李曉剛

（北京林業(yè)大學(xué)材料學(xué)院，北京 100083）

“包裝機械設(shè)計”是包裝工程專業(yè)課程體系中的一個專業(yè)主干課，主要介紹用于完成全部或部分包裝過程的機械分類、結(jié)構(gòu)組成、工作原理及其設(shè)計與應(yīng)用等內(nèi)容。它區(qū)別于“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程。“機械設(shè)計基礎(chǔ)”注重的是了解機械的通用零部件和機構(gòu)的組成元素，了解這些通用零部件和機構(gòu)的設(shè)計與應(yīng)用，而“包裝機械設(shè)計”的重點是圍繞不同功能的包裝機械展開的，從整體的角度了解機械的設(shè)計與應(yīng)用。由于包裝機械種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此“包裝機械設(shè)計”課程的教學(xué)內(nèi)容多、抽象，涉及面廣、理論性強。為了使學(xué)生能更好地掌握包裝機械設(shè)計的理論知識，提高學(xué)生分析、解決工程問題的能力，“包裝機械設(shè)計”課程就必須配備一定的實踐環(huán)節(jié)，課程設(shè)計是“包裝機械設(shè)計”的重要實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，必須給予足夠的重視［1］。

筆者通過對“包裝機械設(shè)計”課程設(shè)計教學(xué)現(xiàn)狀的分析，從課程設(shè)計題目的選擇與規(guī)劃、教學(xué)方法與手段以及評價考核體系等方面，就如何提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生解決實際工程問題的能力，提出了一些改革思路和措施。

一、“包裝機械設(shè)計”課程設(shè)計教學(xué)現(xiàn)狀分析

（一）課程設(shè)計周期短

目前，我國大多數(shù)高校設(shè)置的包裝工程專業(yè)屬于非機械類專業(yè)，學(xué)生學(xué)習(xí)的機械類課程主要有“工程制圖”“機械設(shè)計基礎(chǔ)”和“包裝機械設(shè)計”等?！皺C械設(shè)計基礎(chǔ)”和“包裝機械設(shè)計”的理論課結(jié)束之后，均有一周的課程設(shè)計，“包裝機械設(shè)計”課程設(shè)計的內(nèi)容是從包裝機械所完成功能的角度出發(fā)，設(shè)計一臺典型包裝機械，要區(qū)別于“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程設(shè)計的減速器。因此，“包裝機械設(shè)計”的課程設(shè)計更具有針對性，更能考察學(xué)生解決實際工程問題的能力和創(chuàng)新性。由于非機械類的包裝工程專業(yè)安排的機械類課程學(xué)時少，內(nèi)容淺，造成了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低下，沒有積極性，同時，僅一周的學(xué)時，無法對課程進(jìn)行循序漸進(jìn)地系統(tǒng)設(shè)計，從而導(dǎo)致學(xué)生思考問題不認(rèn)真、不周全，照搬照抄，計算繪圖盲目倉促，難以達(dá)到課程設(shè)計所設(shè)置的目的要求。

（二）設(shè)計題目一成不變

“包裝機械設(shè)計”課程中涉及的包裝機械根據(jù)功能可以分為12大類，按道理說，課程設(shè)計可選用的題目很多，但由于大多數(shù)包裝機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實際設(shè)計周期較長，設(shè)計周期較短的或者實際操作性好的題目較少。所以，“包裝機械設(shè)計”課程的設(shè)計題目往往是某一類包裝機的設(shè)計，如枕型包裝機橫封裝置設(shè)計，近幾年來基本未變，學(xué)生只要直接照搬照抄往屆的課程設(shè)計，就可以完成本課程設(shè)計，嚴(yán)重制約了學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力和創(chuàng)造性思維的發(fā)揮。

