工程認(rèn)證背景下“機(jī)械原理”與“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革研究＊

黃志誠(chéng)，潘金波，王興國(guó)

（景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，江西 景德鎮(zhèn) 333000）

1 課程設(shè)計(jì)現(xiàn)狀與背景

工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證（簡(jiǎn)稱(chēng)“工程專(zhuān)業(yè)認(rèn)證”）是針對(duì)高等學(xué)校工科專(zhuān)業(yè)實(shí)施的專(zhuān)門(mén)性認(rèn)證，也是實(shí)現(xiàn)工程教育和工程師資格國(guó)際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)[1]。為進(jìn)一步提高工科專(zhuān)業(yè)教學(xué)質(zhì)量，對(duì)標(biāo)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，教育部于2006 年啟動(dòng)了工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證試點(diǎn)工作。2013 年，中國(guó)成為《華盛頓協(xié)議》預(yù)備會(huì)員[2]。2016 年正式加入國(guó)際工程教育組織[3]。

“機(jī)械原理”與“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)是工科院校機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)學(xué)生綜合“機(jī)械設(shè)計(jì)”能力和創(chuàng)新能力的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)[4]。如何對(duì)“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)教學(xué)進(jìn)行改革，以適應(yīng)工程教育認(rèn)證的新要求，是擺在工科院校面前的一大挑戰(zhàn)。很多學(xué)者對(duì)工程教育認(rèn)證背景下的“機(jī)械原理”課程教學(xué)進(jìn)行了探索[5-6],也有部分學(xué)者分別對(duì)“機(jī)械原理”或設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革進(jìn)行了研究，還有部分學(xué)者對(duì)“機(jī)械原理”與“機(jī)械設(shè)計(jì)”綜合課程設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行了改革研究和探索[7-8]。目前國(guó)內(nèi)的絕大部分院校都是單獨(dú)進(jìn)行“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”的課程設(shè)計(jì)，二者各自獨(dú)立進(jìn)行，互不聯(lián)系。一些重點(diǎn)高校，比如北京化工大學(xué)、天津大學(xué)、福州大學(xué)等已經(jīng)將“機(jī)械原理”課程設(shè)計(jì)和“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，開(kāi)設(shè)了“機(jī)械原理”和設(shè)計(jì)綜合課程設(shè)計(jì)。這些研究雖然提供了一些參考，但具體實(shí)施做法還沒(méi)有達(dá)成共識(shí)，仍需要進(jìn)行深入研究和探討。

景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)于2019 年全面啟動(dòng)工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證工作，機(jī)械電子工程學(xué)院的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)是進(jìn)行工程認(rèn)證的核心專(zhuān)業(yè)，工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證特別強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生的技術(shù)創(chuàng)新及工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。而“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”的課程設(shè)計(jì)正是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新及實(shí)踐能力的關(guān)鍵教學(xué)環(huán)節(jié)之一。對(duì)照工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，目前該課程在教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和組織實(shí)施上都迫切需要改革提升。

2 課程設(shè)計(jì)改革措施

2.1 選題多樣化

以往在進(jìn)行“機(jī)械原理”課程設(shè)計(jì)時(shí)，只是對(duì)典型機(jī)構(gòu)（主要是四桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)）進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。對(duì)于“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)，一直以來(lái)都是以二級(jí)圓柱齒輪減速器作為設(shè)計(jì)題目。“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”的課程設(shè)計(jì)題目如此千篇一律，缺乏創(chuàng)新性，從而導(dǎo)致了學(xué)生抄襲的問(wèn)題比較嚴(yán)重，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，不能起到課程設(shè)計(jì)的教學(xué)目的。基于工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證視角，將“機(jī)械原理”與“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)相結(jié)合后，應(yīng)以綜合性的工程設(shè)計(jì)題目為主，使其貫穿于“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”的整個(gè)教育環(huán)節(jié)，所選的課程設(shè)計(jì)題目理應(yīng)具備綜合性、完整性和系統(tǒng)性，能覆蓋兩門(mén)課程的主要內(nèi)容，同時(shí)體現(xiàn)兩者的設(shè)計(jì)要求，并能滿足兩者的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容。因此選題應(yīng)基于以下原則：所選題目應(yīng)覆蓋“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”中所學(xué)習(xí)到的知識(shí)；設(shè)計(jì)的題目應(yīng)具有多樣性、創(chuàng)新性，以滿足各位學(xué)生的要求。這樣可以充分地發(fā)揮學(xué)生們的創(chuàng)造性，極大地增加學(xué)生們對(duì)課程設(shè)計(jì)的興趣和創(chuàng)作的積極性。基于以上原則，以景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)為例，在擬定綜合性課程設(shè)計(jì)題目的過(guò)程中，一方面從工程實(shí)際中搜集難度適中又符合教學(xué)重點(diǎn)的一些有生產(chǎn)實(shí)踐背景的設(shè)計(jì)題目，主要是立足于極具本校特色的陶瓷機(jī)械。如顎式破碎機(jī)機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)，其包括連桿機(jī)構(gòu)及帶傳動(dòng)；滾壓成型機(jī)機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)，其包括連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)架及齒輪傳動(dòng)等；高壓注漿機(jī)機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)，其包括曲柄滑塊機(jī)構(gòu)及螺旋傳動(dòng)裝置；廂式壓濾機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)，其包括齒輪機(jī)構(gòu)和螺旋傳動(dòng)及液壓傳動(dòng)等；真空練泥機(jī)，其包括齒輪機(jī)構(gòu)和螺旋傳動(dòng)等。其次，也可以令學(xué)生們自己選擇感興趣的課題，只要能符合上述原則皆可，這樣能充分地發(fā)揮出學(xué)生的主觀能動(dòng)性，達(dá)到教學(xué)目的。

