基于工程教育專業認證的“機械原理”與“機械設計”課程設計教學改革＊

黃志誠，毛宇航

基于工程教育專業認證的“機械原理”與“機械設計”課程設計教學改革＊

黃志誠，毛宇航

（景德鎮陶瓷大學 機電學院，江西 景德鎮 333000）

基于工程教育專業認證，對傳統“機械原理”和“機械設計”課程設計進行教學改革探索。課程設計選題突出陶瓷機械特色，切合工作實踐，完善課程綜合性。對照專業認證標準從機械課程設計的教學內容、教學目標和組織實施三方面提出了改革。

工程教育專業認證；課程設計；陶瓷機械；教學改革

工程教育專業認證是針對高等學校工科專業實施的專門性認證，也是實現工程教育和工程師資格國際互認的重 要基礎[1]。高等教育質量問題成為社會關注重點，為進一 步提高工科專業教學質量，對標國際標準，教育部于2006年啟動了工程教育專業認證試點工作，2013年，中國成為《華盛頓協議》預備會員，2016年正式加入國際工程教育組織[2]。“機械原理與機械設計課程設計”是機械類專業培養學生綜合機械設計能力和創新能力的重要實踐教學環 節[3]。課程主要任務為簡單結構運動分析，簡單的機械設計，旨在引導學生整合機械原理和機械設計的所學知識：機構運動簡圖、基本零部件設計校核、傳動方案設計等，以期培養學生工科思維。如何對“機械原理”和“機械設計”課程設計教學進行改革，以適應新時代工程教育認證的新要求，是擺在各工科院校面前的一大挑戰。

1 對“機械原理”和“機械設計”課程設計現狀的分析

“機械原理”和“機械設計”作為機械專業學科非常重要的專業基礎課程，其課程設計大綱明確了常用機械零部件、機械傳動系統、聯系實際設計過程、正確的設計思想、分析和解決問題能力等要求指標。但傳統的課程設計難以滿足新時代工程教育專業認證標準。

本校目前仍存在以下問題：①機械課程設計的選題較為單一。“機械原理”課程設計只是對典型機構、四桿機構或凸輪機構運動分析。“機械設計”課程設計一直以來都是以二級圓柱齒輪減速器作為設計題目。題目傳統單一，學生抄襲現象嚴重，不求甚解風氣較重。與工程教育專業認證標準的符合學校定位、適應經濟發展需要的培養目標尚有差距。機械作為一門工科，理應與實際接軌，應與生產實踐相結合，與社會發展需要契合，充分體現出各地區高校的機械專業特色。②機械課程設計的相關性不足。雖然機械原理中的執行機構和機械設計中的零部件設計都得到了訓練，但學生學完機械基礎系列課程后，缺乏對整體機械的認識，“機械原理”課程設計著重于運動分析，“機械設計”課程設計著重于機構零部件性能參數，二者甚至不在同一機構中，兩門課程沒有建立必要的對接點，使學生沒有形成一個有機的整體系統工程的認識以及掌握機器設計的完整過程。

2 課程設計改革探索[4]

景德鎮陶瓷大學于2019年全面啟動工程教育專業認證工作，“機械原理”和“機械設計”課程設計正是培養機械電子工程學院學生創新及實踐能力的關鍵教學環節之一。對照工程教育專業認證標準，考慮將“機械原理”和“機械設計”課程設計在選題和內容上加以融合，實行統一題目，并且結合立足于本校特色的陶瓷機械，以期滿足工程教育專業認證標準的培養目標、課程體系、畢業要求等要求。對照標準，在教學內容、教學目標和組織實施上提升對機械課程設計的改革。

2.1 教學內容的改革

對照工程教育專業認證標準的培養目標標準：突出學校特色、學校課程特色。根據本校培養方案和要求指標，教研組對課程設計大綱進行探討，將課程設計的選題立足于極具本校的陶瓷機械特色。從實際陶瓷機械中提煉難度適中又符合機構運動和傳動教學重點來自陶瓷生產中實際的設計題目，如顎式破碎機、高壓注漿機、廂式壓濾機、真空練泥機等。并且帶學生進入現場參觀陶瓷生產過程，講解陶瓷機械的內部結構和動作。例如講解顎式破碎機連桿機構的粉碎黏土材料過程，輥壓機的電機到輥軸上的傳動過程，在學習專業知識的同時還與實際結合、與陶瓷特色相融合。另一方面，結合教師的科研項目擬定合適的課程設計題目，允許并鼓勵學生根據經驗和興趣自己擬定課程設計選題。

2.2 教學目標的改革

工程教育專業認證標準的課程體系標準為工程類專業課程要體現整體系統設計和實現能力的培養。本課題課程設計的選題需具有綜合性，全面培養學生的機械設計能力，所選的設計題目所需的機構應覆蓋“機械原理”課程中所學的主要機構和“機械設計”重點講授的帶傳動系統。在工程教育專業認證理念指導下，將“機械原理”課程設計和“機械設計”課程設計結合起來，統一題目，完成設計的全過程訓練。使學生將“機械原理”和“機械設計”的課程設計為相同機構的不同題目，例如高壓注漿機機構及傳動裝置設計、廂式壓濾機機構設計及傳動裝置設計、真空練泥機機構設計及傳動裝置設計、顎式破碎機機構及傳動裝置設計，如圖1所示。內容之間逐步遞進，深入完成課程設計，并且題目貫穿兩個課程，由淺而深引導學生自主思考，完成綜合性的課程設計。