（三）學(xué)生的整體工程意識薄弱

課程設(shè)計的目的是從工程設(shè)計角度出發(fā)，考察學(xué)生解決實際工程問題的能力，因此，好的機械設(shè)計在保證機械結(jié)構(gòu)和加工工藝合理、成本低的同時，還要保證機械工作的安全可靠，實現(xiàn)安全性和經(jīng)濟性的統(tǒng)一。由于學(xué)生接觸實際工程設(shè)計的機會較少，無法了解實際工程中會遇到什么樣的問題，因此，在課程設(shè)計的過程中，學(xué)生只能片面地考慮機械結(jié)構(gòu)和外觀的美觀，而忽略了加工工藝合理性和機械設(shè)計的總體經(jīng)濟性，整體工程意識較為薄弱。

（四）教學(xué)方法單一落后

“包裝機械設(shè)計”的課程設(shè)計題目和內(nèi)容的布置通常是在“包裝機械設(shè)計”理論課結(jié)束后進(jìn)行，前后間隔較長，學(xué)生對相關(guān)內(nèi)容記憶已經(jīng)比較模糊，只能重新進(jìn)行自學(xué)。在學(xué)生自學(xué)的過程中難免存在個別不明白、不理解的地方，這樣勢必會影響后續(xù)課程設(shè)計的準(zhǔn)確性。在課程設(shè)計過程中，學(xué)生通常采用人工計算和繪圖的方式，一旦參數(shù)選擇不合理或計算錯誤，必須重新返工，費時費力，學(xué)生精神壓力大，嚴(yán)重影響了課程設(shè)計的進(jìn)程和效果。以往課程設(shè)計最終成果就是學(xué)生提交課程設(shè)計說明書和手繪工程圖紙，整個課程設(shè)計過程沒有指導(dǎo)教師的監(jiān)督，而且教師與學(xué)生之間的交流、討論甚少，極易造成學(xué)生思考問題不夠周全、設(shè)計不合理、計算、繪圖出現(xiàn)錯誤，甚至?xí)a(chǎn)生思維惰性、照搬照抄等不良現(xiàn)象。

教師對課程設(shè)計的考核方式也過于簡單。教師只憑印象批閱說明書和圖紙，自行決斷，確定最終得分。整個課程設(shè)計過程前期組織動員工作準(zhǔn)備不充分，缺乏師生的交流與互動，對學(xué)生的監(jiān)督與管理不嚴(yán)，教學(xué)方法落后，形式單一，考核缺乏標(biāo)準(zhǔn)性和透明度，助長了懶惰學(xué)生抄襲的不良風(fēng)氣，影響了勤奮好學(xué)學(xué)生的積極性，嚴(yán)重違背了課程設(shè)計教學(xué)的初衷。

二、“包裝機械設(shè)計”課程設(shè)計教學(xué)的改革措施

現(xiàn)代高等教育強調(diào)“以人為本，以學(xué)生為中心”的教育理念，這正好符合建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的中心思想：以學(xué)生為中心，強調(diào)學(xué)生對知識的主動探索、主動發(fā)現(xiàn)和對所學(xué)知識意義的主動建構(gòu)，學(xué)生在探索問題的過程中尋找問題的解決方法［2］。因此，以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)思想，摒棄單向的、灌輸式的、封閉的傳統(tǒng)教學(xué)模式，以學(xué)生為中心，以教師為引導(dǎo)者，致力于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，增強師生的互動性，提高學(xué)生的參與意識、創(chuàng)新意識和團(tuán)隊意識，對“包裝機械設(shè)計”的課程設(shè)計各環(huán)節(jié)，進(jìn)行了系統(tǒng)地改革。

