林业生产是生态文明与美丽中国的重要保障，林业生产及其精确化必须依靠林业机械的创新与发展，林业生产机械化是现代化建设的重要组成部分和核心生产力，也是发展高效、集约、可持续现代林业的客观要求，发挥着越来越大的作用。林业机械随着人类历史而不断发展，由于林业生产过程由多种生产作业分享时间和资源，林业机械品种繁多、种类不一。目前林业机械产品设计面临巨大的挑战，需要结合设计、理论、方法的创新性思路。南京林业大学机电工程学院林业机械系进行了《林业机械现代设计方法》课程教学内容的组织及教学方法的选择的改革创新，通过课堂讲授、参观实习、性能实验、作业考试、课程设计等教学环节，使学生掌握林业机械的基本理论、主要林业机械的构造、性能和主要工作部件的设计计算校核方法，获得有关实验的基本技能训练，提高学生应用电子信息技术与其他高新技术进行林业机械设计、开发、研究的能力。
一、《林业机械现代设计方法》课程改革的背景
随着人口老龄化步伐加速，劳动年龄人口逐渐减少，劳动力成本上升，“雇工难、雇工贵”现象突出，能耗高、人力成本高、劳动力急剧下降、生产作业效率低等成为制约林业可持续发展的瓶颈。一方面，林业已开始形成规模化的生产，已建立基地式现代化、社会化大生产，今后会向更大规模化方向发展，在种子采拾、林地清理、育苗装播、造林移栽、施肥喷药、消防灭火、打枝造材、集材运材、伐木归堆等过程都贯穿着林业机械的使用；另一方面，林业快速发展进程相对应的生产机械化的历史非常短暂，无论从数量上还是品种、质量上都难以满足林业大发展的需要，有助于提高生产效率的林业生产机械研制、应用和推广严重滞后。随着树木的种植面积的扩大以及生态文明建设的推进，林业生产机械化取代人工已成为大势所趋，因此林业院校机械工程类专业迫切需要结合实际，创新教学内容的组织及教学方法的选择，满足人才培养的需求。作为专业课，课程学时有限，理论知识体系涵盖的知识点繁多，如何在这种条件下使学生了解林业机械的基本理论，掌握林业机械的总体结构和工作部件的设计方法，并且将这些理论知识应用于今后的工作实践中，课堂、试验和作业是非常重要的环节。因此，笔者从林业机械现代设计方法的教学内容、教学模式与手段以及考核评价体系等方面进行了改革探索。
二、《林业机械现代设计方法》教学内容的组织优化
笔者通过8年的教学实践，对课程的内容安排进行了梳理和调整，了解了课程上下衔接的历史脉络及承接关系，对理论和实践的方式方法进行了探索和总结，提出了以贴近实际、追踪前沿为重点、训练学生综合应用能力为核心的课程教学思路，同时借鉴其他院校类似专业课程的教学方法和先进经验，形成了较为完善的课程教学内容体系[1]。林业机械产品设计需要结合设计、理论、方法的创新性思考，因此，林业机械现代设计方法有优化设计法、创新设计法、反求工程设计、可靠性设计、有限元法、绿色设计等[2]。针对现代林业机械设计方法和设计工程师需要具备的多种能力，开展探索通过适宜的教学方法和案例教学来实现，各章节内容和教学案例的安排如表1所示。如喷头的设计与制造传统都采用单独开模加工方式，成本高且耗时长，3D打印技术出现后，可以三维数字设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，运用激光束、热熔喷嘴等方式将陶瓷粉末、ADS工程塑料等特殊材料进行逐层堆积黏结，逐层打印最终叠加成各种角度、尺寸、形式的喷头，不需要复杂的工艺和庞大的机床，就可以制造出喷头，满足了试制的目的，极大地降低了制造复杂度。三维测量仪是用于测量三维几何尺寸和形位公差的高精度测量仪器，对于林业机械反求工程非常有效，它在精密测量领域的强大用途，为快速、可靠进行尺寸测量提供了新的方式。三维测量仪由光学放大系统对被测物体进行放大，经过CCD摄像系统采集影像特征并送入计算机后，可高效地检测各种林业机械精密零部件的轮廓和表面形状尺寸、角度及位置，全自动地进行微观检测与质量控制。
三、《林业机械现代设计方法》教学方法的选择
林业生产正在经历从“砍伐森林树木”向“利用森林环境”的转变，因此林业机械制造业发展到了关键时期。《林业机械现代设计方法》教学方法的选择也要与时俱进，把对学生实际应用能力的培养和相关前沿课程教学内容上的衔接作为课程组织优化的切入点，采用“课堂讲授+小组调研+课程设计+汇报展示”四合一的教学方法，注重对新兴技术的追踪、经典技术的重构以及理论知识在设计实践中的再现。1.汇报法。为了开阔学生的眼界，带领学生参加每年在南京国际博览中心举行的中国（江苏）国际林业机械展览会，学生通过参观美国、加拿大、德国、日本、韩国和我国的林机精品，了解林机行业政策，展览会结束后学生要图文并茂地总结自己的感想体会。另外，利用与学校有密切合作的企业合作站平台，引导学生去林业机械生产的龙头厂家完成卓越工程师计划，并进行汇报交流。通过这些体验汇报活动，让学生紧密跟踪国际国内林机行业研发的热点和前沿，让空洞乏味的书本知识转变为实际产品的演示，激发了学生的学习兴趣。2.图示法。利用国外留学、参加国际会议等机会收集整理了大量的林业机械应用现代设计方法进行设计的图片和视频，将这些多媒体素材进行有机结合，在课堂上进行展示，并组织学生围绕这些素材进行讨论，促进学生对相关知识的理解和掌握。如欧洲的林业机械的设计着眼于可升级、可重用、可拆卸、可降解，注重其全寿命周期的各个环节，从生态环境保护、节约资源、延长机械寿命和可回收性出发，将可持续发展理念有机地融入林业机械的全寿命生态设计[3]。3.项目法。对于较复杂的知识点尤其是技术操作中具有连贯性、系统性的，在教授过程中，以现实的林业机械产品为素材，并辅助于具体的科研项目成果的展示，给学生一个轮廓清晰、目标明确的任务，通过对产生的任务产品需求分析、原理方案设计、总体结构设计、具体零部件选用4个环节，形成以项目为中心，团队成员自由组合，促进学生对知识点的抽象思维与应用联系，完成对学生实践能力的培养。对于其中有创意、有前景的作品，鼓励学生参加大学生科技创新竞赛并申报国家专利。
四、《林业机械现代设计方法》教学改革的成效
在培养创新型人才的教学过程中，林业机械现代设计方法教学内容的优化及教学方法的选择，对学生学习、掌握和应用现代设计方法具有积极的推动作用。运用极具时代特色的教学案例、结合林业机械行业实际特点、创新互动参与教学方法，体现了综合性、探索性、先进性和实用性的教学内涵。通过课程的一系列改革实践，改变“只学不用”、“只听不动”的教学模式和教学方法，做到引导性与启发性有机结合，注重学生参与学习的过程和亲身体验与实践，激发了学生的创新意识，调动了学生的参与精神，获得了学生的好评，学生评教分数为99.83分，在学院和学校测评中名列前茅，学生考研人数和考研成绩也有明显的提高，取得了较好的教学效果。
作者：张慧春 周宏平 郑加强 单位：南京林业大学机械电子工程学院
