本教程研究分析了我國機(jī)械工程學(xué)科和機(jī)械類專業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，詳細(xì)梳理了機(jī)械專業(yè)的知識體系，并將知識要素匯集為結(jié)構(gòu)合理的課程體系，供廣大開設(shè)機(jī)械專業(yè)的高校教師借鑒與參考。
序
新工業(yè)革命正在深刻地改變著世界，中國正在向世界工業(yè)強(qiáng)國的行列邁進(jìn)，如此大背景下的我國機(jī)械工程高等教育面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
《中國機(jī)械工程學(xué)科教程》(以下簡稱《教程》)自2008年出版以來，成為很多高等院校機(jī)械學(xué)科教學(xué)改革的重要參考書之一。此次再版修訂，希望《教程》不斷地為機(jī)械學(xué)科教學(xué)改革服務(wù)。
常常聽到部分企業(yè)界人士提出這樣的話題： 大學(xué)能否為企業(yè)進(jìn)行訂單式的人才培養(yǎng)？這種要求看似簡單、直白，卻反映了當(dāng)前學(xué)校人才培養(yǎng)工作的一種尷尬： 企業(yè)對工程人才培養(yǎng)現(xiàn)狀并不滿意。如何使企業(yè)滿意？答案卻不是簡單明了的。大學(xué)中部分教授和企業(yè)中的某些工程師可能愿意采用簡單的答案： 訂單式培養(yǎng)。我雖然一貫主張大學(xué)與業(yè)界的緊密聯(lián)系，主張工程教育應(yīng)該直面企業(yè)需求，主張讓更多的非專任教師走上大學(xué)的講臺(不只是講座，還包括課程中某些內(nèi)容的講授)，可是若完全讓企業(yè)的現(xiàn)實需求牽著鼻子走，似乎也令我惶惑不安。在我看來，有兩種不同的企業(yè)需求，一種是眼前的、完全實用主義的需求，另一種是長遠(yuǎn)的、預(yù)期的需求，也是大學(xué)應(yīng)該盡量去滿足的。如果一個企業(yè)的訂單式培養(yǎng)計劃著眼于長遠(yuǎn)的、預(yù)期的需求，那么委托某大學(xué)按其訂單要求培養(yǎng)，或許還有合理成分。否則，僅止于當(dāng)下實用主義的需求，就不可能真正培養(yǎng)出面向未來工程發(fā)展的人才。
或許有人會質(zhì)疑，大學(xué)有不同層次，如研究型、應(yīng)用型等，應(yīng)用型大學(xué)為何不著眼于當(dāng)下現(xiàn)實需求，何必著眼于長遠(yuǎn)、預(yù)期的需求？其實，應(yīng)用型人才的工作難道不也是隨著技術(shù)的發(fā)展而變化的嗎？我們能夠想象在APP廣泛應(yīng)用的時代，在可穿戴的時代，在人工智能的時代，應(yīng)用型人才還是一成不變的嗎？因此，各種層次的工程人才的培養(yǎng)都需要著眼于未來的、預(yù)期的需求。
引領(lǐng)工業(yè)的未來需求，大學(xué)工程教育責(zé)無旁貸。那么工程教育中的教材改革應(yīng)該做些什么？
我曾提出過高等工程教育邊界再設(shè)計的想法。專業(yè)邊界在哪里？對于某個專業(yè)而言，其課程體系的邊界在哪里？某一門課程內(nèi)容的邊界又在哪里？這些實際上是業(yè)界未來發(fā)展趨勢和人才市場的潛在需求對高等工程教育提出的挑戰(zhàn)，當(dāng)然是大學(xué)工程教育必須面對的問題。
有兩點需要特別注意。其一，面向企業(yè)長遠(yuǎn)的、預(yù)期需求的邊界再設(shè)計，既不是某些工程師僅基于企業(yè)眼前需求的實用主義呼喚，更不能只是某些教授關(guān)在象牙塔中的虛構(gòu)。它必須是業(yè)界人士與教授們?nèi)诤稀f(xié)同的產(chǎn)物。其二，不同類型、不同層次的院校對《教程》中內(nèi)容的選擇或組合可以不一樣。尤其是應(yīng)用型大學(xué)，一味地向研究型大學(xué)趨同的做法顯然是不可取的，甚至是荒唐的。
長遠(yuǎn)的、未來的需求不能是虛無縹緲、遙不可及的，它畢竟是可預(yù)期的，是業(yè)界人士也可感知的即將到來的變化。既如此，不可能產(chǎn)生一個長時間不變的“邊界再設(shè)計”，而是需要一個不斷進(jìn)化的“邊界再設(shè)計”。換言之，“邊界再設(shè)計”應(yīng)該是大學(xué)的常態(tài)工作，不是一時的，而是長期的； 不是靜止的，而是動態(tài)的。