（一）設(shè)計題目的選擇和規(guī)劃

為了調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生自主規(guī)劃設(shè)計題目和內(nèi)容，即教師在講授理論課時，要求學(xué)生主動收集和查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，分析現(xiàn)有包裝機械或者其某個機構(gòu)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展歷史，發(fā)現(xiàn)存在的不足或問題，并編寫研究報告，經(jīng)過教師的整理和篩選，確定若干個具有一定針對性的包裝機械創(chuàng)新設(shè)計或改進(jìn)設(shè)計題目，然后構(gòu)建包裝機械課程設(shè)計題目庫，最后由老師指導(dǎo)學(xué)生編寫課程設(shè)計任務(wù)書。教師要參考工作量大小、難易程度，設(shè)置設(shè)計的難度系數(shù)，使設(shè)計題目具有一定的挑戰(zhàn)性，能滿足不同學(xué)生的需求。包裝機械課程設(shè)計題目的多樣性、挑戰(zhàn)性必須以綜合性為前提，設(shè)計題目和內(nèi)容必須涉及“機械設(shè)計基礎(chǔ)”中的基礎(chǔ)內(nèi)容，在掌握基本設(shè)計能力的同時，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力。

學(xué)生自主規(guī)劃設(shè)計題目和內(nèi)容，可以把理論課的課堂教學(xué)與課程設(shè)計緊密結(jié)合在一起，有利于學(xué)生充分發(fā)揮創(chuàng)新思維，調(diào)動了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣和積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊意識，緩解了設(shè)計時間緊、任務(wù)重的問題。同時豐富的課程設(shè)計題目的類型和數(shù)量，可以使學(xué)生根據(jù)自身的學(xué)習(xí)情況，自由選擇，避免了大多數(shù)學(xué)生因時間問題而全盤抄襲的現(xiàn)象。

（二）教學(xué)方法與手段的改革

1.分散布置、分組設(shè)計模式的探索

傳統(tǒng)的“包裝機械設(shè)計”的課程設(shè)計采取的是在1～2周內(nèi)完成的集中設(shè)計模式，與課堂教學(xué)結(jié)合在一起之后，就轉(zhuǎn)變?yōu)樨灤┱麄€課程教學(xué)的分散式設(shè)計模式。教師可以將課程設(shè)計進(jìn)程分為前期準(zhǔn)備、初期設(shè)計和后期設(shè)計3個階段。在每個階段中，以學(xué)生為主體，教師采用不同的方法與手段，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，使其理解相關(guān)內(nèi)容，并掌握學(xué)習(xí)方法和技巧。在前期準(zhǔn)備階段中，教師應(yīng)采用形式多樣的教學(xué)手段，如圖片、視頻、機械實物等介紹包裝機械的結(jié)構(gòu)組成與工作原理，組織學(xué)生以自愿形式組成設(shè)計小組，小組人數(shù)一般為3～5人，每組選出一名小組長。教師指導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn)綜述，組織小組同學(xué)分析討論文獻(xiàn)中反映出的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢以及存在的不足，并指導(dǎo)學(xué)生如何撰寫文獻(xiàn)綜述或研究報告以及課程設(shè)計任務(wù)書。在后2個階段中，教師要求小組長自行主持小組的工作，負(fù)責(zé)監(jiān)督小組成員的工作進(jìn)度與表現(xiàn)，并及時向教師匯報。在初期設(shè)計階段，按照機械設(shè)計的一般流程需要完成以下任務(wù)：①傳動方案設(shè)計；②典型結(jié)構(gòu)的分析與綜合；③繪制機器運動循環(huán)圖；④確定最佳方案。后期設(shè)計階段實質(zhì)就是具體的設(shè)計計算階段，需要完成以下任務(wù)：①傳動系統(tǒng)的運動設(shè)計計算；②結(jié)構(gòu)設(shè)計計算和動力計算；③傳動零部件的選用以及強度校核；④繪制零部件工程圖和裝配圖；⑤編寫課程設(shè)計說明書；⑥準(zhǔn)備答辯。

分散的設(shè)計模式將課程設(shè)計內(nèi)容與課堂教學(xué)緊密聯(lián)系起來，避免了傳統(tǒng)的集中模式因時間間隔太長而導(dǎo)致記憶模糊的缺點，給予學(xué)生充分的時間主動探索知識、構(gòu)建信息和解決問題。設(shè)計小組的模式有助于學(xué)生之間的交流、溝通，有利于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作精神。

