基于工程教育專業(yè)認證的機械制造裝備設計課程教學改革探索與實踐
——以湖南工程學院機械設計制造及其自動化專業(yè)為例

白 泉，魏克湘，王高升，關躍奇

(湖南工程學院 機械工程學院，湖南 湘潭 411104)

基于工程教育專業(yè)認證的機械制造裝備設計課程教學改革探索與實踐
——以湖南工程學院機械設計制造及其自動化專業(yè)為例

白 泉，魏克湘，王高升，關躍奇

(湖南工程學院 機械工程學院，湖南 湘潭 411104)

以學生為中心，以培養(yǎng)能力為導向，針對湖南工程學院機械工程學院辦學定位，結(jié)合工程教育專業(yè)認證，對教學內(nèi)容、教學方法和考核模式進行教學改革探索與實踐，從而提高學生運用理論知識解決復雜機械問題能力和加強創(chuàng)新思維學生的培養(yǎng)，促成培養(yǎng)目標的達成。

工程教育；專業(yè)認證；機械制造裝備設計；課程改革

目前，我國本科高校中開設工科專業(yè)的就有1047所，占本科院?？倲?shù)91.5%，高等工程教育的本科在校生452.3萬人，研究生60萬人，占院校本科以上在校生規(guī)模的32%，我國的工程教育規(guī)?？胺Q世界第一，但工程人才質(zhì)量的國際排名卻連續(xù)多年處于落后水平。為了提升國際競爭力，促進我國工程教育的國際互認，迫切需要進行改革。在國際人才市場上，工程人才及其執(zhí)業(yè)資格的互認都是通過高等工程教育專業(yè)認證的相關標準進行衡量的?！豆こ探逃J證標準》中更是明確要求工程教育要以學生為中心，以能力培養(yǎng)為導向。[1,2]這就具體到課程體系、每門課程的課程內(nèi)容、目標都應圍繞著學生、圍繞著能力培養(yǎng)來組織和持續(xù)改進。[3]

機械制造裝備設計是機械設計專業(yè)學生必須掌握的一門重要專業(yè)課程，是以機械工程材料、機械原理、材料力學、機械設計和機械制造工藝學等為先修課程的基礎上，還要學習金屬切削機床設計、典型部件設計、工業(yè)機器人設計、機床夾具設計、物流系統(tǒng)設計和機械加工生產(chǎn)線總體設計等專業(yè)理論知識。[4,5]這門課程實踐性強，涉及知識面廣，教學內(nèi)容組織上有很強的針對性和實用性，在教學過程中需要注重對學生解決實際問題能力的培養(yǎng)以及強化學生的工程意識，使學生具備機械制造裝備一般產(chǎn)品的設計能力。湖南工程學院是一所地方應用型大學，培養(yǎng)的是工程應用型人才，機械工程學院著重培養(yǎng)的也是服務生產(chǎn)一線的機械類現(xiàn)場工程師，結(jié)合工程教育專業(yè)認證標準的要求，切實支撐專業(yè)認證和學生能力全面提升為目標，針對調(diào)整教學內(nèi)容、改進教學方法、改變考核模式等方面進行相應的教學改革探索與實踐。

一 以學生為本，分析機械制造裝備設計教學現(xiàn)狀

根據(jù)教學計劃將機械制造裝備設計這門課程開設在大學的最后階段，這個時候?qū)W生的學情是有的正在為1月份的研究生入學考試而奮斗，有的學生則忙于找工作，努力奔波于各大校園和招聘會。而機械制造裝備設計這門課程又是機械設計制造及自動化專業(yè)(以下簡稱機設專業(yè))非常重要的一門專業(yè)課，其中的課程有些知識點在學生工作中面試、考研復試都會被提及，比如：夾具的定位、傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速級數(shù)等。而目前的機械制造裝備設計教學現(xiàn)狀是單一、灌輸式教學方法，學生就會缺乏積極性，興趣不高，產(chǎn)生厭學，抬頭率和點頭率降低；教學內(nèi)容也出現(xiàn)了課時少，內(nèi)容多的矛盾，導致知識面覆蓋廣，學生學習難度大，教學效果不理想；教學環(huán)節(jié)相應的也減少，勢必影響到學生的動手能力而與社會需求脫節(jié)；考核評價也單一，使得大部分學生考前突擊，為考試而考試，這些都會影響到學生創(chuàng)新能力的發(fā)展。[6，7]

