機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的理念與實(shí)施路徑

蔣毅 寧萌 張秋菊 化春鍵 陳海衛(wèi)

[摘 要] 為提高機(jī)電專業(yè)學(xué)生的產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力，探討了機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的理念和實(shí)施路徑。通過采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)的方式進(jìn)行課內(nèi)課程設(shè)計(jì)，提高任務(wù)的多樣性、綜合性和創(chuàng)造性，組建設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)等，使學(xué)生在完整的設(shè)計(jì)流程中提升設(shè)計(jì)的能力和水平，提高學(xué)生在團(tuán)隊(duì)合作和交流溝通方面的素質(zhì)。

[關(guān)鍵詞] 機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì);機(jī)械設(shè)計(jì);課程設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)教育是工程教育的核心[1]。機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)（I～I(xiàn)V）是江南大學(xué)君遠(yuǎn)學(xué)院所屬機(jī)械電子工程專業(yè)為適應(yīng)人才培養(yǎng)需要，以強(qiáng)化機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力為導(dǎo)向，以重建課程目標(biāo)、調(diào)整課程內(nèi)容、優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)為主要手段而設(shè)置的系列課程。該課程涵蓋傳統(tǒng)機(jī)械類的“工程制圖”“機(jī)械原理”“機(jī)械設(shè)計(jì)”和“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”內(nèi)容，并輔以“機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐”“機(jī)電一體化系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”“機(jī)電綜合實(shí)踐”等綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)，打破了傳統(tǒng)的獨(dú)立設(shè)課界限，對各門課程的內(nèi)容與銜接關(guān)系進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)和規(guī)劃，重新制定各門課程的銜接關(guān)系，構(gòu)成了機(jī)電專業(yè)核心課程群，凸顯了機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)在知識、能力和素質(zhì)培養(yǎng)過程中的主線地位。

系列課程中的機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)（III）在內(nèi)容上基本與機(jī)械專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)課程對接，主要進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)理論知識講解，也進(jìn)行機(jī)電一體化基礎(chǔ)內(nèi)容的講授。該課程的課內(nèi)、實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐學(xué)時(shí)數(shù)分別為56、6和2，即通過設(shè)置課內(nèi)實(shí)踐環(huán)節(jié)與機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)相對應(yīng)。本文對該環(huán)節(jié)的理念和實(shí)施路徑進(jìn)行了探討。

一、機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)存在的問題

機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是機(jī)械類專業(yè)的必修課程，也是學(xué)生工程實(shí)踐能力及素養(yǎng)養(yǎng)成過程中的重要環(huán)節(jié)，這也是機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)（III）課程設(shè)置對標(biāo)課內(nèi)實(shí)踐環(huán)節(jié)的初衷。但當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)存在一些問題，具體表現(xiàn)在以下幾方面。

1.課時(shí)安排不充裕。在短學(xué)時(shí)的大趨勢下，機(jī)械設(shè)計(jì)理論教學(xué)學(xué)時(shí)進(jìn)一步受到限制。課程設(shè)計(jì)又一般安排在考試前完成，且實(shí)施時(shí)間較短。由于臨近期末，學(xué)生需復(fù)習(xí)多科目的期末考試，導(dǎo)致無法集中精力完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)，無法保證課程設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2.設(shè)計(jì)題目陳舊。國內(nèi)大部分高校的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)都是設(shè)計(jì)齒輪減速器。這是機(jī)械設(shè)計(jì)中的經(jīng)典問題，對能力的培養(yǎng)也較為全面。盡管給每個(gè)學(xué)生提供不同的初始數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)一人一題避免抄襲，但設(shè)計(jì)套路大都相同，區(qū)分度不大，年級間的繼承性太強(qiáng)，不能激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造力。

3.缺乏團(tuán)隊(duì)合作。在實(shí)際工程實(shí)踐中，個(gè)人單打獨(dú)斗完成設(shè)計(jì)幾乎是不可能的，必須要求團(tuán)隊(duì)成員分工合作，共同實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)?，F(xiàn)有機(jī)制下，學(xué)生或者基本沒有交流，各做各事，或者直接借鑒抄襲他人的設(shè)計(jì)思路甚至文檔，在學(xué)生能力素質(zhì)培養(yǎng)上存在薄弱之處。

4.考核模式單一。整個(gè)課程設(shè)計(jì)過程中，師生間缺乏交流與互動(dòng)。最終考核時(shí)，由于學(xué)生提交成果的雷同性較強(qiáng)，教師在答辯考核中通常只能根據(jù)簡單印象進(jìn)行評判，考核標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一性存疑，反過來也影響了學(xué)生的積極性。

二、機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的理念與具體措施

機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)（III）課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)僅有2學(xué)時(shí)，卻要完成機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)1—2周的設(shè)計(jì)內(nèi)容，這在如何合理安排時(shí)間上是一個(gè)挑戰(zhàn)。同時(shí)，該課程同樣面臨著設(shè)計(jì)題目陳舊、考核方式單一等機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)存在的問題。

針對上節(jié)提到的若干問題，國內(nèi)多所高校進(jìn)行了改革嘗試。如南京工程學(xué)院王建等探索了基于OBE的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)“1234”模式[2];胡蓉在課程設(shè)計(jì)中采用了項(xiàng)目教學(xué)法[3];湯曉明等采用的目標(biāo)引導(dǎo)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教改嘗試[4]等?？傮w而言，機(jī)械設(shè)計(jì)類課程設(shè)計(jì)改革必須在大工程觀的基礎(chǔ)上引入CDIO的相關(guān)理念，而采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)的方式是改革的必由之路。為此提出機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的總體思路如下。

