机械设计课程设计教学改革应用与实践＊

魏玉兰，李 兵

（湖州师范学院 工学院，浙江 湖州313000）

一、引 言

2015年两会政府工作报告中提到“全面推进现代职业教育体系建设，引导部分地方本科高校向应用型转变”。我校作为地方性本科院校，重视实践教学、强化应用型人才培养。机械制造及其自动化是机械工程学科的重要分支，是应用型大学中工科的典范，更是肩负重任。机械设计课程设计是该专业的一门非常重要的实践性课程，亦是机械电子和机械设计专业学生重要的实践环节，在整个知识架构中起到了理论联系实际作用，是培养学生掌握机械设计方法和提高动手能力的重要平台［1］。在机械设计课程设计中，学生要综合运用机械设计、机械原理、工程材料、机械制图、互换性与几何量测量等先修课程来分析和解决机械设计问题；培养学生的工程设计能力，使学生掌握机械设计的一般步骤和方法。

现在机械设计课程设计采用带式输送机中减速器的设计为题，安排两到三周时间完成说明书及图纸。然而，该题目自80年代起开始使用，无论是教学内容，还是教学方法都比较陈旧，存在很多问题，无法适应现代科学技术发展的需要，更无法更好的培养出符合现代市场需求的工程设计人员［2，3］。因此，机械设计课程设计的改革势在必行。

二、现状及存在问题

（一）内容单一、抄袭严重

由于机械设计课程设计的题目多年不变，为了避免学生的抄袭只能更改设计数据。然而现在网络技术如此发达，网络上的机械设计课程设计相关文献越来越多，导致抄袭现象也越来越严重。部分学生直接把网上下载来的设计说明书数据稍作修改，图纸只修改标注数据［3］。因此造成学生缺乏学习主动性和积极性。

（二）缺乏团队协作意识

由于课程设计参考资料过多，在设计过程中只会照猫画虎，造成学生之间缺乏沟通与交流，虽然从一定程度上可以培养学生对所学课程内容的理解，却难以培养学生之间的团队合作能力。而实际生产中，任何一个机械设备不可能单靠一个人就能完成，必须依靠团队的力量，集思广益确定最优总体方案，通过合理分工完成设计。因此，必须在大学阶段培养学生的协作能力与团队意识，使学生更加快捷的与社会接轨［3］。

（三）缺乏创新意识

由于课程设计题目固定，时间紧张，工作量大，从而局限了学生创新能力的培养。而创新是科技和经济发展的动力，现代企业产品和技术的不断发展，需要更多有创新能力的人才去推动。机械设计课程设计作为机械类学生第一次比较系统而全面的设计训练，必须充分激发和培养学生的创新潜能，为社会创新人才的培养奠定基础［3］。

三、教学改革理论基础

工程对象教学法是基于工作过程的创新型工程教学方法，是在理论和实践教学中引入各种典型的工程对象，以典型工程对象作为创新教学平台，将理论讲解、实验实践教学与创新活动等融为一体的新型教学方法［4～5］。机械设计课程设计是利用机械设计课程中所学到的知识设计机械设备的一门实践性课程，“工程对象教学法”的教学模式与此课程有异曲同工之处，无疑是最适合采用此方法进行教学的课程。再结合慧鱼创新组合模型，使课程更具备真实性和直观性。丰富的工程对象可使学生更系统地理解所学知识，并在此基础上熟练掌握专业技能。其次，按照“任务驱动”的模式分解课程的知识点，围绕具体任务展开教学，能激发学生的学习兴趣和探索欲望，变被动学习为主动学习。最后，打破了常规的“讲课＋实验”的教学形式，将理论讲解、实践教学与创新活动等融为一体，采用教师引导、学生主体的方式开展，使教与学的有效性得到最大限度的发挥。

工程项目教法学的特点，恰与现在机械设计课程设计存在的问题形成鲜明的对比，可有效解决学生学习主动性差，创新意识低的问题。慧鱼创新组合模型的引入可增加设计题目和内容，解决内容单一、抄袭严重的问题，因此提出采用工程项目教学法的，基于慧鱼创新组合模型的机械设计课程设计教学改革方法。

