工程教育專業(yè)認證背景下機械設(shè)計課程教學(xué)改革探討

宮霞霞　劉麗　朱曉東　鄧嫄媛　莫莉

［摘 要］文章結(jié)合成都大學(xué)機械設(shè)計課程教學(xué)現(xiàn)狀和機械工程專業(yè)認證標(biāo)準(zhǔn)要求，將成果導(dǎo)向教育這一先進理念引入機械設(shè)計課程的教學(xué)之中，從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)大綱及教學(xué)內(nèi)容、課堂教學(xué)形式、實驗課時、考核形式等方面探索進行課程教學(xué)改革。教師應(yīng)貫徹工程教育專業(yè)認證理念，以學(xué)生為中心，改革課堂教學(xué)形式，根據(jù)解決復(fù)雜工程問題的畢業(yè)要求進行教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整，引入實物案例以及與實訓(xùn)相結(jié)合的教學(xué)方法。

［關(guān)鍵詞］機械設(shè)計；工程教育專業(yè)認證；教學(xué)改革

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）14-0058-04

一、工程教育專業(yè)認證的意義

《華盛頓協(xié)議》是1989年由美國等6個國家的民間工程專業(yè)團體發(fā)起并簽署的針對國際上本科工程學(xué)歷資格互認的一條非官方條款，簽約成員互認本科工程學(xué)歷，并制定了基于協(xié)議的工程教育專業(yè)認證標(biāo)準(zhǔn)[1-2]。我國自2006年開始工程教育認證試點工作，2016年成為《華盛頓協(xié)議》的正式成員，這大力推進了我國高等教育尤其是工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高[3]。隨著高等教育的發(fā)展，我國眾多院校特別是工科院校都投入專業(yè)認證工作中。成都大學(xué)機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)經(jīng)過長時間的準(zhǔn)備工作，現(xiàn)已通過工程教育專業(yè)認證。工程教育專業(yè)認證是一個以評促建的工作，因此重點是要進行建設(shè)才能夠參與認證。在機械設(shè)計制造及其自動化工程教育專業(yè)認證建設(shè)過程中需遵循工程教育專業(yè)認證以學(xué)生為中心（Student?centered）、結(jié)果導(dǎo)向教育（Outcome?based Education）、持續(xù)改進（Continuous?quality Improvement）的核心理念；實現(xiàn)由教為主導(dǎo)到學(xué)為主導(dǎo)的轉(zhuǎn)變，從知識輸入向教育產(chǎn)出轉(zhuǎn)變，從內(nèi)部封閉式質(zhì)量管理向內(nèi)外聯(lián)動式質(zhì)量保障轉(zhuǎn)變[4-6]；擯棄傳統(tǒng)的以知識傳授為主的教學(xué)，加強學(xué)生的能力培養(yǎng)，注重提高學(xué)生的綜合能力[7]。

二、當(dāng)前機械設(shè)計課程教學(xué)形式及其存在的問題

機械設(shè)計課程是機械工程專業(yè)學(xué)生在本科階段一門非常重要的專業(yè)課程，是其專業(yè)學(xué)習(xí)過程中接觸到的第一門專業(yè)課，能夠奠定其專業(yè)能力的基礎(chǔ)。為適應(yīng)工程教育專業(yè)認證，需對該門課程進行教學(xué)目的、教學(xué)方案改革。機械設(shè)計課程是一門涉及眾多學(xué)科的綜合專業(yè)基礎(chǔ)課，沒有足夠的學(xué)時將無法展開細致的教學(xué)工作。之前成都大學(xué)機械設(shè)計課程及其實驗課時雖融合在一起，但是由于課程知識散亂，導(dǎo)致實驗與課程知識的銜接較差。此外，實訓(xùn)課與理論課是分開各自獨立的，由實際情況可以看出，部分學(xué)生由于缺乏實訓(xùn)而在理論課上對知識掌握不夠好，而分學(xué)期獨立的實訓(xùn)課由于實訓(xùn)時間與理論課時間距離較遠，學(xué)生容易由于遺忘或基礎(chǔ)薄弱等原因?qū)е聦嵱?xùn)缺乏很好的理論支撐，實訓(xùn)效果不理想，最終導(dǎo)致學(xué)生解決工程實際問題的能力欠佳。同時課程題目以及考核方式傳統(tǒng)單一也是機械設(shè)計課程教學(xué)過程中學(xué)生學(xué)習(xí)主觀能動性不強的一個重要原因[8]。

