機電產品設計課程實踐環節的理念與實施路徑

蔣毅 寧萌 張秋菊 化春鍵 陳海衛

[摘 要] 為提高機電專業學生的產品設計能力，探討了機電產品設計課程實踐環節的理念和實施路徑。通過采用項目驅動式教學的方式進行課內課程設計，提高任務的多樣性、綜合性和創造性，組建設計團隊等，使學生在完整的設計流程中提升設計的能力和水平，提高學生在團隊合作和交流溝通方面的素質。

[關鍵詞] 機電產品設計;機械設計;課程設計

設計教育是工程教育的核心[1]。機電產品設計（I～IV）是江南大學君遠學院所屬機械電子工程專業為適應人才培養需要，以強化機電產品創新設計能力為導向，以重建課程目標、調整課程內容、優化課程結構為主要手段而設置的系列課程。該課程涵蓋傳統機械類的“工程制圖”“機械原理”“機械設計”和“機電一體化系統設計”內容，并輔以“機器人創新實踐”“機電一體化系統課程設計”“機電綜合實踐”等綜合性實踐環節，打破了傳統的獨立設課界限，對各門課程的內容與銜接關系進行頂層設計和規劃，重新制定各門課程的銜接關系，構成了機電專業核心課程群，凸顯了機電產品設計在知識、能力和素質培養過程中的主線地位。

系列課程中的機電產品設計（III）在內容上基本與機械專業機械設計課程對接，主要進行機械設計理論知識講解，也進行機電一體化基礎內容的講授。該課程的課內、實驗和實踐學時數分別為56、6和2，即通過設置課內實踐環節與機械設計課程設計相對應。本文對該環節的理念和實施路徑進行了探討。

一、機械設計課程設計環節存在的問題

機械設計課程設計是機械類專業的必修課程，也是學生工程實踐能力及素養養成過程中的重要環節，這也是機電產品設計（III）課程設置對標課內實踐環節的初衷。但當前機械設計課程設計存在一些問題，具體表現在以下幾方面。

1.課時安排不充裕。在短學時的大趨勢下，機械設計理論教學學時進一步受到限制。課程設計又一般安排在考試前完成，且實施時間較短。由于臨近期末，學生需復習多科目的期末考試，導致無法集中精力完成課程設計任務，無法保證課程設計質量。

2.設計題目陳舊。國內大部分高校的課程設計環節都是設計齒輪減速器。這是機械設計中的經典問題，對能力的培養也較為全面。盡管給每個學生提供不同的初始數據，實現一人一題避免抄襲，但設計套路大都相同，區分度不大，年級間的繼承性太強，不能激發學生創造力。

3.缺乏團隊合作。在實際工程實踐中，個人單打獨斗完成設計幾乎是不可能的，必須要求團隊成員分工合作，共同實現設計目標。現有機制下，學生或者基本沒有交流，各做各事，或者直接借鑒抄襲他人的設計思路甚至文檔，在學生能力素質培養上存在薄弱之處。

4.考核模式單一。整個課程設計過程中，師生間缺乏交流與互動。最終考核時，由于學生提交成果的雷同性較強，教師在答辯考核中通常只能根據簡單印象進行評判，考核標準的統一性存疑，反過來也影響了學生的積極性。

二、機電產品設計課程實踐環節的理念與具體措施

機電產品設計（III）課程的實踐環節僅有2學時，卻要完成機械設計課程設計1—2周的設計內容，這在如何合理安排時間上是一個挑戰。同時，該課程同樣面臨著設計題目陳舊、考核方式單一等機械設計課程設計存在的問題。

針對上節提到的若干問題，國內多所高校進行了改革嘗試。如南京工程學院王建等探索了基于OBE的機械設計課程設計“1234”模式[2];胡蓉在課程設計中采用了項目教學法[3];湯曉明等采用的目標引導、任務驅動的教改嘗試[4]等。總體而言，機械設計類課程設計改革必須在大工程觀的基礎上引入CDIO的相關理念，而采用任務驅動式教學的方式是改革的必由之路。為此提出機電產品設計課程實踐環節的總體思路如下。

