工程认证背景下“机械原理”与“机械设计”课程设计教学改革研究＊

黄志诚，潘金波，王兴国

（景德镇陶瓷大学 机电学院，江西 景德镇 333000）

1 课程设计现状与背景

工程教育专业认证（简称“工程专业认证”）是针对高等学校工科专业实施的专门性认证，也是实现工程教育和工程师资格国际互认的重要基础[1]。为进一步提高工科专业教学质量，对标国际标准，教育部于2006 年启动了工程教育专业认证试点工作。2013 年，中国成为《华盛顿协议》预备会员[2]。2016 年正式加入国际工程教育组织[3]。

“机械原理”与“机械设计”课程设计是工科院校机械类专业培养学生综合“机械设计”能力和创新能力的重要实践教学环节[4]。如何对“机械原理”和“机械设计”课程设计教学进行改革，以适应工程教育认证的新要求，是摆在工科院校面前的一大挑战。很多学者对工程教育认证背景下的“机械原理”课程教学进行了探索[5-6],也有部分学者分别对“机械原理”或设计课程设计教学改革进行了研究，还有部分学者对“机械原理”与“机械设计”综合课程设计教学实践进行了改革研究和探索[7-8]。目前国内的绝大部分院校都是单独进行“机械原理”和“机械设计”的课程设计，二者各自独立进行，互不联系。一些重点高校，比如北京化工大学、天津大学、福州大学等已经将“机械原理”课程设计和“机械设计”课程设计结合起来，开设了“机械原理”和设计综合课程设计。这些研究虽然提供了一些参考，但具体实施做法还没有达成共识，仍需要进行深入研究和探讨。

景德镇陶瓷大学于2019 年全面启动工程教育专业认证工作，机械电子工程学院的机械设计制造及其自动化专业是进行工程认证的核心专业，工程教育专业认证特别强调对学生的技术创新及工程实践能力的培养。而“机械原理”和“机械设计”的课程设计正是培养学生创新及实践能力的关键教学环节之一。对照工程教育认证标准，目前该课程在教学目标、教学内容和组织实施上都迫切需要改革提升。

2 课程设计改革措施

2.1 选题多样化

以往在进行“机械原理”课程设计时，只是对典型机构（主要是四杆机构和凸轮机构）进行运动分析。对于“机械设计”课程设计，一直以来都是以二级圆柱齿轮减速器作为设计题目。“机械原理”和“机械设计”的课程设计题目如此千篇一律，缺乏创新性，从而导致了学生抄袭的问题比较严重，不利于学生创新能力的培养，不能起到课程设计的教学目的。基于工程教育专业认证视角，将“机械原理”与“机械设计”课程设计相结合后，应以综合性的工程设计题目为主，使其贯穿于“机械原理”和“机械设计”的整个教育环节，所选的课程设计题目理应具备综合性、完整性和系统性，能覆盖两门课程的主要内容，同时体现两者的设计要求，并能满足两者的主要设计内容。因此选题应基于以下原则：所选题目应覆盖“机械原理”和“机械设计”中所学习到的知识；设计的题目应具有多样性、创新性，以满足各位学生的要求。这样可以充分地发挥学生们的创造性，极大地增加学生们对课程设计的兴趣和创作的积极性。基于以上原则，以景德镇陶瓷大学为例，在拟定综合性课程设计题目的过程中，一方面从工程实际中搜集难度适中又符合教学重点的一些有生产实践背景的设计题目，主要是立足于极具本校特色的陶瓷机械。如颚式破碎机机构及传动装置设计，其包括连杆机构及带传动；滚压成型机机构及传动装置设计，其包括连杆机构、凸轮机架及齿轮传动等；高压注浆机机构及传动装置设计，其包括曲柄滑块机构及螺旋传动装置；厢式压滤机机构设计及传动装置设计，其包括齿轮机构和螺旋传动及液压传动等；真空练泥机，其包括齿轮机构和螺旋传动等。其次，也可以令学生们自己选择感兴趣的课题，只要能符合上述原则皆可，这样能充分地发挥出学生的主观能动性，达到教学目的。