1.實(shí)施項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)的模式。倡導(dǎo)研究性、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，推廣和應(yīng)用“四環(huán)節(jié)”教學(xué)法，即項(xiàng)目設(shè)置—項(xiàng)目實(shí)施—交流展示—評價(jià)激勵(lì)，以強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生綜合能力。由于課時(shí)限制，不可能有充裕的課上時(shí)間提供給學(xué)生完成設(shè)計(jì)任務(wù)，因此強(qiáng)調(diào)教師授課與學(xué)生自學(xué)同步、課堂教學(xué)和課外訓(xùn)練并重的理念。簡言之，學(xué)生應(yīng)在課外投入更多時(shí)間完成相關(guān)任務(wù)，而在課上主要以討論、答辯為主。

2.合理安排理論授課與課程設(shè)計(jì)的時(shí)間。盡早下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)，使學(xué)生帶著問題和任務(wù)前來上課。在理論課內(nèi)容安排方面，做出合理調(diào)整，先講總體，后講細(xì)節(jié)，力求理論課章節(jié)安排和課程設(shè)計(jì)任務(wù)所需知識點(diǎn)順序盡量一致。從而使學(xué)生在任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行學(xué)習(xí)，將知識和動(dòng)手解決問題更加緊密地結(jié)合在一起，把所學(xué)到的知識隨時(shí)轉(zhuǎn)化為解決問題的主動(dòng)思考，從而解決學(xué)時(shí)數(shù)減少以及理論實(shí)踐相脫節(jié)的問題。

另一方面，由于設(shè)計(jì)任務(wù)下達(dá)較早，學(xué)生可有充裕的時(shí)間查找資料、進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和論證、進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)階段的各種計(jì)算，師生之間也有較多機(jī)會和時(shí)間進(jìn)行互動(dòng)，解決設(shè)計(jì)過程中存在的各種問題，從而避免時(shí)間壓力導(dǎo)致的設(shè)計(jì)質(zhì)量下降。由于課程設(shè)計(jì)前期，已經(jīng)分時(shí)段完成了方案設(shè)計(jì)、總體設(shè)計(jì)和技術(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算，在最后期末階段，學(xué)生只需做簡單校核和出圖即可，從而分解了課程設(shè)計(jì)的任務(wù)量，降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力。

3.提升設(shè)計(jì)任務(wù)的多樣性、綜合性、創(chuàng)造性。改變齒輪變速箱設(shè)計(jì)為主的固有模式，以不同的具體機(jī)械裝備為對象進(jìn)行選題，使學(xué)生走完方案設(shè)計(jì)開始，到總體設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì)（出圖）的全過程。在這一過程中，具體機(jī)械裝備的實(shí)現(xiàn)方案是多種多樣的，要求學(xué)生自己根據(jù)功能的實(shí)現(xiàn)方式，運(yùn)用先修課程知識加以選擇，并在與教師的答辯過程中確定自己的方案，并在總體設(shè)計(jì)階段確定主要技術(shù)參數(shù)。在技術(shù)設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì)階段，為避免設(shè)計(jì)任務(wù)過重，由教師和學(xué)生共同在設(shè)計(jì)方案中選取一小部分進(jìn)行細(xì)化的設(shè)計(jì)，從而能夠方便地控制任務(wù)量。整個(gè)設(shè)計(jì)過程充分體現(xiàn)了多樣、綜合和創(chuàng)造的特性。

4.注重團(tuán)隊(duì)協(xié)作，培養(yǎng)綜合素質(zhì)。改變原有的獨(dú)立設(shè)計(jì)模式，采用組隊(duì)方式完成設(shè)計(jì)，并采用設(shè)計(jì)過程3次答辯的方式實(shí)現(xiàn)師生間的良好溝通。每個(gè)設(shè)計(jì)小組定員3人，分別承擔(dān)方案設(shè)計(jì)、總體設(shè)計(jì)、期終答辯的3次答辯任務(wù)。在小組成員考核上，采用百分比方式，由小組成員自己確定所承擔(dān)的工作量，并由教師在給分時(shí)加以評判。對于一個(gè)特定的題目，設(shè)置3個(gè)以上的小組，小組間可以進(jìn)行相互的討論借鑒，但在最終成績評定上根據(jù)小組完成任務(wù)的優(yōu)劣情況加以區(qū)分，從而在各小組間形成既競爭又合作的態(tài)勢，提高學(xué)生完成設(shè)計(jì)任務(wù)的積極性。

三、結(jié)語

機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)（III）課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)是對標(biāo)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的課內(nèi)實(shí)踐環(huán)節(jié)。為了體現(xiàn)設(shè)置機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)系列課程的初衷，確實(shí)地提高學(xué)生設(shè)計(jì)能力和綜合素質(zhì)，在該課程的實(shí)施中，引入了CDIO理念，采用了項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)的方式進(jìn)行課內(nèi)課程設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1]王沛民.工程教育的目標(biāo)、模式、核心：問題與思考[J].浙江大學(xué)教育研究，1989（1）.

[2]王建，李鋼.基于OBE的機(jī)械設(shè)計(jì)類課程設(shè)計(jì)“1234”模式探索[J].教育教學(xué)論壇，2019（9）：200-202.

[3]胡蓉.項(xiàng)目教學(xué)法在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中國教育技術(shù)裝備，2018（12）：79-81.

[4]湯曉明，潘曉紅.“目標(biāo)引導(dǎo)，任務(wù)驅(qū)動(dòng)”下的課程設(shè)計(jì)與專業(yè)課教學(xué)同步的教改嘗試[J].大學(xué)教育，2019（1）：58-60.