2.計算機技術(shù)的應(yīng)用

在初期設(shè)計和后期設(shè)計階段中，學(xué)生作為設(shè)計主體，需完成所有設(shè)計任務(wù)，教師以輔導(dǎo)者的身份對學(xué)生進(jìn)行設(shè)計指導(dǎo)。學(xué)生在這個階段主要完成計算、繪圖等工作。由于工作量很大，為了提高工作效率和準(zhǔn)確度，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生使用Matlab等計算機語言，自己編程，進(jìn)行傳動系統(tǒng)的運動和動力、軸系零部件的強度和壽命等復(fù)雜參數(shù)的合理選取和計算，滿足包裝機械中各個執(zhí)行構(gòu)件之間較高的運動精度和準(zhǔn)確的動作配合關(guān)系，從而改善機械動力學(xué)性能，達(dá)到優(yōu)化機構(gòu)的目的［3］。由于包裝機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多樣，設(shè)計制作樣機不太可能實現(xiàn)，因此，學(xué)生必須借助常用的計算機輔助軟件，如AutoCAD、Pro／E、Solidworks等參數(shù)化的三維CAD／CAM 軟件，這些軟件具有零部件的三維造型功能、裝配設(shè)計功能、工程圖功能以及有限元分析功能等，可以實現(xiàn)包裝機械虛擬樣機的建模、裝配、調(diào)試、運動模擬及仿真分析。其中借助于有限元分析模塊，可以完成包裝機械結(jié)構(gòu)的靜、動力強度等技術(shù)參數(shù)的分析計算，精確地預(yù)測出包裝機械的技術(shù)性能，從而縮短設(shè)計周期、降低設(shè)計成本，增加產(chǎn)品的可靠性，降低設(shè)備材料的消耗或成本，為解決實際工程問題提供了有效的途徑。這些軟件的應(yīng)用不僅讓學(xué)生深刻體會到實際工程中可靠性和經(jīng)濟性必須兼具的重要性，也培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識。同時這些分析軟件功能強大、操作簡便，包裝工程專業(yè)課程體系中也配備有相應(yīng)的CAD課程，因此，教師只需要在初期設(shè)計開始階段進(jìn)行短期的訓(xùn)練，學(xué)生就能快速掌握并熟練地應(yīng)用。借助于計算機技術(shù)，不僅可以激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的動力，提高學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生的設(shè)計能力也得到了全面的鍛煉和提升。

（三）評價及考核方式的改革

為了遏制抄襲現(xiàn)象，考察學(xué)生的創(chuàng)新能力、文獻(xiàn)查閱能力、分析及解決問題的能力、設(shè)計計算的能力和語言表達(dá)能力，課程設(shè)計的考核必須有一個透明的評價標(biāo)準(zhǔn)，對學(xué)生在整個課程設(shè)計過程中的表現(xiàn)進(jìn)行考核。

1.評價標(biāo)準(zhǔn)

課程設(shè)計總體目標(biāo)是使學(xué)生了解、熟悉和掌握機械設(shè)計的基本方法和步驟，設(shè)計出符合實際要求的合理方案；培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的設(shè)計思想；訓(xùn)練學(xué)生分析和解決工程實際問題的能力以及答辯陳述的語言表達(dá)和論述能力。因此，評價學(xué)生課程設(shè)計的綜合能力，應(yīng)從思想素質(zhì)、知識掌握和能力培養(yǎng)3個方面著手［4］。

思想素質(zhì)主要包括學(xué)習(xí)態(tài)度、課程設(shè)計進(jìn)度和出勤；知識掌握主要包括基本知識、圖紙質(zhì)量和設(shè)計說明書質(zhì)量；能力培養(yǎng)主要包括一般機械設(shè)計的能力、創(chuàng)新能力、計算、CAD制圖以及運用設(shè)計資料的能力、虛擬樣機建模、裝配、修改的能力、考核時語言表達(dá)能力、問題論述能力等。