二 基于專業(yè)認證需求，探索機械制造裝備設計的教學改革

基于工程專業(yè)認證通用標準和機械類專業(yè)認證補充標準，結(jié)合學生的現(xiàn)狀分析，以學生為中心，對機械制造裝備設計進行改革，以培養(yǎng)能力為導向，加強機械類學生的動手能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

(一)根據(jù)機設專業(yè)特色定位，整合與優(yōu)化教學內(nèi)容

課程教學內(nèi)容的整合與優(yōu)化應緊扣工程型人才培養(yǎng)目標，以專業(yè)目標為導向，刪繁就簡，即對沒有支撐學生能力的知識點進行刪除，著重講授能培養(yǎng)學生能力的要點。針對學校專業(yè)特色的定位，考慮到課時少和內(nèi)容多的沖突以及教學環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)，對整本書的內(nèi)容進行調(diào)整，分模塊教學。將課程教學分為理論教學和實踐教學環(huán)節(jié)。理論教學分兩個模塊，分別是機床設計模塊和夾具設計模塊。 機床設計模塊主要以分析傳動系統(tǒng)設計內(nèi)容為核心，并對現(xiàn)代機床如數(shù)控機床、組合機床、機器人等的最近發(fā)展狀態(tài)進行知識擴展。[6]夾具設計模塊則是緊扣夾具的結(jié)構(gòu)組成和工作原理為重點內(nèi)容介紹，探討各組成部分以及整體的設計，輔以介紹柔性制造系統(tǒng)和其他的現(xiàn)代夾具裝置，如：組合夾具、成組夾具等。

與之相對應的實踐教學環(huán)節(jié)也分為兩步，一步是進行機床的結(jié)構(gòu)認識實驗(綜合性實驗)，一步是進行夾具拆裝分析(為后面的工藝工裝課程設計、綜合實訓打基礎)。由于學校實驗室有充足的課程實驗條件，具有各種類型的傳統(tǒng)機床和先進的數(shù)控機床與加工中心，最近還引進了柔性制造系統(tǒng)。綜合性實驗開設了車床結(jié)構(gòu)認識與拆裝、主傳動系統(tǒng)拆裝、滾齒加工等。對于夾具拆裝可以作為大作業(yè)的性質(zhì)布置，準備四套完整的工件加工夾具，學生分為四組，每組學生選定一套夾具，通過拆裝夾具，分析出定位方案和夾緊方案，并把這套夾具的圖紙完成出來，最后這組同學把這個工件的加工過程卡完成上交。這種實踐教學方式能充分調(diào)動學生主觀能動性，增加學生的參與度，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，增強團隊合作意識，更好地運用理論知識解決復雜機械問題能力的訓練。

(二)改進教學方法，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力

根據(jù)我校機設專業(yè)培養(yǎng)學生的定位是服務生產(chǎn)一線的機械工程師，為了突出專業(yè)特色，結(jié)合機械制造裝備設計教學內(nèi)容，進行相應的教學方法改進。

由于機械制造裝備設計是幾門課程的濃縮，存在著教學內(nèi)容多與課時少的矛盾?？梢越柚n程群的網(wǎng)站等，把教學資料(包括教學PPT，教學視頻，習題、試卷等內(nèi)容)提前放到網(wǎng)站中，給學生提供一個自學的平臺，課堂上就可以減少授課教學內(nèi)容的時間，可以補充一些最新技術發(fā)展動態(tài)及新型機床設計技術。增加了與學生交流、討論互動的時間，及時了解到學生學習的情況，借機可以傳授學生遇到實際工程問題如何解決。采用提出問題(原設計不足)、分析問題(對策)、解決問題(新設計)三部曲的方法進行授課，講述設計的理念和思路，調(diào)動學生的學習積極性，變被動為主動，通過教師的啟發(fā)而得出結(jié)論。比如在講述夾具的定位元件——支承板，它分為不帶斜槽和帶斜槽兩種，不帶斜槽支承板存在缺陷，如何克服缺陷，想出對策，通過平板式支承板到臺階式支承板的設計，最后到斜槽式支承板的設計，加深了學生對于服務生產(chǎn)一線機械工程師的感性認識，培養(yǎng)了他們創(chuàng)新思維的能力。另外，還可以安排現(xiàn)場教學，特別是對于實踐性要求高的內(nèi)容，比如第二章的機床主傳動系統(tǒng)設計部分、第五章的機床夾具定位方案、夾緊方案的選取，是需要結(jié)合現(xiàn)場討論和動手實踐使實驗內(nèi)容與課程理論緊密結(jié)合。還可以安排企業(yè)老師上課，可以選擇教學中的一些內(nèi)容來實施，比如導軌的設計?；蛘吲e辦學術講座等多種教學方法來進行，增大了課堂信息量，提高了課堂教學質(zhì)量，豐富了學生的知識面，增強了學生對機械制造過程的感性認識，對學生的創(chuàng)新思維培養(yǎng)和解決復雜問題發(fā)揮了積極的作用。

