基于交叉学科的机械工程教学模式研究

【摘要】随着教学体系的发展，交叉学科在各个学科的研究逐渐引起了多方研究。在当代计算机、生物技术的迅猛发展大背景下，机械工程学科逐渐走出了“车铣刨钻磨”的纯机械研究模式，与计算机技术、材料科学、生物技术进行了多角度的交叉、渗透。相应地，为了培养合格的实践性和研究性的机械工程本科生，十分有必要对交叉学科在机械工程类的教学模式进行深入的研究。对教学的内容，以及教学的方法进行进一步讨论。

【关键词】交叉学科；机械工程；复合学科

中国分类号：G642.421

基金支撑项目：成都大学校青年基金支撑项目，基金号：2014XJZ04。

交叉学科是在学术研究交叉的大背景下，近些年逐渐形成的热门研究课题。如计算机与物理的交叉，形成了计算机物理。化学与物理的交叉，形成了化学物理和物理化学学科。尤其是在现代科技革命大背景下，随着计算机技术、生物技术等新兴学科的迅速发展，多学科间自然演化成多学科交叉百花齐放的局面。比如生物研究的遗传基因问题，由于其与计算机理论上的部分契合性研究，开发出了基因算法。其模拟达尔文生物进化论的然选择和遗传学机理的生物进化过程的计算模型，是一种通过模拟自然进化过程搜索最优解的方法。而该算法虽然形式上体现为计算机与生物的学科交叉，但是由于其算法的优越性，又被广泛地应用在机械工程学科的优化设计中，代替传统的数学线性规划，快速寻找最优解。交叉学科的应用，在国外十分广泛，而国内在该方面的研究与教学，起步的较晚。主要原因是对传统学科在现在科技发展趋势，尤其是计算机发展背景的认识不充分下产生的。科学研究的起点是本科生的教学，如何在本科的教学中，在不影响本学科基础知识的方向上，尽可能多渗透交叉学的知识和内容，在教学的过程中，对学生进行多学科的讲解。无论是在拓展本科生的知识面，提高本科生的就业率，以及在进一步的科研深造过程中的快速切入，都是大有裨益的。

机械工程学科是一个非常古老的学科，早在16世纪，就已经从欧洲开始展开该学科的研究和教学，比如传统的镗床理念，早在1757年就已经进入人类的视线了，而镗刀如今依然活跃在机械加工领域。随着第一次工业革命和第二次工业革命对人类生活的大幅度改变，机械工程早已多方面渗透到人们的生产生活中。机械工程学科下，主要包括机械制造及其自动化、机械设计、机电一体化等传统学科，在90年代，工业工程专业从欧美传入中国，清华和西安交大首先开始进行该专业课程的开设，而工业工程专业就是典型的交叉学科渗透的典范。随着计算机技术、生物技术学科的快速发展、渗透，机械工程学科早已不是传统的“齿轮、机床”，而是多学科并行发展的复合学科的代表。因为机械工程基础理论早在几百年前就已形成，所以对机床、齿轮、蜗杆这些传统机械学科的开拓和优化变得缓慢。与此同时，管理学、运筹学、计算机科学、生物学与机械工程进行了多方面的交叉，在机械优化设计、制造系统运行优化等领域展开了多方面的研究和教学工作。相应地，本科的教学必须与研究进行适当地配当，防止本科学生进入社会或进一步科研深造的时候，出现教学上的“断层”。很多学校在机械工程本科教学的过程中，依然秉承着传统的机械教学模式，很少涉及先进制造技术、计算机集成制造、柔性制造、敏捷制造以及云制造等先进的制造理念，在教学的安排上，存在一定的不足。而本科生在学习传统机械学科课程的同时，在进一步的企业实习或者科研过程中，难免会发现知识上的断层问题，对进一步的学习带来了较大的困难，急需解决。

基于以上存在的机械工程学科教学中存在的问题，十分有必要在机械工程学科的教学中，开展基于交叉学科的机械工程教育模式，而对于如何开展交叉学科的学习，关键在于解决以下几个问题：

首先，交叉学科内容的选择，由于机械工程领域涉及到的交叉学科范围比较广泛，比如计算机科学、生物学、材料科学、管理学、物理学等等一系列的学科，如何选择课程展开学科的交叉，存在一定的难度。首先，需要结合不同专业的特点，对涉及到的学科进行不同的选择，比如工业工程专业，就需要对计算机技术、管理学、运筹学进行交叉教学，提高学生的专业素养。对机械加工专业，需要对电子信息、材料科学进行交叉教学。在这方面，可以参考外国优秀大学的教学内容，再结果我国教学的特点进行进一步完善。

其次，在交叉学科选择之后，需要对所选的机械工程不同专业进一步确定交叉学科的分配比例。比如工业工程专业，在教学计划的制定过程中，需要在保证机械设计、机械原理、机械制造等专业必修课的基础上，如何制定管理学、计算机集成制造、运筹学等课程的学时安排。

最后，交叉学科课堂教学模式的讨论。在课堂教学的过程中，需要注意以下几点：学生知识面的适当拓展，结合机械工程本身的特点进行交互式联系和学习，与此同时，需要对交叉学科模式的教学在每学期进行评估，并对教学内容和教学计划进行调整和完善。

对交叉学科的探索，是一个长期、不断探索和实践的过程，由于机械工程学科自身的古老性质，在教学改革的过程中，必然存在很多困难和问题，比如对教师本身在交叉学科知识的提高，需要教师自身具备一定的科研和教学能力，只有对交叉学科的融会贯通，在可能在教学的过程中，对学生进行生动、深入的讲解，对交叉学科与机械工程传统学科进行不断地切换和自如地运用。

参考文献

[1]胡树华，兰飞，范文芳。交叉学科的复合式教学体系设计研究[J].江苏高教，2007，04

[2]苏磊。交叉学科人才培养模式探索[J].中国高校科技，2012，5

[3]冯刚。交叉学科视野下思想政治教育的创新发展[J].思想理论教育导刊，2011，11

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