2.2 引进仿真软件

随着21 世纪计算机技术的飞速发展，世界制造业已经从传统的手工制造转型成自动化、智能化的方式。先进的三维分析、设计及制造工艺已经在企业中被广泛地应用，当前已经步入了数字化的时代。而工科院校“机械原理”和“机械设计”的课程设计目前大都还采用在纸上进行手工绘图的方式来开展，在教学上以经验为主，很多学生只是生搬硬套，一味地翻《机械设计手册》，生硬地模仿，知其然而不知其所以然，对于零件之间运动关系和装配关系，以及为何选择这个光滑度等这些关键性知识却一无所知，这些问题的存在都不利于学生综合机械设计能力和创新能力的培养，不符合工程教育认证视角下人才培养的要求。因此需要升级高等院校“机械原理”和“机械设计”的课程设计绘图的工具，使其能跟上社会的步伐，满足社会对于人才的要求。工程教育专业认证第5 条标准是“使用现代工具如系统仿真与设计软件等技术工具进行设计与开发”，考虑到计算机在机械行业中的作用越来越重要，良好的计算机应用能力也已成为一个高级工程技术人员不可或缺的基本素质。因此引入计算机制图软件，加强对制图软件的使用，紧密与社会实践相结合是大势所趋。CAD、UG、Pro/E、solid-works 等软件是当今企业中比较常用的软件，使用这些制图软件绘制相较于手工制图具有更加快捷、生动、直观的特点，当学生需要设计减速器中的轴承、垫圈、螺丝等零件的时候，只需要输入想要的零件的相关参数就能够导出三维零件，不仅缩短了制图时间且出错少，还能够更好地使学生将自己想设计的机械结构表达出来，为今后进入社会工作打下坚实的基础。

2.3 将课程设计穿插于整个学期

大部分学校的课程设计都是在学期末的后一两周进行集中时间式教学，但在学期末的时候学生们都需要准备考试，这样一来就会导致学生的精力分散，不能集中精力完成课程设计，间接上也就导致了抄袭之风盛行，因此需要将这种教学模式进行改进。可以将“机械原理”和“机械设计”的课程设计进行有机融合，采用先部分分散后集中式教学模式，将课程设计的进度分为几个阶段进行，将其穿插于整个学期之中。

以景德镇陶瓷大学为例，学校以“机械原理”和“机械设计”相融合为基点，可以在课程一开始就说明课程设计的相关事项，然后要求学生们去陶瓷机械厂广泛收集相关的陶瓷机械，并且决定自己要做的陶瓷机械，写成一份说明书，并且上交自己的课程设计题目说明书给教师审阅，如果教师觉得可以就以学生们确定的题目进行设计，如果不可以，则由教师从课程设计的题库中选定题目交给学生进行设计；课程设计的第二阶段可以安排在课程的中段，这段时间内学生们应对自己所选机械进行结构的设计、制图，并且撰写报告。教师可以在这段时间召集学生们开几次集体汇报，了解学生的进度并为学生答疑解惑；课程设计的第三个阶段可以安排在课程的最后的一、两周，先由教师对学生设计的机械构件进行指导和纠正，最后进行答辩。这样将两门课的课程设计进行融合，将课程设计的时间分阶段拆分方式可以使学生有更多的时间去构思、设计自己的机械设计作品，学生们也有充足的时间去修改教师指出来的错误点，不会出现手忙脚乱的现象，从而可以使学生们能更好地完成课程设计，培养学生们自主创新和实践能力。

2.4 采用多方面、多角度的测评方式

基于工程教育专业认证视角下的教学实践模式和方法的改革，在于实现自主研究式学习、启发和讨论并重的教育教学方法，以期建立在工科院校教育中缺乏的工程价值观，激发学生的学习热情，改变学生的学习态度，培养学生的团队合作理念。而在“机械原理”和“机械设计”课程设计的成绩测评方面，现在的院校普遍由课程设计的指导教师对学生的课程设计作品以单人评判的方式开展，测评方式非常片面且有些“闭门造车”，因此改进测评方式势在必行。以景德镇陶瓷大学为例，基于工程教育专业认证的要求，可以从多方面考虑，综合性评价学生的课程设计成果，比如可以将评判标准分解为选题的创新度、软件制图的优劣、设计方案的合理性、学生对自己设计方案的理解程度等诸多方面来进行测评，这样可以使学生更加注重课程设计中的每一个环节，更加全面了解自己设计作品中的知识点。其次，也可以在最后开展作品答辩会，答辩时可以采取教师、学生共同测评的方式进行，以教师的测评成绩为主，学生的测评成绩为辅，比如教师占80%，学生占20%。这种测评方式可以使每一位答辩的学生在更加深刻地了解自己所设计的机械作品的同时也能更好地吸收其他学生的一些创新点，这对所有学生而言也是一种学习的过程，能起到集思广益的作用，对于学生创新意识、自主设计能力的提升具有深刻的意义。

3 总结

基于工程教育专业认证视角，将“机械原理”和“机械设计”课程设计相结合的教学方式对于学生建立积极的工程价值观，激发学生的学习热情，增强学生的团队合作意识具有促进作用，且能够有效地提升学生的工程实践能力和自主创新能力。针对目前“机械原理”和“机械设计”的课程设计中存在的问题，从选题、绘图方式、时间安排和测评方式这四个方面入手，融入新的教学实践模式和方法，希望能对推进课程设计的改革有帮助。希望在工程教育专业认证的视角下，培养更多的具有创新能力和实践能力的学生，为推进中国新工业的建设贡献自己的力量。