三、教學(xué)改革具體措施

學(xué)科是知識體系的綜合，學(xué)科結(jié)構(gòu)即知識結(jié)構(gòu)，因此，要完善學(xué)生的知識體系，就要改進學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)。當(dāng)下在工程教育專業(yè)認證背景下，需要切實對機械設(shè)計課程教學(xué)形式進行改進。本文主要從以下幾個方面進行研究。

第一，教學(xué)目標(biāo)。本課程教學(xué)目標(biāo)是提高學(xué)生理論結(jié)合實際的能力，增強其解決復(fù)雜問題的能力，以幫助其適應(yīng)未來工作需求。傳統(tǒng)的教學(xué)是以課本知識傳授為主的教學(xué)活動，而機械設(shè)計是具有極強實踐性要求的課程。通過對教學(xué)目標(biāo)進行調(diào)整，將以課本知識為目標(biāo)的教學(xué)改成以設(shè)計活動本身為目標(biāo)的教學(xué)，可以在很大程度上激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情并與工程教育的教學(xué)目標(biāo)相匹配。

第二，教學(xué)大綱及教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)大綱的設(shè)計基于工程教育理念，以工程教育專業(yè)認證目標(biāo)為宗旨。教學(xué)大綱是教學(xué)活動的指導(dǎo)性文件，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)要求對教學(xué)內(nèi)容進行調(diào)整規(guī)劃，實現(xiàn)對工程教育專業(yè)認證標(biāo)準(zhǔn)的全覆蓋。

第三，教學(xué)形式。以學(xué)生為本、以案例為導(dǎo)向，將實訓(xùn)課程與理論課程合二為一；根據(jù)教學(xué)目標(biāo)要求在理論課中增加設(shè)計活動，活動內(nèi)容與理論知識相結(jié)合，引進案例教學(xué)。

第四，實驗課時。增加實驗課時。實驗課程設(shè)計有減速器拆裝實驗、示教板實驗、插齒機實驗、動壓滑動軸承實驗等。設(shè)計活動需要有實驗支撐，需要學(xué)生增強動手能力，多實驗的教學(xué)活動可以加強學(xué)生將理論與實際相結(jié)合的能力以及解決復(fù)雜工程問題的能力。

第五，考核形式。采用適應(yīng)工程教育以培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力為目的的考核形式，設(shè)置卷面測試、實驗測試、實訓(xùn)測試相結(jié)合的綜合考評。

（一）依據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)制定教學(xué)目標(biāo)

工程教育專業(yè)認證的基本理念是以學(xué)生為中心、成果為導(dǎo)向，因此學(xué)科課程在建設(shè)的過程中需要以成果即以畢業(yè)要求為標(biāo)準(zhǔn)，并要求各個院校參與認證的專業(yè)以專業(yè)認證標(biāo)準(zhǔn)作為建設(shè)基準(zhǔn)，以覆蓋專業(yè)認證的12條標(biāo)準(zhǔn)為基本要求。為滿足工程教育專業(yè)認證需求，成都大學(xué)機械工程學(xué)院制定了15條畢業(yè)要求，覆蓋了工程教育專業(yè)認證標(biāo)準(zhǔn)（如表1所示）。

