基于OBE的機械設(shè)計類課程設(shè)計“1234”模式探索

王建 李鋼

摘要：本文分析了機械設(shè)計類課程設(shè)計的教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題，提出了基于OBE的“1234”模式?！?234”模式中的“1”是指課程設(shè)計圍繞一個核心，“2”是指題目設(shè)置具有兩種特性，“3”是指課程設(shè)計的執(zhí)行要遵循3個步驟，“4”是指課程設(shè)計的開展要采取4個階段。研究成果對于提高課程設(shè)計的學(xué)習(xí)效果、充分發(fā)揮學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性具有重要意義。

關(guān)鍵詞：以成果為導(dǎo)向；機械設(shè)計；課程設(shè)計；模式；探索

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

機械設(shè)計類課程設(shè)計主要包括機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計（1周）、機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計（2周）、機械設(shè)計課程設(shè)計（2周）。機械設(shè)計類課程設(shè)計是融合了機械制圖、機械設(shè)計基礎(chǔ)、機械原理、機械制造技術(shù)基礎(chǔ)、互換性與技術(shù)測量等課程的知識，是學(xué)生獲取工程技術(shù)訓(xùn)練的重要實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，對于鞏固所學(xué)專業(yè)知識，培養(yǎng)查閱資料或手冊的能力，掌握解決復(fù)雜工程問題的方法具有重要的作用。

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

一、課程設(shè)計的教學(xué)現(xiàn)狀以及存在的問題

1.課程設(shè)計的基本內(nèi)容。目前，國內(nèi)大部分高校的機械設(shè)計類課程設(shè)計題目都是設(shè)計一個齒輪減速器，詳細(xì)來說，一周的課程設(shè)計是設(shè)計一個一級的直齒或斜齒圓柱齒輪減速器，兩周的課程設(shè)計是設(shè)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(xué)院兩周的機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計為例，其設(shè)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(shè)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(zhuǎn)速n、輸送機滾筒直徑D，減速器設(shè)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(xù)工作；空載起動，工作載荷平穩(wěn)，單向運轉(zhuǎn)；三相交流電源，電壓為380/220伏。設(shè)計任務(wù)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(shè)計計算說明書1份（不少于5000字）。

2.存在的主要問題。（1）設(shè)計題目單一，缺乏多樣性和創(chuàng)新性。南京工程學(xué)院機械工程學(xué)院機械設(shè)計類課程設(shè)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(xué)號為奇數(shù)的學(xué)生做的是直齒輪減速器的設(shè)計，學(xué)號為偶數(shù)的學(xué)生做的是斜齒輪減速器的設(shè)計。為了避免抄襲，每個人的初始數(shù)據(jù)均不同，即三個初始條件：輸送帶有效拉力F、輸送機滾筒轉(zhuǎn)速n、輸送機滾筒直徑D。從表面上來看，學(xué)生一人一題，可以避免抄襲，但從交上來的學(xué)生成果來看，大部分都是千篇一律。還有很多學(xué)生拿到了往年學(xué)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(yǎng)其實踐能力，也難以達(dá)到課程設(shè)計所設(shè)置的目的要求。從創(chuàng)新的角度來講，目前的課程設(shè)計是基于系統(tǒng)方案成型的基礎(chǔ)上而開展的，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。（2）個人單獨完成，缺乏團(tuán)隊合作。團(tuán)隊是由一些具有共同奮斗目標(biāo)和一致認(rèn)可的行動策略的人組成，他們才能互補，并且負(fù)有共同責(zé)任[7]。團(tuán)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(biāo)準(zhǔn)化等方式而獲得的[8]。在目前的機械設(shè)計類課程設(shè)計中，學(xué)生在拿到數(shù)據(jù)以后，自己做自己的，學(xué)生之間幾乎沒有交流，更談不上團(tuán)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(tuán)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(xué)生之間的相互聯(lián)系，導(dǎo)致學(xué)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(shè)備以及建立各機構(gòu)之間的聯(lián)系過程中，也會出現(xiàn)盲目選擇的情況，對個人發(fā)展非常不利。（3）考核方式死板，無法調(diào)動學(xué)生的積極性。教師對學(xué)生課程設(shè)計的考核主要是按照學(xué)生交上來的設(shè)計說明書和設(shè)計圖紙，一是看工作量是否滿足要求，二是看說明書和設(shè)計圖紙的質(zhì)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(huán)節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生不會認(rèn)識到自己的錯誤。比如，在軸的設(shè)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(jìn)行設(shè)計，按齒根彎曲強度進(jìn)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(jìn)行設(shè)計，按照齒面接觸強度進(jìn)行校核。而學(xué)生只是照抄書上的例子，雖然結(jié)果是正確的，但卻不知道自己設(shè)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(shù)值卻不清楚。因此，這種缺少答辯交流的考核方式嚴(yán)重影響了課程設(shè)計的效果。

