王建 李鋼

摘要：本文分析了機(jī)械設(shè)計(jì)類課程設(shè)計(jì)的教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題，提出了基于OBE的“1234”模式?！?234”模式中的“1”是指課程設(shè)計(jì)圍繞一個(gè)核心，“2”是指題目設(shè)置具有兩種特性，“3”是指課程設(shè)計(jì)的執(zhí)行要遵循3個(gè)步驟，“4”是指課程設(shè)計(jì)的開展要采取4個(gè)階段。研究成果對于提高課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)效果、充分發(fā)揮學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性具有重要意義。

關(guān)鍵詞：以成果為導(dǎo)向；機(jī)械設(shè)計(jì)；課程設(shè)計(jì)；模式；探索

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）09-0200-03

機(jī)械設(shè)計(jì)類課程設(shè)計(jì)主要包括機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)（1周）、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)（2周）、機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（2周）。機(jī)械設(shè)計(jì)類課程設(shè)計(jì)是融合了機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械原理、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、互換性與技術(shù)測量等課程的知識(shí)，是學(xué)生獲取工程技術(shù)訓(xùn)練的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，對于鞏固所學(xué)專業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)查閱資料或手冊的能力，掌握解決復(fù)雜工程問題的方法具有重要的作用。

以學(xué)生為中心、以成果為導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)是工程教育認(rèn)證的核心理念，這些理念代表了工程教育認(rèn)證改革的方向，是一種先進(jìn)的教育理念[1]。而成果導(dǎo)向（Outcome Based Education，OBE）的核心是以學(xué)生能力的獲得（學(xué)生學(xué)了什么）為評價(jià)教學(xué)成果的依據(jù)，而非“教育輸入”（教師教了什么）。從目前很多高校的機(jī)械設(shè)計(jì)類課程設(shè)計(jì)來看，題目的設(shè)置方面、運(yùn)行模式方面和考核方式等都與工程教育認(rèn)證的核心理念還有很大差距。近年來，很多專家和學(xué)者對機(jī)械設(shè)計(jì)類課程設(shè)計(jì)提出了改革方案[2-6]。本文結(jié)合南京工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)類課程設(shè)計(jì)的實(shí)際情況提出了“1234”運(yùn)行和改革模式。

一、課程設(shè)計(jì)的教學(xué)現(xiàn)狀以及存在的問題

1.課程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容。目前，國內(nèi)大部分高校的機(jī)械設(shè)計(jì)類課程設(shè)計(jì)題目都是設(shè)計(jì)一個(gè)齒輪減速器，詳細(xì)來說，一周的課程設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一個(gè)一級(jí)的直齒或斜齒圓柱齒輪減速器，兩周的課程設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一個(gè)兩級(jí)的直齒或斜齒圓柱齒輪減速器。以我校機(jī)械工程學(xué)院兩周的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)為例，其設(shè)計(jì)的題目為：帶式輸送機(jī)傳動(dòng)裝置二級(jí)直齒/斜齒圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)，帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)方案如圖1所示。其初始條件為：輸送帶有效拉力F、輸送機(jī)滾筒轉(zhuǎn)速n、輸送機(jī)滾筒直徑D，減速器設(shè)計(jì)壽命為10年（每年250個(gè)工作日）。其工作條件為：兩班制，常溫下連續(xù)工作；空載起動(dòng)，工作載荷平穩(wěn)，單向運(yùn)轉(zhuǎn)；三相交流電源，電壓為380/220伏。設(shè)計(jì)任務(wù)為：提供減速器裝配圖1張（0號(hào)圖紙）、零件圖2張（齒輪或軸，2號(hào)圖紙）、設(shè)計(jì)計(jì)算說明書1份（不少于5000字）。