根據(jù)與本課程相關(guān)的畢業(yè)要求（如表2所示），機械設(shè)計課程的課程目標(biāo)需要由簡單的理論知識傳授、完成實驗內(nèi)容、完成實訓(xùn)任務(wù)轉(zhuǎn)向完成綜合理論知識實驗以及實訓(xùn)任務(wù)，要求學(xué)生在完成實訓(xùn)任務(wù)的過程中結(jié)合實驗內(nèi)容掌握理論知識體系，由簡單的掌握個體知識內(nèi)容轉(zhuǎn)變成掌握系統(tǒng)知識體系，從而實現(xiàn)以學(xué)生為中心的教學(xué)模式。其具體實現(xiàn)方法為采用以簡單實物案例為導(dǎo)向的機械設(shè)計課程學(xué)習(xí)方式，即通過對傳統(tǒng)機器部件的功能結(jié)構(gòu)進行分析，拆解其結(jié)構(gòu)并進行分類總結(jié)，與傳統(tǒng)機械設(shè)計主要學(xué)習(xí)內(nèi)容相契合。

（二）優(yōu)化教學(xué)大綱，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容

采用教學(xué)目標(biāo)中提出的以實物案例為導(dǎo)向的機械設(shè)計學(xué)習(xí)方式，在教學(xué)大綱的設(shè)置中貫徹案例教學(xué)的思想，綜合課程理論知識、實驗內(nèi)容、實訓(xùn)任務(wù)于一體。如圖1所示，課程設(shè)置入門減速器拆裝實驗，讓學(xué)生了解減速器的基本構(gòu)成，了解每一部分構(gòu)件的基本結(jié)構(gòu)，進而根據(jù)所見所得將零件進行歸類，劃分成課本知識所對應(yīng)的連接類零件、傳動類零件、軸套類零件、箱體箱蓋類零件以及其他，最后總結(jié)出產(chǎn)品的設(shè)計過程以及零件或材料在使用過程中的特性。讓學(xué)生模塊化學(xué)習(xí)各個部分相對應(yīng)的內(nèi)容，各部分學(xué)習(xí)過程中結(jié)合示教板觀摩實驗，以便學(xué)生能夠理論結(jié)合實際掌握各種零件的結(jié)構(gòu)及性能特點。在傳動類零件的學(xué)習(xí)過程中加入齒輪插齒試驗，便于學(xué)生復(fù)習(xí)齒輪的工作原理，并通過插齒機的結(jié)構(gòu)了解掌握涉及的常用傳動件。軸套類零件的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生結(jié)合動壓滑動軸承實驗掌握滑動軸承，并對比學(xué)習(xí)滾動軸承以及軸的設(shè)計。箱體類零件的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生根據(jù)實際減速器箱體結(jié)構(gòu)結(jié)合鑄造課程內(nèi)容掌握箱體類零件的設(shè)計要求。在整個教學(xué)過程中貫徹以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，將“鍵、膠接鉚接焊接、聯(lián)軸器、彈簧”作為自學(xué)內(nèi)容，納入考核內(nèi)容，作為培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力的重要手段。最后，總結(jié)一臺完整的減速器的設(shè)計過程、設(shè)計方法，每一種零件在設(shè)計的過程中需要考慮的各種性能要求，可由學(xué)生自行查詢資料并經(jīng)教師總結(jié)歸納，最終完成設(shè)計一臺減速器的機械設(shè)計課程綜合實訓(xùn)。

如此將理論知識與實驗實訓(xùn)相結(jié)合的課程模式需要更多的課時來完成相應(yīng)的教與學(xué)，并且課堂形式并非局限于教師講述學(xué)生聽講的教室模式，根據(jù)課程需求，課程完成地點可以是教室，也可以是設(shè)計室，還可以是實驗室，由內(nèi)容決定形式，不局限于某一種形式。結(jié)合工程認證對課程的要求，依據(jù)學(xué)校對培養(yǎng)方案設(shè)置的原則框架，考慮到課程設(shè)置應(yīng)能夠支持培養(yǎng)目標(biāo)的達成，同時聽取專家的意見，機械設(shè)計課程內(nèi)容構(gòu)成及學(xué)時分配如表3所示。