教育部高等學(xué)校機(jī)械類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會與中國機(jī)械工程學(xué)會、清華大學(xué)出版社合作編寫、出版這本《教程》，規(guī)劃機(jī)械專業(yè)乃至相關(guān)課程的內(nèi)容。希望《教程》既體現(xiàn)前瞻，又立足于企業(yè)可預(yù)期的需求。《教程》提供了一個平臺，衷心希望有志于此的教師、工程師利用這個平臺，持續(xù)、有效地展開專業(yè)的、課程的邊界再設(shè)計，使得教學(xué)內(nèi)容總能跟上技術(shù)的發(fā)展，使得大學(xué)培養(yǎng)的人才更能為社會所認(rèn)可，為企業(yè)所歡迎。
2017年4月
第0章緒論
0.1導(dǎo)言
0.2本教程的編寫原則
0.3本教程的結(jié)構(gòu)
第1章機(jī)械工程學(xué)科與機(jī)械類專業(yè)
1.1機(jī)械工程發(fā)展簡史
1.1.1古代機(jī)械
1.1.2近代機(jī)械工程
1.1.3現(xiàn)代機(jī)械工程
1.2中國的機(jī)械工業(yè)
1.3機(jī)械工程學(xué)科簡介
1.4機(jī)械工程專業(yè)人才培養(yǎng)
1.4.1中國機(jī)械工程專業(yè)的歷史沿革
1.4.2國外大學(xué)機(jī)械類專業(yè)培養(yǎng)方案的特點
1.5工程教育專業(yè)認(rèn)證
第2章學(xué)生
2.1知識結(jié)構(gòu)與能力
2.2科學(xué)方法
第3章專業(yè)教育條件
3.1師資
3.1.1專業(yè)課程教師
3.1.2相關(guān)課程教師
3.2應(yīng)有專業(yè)教育設(shè)備及資料
3.3應(yīng)有必備的專業(yè)教育支撐
第4章機(jī)械工程教育知識體系
4.1知識體系的結(jié)構(gòu)
4.2專業(yè)教育組成
4.3機(jī)械工程教育知識領(lǐng)域
4.3.1機(jī)械設(shè)計原理與方法
4.3.2機(jī)械制造工程原理與技術(shù)
4.3.3機(jī)械系統(tǒng)中的傳動與控制
4.3.4計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)
4.3.5熱流體
第5章課程體系與教學(xué)計劃
5.1課程建設(shè)的指導(dǎo)原則
5.2課程體系結(jié)構(gòu)
5.3推薦課程描述
5.3.1機(jī)械設(shè)計原理與方法知識領(lǐng)域中的相關(guān)課程
5.3.2機(jī)械制造工程原理與技術(shù)知識領(lǐng)域中的相關(guān)課程
5.3.3機(jī)械系統(tǒng)中的傳動與控制知識領(lǐng)域中的相關(guān)課程
5.3.4計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)知識領(lǐng)域中的相關(guān)課程
5.3.5熱流體知識領(lǐng)域中的相關(guān)課程
5.3.6改革及集成課程舉例
第6章專業(yè)實踐
6.1概述
6.2本專業(yè)實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的規(guī)范性要求
6.2.1工程訓(xùn)練
6.2.2實驗課程
6.2.3課程設(shè)計
6.2.4生產(chǎn)實習(xí)
6.2.5畢業(yè)設(shè)計(論文)
6.3實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的拓展
第7章工程教育認(rèn)證
7.1國際工程教育認(rèn)證概況
7.1.1華盛頓協(xié)議
7.1.2歐洲工程教育認(rèn)證
7.2中國工程教育認(rèn)證概況
7.2.1發(fā)展沿革
7.2.2組織體系
7.2.3認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)
7.2.4認(rèn)證程序
7.2.5認(rèn)證理念
附錄
附錄A以“學(xué)生為中心”的教育模式案例
附錄B密歇根大學(xué)機(jī)械工程系培養(yǎng)計劃分析
附錄C佐治亞理工學(xué)院機(jī)械工程課程體系
附錄D亞琛工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)本科課程與教學(xué)計劃
