工程認證背景下“機械原理”與“機械設計”課程設計教學改革研究＊

黃志誠，潘金波，王興國

（景德鎮陶瓷大學 機電學院，江西 景德鎮 333000）

1 課程設計現狀與背景

工程教育專業認證（簡稱“工程專業認證”）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]。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[2]。2016 年正式加入國際工程教育組織[3]。

“機械原理”與“機械設計”課程設計是工科院校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[4]。如何對“機械原理”和“機械設計”課程設計教學進行改革，以適應工程教育認證的新要求，是擺在工科院校面前的一大挑戰。很多學者對工程教育認證背景下的“機械原理”課程教學進行了探索[5-6],也有部分學者分別對“機械原理”或設計課程設計教學改革進行了研究，還有部分學者對“機械原理”與“機械設計”綜合課程設計教學實踐進行了改革研究和探索[7-8]。目前國內的絕大部分院校都是單獨進行“機械原理”和“機械設計”的課程設計，二者各自獨立進行，互不聯系。一些重點高校，比如北京化工大學、天津大學、福州大學等已經將“機械原理”課程設計和“機械設計”課程設計結合起來，開設了“機械原理”和設計綜合課程設計。這些研究雖然提供了一些參考，但具體實施做法還沒有達成共識，仍需要進行深入研究和探討。

景德鎮陶瓷大學于2019 年全面啟動工程教育專業認證工作，機械電子工程學院的機械設計制造及其自動化專業是進行工程認證的核心專業，工程教育專業認證特別強調對學生的技術創新及工程實踐能力的培養。而“機械原理”和“機械設計”的課程設計正是培養學生創新及實踐能力的關鍵教學環節之一。對照工程教育認證標準，目前該課程在教學目標、教學內容和組織實施上都迫切需要改革提升。

2 課程設計改革措施

2.1 選題多樣化

以往在進行“機械原理”課程設計時，只是對典型機構（主要是四桿機構和凸輪機構）進行運動分析。對于“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。“機械原理”和“機械設計”的課程設計題目如此千篇一律，缺乏創新性，從而導致了學生抄襲的問題比較嚴重，不利于學生創新能力的培養，不能起到課程設計的教學目的。基于工程教育專業認證視角，將“機械原理”與“機械設計”課程設計相結合后，應以綜合性的工程設計題目為主，使其貫穿于“機械原理”和“機械設計”的整個教育環節，所選的課程設計題目理應具備綜合性、完整性和系統性，能覆蓋兩門課程的主要內容，同時體現兩者的設計要求，并能滿足兩者的主要設計內容。因此選題應基于以下原則：所選題目應覆蓋“機械原理”和“機械設計”中所學習到的知識；設計的題目應具有多樣性、創新性，以滿足各位學生的要求。這樣可以充分地發揮學生們的創造性，極大地增加學生們對課程設計的興趣和創作的積極性。基于以上原則，以景德鎮陶瓷大學為例，在擬定綜合性課程設計題目的過程中，一方面從工程實際中搜集難度適中又符合教學重點的一些有生產實踐背景的設計題目，主要是立足于極具本校特色的陶瓷機械。如顎式破碎機機構及傳動裝置設計，其包括連桿機構及帶傳動；滾壓成型機機構及傳動裝置設計，其包括連桿機構、凸輪機架及齒輪傳動等；高壓注漿機機構及傳動裝置設計，其包括曲柄滑塊機構及螺旋傳動裝置；廂式壓濾機機構設計及傳動裝置設計，其包括齒輪機構和螺旋傳動及液壓傳動等；真空練泥機，其包括齒輪機構和螺旋傳動等。其次，也可以令學生們自己選擇感興趣的課題，只要能符合上述原則皆可，這樣能充分地發揮出學生的主觀能動性，達到教學目的。

2.2 引進仿真軟件

隨著21 世紀計算機技術的飛速發展，世界制造業已經從傳統的手工制造轉型成自動化、智能化的方式。先進的三維分析、設計及制造工藝已經在企業中被廣泛地應用，當前已經步入了數字化的時代。而工科院校“機械原理”和“機械設計”的課程設計目前大都還采用在紙上進行手工繪圖的方式來開展，在教學上以經驗為主，很多學生只是生搬硬套，一味地翻《機械設計手冊》，生硬地模仿，知其然而不知其所以然，對于零件之間運動關系和裝配關系，以及為何選擇這個光滑度等這些關鍵性知識卻一無所知，這些問題的存在都不利于學生綜合機械設計能力和創新能力的培養，不符合工程教育認證視角下人才培養的要求。因此需要升級高等院校“機械原理”和“機械設計”的課程設計繪圖的工具，使其能跟上社會的步伐，滿足社會對于人才的要求。工程教育專業認證第5 條標準是“使用現代工具如系統仿真與設計軟件等技術工具進行設計與開發”，考慮到計算機在機械行業中的作用越來越重要，良好的計算機應用能力也已成為一個高級工程技術人員不可或缺的基本素質。因此引入計算機制圖軟件，加強對制圖軟件的使用，緊密與社會實踐相結合是大勢所趨。CAD、UG、Pro/E、solid-works 等軟件是當今企業中比較常用的軟件，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、直觀的特點，當學生需要設計減速器中的軸承、墊圈、螺絲等零件的時候，只需要輸入想要的零件的相關參數就能夠導出三維零件，不僅縮短了制圖時間且出錯少，還能夠更好地使學生將自己想設計的機械結構表達出來，為今后進入社會工作打下堅實的基礎。