圖1 顎式破碎機四桿機構及部分傳動裝置

2.3 組織實施的改革

工程教育專業認證標準的工程能力和工程要求標準：能否解決簡單的實際工程問題，能否就復雜工程問題和同行、其他專業人士及社會公眾有效溝通。

考核的標準重點分別放置在如下方面：①學生的工程實踐性。學生查閱資料的能力、觀察分析問題的能力和設計計算的能力，學生對設計課題的理解程度，傳動方案和執行機構是否可行。特別關注受力分析、材料選擇、工作能力計算、主要參數及尺寸確定、結構設計、設計資料和標準的運用等。鼓勵利用計算機二維CAD或者等三維軟件進行課程設計。培養學生的創新精神，應對未來工程挑戰。②學生撰寫報告、文稿設計和發言表達能力，答辯時學生的語言表達能力和對問題的論述能力。并全面分析所設計的機構的優缺點。剖析整個設計計算過程，對設計資料和標準的運用情況的表述，提出今后在設計中應注意的問題，并設想出改進方案。通過這個綜合課程設計掌握機械設計的方法和步驟，培養學生發現和分析、解決工程實際問題的能力。

3 課程設計具體實施

工程教育專業認證標準提倡的是“做中學”的教學模式和“以工程為導向”的教學方法，以期培養學生的工程設計能力與實踐操作能力，有效地提高教學效果。以“化整為零”的教學方式進行課程設計改革，結束“機械原理”和“機械設計”課程學習后再將相關課程設計的集中式設計模式，變為先分散再集中的設計模式，使課程設計所進行的理論設計計算與結構分析設計與理論教學同步進行。具體措施如下。

在開始學習“機械原理”課程時，介紹“機械原理”和“機械設計”課程設計的相關內容和設計要求，讓學生按自愿組合的方式組成研究學習小組，一般為3～5人，并要求學生優先選擇從陶瓷機械中廣泛搜集的合適的綜合性課程設計題目。

在“機械原理”課程教學結束后，進入綜合設計的第一階段，時間為1周。此階段包含兩方面的內容：方案設計，典型機構的分析與綜合。方案設計階段以小組為單位，組織學生參觀討論，在分析機器的結構、傳動方式、工作原理以及各部件的功能順序的基礎上，繪制機器運動循環圖，確定最佳設計方案；機構的分析與綜合階段主要是從設計方案中選取最具代表性的機構，進行機構的尺寸綜合、機構運動分析和力分析，并初步確定其傳動方案，編寫機構設計說明書，準備第一階段答辯。

“機械設計”課程教學結束后，進入綜合課程設計的第二階段——機械設計課程設計部分，時間為3周。針對第一階段確定的最佳設計方案中的執行機構及其傳動方案，在理論教學中，以課外作業形式要求學生完成撓性傳動、齒輪傳動、鍵、軸、軸承等零件的設計計算和選用；在“機械設計”課程教學結束后的集中設計階段，學生利用所學的零件設計的相關知識，評價在第一階段初定的傳動方案的合理性，并加以優化改進。傳動方案確定后，進行傳動裝置的設計計算、零件的結構設計和強度校核，然后繪制裝配圖和零件圖，編寫此階段的設計說明書，準備第二階段答辯。

明確有目的性的考核。增大課程設計在總分中的比例，以還原工科課程實際工作時的能力要求。考核的標準重點放置在學生的實踐性和創新性上，主要考察學生觀察分析能力和機械設計計算能力。其中課程期末考試占40%，課程設計占40%，平時成績占20%。鼓勵學生學習并且利用CAD完成課程設計，或者用ADAMS、UG等三維軟件進行三維建模或仿真設計，對做出正確仿真的學生給與一定加分。全面準確地反映學生學習能力，刻意地引導學生解決可提升實際運用能力的問題[5]。

4 結束語

傳統機械課程設計已然無法滿足新時期的工程要求，對機械設計及其自動化專業學生的課程設計進行改革迫在眉睫。工程教育專業認證作為推進工程教育改革的主要手段，是增強工程教育人才培養對產業發展的重要保障，是促進工程教育的競爭力的關鍵因素。實現工程教育標準對學生能力的要求，在學習中走向實踐，在實踐中把知識反饋給社會，還需不斷探索。

［1］王成.以卓越工程師培養為導向的機械原理課程改革與創新［J］.中國現代教育裝備，2015（11）：75-77.

［2］張自強，趙京.科研思維在《機械原理》課程教學中的應用［J］.教育現代化，2019，6（56）：197-198.

［3］劉艷艷，梁醫，趙建平.基于應用能力培養的機械原理課程設計教學改革與實踐［J］.中國教育技術裝備，2018（2）：90-92，95.

［4］司慧.改革機械原理和設計課程設計的探索與實踐［J］.太原理工大學學報（社會科學版），2008（Suppl 1）：39-41.

［5］崔軍.回歸工程實踐：我國高等工程教育課程改革研究［D］.南京：南京大學，2011.

黃志誠（1978—），男，清華大學博士，副教授，研究方向為機械動力學。

景德鎮陶瓷大學教學改革研究項目（編號：TDJG-19-Y17）

2095－6835（2020）24－0097－02

G642；TH111-4

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.24.033

〔編輯：嚴麗琴〕