2.存在的主要問題。（1）設(shè)計(jì)題目單一，缺乏多樣性和創(chuàng)新性。南京工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)類課程設(shè)計(jì)的題目為具有典型代表性的直/斜齒輪減速器。一般來講，學(xué)號(hào)為奇數(shù)的學(xué)生做的是直齒輪減速器的設(shè)計(jì)，學(xué)號(hào)為偶數(shù)的學(xué)生做的是斜齒輪減速器的設(shè)計(jì)。為了避免抄襲，每個(gè)人的初始數(shù)據(jù)均不同，即三個(gè)初始條件：輸送帶有效拉力F、輸送機(jī)滾筒轉(zhuǎn)速n、輸送機(jī)滾筒直徑D。從表面上來看，學(xué)生一人一題，可以避免抄襲，但從交上來的學(xué)生成果來看，大部分都是千篇一律。還有很多學(xué)生拿到了往年學(xué)生的圖紙，大家人手一份，錯(cuò)誤的地方也照抄。這種方式不利于培養(yǎng)其實(shí)踐能力，也難以達(dá)到課程設(shè)計(jì)所設(shè)置的目的要求。從創(chuàng)新的角度來講，目前的課程設(shè)計(jì)是基于系統(tǒng)方案成型的基礎(chǔ)上而開展的，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。（2）個(gè)人單獨(dú)完成，缺乏團(tuán)隊(duì)合作。團(tuán)隊(duì)是由一些具有共同奮斗目標(biāo)和一致認(rèn)可的行動(dòng)策略的人組成，他們才能互補(bǔ)，并且負(fù)有共同責(zé)任[7]。團(tuán)隊(duì)的集體成果是通過每個(gè)成員的努力換來的，是各成員之間采用集體討論、決策以及信息共享和標(biāo)準(zhǔn)化等方式而獲得的[8]。在目前的機(jī)械設(shè)計(jì)類課程設(shè)計(jì)中，學(xué)生在拿到數(shù)據(jù)以后，自己做自己的，學(xué)生之間幾乎沒有交流，更談不上團(tuán)隊(duì)之間的合作。但是，在實(shí)際的工程實(shí)踐中，一個(gè)項(xiàng)目靠個(gè)人的力量是無法完成的，必須要求團(tuán)隊(duì)成員之間的分工合作。這種依靠個(gè)人單打獨(dú)斗的方式從一定程度上切斷了學(xué)生之間的相互聯(lián)系，導(dǎo)致學(xué)生在以后的工作中難以從大局的角度考慮問題。另外，在選擇各種機(jī)械設(shè)備以及建立各機(jī)構(gòu)之間的聯(lián)系過程中，也會(huì)出現(xiàn)盲目選擇的情況，對個(gè)人發(fā)展非常不利。（3）考核方式死板，無法調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。教師對學(xué)生課程設(shè)計(jì)的考核主要是按照學(xué)生交上來的設(shè)計(jì)說明書和設(shè)計(jì)圖紙，一是看工作量是否滿足要求，二是看說明書和設(shè)計(jì)圖紙的質(zhì)量，考核方式過于簡單和死板。由于缺少前期的組織動(dòng)員，師生之間的交流與互動(dòng)相對較少，考核的時(shí)候又缺少答辯交流環(huán)節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生不會(huì)認(rèn)識(shí)到自己的錯(cuò)誤。比如，在軸的設(shè)計(jì)中，軟齒面的主要失效形式是齒面點(diǎn)蝕，按照齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，按齒根彎曲強(qiáng)度進(jìn)行校核，而對于硬齒面，其主要失效形式是齒根折斷，要按照齒根彎曲強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，按照齒面接觸強(qiáng)度進(jìn)行校核。而學(xué)生只是照抄書上的例子，雖然結(jié)果是正確的，但卻不知道自己設(shè)計(jì)的是硬齒面還是軟齒面。再比如圖紙上的表面粗糙度的值都是從書中抄來的，至于為什么給出每個(gè)粗糙度的數(shù)值卻不清楚。因此，這種缺少答辯交流的考核方式嚴(yán)重影響了課程設(shè)計(jì)的效果。

二、“1234”模式構(gòu)建

為了解決目前機(jī)械設(shè)計(jì)類課程設(shè)計(jì)存在的缺陷，本文提出了課程設(shè)計(jì)的“1234”模式。如圖2所示，“1234”模式中的“1”是指課程設(shè)計(jì)圍繞一個(gè)核心，“2”是指題目設(shè)置具有兩種特性，“3”是指課程設(shè)計(jì)的執(zhí)行要遵循3個(gè)步驟，“4”是指課程設(shè)計(jì)的開展要采取4個(gè)階段。