二、“1234”模式構(gòu)建

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

1.以學(xué)生能力的獲得為核心。課程設(shè)計是學(xué)生獲取工程技術(shù)訓(xùn)練的綜合性實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，經(jīng)過課程設(shè)計，學(xué)生應(yīng)掌握運用綜合知識解決復(fù)雜工程問題的能力。因此，機械設(shè)計類課程設(shè)計必須與工程教育的核心理念一致，即以學(xué)生的能力獲得為核心。

2.題目設(shè)計應(yīng)具有綜合性和創(chuàng)新性。課程設(shè)計的題目應(yīng)具有綜合性，具體要滿足如下要求：（1）設(shè)計中所用到的傳動方式必須是機械設(shè)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(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)能夠完成，又能鍛煉學(xué)生的實踐動手能力。課程設(shè)計的題目應(yīng)具有創(chuàng)新性，即題目的選擇不能過于傳統(tǒng)，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(xué)生創(chuàng)造力的發(fā)揮。

在實際執(zhí)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(xué)生根據(jù)自己的興趣特點自擬題目?？傊獫M足具有一定的綜合性和創(chuàng)新性，既要難度適中，又要滿足教學(xué)目標(biāo)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(shè)計計算、軸類零件的設(shè)計計算、聯(lián)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(shè)計的執(zhí)行應(yīng)遵循理論計算、設(shè)計繪圖和加工制造三個步驟。在課程設(shè)計的執(zhí)行過程中，不僅要進(jìn)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(guān)系等，還包括加工和制作。因此，在設(shè)計時應(yīng)該考慮到加工的問題，即需要依據(jù)加工單元與材料來考慮所設(shè)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(shè)計計算等一體化的設(shè)計加工模式。零部件理論設(shè)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(shè)計過程中需要團(tuán)隊成員協(xié)同完成。

4.課程設(shè)計的開展應(yīng)采取設(shè)計動員、方案建立、模型制作和答辯交流四個階段。（1）設(shè)計動員階段。學(xué)生根據(jù)設(shè)計任務(wù)，3—5人自愿組成一個小組，結(jié)合自己的興趣到圖書館查閱資料，主動與指導(dǎo)教師討論并最終確定選題。課程設(shè)計題目確定的同時，學(xué)生也學(xué)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(xué)生都能具有很高的學(xué)習(xí)熱情。

（2）方案建立階段。團(tuán)隊成員具體分工，確定每個人的任務(wù)和具體進(jìn)度安排。每個小組負(fù)責(zé)人定期向教師提交上一階段的任務(wù)完成情況以及下一階段的工作安排。通過該階段的訓(xùn)練可以培養(yǎng)學(xué)生的項目管理能力、團(tuán)隊協(xié)作能力和相互協(xié)調(diào)能力。（3）模型制作階段。學(xué)生根據(jù)自己的設(shè)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(shè)計成果，對模型制作的質(zhì)量不做重點考核。通過該過程可以培養(yǎng)學(xué)生的工程意識，鍛煉學(xué)生的工程制作能力。（4）答辯交流階段。擺脫傳統(tǒng)的僅以說明書和圖紙定成績的方式，增加答辯交流環(huán)節(jié)。所謂答辯交流，不僅是指教師問問題，學(xué)生進(jìn)行回答，教師還應(yīng)對學(xué)生做錯的地方給予糾正，使學(xué)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(xué)生參加答辯。通過該過程，可以鍛煉學(xué)生的語言表達(dá)能力和語言組織能力。

三、結(jié)語

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

（1）題目的選擇具有綜合性和創(chuàng)新性，不但考察了綜合知識的應(yīng)用能力，還培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。（2）在課程設(shè)計的實施過程中，增加了加工制作環(huán)節(jié)，使學(xué)生在設(shè)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(shè)計計算等一體化的設(shè)計加工模式。（3）課程設(shè)計是以團(tuán)隊的形式來完成的，一方面鍛煉了學(xué)生的團(tuán)隊合作精神，另一方面在選擇各種機械設(shè)備以及建立各機構(gòu)之間的相互聯(lián)系的過程中，會避免出現(xiàn)盲目選擇的情況。（4）擺脫了傳統(tǒng)的僅以說明書和圖紙定成績的方式，課程設(shè)計的考核增加了答辯交流環(huán)節(jié)，鍛煉了學(xué)生的表達(dá)交流能力。

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