基于OBE的機械設計類課程設計“1234”模式探索

王建 李鋼

摘要：本文分析了機械設計類課程設計的教學現狀和存在的問題，提出了基于OBE的“1234”模式。“1234”模式中的“1”是指課程設計圍繞一個核心，“2”是指題目設置具有兩種特性，“3”是指課程設計的執行要遵循3個步驟，“4”是指課程設計的開展要采取4個階段。研究成果對于提高課程設計的學習效果、充分發揮學生的積極性和創造性具有重要意義。

關鍵詞：以成果為導向；機械設計；課程設計；模式；探索

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）09-0200-03

機械設計類課程設計主要包括機械設計基礎課程設計（1周）、機械設計基礎課程設計（2周）、機械設計課程設計（2周）。機械設計類課程設計是融合了機械制圖、機械設計基礎、機械原理、機械制造技術基礎、互換性與技術測量等課程的知識，是學生獲取工程技術訓練的重要實踐教學環節，對于鞏固所學專業知識，培養查閱資料或手冊的能力，掌握解決復雜工程問題的方法具有重要的作用。

以學生為中心、以成果為導向，持續改進是工程教育認證的核心理念，這些理念代表了工程教育認證改革的方向，是一種先進的教育理念[1]。而成果導向（Outcome Based Education，OBE）的核心是以學生能力的獲得（學生學了什么）為評價教學成果的依據，而非“教育輸入”（教師教了什么）。從目前很多高校的機械設計類課程設計來看，題目的設置方面、運行模式方面和考核方式等都與工程教育認證的核心理念還有很大差距。近年來，很多專家和學者對機械設計類課程設計提出了改革方案[2-6]。本文結合南京工程學院機械設計類課程設計的實際情況提出了“1234”運行和改革模式。

一、課程設計的教學現狀以及存在的問題

1.課程設計的基本內容。目前，國內大部分高校的機械設計類課程設計題目都是設計一個齒輪減速器，詳細來說，一周的課程設計是設計一個一級的直齒或斜齒圓柱齒輪減速器，兩周的課程設計是設計一個兩級的直齒或斜齒圓柱齒輪減速器。以我校機械工程學院兩周的機械設計基礎課程設計為例，其設計的題目為：帶式輸送機傳動裝置二級直齒/斜齒圓柱齒輪減速器設計，帶式輸送機的傳動方案如圖1所示。其初始條件為：輸送帶有效拉力F、輸送機滾筒轉速n、輸送機滾筒直徑D，減速器設計壽命為10年（每年250個工作日）。其工作條件為：兩班制，常溫下連續工作；空載起動，工作載荷平穩，單向運轉；三相交流電源，電壓為380/220伏。設計任務為：提供減速器裝配圖1張（0號圖紙）、零件圖2張（齒輪或軸，2號圖紙）、設計計算說明書1份（不少于5000字）。

2.存在的主要問題。（1）設計題目單一，缺乏多樣性和創新性。南京工程學院機械工程學院機械設計類課程設計的題目為具有典型代表性的直/斜齒輪減速器。一般來講，學號為奇數的學生做的是直齒輪減速器的設計，學號為偶數的學生做的是斜齒輪減速器的設計。為了避免抄襲，每個人的初始數據均不同，即三個初始條件：輸送帶有效拉力F、輸送機滾筒轉速n、輸送機滾筒直徑D。從表面上來看，學生一人一題，可以避免抄襲，但從交上來的學生成果來看，大部分都是千篇一律。還有很多學生拿到了往年學生的圖紙，大家人手一份，錯誤的地方也照抄。這種方式不利于培養其實踐能力，也難以達到課程設計所設置的目的要求。從創新的角度來講，目前的課程設計是基于系統方案成型的基礎上而開展的，不利于學生創新能力的培養。（2）個人單獨完成，缺乏團隊合作。團隊是由一些具有共同奮斗目標和一致認可的行動策略的人組成，他們才能互補，并且負有共同責任[7]。團隊的集體成果是通過每個成員的努力換來的，是各成員之間采用集體討論、決策以及信息共享和標準化等方式而獲得的[8]。在目前的機械設計類課程設計中，學生在拿到數據以后，自己做自己的，學生之間幾乎沒有交流，更談不上團隊之間的合作。但是，在實際的工程實踐中，一個項目靠個人的力量是無法完成的，必須要求團隊成員之間的分工合作。這種依靠個人單打獨斗的方式從一定程度上切斷了學生之間的相互聯系，導致學生在以后的工作中難以從大局的角度考慮問題。另外，在選擇各種機械設備以及建立各機構之間的聯系過程中，也會出現盲目選擇的情況，對個人發展非常不利。（3）考核方式死板，無法調動學生的積極性。教師對學生課程設計的考核主要是按照學生交上來的設計說明書和設計圖紙，一是看工作量是否滿足要求，二是看說明書和設計圖紙的質量，考核方式過于簡單和死板。由于缺少前期的組織動員，師生之間的交流與互動相對較少，考核的時候又缺少答辯交流環節，導致學生不會認識到自己的錯誤。比如，在軸的設計中，軟齒面的主要失效形式是齒面點蝕，按照齒面接觸疲勞強度進行設計，按齒根彎曲強度進行校核，而對于硬齒面，其主要失效形式是齒根折斷，要按照齒根彎曲強度進行設計，按照齒面接觸強度進行校核。而學生只是照抄書上的例子，雖然結果是正確的，但卻不知道自己設計的是硬齒面還是軟齒面。再比如圖紙上的表面粗糙度的值都是從書中抄來的，至于為什么給出每個粗糙度的數值卻不清楚。因此，這種缺少答辯交流的考核方式嚴重影響了課程設計的效果。

