基于工程教育專業(yè)認(rèn)證的“機(jī)械原理”與“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革＊

黃志誠，毛宇航

基于工程教育專業(yè)認(rèn)證的“機(jī)械原理”與“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革＊

黃志誠，毛宇航

（景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，江西 景德鎮(zhèn) 333000）

基于工程教育專業(yè)認(rèn)證，對(duì)傳統(tǒng)“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)進(jìn)行教學(xué)改革探索。課程設(shè)計(jì)選題突出陶瓷機(jī)械特色，切合工作實(shí)踐，完善課程綜合性。對(duì)照專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)從機(jī)械課程設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)和組織實(shí)施三方面提出了改革。

工程教育專業(yè)認(rèn)證；課程設(shè)計(jì)；陶瓷機(jī)械；教學(xué)改革

工程教育專業(yè)認(rèn)證是針對(duì)高等學(xué)校工科專業(yè)實(shí)施的專門性認(rèn)證，也是實(shí)現(xiàn)工程教育和工程師資格國際互認(rèn)的重 要基礎(chǔ)[1]。高等教育質(zhì)量問題成為社會(huì)關(guān)注重點(diǎn)，為進(jìn)一 步提高工科專業(yè)教學(xué)質(zhì)量，對(duì)標(biāo)國際標(biāo)準(zhǔn)，教育部于2006年啟動(dòng)了工程教育專業(yè)認(rèn)證試點(diǎn)工作，2013年，中國成為《華盛頓協(xié)議》預(yù)備會(huì)員，2016年正式加入國際工程教育組織[2]?！皺C(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)”是機(jī)械類專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生綜合機(jī)械設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán) 節(jié)[3]。課程主要任務(wù)為簡單結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析，簡單的機(jī)械設(shè)計(jì)，旨在引導(dǎo)學(xué)生整合機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)的所學(xué)知識(shí)：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖、基本零部件設(shè)計(jì)校核、傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)等，以期培養(yǎng)學(xué)生工科思維。如何對(duì)“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)教學(xué)進(jìn)行改革，以適應(yīng)新時(shí)代工程教育認(rèn)證的新要求，是擺在各工科院校面前的一大挑戰(zhàn)。

1 對(duì)“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)現(xiàn)狀的分析

“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”作為機(jī)械專業(yè)學(xué)科非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其課程設(shè)計(jì)大綱明確了常用機(jī)械零部件、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、聯(lián)系實(shí)際設(shè)計(jì)過程、正確的設(shè)計(jì)思想、分析和解決問題能力等要求指標(biāo)。但傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)難以滿足新時(shí)代工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。

本校目前仍存在以下問題：①機(jī)械課程設(shè)計(jì)的選題較為單一?！皺C(jī)械原理”課程設(shè)計(jì)只是對(duì)典型機(jī)構(gòu)、四桿機(jī)構(gòu)或凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析?！皺C(jī)械設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)一直以來都是以二級(jí)圓柱齒輪減速器作為設(shè)計(jì)題目。題目傳統(tǒng)單一，學(xué)生抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重，不求甚解風(fēng)氣較重。與工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的符合學(xué)校定位、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的培養(yǎng)目標(biāo)尚有差距。機(jī)械作為一門工科，理應(yīng)與實(shí)際接軌，應(yīng)與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，與社會(huì)發(fā)展需要契合，充分體現(xiàn)出各地區(qū)高校的機(jī)械專業(yè)特色。②機(jī)械課程設(shè)計(jì)的相關(guān)性不足。雖然機(jī)械原理中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和機(jī)械設(shè)計(jì)中的零部件設(shè)計(jì)都得到了訓(xùn)練，但學(xué)生學(xué)完機(jī)械基礎(chǔ)系列課程后，缺乏對(duì)整體機(jī)械的認(rèn)識(shí)，“機(jī)械原理”課程設(shè)計(jì)著重于運(yùn)動(dòng)分析，“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)著重于機(jī)構(gòu)零部件性能參數(shù)，二者甚至不在同一機(jī)構(gòu)中，兩門課程沒有建立必要的對(duì)接點(diǎn)，使學(xué)生沒有形成一個(gè)有機(jī)的整體系統(tǒng)工程的認(rèn)識(shí)以及掌握機(jī)器設(shè)計(jì)的完整過程。

2 課程設(shè)計(jì)改革探索[4]

景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)于2019年全面啟動(dòng)工程教育專業(yè)認(rèn)證工作，“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)正是培養(yǎng)機(jī)械電子工程學(xué)院學(xué)生創(chuàng)新及實(shí)踐能力的關(guān)鍵教學(xué)環(huán)節(jié)之一。對(duì)照工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，考慮將“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)在選題和內(nèi)容上加以融合，實(shí)行統(tǒng)一題目，并且結(jié)合立足于本校特色的陶瓷機(jī)械，以期滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系、畢業(yè)要求等要求。對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)和組織實(shí)施上提升對(duì)機(jī)械課程設(shè)計(jì)的改革。