1.實施項目驅動式教學的模式。倡導研究性、項目驅動式教學，推廣和應用“四環節”教學法，即項目設置—項目實施—交流展示—評價激勵，以強化培養學生綜合能力。由于課時限制，不可能有充裕的課上時間提供給學生完成設計任務，因此強調教師授課與學生自學同步、課堂教學和課外訓練并重的理念。簡言之，學生應在課外投入更多時間完成相關任務，而在課上主要以討論、答辯為主。

2.合理安排理論授課與課程設計的時間。盡早下達設計任務，使學生帶著問題和任務前來上課。在理論課內容安排方面，做出合理調整，先講總體，后講細節，力求理論課章節安排和課程設計任務所需知識點順序盡量一致。從而使學生在任務的驅動下進行學習，將知識和動手解決問題更加緊密地結合在一起，把所學到的知識隨時轉化為解決問題的主動思考，從而解決學時數減少以及理論實踐相脫節的問題。

另一方面，由于設計任務下達較早，學生可有充裕的時間查找資料、進行方案設計和論證、進行技術設計階段的各種計算，師生之間也有較多機會和時間進行互動，解決設計過程中存在的各種問題，從而避免時間壓力導致的設計質量下降。由于課程設計前期，已經分時段完成了方案設計、總體設計和技術設計計算，在最后期末階段，學生只需做簡單校核和出圖即可，從而分解了課程設計的任務量，降低了學生的學習壓力。

3.提升設計任務的多樣性、綜合性、創造性。改變齒輪變速箱設計為主的固有模式，以不同的具體機械裝備為對象進行選題，使學生走完方案設計開始，到總體設計、技術設計和施工設計（出圖）的全過程。在這一過程中，具體機械裝備的實現方案是多種多樣的，要求學生自己根據功能的實現方式，運用先修課程知識加以選擇，并在與教師的答辯過程中確定自己的方案，并在總體設計階段確定主要技術參數。在技術設計和施工設計階段，為避免設計任務過重，由教師和學生共同在設計方案中選取一小部分進行細化的設計，從而能夠方便地控制任務量。整個設計過程充分體現了多樣、綜合和創造的特性。

4.注重團隊協作，培養綜合素質。改變原有的獨立設計模式，采用組隊方式完成設計，并采用設計過程3次答辯的方式實現師生間的良好溝通。每個設計小組定員3人，分別承擔方案設計、總體設計、期終答辯的3次答辯任務。在小組成員考核上，采用百分比方式，由小組成員自己確定所承擔的工作量，并由教師在給分時加以評判。對于一個特定的題目，設置3個以上的小組，小組間可以進行相互的討論借鑒，但在最終成績評定上根據小組完成任務的優劣情況加以區分，從而在各小組間形成既競爭又合作的態勢，提高學生完成設計任務的積極性。

三、結語

機電產品設計（III）課程的實踐環節是對標機械設計課程設計的課內實踐環節。為了體現設置機電產品設計系列課程的初衷，確實地提高學生設計能力和綜合素質，在該課程的實施中，引入了CDIO理念，采用了項目驅動式教學的方式進行課內課程設計。

參考文獻

[1]王沛民.工程教育的目標、模式、核心：問題與思考[J].浙江大學教育研究，1989（1）.

[2]王建，李鋼.基于OBE的機械設計類課程設計“1234”模式探索[J].教育教學論壇，2019（9）：200-202.

[3]胡蓉.項目教學法在機械設計基礎課程設計中的應用[J].中國教育技術裝備，2018（12）：79-81.

[4]湯曉明，潘曉紅.“目標引導，任務驅動”下的課程設計與專業課教學同步的教改嘗試[J].大學教育，2019（1）：58-60.