基于項目驅動的機械精度設計課程改革實施方法

黃 強 陳世平 唐毅鋒 李志立

（重慶理工大學 重慶 400054）

0 引言

將工程教育專業認證理念真正融入到機械專業課程教學改革當中，切實培養和提高學生的工程素質和創新能力，涉及教學目標與內容、教學方法與手段、評價與改進機制等方面的教學改革與實踐。對于機械類學科，各高校的教學改革與探索大致分為兩個層面：一是針對機械專業的課程體系，二是針對主要的專業課程，如機械設計、機械制造裝備設計、機械制圖、機械制造工藝學、機械制造基礎、實踐教學體系、機電傳動控制等。作為一門連接機械設計與制造的橋梁課程，“機械精度設計”（即傳統課程“互換性及測量技術基礎”），其面向工程教育專業認證的課程設計與實施，卻少見分析與討論。本文以該課程近10年的教學改革實踐為基礎，探討基于項目驅動的課程設計與實施要點。

1 工程教育專業認證要求與傳統課程教學方法

1.1 工程教育專業認證對課程相關知識及能力的要求

后續敘述均以本校“機械設計、制造及其自動化”專業為例。根據本專業人才培養目標，制定出本專業學生具體的畢業要求，其中的能力要求共包含12個評價（考核）指標點，由本課程支撐的指標點共3個：

指標點1-4：掌握機械制造原理與技術、機械精度設計等知識，能將其用于制造系統、制造模式的決策選擇，合理擬定零部件的制造工藝和方法。

指標點3-2：能夠運用機械制造的相關原理與方法，針對制造過程中出現的復雜工藝問題設計解決方案，進行滿足特定使用要求的機械制造工藝的設計。

指標點8-2：理解相關的職業法律法規，遵守專業原則，應用設計、制造和工業自動化領域相關行業標準，開展機械設計、機械制造、工業自動化領域的實踐。

1.2 “機械精度設計”課程教學目標

以上述三個畢業能力要求指標為依據，結合本課程與其它相關課程（前導課程后后續課程）的知識能力關系，確定本課程的三個具體教學目標：

（1）掌握機械精度設計的基本理論、相關國家標準及基本設計方法，能將其用于既定制造系統和制造模式的決策選擇，機構圖和裝配圖設計結果具有較好的制造和裝配工藝性。

（2）具備在機構圖、裝配圖及零件圖設計中應用相關知識，對減速器的不同精度設計方案進行正確的技術經濟、環保性等指標評估并決策的能力，設計結果符合實際的工藝性和成本要求。

（3）具有在機械精度設計過程中遵守專業原則及相關國家標準的意識和作風。

1.3 傳統的課程教學設計與實施問題

本專業目前開設的“機械精度設計”課程，即傳統的“互換性及測量技術基礎”，是絕大多數理工院校相關專業開設的經典專業基礎課程之一。也正因為其“經典”性，各高校對該課程的教學環節設計與實施，雖不盡相同但一致性很強。對照工程教育專業認證要求可以發現，該課程的教學設計與實施中存在明顯的問題，主要體現為下列兩個方面：

（1）教學目標的聚焦差異。工程教育專業認證強調的是能力要求，而傳統的教學及考核方法，以知識掌握為重點的特征十分明顯。

（2）教學目標與保障手段的系統性脫節。傳統的課程教學大綱中，明確提出了“培養及提高學生的精度設計能力”教學目標，但課程設計與實施中，缺乏針對能力培養的訓練環節和考核方式，這一教學目標的“虛設”成分較大。

綜上所述，課程的改革，應當從聚焦目標和系統保障兩個方面入手。

2 課程改革思路及實施方案

2.1 課程改革思路與設計原則

課程的三個教學目標（詳見1.2）均為能力培養目標，因此，在課程設計中必須首先確立第一個原則：能力培養為核心的原則。牢固樹立“能力是練出來的，絕不可能是講課講出來的”理念。所以，用“機械精度設計”代替“互換性及測量技術基礎”，重點不在課程名稱的變更，而是教學目標的歸位，是用“培養機械精度設計能力”代替“掌握互換性及測量技術基礎知識”的重大變革。在此基礎上，重新規劃和設計各個教學環節。

工程設計都有固有的設計工作流程，因此，在課程設計應當遵循的第二個設計原則為：課程的教學工作流程與工程實踐中的機械精度設計流程盡可能地保持一致。只有這樣，才能使學生通過課程的學習與訓練，真正具有課程要求的工程設計能力。

課程三個能力培養目標的考核，既是對本期各位學生學習訓練效果的評定，也是教師下一期教學改進的主要依據，所以，應遵循考核方式與訓練方式的一致性原則。

2.2 以項目作業驅動的課程教學

為滿足上述三個設計原則，課程需要選擇一個典型的機械裝置設計項目作為機械精度設計教學的載體，用這一個工程項目的設計驅動整個課程的教學工作。課程的教學內容和進度，按項目進展的需要安排。本課程選取了一個一級齒輪減速器的設計作為設計載體，圖1是其機構示意圖。項目作業分為7次，與實際設計流程保持一致，并涵蓋3個課程教學目標。

項目作業1：要求徒手繪制圖1所示機構圖并選擇主要的幾何公差。授課中需復習和補充相關專業知識，如“機械設計/制造流程及其機械精度設計在其中的作用與地位”、機構圖畫法、主要幾何公差及標注等。

項目作業2：要求徒手繪制圖1所示機構圖對應的裝配圖，并完成所有配合公差設計（選擇）。項目訓練基礎為通過授課及自學，了解和初步掌握尺寸公差與配合基本概念、設計原則及方法。

項目作業3、4、5、6：根據上述裝配圖設計結果進行典型零件設計，分別為軸、箱體、端蓋及齒輪。精度設計主要包括尺寸公差、幾何公差及表面粗糙度設計。項目訓練基礎為通過授課及自學，了解和初步掌握幾何公差和表面粗糙度的基本概念、設計原則及方法，并補充不同類型零件的加工工藝特點。

項目作業7：光滑極限量規設計。從上述典型零件中選取測量項目，授課完成基本設計方法的學習。

圖1：一級齒輪減速器機構示意圖

2.3 考核方式與課程目標的對應

課程的3個教學目標通過平時練習及期末閉卷考試成績進行評定。

期末考試試卷總分80分，分為兩個大題，第一大題對應教學目標1，即機構圖設計、裝配圖及其配合設計，與項目作業1和2保持一致性，分值30分；第二大題對應教學目標2，為指定要求的配合設計、典型零件的零件圖設計以及指定極限量規設計，與項目作業3至7保持一致性，分值50分。

平時作業總分20分，由7次項目作業及3次基本練習作業的平均成績評定。該成績的評定指標主要包括：提交作業準時性、作業內容及步驟的完整性、作業認真程度、繪圖及標注的工整清楚程度以及嚴格遵守課程相關國家標準的程度。

3 結論

將一個工程設計項目按照常規的設計流程劃分為7次對應的項目作業，以此驅動“機械精度設計”課程的所有教學及考核環節，形成了工程訓練為主體的課程教學體系和方法，真正實現了工程教育專業認證對本課程提出的三個能力培養目標。