附錄E東京工業(yè)大學(xué)機(jī)械系的學(xué)習(xí)教育目標(biāo)
參考文獻(xiàn)
第0章緒論
0.1導(dǎo)言
機(jī)械工業(yè)是國家工業(yè)體系的核心產(chǎn)業(yè)，擔(dān)負(fù)著向國民經(jīng)濟(jì)各部門提供技術(shù)裝備的任務(wù)。機(jī)械工業(yè)的技術(shù)水平和規(guī)模是衡量一個國家綜合實力的重要標(biāo)志。
機(jī)械工程學(xué)科擔(dān)負(fù)著為我國機(jī)械工業(yè)及相關(guān)行業(yè)提供人才支撐的重要使命，直接影響著我國機(jī)械科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)而影響著我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會的發(fā)展。
機(jī)械工程學(xué)科的主要任務(wù)是把各種知識、信息融入設(shè)計、制造和控制中，應(yīng)用現(xiàn)代工程知識和各種技術(shù)（包括設(shè)計、制造及加工技術(shù)，維修理論及技術(shù)，材料科學(xué)與技術(shù)，電子技術(shù)，信息處理技術(shù)，計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等）,使設(shè)計制造的機(jī)械系統(tǒng)和產(chǎn)品能滿足使用要求，并且具有市場競爭力。
機(jī)械工程學(xué)科的主要領(lǐng)域包括機(jī)械的基本原理、各類機(jī)械系統(tǒng)及產(chǎn)品的設(shè)計理論與方法、制造原理與技術(shù)、測控原理與技術(shù)、自動化技術(shù)、材料加工、性能分析與實驗、工程控制與管理等。隨著本學(xué)科及相關(guān)學(xué)科的飛速發(fā)展和相互交叉、滲透與融合，機(jī)械工程學(xué)科在人才培養(yǎng)上更加強(qiáng)調(diào)多學(xué)科交叉融合及創(chuàng)新應(yīng)用能力。
機(jī)械工程學(xué)科具有悠久的歷史，也是工程學(xué)科門類中的重要學(xué)科之一。20世紀(jì)以來，電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)等高新技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，促進(jìn)了機(jī)械工程學(xué)科的快速發(fā)展。
進(jìn)入21世紀(jì)，在機(jī)械工程學(xué)科引領(lǐng)下的我國機(jī)械工業(yè)和制造業(yè)得到了飛速發(fā)展。制造業(yè)已成為關(guān)系國計民生和國防安全的支柱產(chǎn)業(yè)，也是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的財富來源行業(yè)之一。我國已成為制造業(yè)大國，正面臨從制造業(yè)大國向制造業(yè)強(qiáng)國轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期。盡快實現(xiàn)和完成這一重大轉(zhuǎn)變，人才是關(guān)鍵。培養(yǎng)大批適應(yīng)中國機(jī)械工業(yè)，特別是制造業(yè)發(fā)展所需的技術(shù)人才，對中國機(jī)械工程教育事業(yè)既是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，又是難得的機(jī)遇。
為此，2008年，由教育部高等學(xué)校機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會、中國機(jī)械工程學(xué)會、清華大學(xué)出版社聯(lián)合組成中國機(jī)械工程學(xué)科教程研究組，研究出版了《中國機(jī)械工程學(xué)科教程》。