四、机械设计课程设计教学方法改革措施

（一）课程设计题目的设定

为了解决以往课程设计存在的设计内容单一问题，结合4年来的教学实践经验，对课程设计题目做出了以下调整：

1．鼓励学生自选工程对象作为课程设计题目

由于不少学生在暑期都有生产实践的经验，接触过形形色色的工程对象，也有了自己理想的就业区域和就业方向。为了使学生更加清楚未来的研究对象，鼓励学生根据自已的需要选择课程设计题目。这样可以帮助学生毕业后快速熟悉企业与产品。

2．鼓励学生选取机械设计大赛中的工程对象作为课程设计题目

机械设计大赛的题目都是根据机械学科大学生应该具备的设计能力而设置的，该设计题目不仅难易适中，重复率低，且设计内容丰富、与时俱进，与现代社会需要和热点相吻合。以此为题不仅可以满足课程设计的要求，也能更好地锻炼学生的自主创新能力。此外，设计说明书和图纸等资料可以进接用于机械设计大赛，可谓一举两得。

3．鼓励学生采用慧鱼创新组合模型中的工程对象作为课程设计内容

鼓励学生利用慧鱼构件，搭建自己感兴趣的工程对象，并以此作为课程设计题目。这样可以在完成课程设计的同时，提高学生的创新设计能力，而创新设计能力正是现在大学生亟待提高的能力，也是学校、企业和社会最需要的。

（二）教学过程设置

课程设计题目选定好后，正式开始课程设计。以往的课程设计过程是空对空的方式，从已知数据到设计参数，再到各传动零件的设计，最后到图纸。整个过程都是单一地面对各种不同的书籍，到课程设计结束，很多学生都不是很清楚自己设计的工程设备的工作方式。基于慧鱼创新组合模型和工程项目教学法的机械设计课程设计改变了这种空对空的设计方式。改革后的课程设计过程如下：

（1）首先根据选定的课程设计题目确定总体方案，学生根据自己设计的总体方案利用慧鱼创新组合模型搭建机械设备模型。学生可以直观的看到自己设计的产品，并能通过模型的运动情况更加准确的确定出最佳设计方案，并写出具体的方案比较。

（2）根据设计参数选择原动件的型号，再进行传动系统的结构设计，轴系零部件（轴、轴承和联轴器）的设计和校核。

（3）根据设计结果完成装配图及零件图的绘制。

（4）整理设计说明书，完善图纸，准备答辩。

由于在设计之初已利用慧鱼创新组合模型完成了机械模型的搭建，因此装配图的绘制也不再像以往一样迷茫，设备的结构及装配关系已一目了然，故装配图的绘制更加顺利且直观，各零部件的作用也更加清晰。这也为接下来的设计说明书的整理和答辩奠定了基础。课程设计流程如图1所示。

图1 课程设计过程

（三）教学过程管理

针对上文中提到的课程设计中存在的问题，为了提高机械设计课程设计教学效果，达到课程设计教学目标，对机械设计课程设计的教学管理方法开展了一系列教学改革，具体措施如下：

1．课程设计教学时间管理

常规的课程设计时间一般安排在机械设计课程结束后，也就是期末。每年的机械设计课程设计时间都与大学英语四六级考试和期末考试撞车，导致学生学习态度不够端正，总是利用课程设计时间学习其它内容［3］。另外课程设计时间只有2周，时间紧迫，学生根本没有仔细考虑和探究的时间，只能是依葫芦画瓢，导致课程设计效果不佳［3，6－8］。为了解决这个问题，我们对课程设计时间做了调整，在开学初就向学生下发课程设计要求，使课程设计过程伴随机械设计课程的开展一起向前推进，做到边学边用，这一点也与工程项目教学法不谋而合［9］。这样做的好处有二：第一，学生在学习的过程中已基本掌握了设计过程和方法，并且学生有足够的时间去消化所学的知识；第二，可激发学生学习兴趣，变被动学习为主动学习。