以上3個方面中的每項評價分為優(yōu)、良、中、及格和不及格5個等級，每個等級設(shè)定相應(yīng)的評價標(biāo)準(zhǔn)。由于不同小組、不同設(shè)計題目之間存在工作量和難易程度的區(qū)別，因此教師應(yīng)在所有項目評價結(jié)果權(quán)重的基礎(chǔ)上，適當(dāng)考慮工作量比例系數(shù)和難度系數(shù)，確定課程設(shè)計的最終成績。

2.考核方式

為了全面評價學(xué)生在整個課程設(shè)計周期內(nèi)的表現(xiàn)，考核分為中期檢查和最終考核2個階段進(jìn)行［5］。

中期檢查是在初期設(shè)計階段結(jié)束之后進(jìn)行，主要考察學(xué)生對設(shè)計課題相關(guān)基本知識的理解和熟悉程度、學(xué)生查閱和整理文獻(xiàn)資料的能力以及分析問題的能力、傳動方案是否可行、總體設(shè)計方案是否具有創(chuàng)新性。在課程設(shè)計進(jìn)行過程中，可以采用小組分散討論的形式，由組長組織小組討論會，通過交流、討論和匯報，考察小組成員的設(shè)計進(jìn)度和情況。首先，由小組長總結(jié)課程設(shè)計中期進(jìn)度情況，撰寫中期總結(jié)報告；中間檢查時，采用集中陳述的形式，教師組織小組集中陳述會，每個小組的組長作為代表陳述7～10分鐘，匯報小組設(shè)計進(jìn)度和內(nèi)容，教師要求其余小組積極地出謀劃策，指出小組設(shè)計中存在的問題，提出修改意見，并為其進(jìn)行打分。

最終考核在課程設(shè)計結(jié)束之后進(jìn)行，主要考核學(xué)生的語言表達(dá)能力、問題論述能力以及創(chuàng)新設(shè)計能力?？己瞬捎么疝q的形式，同一設(shè)計小組的成員依次進(jìn)行陳述，小組長做最后總結(jié)陳述，最終考核不僅注重小組整體表現(xiàn)，也兼顧個人能力。教師和其余小組依據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)，對該小組成員的綜合能力和整體表現(xiàn)進(jìn)行打分，結(jié)合中期檢查分?jǐn)?shù)，確定最終的成績。這種分階段、分組的考核方式有助于加強小組成員之間以及小組之間的溝通、交流，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮其主動能動性，培養(yǎng)團(tuán)隊協(xié)作能力和團(tuán)隊意識。

為了適應(yīng)21世紀(jì)人才發(fā)展需要，“包裝機械設(shè)計”的課程設(shè)計教學(xué)應(yīng)摒棄傳統(tǒng)教學(xué)模式中落后的、不合理、單一的方法、手段和形式，基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)論思想，從課程設(shè)計教學(xué)的各個環(huán)節(jié)、各個方面進(jìn)行改革，旨在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，加強學(xué)生之間、師生之間的互動，注重學(xué)生自主設(shè)計能力、自學(xué)能力、創(chuàng)新意識以及團(tuán)隊協(xié)作能力等綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。在新的課程設(shè)計教學(xué)模式中，教師是引導(dǎo)者、咨詢者和評價者，而學(xué)生成為課程設(shè)計教學(xué)過程中的主導(dǎo)者，不再被動地接收知識，而是主動探索問題、分析問題、構(gòu)建知識和解決問題［5］。實踐證明，改革后的“包裝機械設(shè)計”的課程設(shè)計教學(xué)體系調(diào)動了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力和團(tuán)隊意識、工程意識、機械設(shè)計水平，學(xué)生的語言表達(dá)能力也有明顯提高。學(xué)生普遍反映課程設(shè)計教學(xué)效果較以往有一定提高。

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［3］吳若梅，黃源江，陳莘莘，等.基于MATLAB的包裝機械課程設(shè)計應(yīng)用［J］.株洲工學(xué)院學(xué)報，2004，18（5）：97－99.

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