2.3 將課程設計穿插于整個學期

大部分學校的課程設計都是在學期末的后一兩周進行集中時間式教學，但在學期末的時候學生們都需要準備考試，這樣一來就會導致學生的精力分散，不能集中精力完成課程設計，間接上也就導致了抄襲之風盛行，因此需要將這種教學模式進行改進。可以將“機械原理”和“機械設計”的課程設計進行有機融合，采用先部分分散后集中式教學模式，將課程設計的進度分為幾個階段進行，將其穿插于整個學期之中。

以景德鎮陶瓷大學為例，學校以“機械原理”和“機械設計”相融合為基點，可以在課程一開始就說明課程設計的相關事項，然后要求學生們去陶瓷機械廠廣泛收集相關的陶瓷機械，并且決定自己要做的陶瓷機械，寫成一份說明書，并且上交自己的課程設計題目說明書給教師審閱，如果教師覺得可以就以學生們確定的題目進行設計，如果不可以，則由教師從課程設計的題庫中選定題目交給學生進行設計；課程設計的第二階段可以安排在課程的中段，這段時間內學生們應對自己所選機械進行結構的設計、制圖，并且撰寫報告。教師可以在這段時間召集學生們開幾次集體匯報，了解學生的進度并為學生答疑解惑；課程設計的第三個階段可以安排在課程的最后的一、兩周，先由教師對學生設計的機械構件進行指導和糾正，最后進行答辯。這樣將兩門課的課程設計進行融合，將課程設計的時間分階段拆分方式可以使學生有更多的時間去構思、設計自己的機械設計作品，學生們也有充足的時間去修改教師指出來的錯誤點，不會出現手忙腳亂的現象，從而可以使學生們能更好地完成課程設計，培養學生們自主創新和實踐能力。

2.4 采用多方面、多角度的測評方式

基于工程教育專業認證視角下的教學實踐模式和方法的改革，在于實現自主研究式學習、啟發和討論并重的教育教學方法，以期建立在工科院校教育中缺乏的工程價值觀，激發學生的學習熱情，改變學生的學習態度，培養學生的團隊合作理念。而在“機械原理”和“機械設計”課程設計的成績測評方面，現在的院校普遍由課程設計的指導教師對學生的課程設計作品以單人評判的方式開展，測評方式非常片面且有些“閉門造車”，因此改進測評方式勢在必行。以景德鎮陶瓷大學為例，基于工程教育專業認證的要求，可以從多方面考慮，綜合性評價學生的課程設計成果，比如可以將評判標準分解為選題的創新度、軟件制圖的優劣、設計方案的合理性、學生對自己設計方案的理解程度等諸多方面來進行測評，這樣可以使學生更加注重課程設計中的每一個環節，更加全面了解自己設計作品中的知識點。其次，也可以在最后開展作品答辯會，答辯時可以采取教師、學生共同測評的方式進行，以教師的測評成績為主，學生的測評成績為輔，比如教師占80%，學生占20%。這種測評方式可以使每一位答辯的學生在更加深刻地了解自己所設計的機械作品的同時也能更好地吸收其他學生的一些創新點，這對所有學生而言也是一種學習的過程，能起到集思廣益的作用，對于學生創新意識、自主設計能力的提升具有深刻的意義。

3 總結

基于工程教育專業認證視角，將“機械原理”和“機械設計”課程設計相結合的教學方式對于學生建立積極的工程價值觀，激發學生的學習熱情，增強學生的團隊合作意識具有促進作用，且能夠有效地提升學生的工程實踐能力和自主創新能力。針對目前“機械原理”和“機械設計”的課程設計中存在的問題，從選題、繪圖方式、時間安排和測評方式這四個方面入手，融入新的教學實踐模式和方法，希望能對推進課程設計的改革有幫助。希望在工程教育專業認證的視角下，培養更多的具有創新能力和實踐能力的學生，為推進中國新工業的建設貢獻自己的力量。