（三）改進課堂教學(xué)形式

工程教育專業(yè)認證的基本理念之一是以學(xué)生為中心，因此課堂將不再是教師的主場，教師的作用只是輔助學(xué)生學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)的主體是學(xué)生。第一，依托教學(xué)平臺建立學(xué)生自主學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)模式，例如目前正在推行的MOOC（慕課）課堂，學(xué)生可以自主在教學(xué)計劃時間要求內(nèi)安排學(xué)習(xí)時間在學(xué)習(xí)平臺進行學(xué)習(xí)，與之相對應(yīng)的課堂教學(xué)由教師組織，學(xué)生討論研究或?qū)嵺`學(xué)習(xí)內(nèi)容，由教師引導(dǎo)及答疑，課堂形式可以是討論也可以是解決由教師提前準(zhǔn)備的某一實踐問題。第二，課堂不局限于教室，可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)條件，在實驗室、實訓(xùn)中心或由校企合作單位提供的實習(xí)場地進行教學(xué)，真正實現(xiàn)以學(xué)生為主，把課堂從教室引出去，搬到工程實訓(xùn)當(dāng)中，讓學(xué)生真正在實際生產(chǎn)中學(xué)習(xí)機械設(shè)計相關(guān)知識，使抽象的知識具象化，更便于學(xué)生理解與吸收。同時，學(xué)生面對的課堂即為畢業(yè)之后面對的工作環(huán)境，這就實現(xiàn)了學(xué)習(xí)和生產(chǎn)的無縫銜接，也可以縮短畢業(yè)后工作前的工廠實習(xí)時間，以便畢業(yè)生更快地進入生產(chǎn)。

（四）增加實驗課時

機械設(shè)計課程有4個主要實驗，其中減速器拆裝實驗中的減速器基本包含了機械設(shè)計課程主要內(nèi)容，是實現(xiàn)案例導(dǎo)向教學(xué)的重要鋪墊，適合在課程之初進行；插齒機是對應(yīng)齒輪傳動部分的實踐模型，可以清楚地展示齒輪成型過程，同時插齒機本身也是集各種傳動模式于一體的整機模型，有利于學(xué)生了解實際傳動方式的工作情況；動壓滑動軸承實驗是對應(yīng)滑動軸承實驗特性的一個實驗，可以讓學(xué)生通過親手操作，體會軸承工作特性；機械設(shè)計示教板實驗室展示的內(nèi)容貫穿整個教學(xué)過程，實驗課與理論課相結(jié)合貫穿整門課的學(xué)習(xí)過程。與上文提到的課堂教學(xué)形式改進相結(jié)合，將課堂搬進實驗室。

（五）制定考核形式

考核成績由卷面成績、實訓(xùn)成績、實驗成績、平時成績四部分構(gòu)成，其分配比例如表4所示。其中，卷面考核主要考核基本理論掌握情況，保證學(xué)生有扎實的理論基礎(chǔ)；實訓(xùn)考核涉及減速器拆裝、設(shè)計計算問題以及減速器結(jié)構(gòu)表達，從實際著手考查學(xué)生的動手能力和理論結(jié)合實際的能力，最終鍛煉其解決實際問題的能力，同時通過減速器結(jié)構(gòu)表達培養(yǎng)其表達復(fù)雜機器結(jié)構(gòu)的能力，加強其對減速器機械結(jié)構(gòu)的掌握；實驗考核主要考查學(xué)生動手能力，促進學(xué)生對理論課程中的知識加深理解；平時成績涉及平時出勤以及作業(yè)情況，能夠督促學(xué)生認真對待課程。

四、總結(jié)

本文依據(jù)工程教育專業(yè)認證評估要求進行了機械設(shè)計課程教學(xué)改革探索，嘗試了教學(xué)大綱的大幅度調(diào)整，很大程度上對本門課程進行了綜合擴容，提出了理論內(nèi)容與實踐內(nèi)容相結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容改革，并且以多樣化的課堂教學(xué)形式提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時一改傳統(tǒng)以卷面考核為重點的考核形式，將重心轉(zhuǎn)移到實踐能力的提高上來。以上改革都是基于以成果為導(dǎo)向的教育理念，為后續(xù)專業(yè)認證相關(guān)建設(shè)工作奠定了基礎(chǔ)。

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［責(zé)任編輯：周侯辰］