2.1 教學(xué)內(nèi)容的改革

對(duì)照工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的培養(yǎng)目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)：突出學(xué)校特色、學(xué)校課程特色。根據(jù)本校培養(yǎng)方案和要求指標(biāo)，教研組對(duì)課程設(shè)計(jì)大綱進(jìn)行探討，將課程設(shè)計(jì)的選題立足于極具本校的陶瓷機(jī)械特色。從實(shí)際陶瓷機(jī)械中提煉難度適中又符合機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)和傳動(dòng)教學(xué)重點(diǎn)來自陶瓷生產(chǎn)中實(shí)際的設(shè)計(jì)題目，如顎式破碎機(jī)、高壓注漿機(jī)、廂式壓濾機(jī)、真空練泥機(jī)等。并且?guī)W(xué)生進(jìn)入現(xiàn)場參觀陶瓷生產(chǎn)過程，講解陶瓷機(jī)械的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和動(dòng)作。例如講解顎式破碎機(jī)連桿機(jī)構(gòu)的粉碎黏土材料過程，輥壓機(jī)的電機(jī)到輥軸上的傳動(dòng)過程，在學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的同時(shí)還與實(shí)際結(jié)合、與陶瓷特色相融合。另一方面，結(jié)合教師的科研項(xiàng)目擬定合適的課程設(shè)計(jì)題目，允許并鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和興趣自己擬定課程設(shè)計(jì)選題。

2.2 教學(xué)目標(biāo)的改革

工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的課程體系標(biāo)準(zhǔn)為工程類專業(yè)課程要體現(xiàn)整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)能力的培養(yǎng)。本課題課程設(shè)計(jì)的選題需具有綜合性，全面培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)能力，所選的設(shè)計(jì)題目所需的機(jī)構(gòu)應(yīng)覆蓋“機(jī)械原理”課程中所學(xué)的主要機(jī)構(gòu)和“機(jī)械設(shè)計(jì)”重點(diǎn)講授的帶傳動(dòng)系統(tǒng)。在工程教育專業(yè)認(rèn)證理念指導(dǎo)下，將“機(jī)械原理”課程設(shè)計(jì)和“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)結(jié)合起來，統(tǒng)一題目，完成設(shè)計(jì)的全過程訓(xùn)練。使學(xué)生將“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”的課程設(shè)計(jì)為相同機(jī)構(gòu)的不同題目，例如高壓注漿機(jī)機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)、廂式壓濾機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)、真空練泥機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)、顎式破碎機(jī)機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)，如圖1所示。內(nèi)容之間逐步遞進(jìn)，深入完成課程設(shè)計(jì)，并且題目貫穿兩個(gè)課程，由淺而深引導(dǎo)學(xué)生自主思考，完成綜合性的課程設(shè)計(jì)。

圖1 顎式破碎機(jī)四桿機(jī)構(gòu)及部分傳動(dòng)裝置

2.3 組織實(shí)施的改革

工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的工程能力和工程要求標(biāo)準(zhǔn)：能否解決簡單的實(shí)際工程問題，能否就復(fù)雜工程問題和同行、其他專業(yè)人士及社會(huì)公眾有效溝通。

考核的標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)分別放置在如下方面：①學(xué)生的工程實(shí)踐性。學(xué)生查閱資料的能力、觀察分析問題的能力和設(shè)計(jì)計(jì)算的能力，學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)課題的理解程度，傳動(dòng)方案和執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否可行。特別關(guān)注受力分析、材料選擇、工作能力計(jì)算、主要參數(shù)及尺寸確定、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)資料和標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)用等。鼓勵(lì)利用計(jì)算機(jī)二維CAD或者等三維軟件進(jìn)行課程設(shè)計(jì)。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，應(yīng)對(duì)未來工程挑戰(zhàn)。②學(xué)生撰寫報(bào)告、文稿設(shè)計(jì)和發(fā)言表達(dá)能力，答辯時(shí)學(xué)生的語言表達(dá)能力和對(duì)問題的論述能力。并全面分析所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。剖析整個(gè)設(shè)計(jì)計(jì)算過程，對(duì)設(shè)計(jì)資料和標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)用情況的表述，提出今后在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題，并設(shè)想出改進(jìn)方案。通過這個(gè)綜合課程設(shè)計(jì)掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的方法和步驟，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和分析、解決工程實(shí)際問題的能力。

3 課程設(shè)計(jì)具體實(shí)施

工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)提倡的是“做中學(xué)”的教學(xué)模式和“以工程為導(dǎo)向”的教學(xué)方法，以期培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力與實(shí)踐操作能力，有效地提高教學(xué)效果。以“化整為零”的教學(xué)方式進(jìn)行課程設(shè)計(jì)改革，結(jié)束“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程學(xué)習(xí)后再將相關(guān)課程設(shè)計(jì)的集中式設(shè)計(jì)模式，變?yōu)橄确稚⒃偌械脑O(shè)計(jì)模式，使課程設(shè)計(jì)所進(jìn)行的理論設(shè)計(jì)計(jì)算與結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)與理論教學(xué)同步進(jìn)行。具體措施如下。