除此之外，在学期末安排集中课程设计，要求学生在2个星期的时间内完成所选工程对象的模型搭建和设计，学生可以将学习过程中分散的设计内容连贯成线，进一步完善设计内容，加深对设计对象的认识和理解。

2．课程设计总动员

为了让学生从根本上意识到课程设计的重要性，提高学生的认识和重视程度，在开学初下发课程设计内容要求的时候由任课教师进行动员，向学生明确课程设计要求、评分标准、及课程设计的重要性。几年的任教经验，发现学生一个共同的特点，老师要求严，则学生态度端正，老师要求松，则抄袭和应付现在严重。因此一定要对学生提出严格而明确的要求。比如说明书和图纸应达到的基本标准，课程设计对毕业设计的影响等等，只有学生从心理上意识到了课程设计的重要性，才会以认真的态度完成它，也会让学生在课程设计过程中真正掌握对自己将来有用的知识。

3．教学氛围建立

好的学习氛围才有好的学习效果。为了营造良好的学习氛围，首先指导教师应提高认识，把课程设计的课堂教学管理作为比理论教学更为重要的任务，考虑到课程设计教学的灵活性，实际上课程设计的教学管理要比理论课堂管理难度更大。以往的课程设计课堂管理方法相对较松，一般指导教师只会抽时间对学生进行指导，这样就会出现，学生遇到难题时找不到指导教师的情况，这样学生的学习积极性就会很快降低［3，6］。为了解决该问题，我院要求指导教师全程跟课，随时解决学生遇到的难点和疑点，但指导教师在学生遇到难点和疑点时，不要急于给出答案，而应鼓励学生间的交流与合作，通过同学之间的讨论，找出解决问题的办法，以加深理解，同时提高学生的团队意识。研究表明，教师与学生之间，学生与学生之间在课内外的接触、沟通和交流，有助于增加学生的学习动力和对学习的投入［10］。在指导过程中，指导教师也应适时抛出问题，引发学生的深思和求知欲望，并应积极鼓励学生自己去查阅资料，引导学生独立思考，培养他们自主创新能力，并对学生独立解决问题的能力给予充分的肯定和鼓励。为了保证课程设计任务按时完成，指导教师应每天检查并公布学生进度，以助于学生之间互相促进，共同进步。课程设计结束后，教师应及时总结本次课程设计教学过程中值得借鉴的经验。

（四）成绩评定与考核标准

1．成绩评定

采用“三位一体”成绩评定方法。“三位”是指教师、学生互评、学生自评，“一体”指，三个成绩按照不同的权值合为一个总成绩。在成绩的评定过程中，指导教师负责制定、解释成绩评定的具体办法和评定指标，审定最终成绩评定结果的有效性，并接受学生有关成绩评定的质疑等。学生互评是指学生根据全班同学的设计工作总体情况，对全班同学成绩做出客观评价。这样不定可以使用绩评定更加公平，也可帮助学生了解自己与他人之间的差距，提高学生学习的积极性。除此之外，可起到学生之间互相监督，减少抄袭的目的。学生是课程设计的主体，对自己的设计任务完成情况有基本的认识，要求参考其他人对自己的设计完成情况做出评价，有助于对自己做出清醒的认识。

评定等级分为优秀、良好、中等、及格和不及格五个等级，评定综合得分在90分（含）以上为优秀，80－90分者为良好，70－80分者为中等，60－70分为及格，60分以下为不及格［11］。

2．考核标准

改革后的机械设计课程设计由于增加了模型搭建环节，因此其考核标准也发生了改变，在原来平时表现、设计说明书、装配图和零件图、答辩的基础上增加模型搭建环节，各环节所占百分比如表1所示。