(三)基于專業(yè)認證需求，改變考核方式

根據(jù)工程教育專業(yè)認證要求，為了提高學生學習積極性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，促成培養(yǎng)目標的達成，克服學生考前突擊，重理論、輕實踐等不利現(xiàn)象，必須改變以前單一的考核方式，可以采用期末考試+過程考核的方式進行?！皺C械制造裝備設計”課程為考試課，以前學生的考核成績由期末考試和平時成績兩部分組成，同時期末考試主要以卷面成績?yōu)橹?，所占比例?0%，平時成績所占比例為30%(出勤10%、作業(yè)10%、實驗10%)。這種考核方式與我們的培養(yǎng)目標相悖，對學生的綜合能力培養(yǎng)和考核都達不到預期效果。

期末考試中試卷方面需要進行改變，可以盡量采用減少客觀題或無客觀題，將主觀題和綜合應用題型的比例適當增大，使之占整個卷面成績的80%左右。同時為了更全面地了解學生自己掌握本課程的情況以及是否達到了培養(yǎng)能力，期末試卷可以采取由學生出題目，教師進行把關并對期末試卷分數(shù)進行各章節(jié)的內(nèi)容比例分配，特別是在第二章的主傳動系統(tǒng)設計這一部分和第五章夾具設計的分數(shù)比例相應要加大，還要注意能反映學生綜合能力并能拉開學生成績的綜合應用題。在過程考核成績方面，包括大作業(yè)、實驗實踐、平時表現(xiàn)以及平時作業(yè)及出勤，形成綜合全面的考核，這個考核過程是伴隨整個教學過程的，可以激發(fā)學生學習的積極性并提高學習效果和教學質(zhì)量，對學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)也是有益的。過程考核中與以前的平時成績相比，添加了大作業(yè)這一項，大作業(yè)是設計性的，與實際工程問題聯(lián)系起來布置作業(yè)，時間跨度長，與各章節(jié)教學內(nèi)容相匹配、教學進度同步。實驗實踐中會增加答辯環(huán)節(jié)，可以更全面地掌握學生對理論知識的實際應用能力和綜合設計能力情況。平時表現(xiàn)包含了課堂提問和讓學生參與教學，課堂提問能增加學生與教師的互動，學生參與教學可以提高學生的積極性和鍛煉學生的語言能力、分析理解能力，保證學生在教學中的主體地位。比如，選第三章中的導軌部件設計，讓學生對教學內(nèi)容提前熟悉，準備PPT并在講臺上進行授課，再由下面的學生進行點評以及課堂中回答問題，平時作業(yè)是根據(jù)教師精選出的課后習題進行課后復習，便于后續(xù)內(nèi)容的開展，出勤是考核個體學生的學習態(tài)度和積極性。同時應適當減少期末考試試卷成績(期末考試試卷成績占60%)所占比例加大過程考核比例(大作業(yè)10%、實驗實踐10%、平時表現(xiàn)15%以及平時作業(yè)及出勤5%)。