2015年，隨著《中國制造2025》的頒布，對機(jī)械工程人才培養(yǎng)提出了更高的要求。為此，教育部高等學(xué)校機(jī)械類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會會同中國機(jī)械工程學(xué)會、清華大學(xué)出版社聯(lián)合組成了中國機(jī)械工程學(xué)科教程修訂研究組，結(jié)合新形勢、新要求，對教程進(jìn)行修訂，力求在保持原教程的體系框架不變的基礎(chǔ)上,有所突破與創(chuàng)新。
本教程旨在建立適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械工程技術(shù)人才培養(yǎng)目標(biāo)的課程體系，使機(jī)械工程本科教學(xué)更規(guī)范，更能適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械工程技術(shù)和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對人才培養(yǎng)的要求。本教程倡導(dǎo)重理論、強(qiáng)實踐、求創(chuàng)新的機(jī)械工程人才培養(yǎng)思路，通過數(shù)學(xué)類、自然科學(xué)類、人文社會科學(xué)和機(jī)械工程相關(guān)的基本理論、基礎(chǔ)知識的教學(xué)和基本技能的訓(xùn)練，使學(xué)生的知識、能力和素質(zhì)得以協(xié)調(diào)發(fā)展，達(dá)到專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的基本要求。
0.2本教程的編寫原則
教程的編寫借鑒了國內(nèi)外大學(xué)先進(jìn)的辦學(xué)理念和人才培養(yǎng)的經(jīng)驗，遵循了開放性、多樣化的原則。參考本教程制定人才培養(yǎng)計劃時需注意以下問題：
（1） 本教程為開放系統(tǒng)，要充分考慮社會需求和機(jī)械工程學(xué)科的發(fā)展，及時將現(xiàn)代設(shè)計理論和方法以及先進(jìn)制造技術(shù)等引進(jìn)課程體系中。
（2） 我國高等工科學(xué)校門類繁多，各校定位和服務(wù)面向不盡相同，本教程只給出了專業(yè)建設(shè)的基本標(biāo)準(zhǔn)。在制定教學(xué)計劃時，應(yīng)充分考慮學(xué)校的自身條件和特點，構(gòu)建因材施教的教學(xué)計劃和培養(yǎng)體系，應(yīng)有一定的彈性，給學(xué)生自主學(xué)習(xí)和個性發(fā)展留有充分的余地。
（3） 機(jī)械工程專業(yè)人才培養(yǎng)是以工程為背景的專業(yè)教育，而工程教育的核心是實踐能力的培養(yǎng)，教程強(qiáng)調(diào)了實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。在制定教學(xué)計劃時，應(yīng)特別注重以學(xué)生為主體的實踐教學(xué)體系的構(gòu)建，把引導(dǎo)學(xué)生主動實踐、培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新意識落到實處。
0.3本教程的結(jié)構(gòu)
本教程共分8章： 第0章介紹本教程的一些基本情況； 第1章介紹機(jī)械工程學(xué)科的定義、發(fā)展歷史、人才培養(yǎng)以及影響學(xué)科教育的其他因素； 第2章介紹本科生的培養(yǎng)目標(biāo)，包括基本要求、能力與技能； 第3章介紹機(jī)械工程專業(yè)教育的基本要求； 第4章介紹機(jī)械工程教育知識體系以及知識領(lǐng)域、子知識領(lǐng)域、知識單元和知識點的劃分； 第5章介紹機(jī)械工程學(xué)科教育的課程體系和教學(xué)計劃，并介紹各主要知識領(lǐng)域的相關(guān)主干課程； 第6章介紹機(jī)械工程教育中應(yīng)該注意的一些實踐問題； 第7章介紹國內(nèi)外機(jī)械工程教育專業(yè)認(rèn)證的最新情況和相關(guān)文件。附錄中介紹了一些國外知名大學(xué)機(jī)械工程學(xué)科的相關(guān)情況。
第1章機(jī)械工程學(xué)科與機(jī)械類專業(yè)
第1章機(jī)械工程學(xué)科與機(jī)械類專業(yè)
1.1機(jī)械工程發(fā)展簡史
1.1.1古代機(jī)械
人類與動物的區(qū)別在于能夠制造和使用工具。根據(jù)所使用工具的材料不同，古代人類相繼經(jīng)歷了石器時代、銅器時代和鐵器時代。