2.2 引進(jìn)仿真軟件

隨著21 世紀(jì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，世界制造業(yè)已經(jīng)從傳統(tǒng)的手工制造轉(zhuǎn)型成自動(dòng)化、智能化的方式。先進(jìn)的三維分析、設(shè)計(jì)及制造工藝已經(jīng)在企業(yè)中被廣泛地應(yīng)用，當(dāng)前已經(jīng)步入了數(shù)字化的時(shí)代。而工科院校“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”的課程設(shè)計(jì)目前大都還采用在紙上進(jìn)行手工繪圖的方式來(lái)開(kāi)展，在教學(xué)上以經(jīng)驗(yàn)為主，很多學(xué)生只是生搬硬套，一味地翻《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，生硬地模仿，知其然而不知其所以然，對(duì)于零件之間運(yùn)動(dòng)關(guān)系和裝配關(guān)系，以及為何選擇這個(gè)光滑度等這些關(guān)鍵性知識(shí)卻一無(wú)所知，這些問(wèn)題的存在都不利于學(xué)生綜合機(jī)械設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，不符合工程教育認(rèn)證視角下人才培養(yǎng)的要求。因此需要升級(jí)高等院校“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”的課程設(shè)計(jì)繪圖的工具，使其能跟上社會(huì)的步伐，滿足社會(huì)對(duì)于人才的要求。工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證第5 條標(biāo)準(zhǔn)是“使用現(xiàn)代工具如系統(tǒng)仿真與設(shè)計(jì)軟件等技術(shù)工具進(jìn)行設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)”，考慮到計(jì)算機(jī)在機(jī)械行業(yè)中的作用越來(lái)越重要，良好的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力也已成為一個(gè)高級(jí)工程技術(shù)人員不可或缺的基本素質(zhì)。因此引入計(jì)算機(jī)制圖軟件，加強(qiáng)對(duì)制圖軟件的使用，緊密與社會(huì)實(shí)踐相結(jié)合是大勢(shì)所趨。CAD、UG、Pro/E、solid-works 等軟件是當(dāng)今企業(yè)中比較常用的軟件，使用這些制圖軟件繪制相較于手工制圖具有更加快捷、生動(dòng)、直觀的特點(diǎn)，當(dāng)學(xué)生需要設(shè)計(jì)減速器中的軸承、墊圈、螺絲等零件的時(shí)候，只需要輸入想要的零件的相關(guān)參數(shù)就能夠?qū)С鋈S零件，不僅縮短了制圖時(shí)間且出錯(cuò)少，還能夠更好地使學(xué)生將自己想設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)表達(dá)出來(lái)，為今后進(jìn)入社會(huì)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.3 將課程設(shè)計(jì)穿插于整個(gè)學(xué)期

大部分學(xué)校的課程設(shè)計(jì)都是在學(xué)期末的后一兩周進(jìn)行集中時(shí)間式教學(xué)，但在學(xué)期末的時(shí)候?qū)W生們都需要準(zhǔn)備考試，這樣一來(lái)就會(huì)導(dǎo)致學(xué)生的精力分散，不能集中精力完成課程設(shè)計(jì)，間接上也就導(dǎo)致了抄襲之風(fēng)盛行，因此需要將這種教學(xué)模式進(jìn)行改進(jìn)。可以將“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”的課程設(shè)計(jì)進(jìn)行有機(jī)融合，采用先部分分散后集中式教學(xué)模式，將課程設(shè)計(jì)的進(jìn)度分為幾個(gè)階段進(jìn)行，將其穿插于整個(gè)學(xué)期之中。