三 教學改革實施效果

經(jīng)過一段時間的教學改革實踐，效果初顯，課堂上的低頭率降低了，抬頭率和點頭率上來了，大家的積極性得到了提高，課堂上的氣氛也是非常活躍，充分體現(xiàn)出了學生的主體地位，由被動學習轉(zhuǎn)變?yōu)榱酥鲃訉W習。整合優(yōu)化后的教學內(nèi)容、教學方法的改進以及采用了新的考核方式，突出了平時學習的重要性，使得個人素質(zhì)和整體素質(zhì)以及創(chuàng)新能力都得到了提高，在期末考試成績方面，以前學生的卷面成績及格率低，并入平時成績后，才能及格，分數(shù)拉不開，而改革之后，學生的考試成績普通提高，及格率大大提高，并反映出了學生的能力和水平，成績分布上更是得以科學的體現(xiàn)，更趨合理。在課程設計方面，做出的夾具也會增加自己的想法和創(chuàng)新思維，怎樣才能使夾緊更快速和方便，夾具結(jié)構(gòu)不復雜，工藝性好，不再以完成設計任務為主要目的。在課堂教學方面，由于課堂提問和學生參與課堂教學(上臺當老師)，增加了學生的自信和體現(xiàn)他們的主體地位，鍛煉了學生的語言表達能力，極大地克服了工科生只會做不會說的缺點。在參加全國、全省的挑戰(zhàn)杯、機械設計創(chuàng)新大賽、大學生工程訓練綜合能力競賽、三維數(shù)字化創(chuàng)新設計大賽和各類科技創(chuàng)新立項中，參與人數(shù)超過了60%以上，拿獎的人數(shù)也相應的增加了不少，國家獎勵和省級一等獎勵都有了歷史性突破。在企業(yè)實習時，有的學生會根據(jù)自己所學的知識，提出想法，為工廠解決了一些棘手的問題，比如優(yōu)化工藝和工裝夾具的設計以及專機設計之后投入使用等。

四 結(jié) 論

為適應工程教育專業(yè)認證標準，把學生放在主體地位，給學生以有力的引導，加強目標導向，根據(jù)目前機械制造裝備設計課程教學的現(xiàn)狀，針對機械工程學院機械設計制造及自動化專業(yè)辦學特色，進行了一系列教學改革探索與實踐。通過整合優(yōu)化教學內(nèi)容、教學方法的改進和考核方式的改變等改革措施來組織和持續(xù)改進，激發(fā)了學生的學習興趣，增強學生的動手能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維，提高學生運用所學理論知識解決實際工程問題的能力。以學生為本，符合專業(yè)定位，培養(yǎng)出的學生具備扎實的理論基礎和較強的動手能力，成為滿足社會需求的工程技術應用創(chuàng)新型人才，從而畢業(yè)之后實現(xiàn)與企業(yè)的無縫連接。通過一段時間的教學改革實踐，機械制造裝備設計課程的改革取得了較為明顯的效果，教學質(zhì)量和學生的綜合素質(zhì)得到了提高，實際操作能力和創(chuàng)新思維意識得到了提升。

[1] 林 健.基于工程教育認證的“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”質(zhì)量評價探析[J].高等工程教育研究，2014(5):35-45.

[2] 丁江民，魏延剛.面向卓越工程師培養(yǎng)的“機械制造裝備設計”專業(yè)課的教學改革[J].教育教學論壇，2013(18)：22-23.

[3] 萬林林.工程教育專業(yè)認證下機械制造裝備設計課程改革[J].當代教育理論與實踐，2015，7(4):40-42.

[4] 關慧貞，馮辛安.機械制造裝備設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2014.

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ExplorationandPracticeoftheTeachingReformDesignofManufacturingEquipmentBasedonEngineeringProfessionalAccreditation——TakingMechanicalDesignManufacturingandAutomationMajorofHunanInstituteofEngineeringasanExample

BAI Quan,WEI Kexiang,WANG Gaosheng,GUAN Yueqi

(College of Mechanical Engineering, Hunan Institute of Engineering, Xiangtan 411104, China )

The teaching reform is explored and practiced based on the aspects of teaching contents, teaching methods and examination modes in accordance with engineering professional accreditation, the orientation of the college of Mechanical Engineering in Hunan Institute of Engineering for the purpose of the student-centered and capacity-oriented feaching. Such a reform aims to improve students’ ability to solve complex mechanical problems by using speculative knowledge, and strengthen the quality of students’ creativity training, so as to achieve the educational objectives.

engineering education；professional Accreditation；design of manufacturing equipment；curriculum reform

G642

A

1671-1181(2017)03-0099-03

2016-10-08

2016年湖南省普通高等學校教學改革研究項目“以專業(yè)認證為導向的機械設計制造及其自動化專業(yè)課程體系的研究與實踐”(湘教通〔2016〕202)；湖南省教育科學“十二五”規(guī)劃2013年度課題(XJKGD073)；湖南省“十三五”機械設計制造及其自動化專業(yè)綜合改革項目( 湘教通〔2016〕276)；2016年湖南工程學院校級教學改革項目“專業(yè)認證背景下機械制造技術課程群的教學改革研究與實踐”(校教字〔2016〕49號)。

白 泉(1981-)，女，湖南永州人，碩士，講師，研究方向：智能材料與振動控制。