在開始學(xué)習(xí)“機(jī)械原理”課程時(shí)，介紹“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容和設(shè)計(jì)要求，讓學(xué)生按自愿組合的方式組成研究學(xué)習(xí)小組，一般為3～5人，并要求學(xué)生優(yōu)先選擇從陶瓷機(jī)械中廣泛搜集的合適的綜合性課程設(shè)計(jì)題目。

在“機(jī)械原理”課程教學(xué)結(jié)束后，進(jìn)入綜合設(shè)計(jì)的第一階段，時(shí)間為1周。此階段包含兩方面的內(nèi)容：方案設(shè)計(jì)，典型機(jī)構(gòu)的分析與綜合。方案設(shè)計(jì)階段以小組為單位，組織學(xué)生參觀討論，在分析機(jī)器的結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)方式、工作原理以及各部件的功能順序的基礎(chǔ)上，繪制機(jī)器運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，確定最佳設(shè)計(jì)方案；機(jī)構(gòu)的分析與綜合階段主要是從設(shè)計(jì)方案中選取最具代表性的機(jī)構(gòu)，進(jìn)行機(jī)構(gòu)的尺寸綜合、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析和力分析，并初步確定其傳動(dòng)方案，編寫機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備第一階段答辯。

“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程教學(xué)結(jié)束后，進(jìn)入綜合課程設(shè)計(jì)的第二階段——機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)部分，時(shí)間為3周。針對(duì)第一階段確定的最佳設(shè)計(jì)方案中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)方案，在理論教學(xué)中，以課外作業(yè)形式要求學(xué)生完成撓性傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、鍵、軸、軸承等零件的設(shè)計(jì)計(jì)算和選用；在“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程教學(xué)結(jié)束后的集中設(shè)計(jì)階段，學(xué)生利用所學(xué)的零件設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，評(píng)價(jià)在第一階段初定的傳動(dòng)方案的合理性，并加以優(yōu)化改進(jìn)。傳動(dòng)方案確定后，進(jìn)行傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算、零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核，然后繪制裝配圖和零件圖，編寫此階段的設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備第二階段答辯。

明確有目的性的考核。增大課程設(shè)計(jì)在總分中的比例，以還原工科課程實(shí)際工作時(shí)的能力要求?？己说臉?biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)放置在學(xué)生的實(shí)踐性和創(chuàng)新性上，主要考察學(xué)生觀察分析能力和機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算能力。其中課程期末考試占40%，課程設(shè)計(jì)占40%，平時(shí)成績占20%。鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)并且利用CAD完成課程設(shè)計(jì)，或者用ADAMS、UG等三維軟件進(jìn)行三維建?；蚍抡嬖O(shè)計(jì)，對(duì)做出正確仿真的學(xué)生給與一定加分。全面準(zhǔn)確地反映學(xué)生學(xué)習(xí)能力，刻意地引導(dǎo)學(xué)生解決可提升實(shí)際運(yùn)用能力的問題[5]。

4 結(jié)束語

傳統(tǒng)機(jī)械課程設(shè)計(jì)已然無法滿足新時(shí)期的工程要求，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的課程設(shè)計(jì)進(jìn)行改革迫在眉睫。工程教育專業(yè)認(rèn)證作為推進(jìn)工程教育改革的主要手段，是增強(qiáng)工程教育人才培養(yǎng)對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要保障，是促進(jìn)工程教育的競爭力的關(guān)鍵因素。實(shí)現(xiàn)工程教育標(biāo)準(zhǔn)對(duì)學(xué)生能力的要求，在學(xué)習(xí)中走向?qū)嵺`，在實(shí)踐中把知識(shí)反饋給社會(huì)，還需不斷探索。

［1］王成.以卓越工程師培養(yǎng)為導(dǎo)向的機(jī)械原理課程改革與創(chuàng)新［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2015（11）：75-77.

［2］張自強(qiáng)，趙京.科研思維在《機(jī)械原理》課程教學(xué)中的應(yīng)用［J］.教育現(xiàn)代化，2019，6（56）：197-198.

［3］劉艷艷，梁醫(yī)，趙建平.基于應(yīng)用能力培養(yǎng)的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革與實(shí)踐［J］.中國教育技術(shù)裝備，2018（2）：90-92，95.

［4］司慧.改革機(jī)械原理和設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的探索與實(shí)踐［J］.太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2008（Suppl 1）：39-41.

［5］崔軍.回歸工程實(shí)踐：我國高等工程教育課程改革研究［D］.南京：南京大學(xué)，2011.

黃志誠（1978—），男，清華大學(xué)博士，副教授，研究方向?yàn)闄C(jī)械動(dòng)力學(xué)。

景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)教學(xué)改革研究項(xiàng)目（編號(hào)：TDJG-19-Y17）

2095－6835（2020）24－0097－02

G642；TH111-4

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.24.033

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