以景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)為例，學(xué)校以“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”相融合為基點(diǎn)，可以在課程一開(kāi)始就說(shuō)明課程設(shè)計(jì)的相關(guān)事項(xiàng)，然后要求學(xué)生們?nèi)ヌ沾蓹C(jī)械廠廣泛收集相關(guān)的陶瓷機(jī)械，并且決定自己要做的陶瓷機(jī)械，寫(xiě)成一份說(shuō)明書(shū)，并且上交自己的課程設(shè)計(jì)題目說(shuō)明書(shū)給教師審閱，如果教師覺(jué)得可以就以學(xué)生們確定的題目進(jìn)行設(shè)計(jì)，如果不可以，則由教師從課程設(shè)計(jì)的題庫(kù)中選定題目交給學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)；課程設(shè)計(jì)的第二階段可以安排在課程的中段，這段時(shí)間內(nèi)學(xué)生們應(yīng)對(duì)自己所選機(jī)械進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制圖，并且撰寫(xiě)報(bào)告。教師可以在這段時(shí)間召集學(xué)生們開(kāi)幾次集體匯報(bào)，了解學(xué)生的進(jìn)度并為學(xué)生答疑解惑；課程設(shè)計(jì)的第三個(gè)階段可以安排在課程的最后的一、兩周，先由教師對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)的機(jī)械構(gòu)件進(jìn)行指導(dǎo)和糾正，最后進(jìn)行答辯。這樣將兩門(mén)課的課程設(shè)計(jì)進(jìn)行融合，將課程設(shè)計(jì)的時(shí)間分階段拆分方式可以使學(xué)生有更多的時(shí)間去構(gòu)思、設(shè)計(jì)自己的機(jī)械設(shè)計(jì)作品，學(xué)生們也有充足的時(shí)間去修改教師指出來(lái)的錯(cuò)誤點(diǎn)，不會(huì)出現(xiàn)手忙腳亂的現(xiàn)象，從而可以使學(xué)生們能更好地完成課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生們自主創(chuàng)新和實(shí)踐能力。

2.4 采用多方面、多角度的測(cè)評(píng)方式

基于工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證視角下的教學(xué)實(shí)踐模式和方法的改革，在于實(shí)現(xiàn)自主研究式學(xué)習(xí)、啟發(fā)和討論并重的教育教學(xué)方法，以期建立在工科院校教育中缺乏的工程價(jià)值觀，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，改變學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作理念。而在“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)的成績(jī)測(cè)評(píng)方面，現(xiàn)在的院校普遍由課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生的課程設(shè)計(jì)作品以單人評(píng)判的方式開(kāi)展，測(cè)評(píng)方式非常片面且有些“閉門(mén)造車(chē)”，因此改進(jìn)測(cè)評(píng)方式勢(shì)在必行。以景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)為例，基于工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的要求，可以從多方面考慮，綜合性評(píng)價(jià)學(xué)生的課程設(shè)計(jì)成果，比如可以將評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)分解為選題的創(chuàng)新度、軟件制圖的優(yōu)劣、設(shè)計(jì)方案的合理性、學(xué)生對(duì)自己設(shè)計(jì)方案的理解程度等諸多方面來(lái)進(jìn)行測(cè)評(píng)，這樣可以使學(xué)生更加注重課程設(shè)計(jì)中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，更加全面了解自己設(shè)計(jì)作品中的知識(shí)點(diǎn)。其次，也可以在最后開(kāi)展作品答辯會(huì)，答辯時(shí)可以采取教師、學(xué)生共同測(cè)評(píng)的方式進(jìn)行，以教師的測(cè)評(píng)成績(jī)?yōu)橹鳎瑢W(xué)生的測(cè)評(píng)成績(jī)?yōu)檩o，比如教師占80%，學(xué)生占20%。這種測(cè)評(píng)方式可以使每一位答辯的學(xué)生在更加深刻地了解自己所設(shè)計(jì)的機(jī)械作品的同時(shí)也能更好地吸收其他學(xué)生的一些創(chuàng)新點(diǎn)，這對(duì)所有學(xué)生而言也是一種學(xué)習(xí)的過(guò)程，能起到集思廣益的作用，對(duì)于學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、自主設(shè)計(jì)能力的提升具有深刻的意義。

3 總結(jié)

基于工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證視角，將“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)相結(jié)合的教學(xué)方式對(duì)于學(xué)生建立積極的工程價(jià)值觀，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)具有促進(jìn)作用，且能夠有效地提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力和自主創(chuàng)新能力。針對(duì)目前“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”的課程設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，從選題、繪圖方式、時(shí)間安排和測(cè)評(píng)方式這四個(gè)方面入手，融入新的教學(xué)實(shí)踐模式和方法，希望能對(duì)推進(jìn)課程設(shè)計(jì)的改革有幫助。希望在工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的視角下，培養(yǎng)更多的具有創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的學(xué)生，為推進(jìn)中國(guó)新工業(yè)的建設(shè)貢獻(xiàn)自己的力量。