二、“1234”模式構建

為了解決目前機械設計類課程設計存在的缺陷，本文提出了課程設計的“1234”模式。如圖2所示，“1234”模式中的“1”是指課程設計圍繞一個核心，“2”是指題目設置具有兩種特性，“3”是指課程設計的執行要遵循3個步驟，“4”是指課程設計的開展要采取4個階段。

1.以學生能力的獲得為核心。課程設計是學生獲取工程技術訓練的綜合性實踐教學環節，經過課程設計，學生應掌握運用綜合知識解決復雜工程問題的能力。因此，機械設計類課程設計必須與工程教育的核心理念一致，即以學生的能力獲得為核心。

2.題目設計應具有綜合性和創新性。課程設計的題目應具有綜合性，具體要滿足如下要求：（1）設計中所用到的傳動方式必須是機械設計課程中所講授過的，例如：齒輪傳動、蝸桿傳動、帶傳動和鏈傳動等。（2）難度適中，既讓學生在規定的時間內能夠完成，又能鍛煉學生的實踐動手能力。課程設計的題目應具有創新性，即題目的選擇不能過于傳統，也不能過于固定，而是要選擇靈活性的半開放式題目，要有利于學生創造力的發揮。

在實際執行過程中，既可以從實際工程案例中尋找，也可以從教師的科研項目中尋找，還可以以學生根據自己的興趣特點自擬題目。總之，要滿足具有一定的綜合性和創新性，既要難度適中，又要滿足教學目標的要求。所謂綜合性，指題目的實施中一般既要包含傳動零件的設計計算、軸類零件的設計計算、聯軸器和軸承的選擇和計算，又有螺紋連接、鍵和銷的連接、潤滑和密封等知識點的考核。

3.課程設計的執行應遵循理論計算、設計繪圖和加工制造三個步驟。在課程設計的執行過程中，不僅要進行理論計算和圖紙繪制，如材料選擇、強度和剛度校核、確定尺寸和裝配關系等，還包括加工和制作。因此，在設計時應該考慮到加工的問題，即需要依據加工單元與材料來考慮所設計裝置各零件的形狀與尺寸，形成由零件加工形式、模型裝配、零件設計計算等一體化的設計加工模式。零部件理論設計計算、裝置傳動效率計算過程不在是單純的照搬照抄，圖紙的繪制也不單純是照葫蘆畫瓢，且在整個設計過程中需要團隊成員協同完成。

4.課程設計的開展應采取設計動員、方案建立、模型制作和答辯交流四個階段。（1）設計動員階段。學生根據設計任務，3—5人自愿組成一個小組，結合自己的興趣到圖書館查閱資料，主動與指導教師討論并最終確定選題。課程設計題目確定的同時，學生也學會了如何查閱資料，并且具備了一定的主動思考的能力，同時整個過程學生都能具有很高的學習熱情。

（2）方案建立階段。團隊成員具體分工，確定每個人的任務和具體進度安排。每個小組負責人定期向教師提交上一階段的任務完成情況以及下一階段的工作安排。通過該階段的訓練可以培養學生的項目管理能力、團隊協作能力和相互協調能力。（3）模型制作階段。學生根據自己的設計方案，利用簡單的機加工、線切割或3D打印等方式開展實物制作，并以實物的形式提交設計成果，對模型制作的質量不做重點考核。通過該過程可以培養學生的工程意識，鍛煉學生的工程制作能力。（4）答辯交流階段。擺脫傳統的僅以說明書和圖紙定成績的方式，增加答辯交流環節。所謂答辯交流，不僅是指教師問問題，學生進行回答，教師還應對學生做錯的地方給予糾正，使學生知道錯在哪里，正確的做法是什么。答辯方式可以采用PPT講稿，并保證每個學生參加答辯。通過該過程，可以鍛煉學生的語言表達能力和語言組織能力。

三、結語

針對目前機械設計類課程設計存在的問題，提出了課程設計的“1234”模式，該模式具有如下優點：

（1）題目的選擇具有綜合性和創新性，不但考察了綜合知識的應用能力，還培養了學生的創新能力。（2）在課程設計的實施過程中，增加了加工制作環節，使學生在設計時能夠考慮到加工的問題，形成了由零件加工形式、模型裝配、零件設計計算等一體化的設計加工模式。（3）課程設計是以團隊的形式來完成的，一方面鍛煉了學生的團隊合作精神，另一方面在選擇各種機械設備以及建立各機構之間的相互聯系的過程中，會避免出現盲目選擇的情況。（4）擺脫了傳統的僅以說明書和圖紙定成績的方式，課程設計的考核增加了答辯交流環節，鍛煉了學生的表達交流能力。

參考文獻：

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[8]吳若梅，張亦靜，肖穎喆.包裝工程專業團隊協作畢業設計指導模式的探討與實踐[J].包裝工程，2010，2（1）：90-92.