表1 考核标准

慧鱼模型根据结构设计的合理性评分；平时表现包括出勤率和课程设计过程中的学习态度。这就要求指导教师在课程设计过程中关注每个学生的表现。设计说明书重点关注总体方案、原动件选择、传动系统设计、轴系零部件设计及校核及箱体设计，另外需要关注说明书格式方面的要求；图纸重点检查轴系零部件的轴向和周向定位，润滑、螺栓连接方式和画法、密封、间隙调整；装配图需关注三大尺寸，零件图需要关注尺寸和形位公差；答辩时主要根据学生对所设计机械结构图的掌握程度和问题回答的正确性进行评分。成立课程设计答辩小组，给学生3分钟讲述时间，每一个学生5分种时间回答老师提问。答辩教师应认真检查学生图纸和说明书，并指出存在的错误。答辩结束后，学生应根据教师指出的错误进行修改。这样有助于全面了解学生课程设计质量和真实评价教学效果。使学生端正学习态度，避免应付差事。也为今后的毕业设计答辩打下良好的基础［6］。

五、教学方法改革调查与反馈

为了检测该教学改革方法的成效，选取了机械专业四个班级中的两个班级进行教学改革，采用基于慧鱼创新组合模型的，以工程对象为设计目标的课程设计教学方法。

表2 传统教学与改革教学法学生工程项目自我效能得分比较

一个学期的课程结束后，对四个班级共163名学生进行了调查问卷，其中81名学生采用了传统的教学方法，82名学生采用了改革后的教学方法。调查问卷的题目参考了文献［3］的附录1，对学生的工程项目自我效能进行了调查，调查结果统计如表2所示。调查结果表明，基于慧鱼创新组合模型，采用工程项目教学法提高学生的工程项目自我效能效果显著，学生的自信心有了明显的提高，反映了该教学方法的优越性；但同时也从另一个侧面反映了我们学生的工程实际能力，机械类学生在实际动手能力方面还有很大的提升空间。在以后的教学过程中应加大学生工程实际能力的培养，在更多的专业性课程中引入慧鱼创新组合模型，尝试工程项目教学法的应用和推广。

六、结 语

以工程项目教学法为理论基础的机械设计课程设计，利用慧鱼创新组合模型构件全、搭建快捷、组装结构全、实践性强、运动直观、创新性强的特点，将传统单一题目的课程设计改为学生自定题目和固定题目相结合的方式，固定题目在机械设计课程讲授过程中，学生边学边设计。课程设计其间学生结合自定题目，利用慧鱼模型搭建机械结构，然后根据模型完成原动件、传动件和轴系零部件的设计，最后进行答辩。成绩的评定由原来的单一指导教师评分改革为教师、学生互评和学生自评相结合的方式，评价内容也增加慧鱼模型搭建。经过两个学期的教学实践及教学效果反馈表明，该教改方法大大降低了学生课程设计期间的抄袭现象，学生的主观学习能动性明显提高，学生动手能力，创新能力也得到了改善。

［1］朱玉．CDIO 工程教育模式下“机械设计课程设计”教改的探讨［J］．中国电力教育，2010（19）．

［2］冯晚平，贺俊林，崔清亮，等．机械设计课程设计教学改革的探讨［J］．装备制造技术，2011（8）．

［3］郝秀红，邱雪松，王琼等．机械设计课程设计教学改革初探［J］．教学研究．2011，5（15）．

［4］李胜强，雷环，高国华，等．以项目为基础的教学方法对提高大学生工程实践自我效能的影响研究［J］．高等工程教育研究，2011（3）．

［5］黄朝阳．“工程对象教学法”在机电创新实践教学中的应用研究——以慧鱼模型为载体［J］．大学教育，2014（4）．

［6］李淼林．应用型本科《机械设计课程设计》教学改革初探［J］．科技信息，2010（9）．

［7］张燕燕，康红伟．《机械设计课程设计》教学改革的实践与探索［J］．实验科学与技术，2014，12（3）．

［8］张玲艳，邱水才，冯永平，等．关于提高“机械设计课程设计”教学质量的几点思考［J］．科教文汇，2014（7）．

［9］易传佩．机械设计课程设计融入课堂教学的探索［J］．职业技术教育，2007（14）．

［10］何秀媛，张健，起雪梅．高职“机械设计课程设计”教学改革的几点建议［J］．现代交际．2009，9（15）．

［11］李文忠，张付祥．《机械设计课程设计》过程管理及成绩评定方法研究［J］．科技创新与生产力，2014，9（10）．