人類使用石器的時間長達(dá)上百萬年。公元前5000年左右，埃及開始冶煉銅，并用銅制造工具和武器。公元前1400年左右，小亞細(xì)亞半島上的赫梯王國掌握了冶煉鐵的技術(shù)，最早大量地生產(chǎn)鐵，并在很多場合用鐵代替了銅。自遠(yuǎn)古一直到第一次工業(yè)革命以前，木材也始終是制造工具甚至機(jī)器的主要材料。
古代機(jī)械的發(fā)展與人類文明的發(fā)展同步，主要集中在埃及和西亞、中國、希臘和羅馬三個地區(qū)。
埃及使用工具最早，創(chuàng)造了杠桿、滑輪、螺旋等六種“簡單機(jī)械”。它是后來機(jī)械發(fā)展的根基。
公元前600年至公元400年，是希臘古典文化的繁榮期，產(chǎn)生了一批著名的哲學(xué)家和科學(xué)家。對簡單機(jī)械進(jìn)行歸納的任務(wù)就是由古希臘學(xué)者阿基米德、希羅完成的。但隨著公元5世紀(jì)西羅馬帝國的滅亡，希臘和羅馬的古典文化歸于沉寂，歐洲進(jìn)入發(fā)展緩慢的中世紀(jì)。
公元后，埃及從創(chuàng)造的前沿淡出，而中國則進(jìn)入了黃金時代。古代中國的機(jī)械發(fā)明和工藝技術(shù)種類多、涉及領(lǐng)域廣、水平高； 涌現(xiàn)出一批卓越的發(fā)明家，在世界上長期居于領(lǐng)先地位。明朝中后期開始實行“閉關(guān)鎖國”政策，到清朝則更變本加厲，它隔斷了中外科技文化的交流，阻礙了資本主義萌芽的發(fā)展。
古代機(jī)械的發(fā)明首先是為了人類的衣食住行： 農(nóng)耕、灌溉、谷物處理、紡織、車與舟。為了農(nóng)業(yè)，要懂得天象，這就出現(xiàn)了天象觀測的儀器。由于狩獵和族群之間斗爭的需要，就出現(xiàn)了武器。為了冶煉金屬，就出現(xiàn)了鼓風(fēng)機(jī)。
鑄造、鍛造、退火和淬火技術(shù)與金屬的使用和冶煉相伴而生。在古羅馬時代，已經(jīng)使用了落錘。公元前1300年，埃及出現(xiàn)了原始的切割木制工件的車床。中國古代的鑄造技術(shù)也已發(fā)展到很高的水平。
古代機(jī)械的產(chǎn)生是一些能工巧匠依靠直覺和靈感創(chuàng)造出來的，它來源于實踐，而缺少科學(xué)理論的指導(dǎo)。近代和當(dāng)代所創(chuàng)造的一些機(jī)構(gòu)和機(jī)器，如車床、汽輪機(jī)、水輪機(jī)、螺旋輸送機(jī)在古代即已有雛形，雖然十分簡陋，但其原理與今天的機(jī)械是相通的。古代機(jī)械使用人力、畜力、水力和風(fēng)力作為動力。沒有先進(jìn)的動力是古代機(jī)械發(fā)展緩慢的原因之一。
1.1.2近代機(jī)械工程
14~16世紀(jì)，在意大利首先出現(xiàn)了資本主義生產(chǎn)方式的萌芽，地理大發(fā)現(xiàn)為世界市場的出現(xiàn)準(zhǔn)備了條件。經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的變化帶來了上層建筑的變革： 在幾百年間，歐洲陸續(xù)發(fā)生了文藝復(fù)興等一系列的思想解放運(yùn)動，繼之以英、法等國發(fā)生資產(chǎn)階級革命，世界進(jìn)入近代。
達(dá)·芬奇開始了近代的機(jī)械科技研究。瑞士的鐘表制造業(yè)是近代機(jī)械工業(yè)的序幕。
17世紀(jì)，牛頓創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)，它是近現(xiàn)代力學(xué)和機(jī)械工程發(fā)展的科學(xué)基礎(chǔ)。
在18世紀(jì)中葉開始的第一次工業(yè)革命中，出現(xiàn)了使用機(jī)器進(jìn)行生產(chǎn)的熱潮。瓦特在前人工作的基礎(chǔ)上，改進(jìn)、發(fā)明了蒸汽機(jī)，為人類提供了空前強(qiáng)大的動力，并出現(xiàn)了以鐵路和輪船為代表的交通運(yùn)輸革命。大型的集中的工廠生產(chǎn)系統(tǒng)取代了分散的手工業(yè)作坊。近代的車床、鏜床、刨床、銑床發(fā)明，機(jī)械制造業(yè)在英國誕生。機(jī)械工程的發(fā)展在第一次工業(yè)革命的進(jìn)程中起著主干作用。
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