为2004年度天津市教学研究成果一等奖。工程实践教学教学中心正朝着具有现代工程背景的,集机械、电子、信息、系统和管理为一体的,贯穿于人才培养全过程的,服务于多层次工程实践教学活动和科技创新活动的工程实践教学活动中心、工程实践教学研究中心和师资培训中心的方向发展。

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