1.以學(xué)生能力的獲得為核心。課程設(shè)計(jì)是學(xué)生獲取工程技術(shù)訓(xùn)練的綜合性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，經(jīng)過課程設(shè)計(jì)，學(xué)生應(yīng)掌握運(yùn)用綜合知識(shí)解決復(fù)雜工程問題的能力。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)類課程設(shè)計(jì)必須與工程教育的核心理念一致，即以學(xué)生的能力獲得為核心。

2.題目設(shè)計(jì)應(yīng)具有綜合性和創(chuàng)新性。課程設(shè)計(jì)的題目應(yīng)具有綜合性，具體要滿足如下要求：（1）設(shè)計(jì)中所用到的傳動(dòng)方式必須是機(jī)械設(shè)計(jì)課程中所講授過的，例如：齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)等。（2）難度適中，既讓學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)能夠完成，又能鍛煉學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。課程設(shè)計(jì)的題目應(yīng)具有創(chuàng)新性，即題目的選擇不能過于傳統(tǒng)，也不能過于固定，而是要選擇靈活性的半開放式題目，要有利于學(xué)生創(chuàng)造力的發(fā)揮。

在實(shí)際執(zhí)行過程中，既可以從實(shí)際工程案例中尋找，也可以從教師的科研項(xiàng)目中尋找，還可以以學(xué)生根據(jù)自己的興趣特點(diǎn)自擬題目?？傊?，要滿足具有一定的綜合性和創(chuàng)新性，既要難度適中，又要滿足教學(xué)目標(biāo)的要求。所謂綜合性，指題目的實(shí)施中一般既要包含傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算、軸類零件的設(shè)計(jì)計(jì)算、聯(lián)軸器和軸承的選擇和計(jì)算，又有螺紋連接、鍵和銷的連接、潤滑和密封等知識(shí)點(diǎn)的考核。

3.課程設(shè)計(jì)的執(zhí)行應(yīng)遵循理論計(jì)算、設(shè)計(jì)繪圖和加工制造三個(gè)步驟。在課程設(shè)計(jì)的執(zhí)行過程中，不僅要進(jìn)行理論計(jì)算和圖紙繪制，如材料選擇、強(qiáng)度和剛度校核、確定尺寸和裝配關(guān)系等，還包括加工和制作。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮到加工的問題，即需要依據(jù)加工單元與材料來考慮所設(shè)計(jì)裝置各零件的形狀與尺寸，形成由零件加工形式、模型裝配、零件設(shè)計(jì)計(jì)算等一體化的設(shè)計(jì)加工模式。零部件理論設(shè)計(jì)計(jì)算、裝置傳動(dòng)效率計(jì)算過程不在是單純的照搬照抄，圖紙的繪制也不單純是照葫蘆畫瓢，且在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中需要團(tuán)隊(duì)成員協(xié)同完成。

4.課程設(shè)計(jì)的開展應(yīng)采取設(shè)計(jì)動(dòng)員、方案建立、模型制作和答辯交流四個(gè)階段。（1）設(shè)計(jì)動(dòng)員階段。學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，3—5人自愿組成一個(gè)小組，結(jié)合自己的興趣到圖書館查閱資料，主動(dòng)與指導(dǎo)教師討論并最終確定選題。課程設(shè)計(jì)題目確定的同時(shí)，學(xué)生也學(xué)會(huì)了如何查閱資料，并且具備了一定的主動(dòng)思考的能力，同時(shí)整個(gè)過程學(xué)生都能具有很高的學(xué)習(xí)熱情。

（2）方案建立階段。團(tuán)隊(duì)成員具體分工，確定每個(gè)人的任務(wù)和具體進(jìn)度安排。每個(gè)小組負(fù)責(zé)人定期向教師提交上一階段的任務(wù)完成情況以及下一階段的工作安排。通過該階段的訓(xùn)練可以培養(yǎng)學(xué)生的項(xiàng)目管理能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和相互協(xié)調(diào)能力。（3）模型制作階段。學(xué)生根據(jù)自己的設(shè)計(jì)方案，利用簡單的機(jī)加工、線切割或3D打印等方式開展實(shí)物制作，并以實(shí)物的形式提交設(shè)計(jì)成果，對模型制作的質(zhì)量不做重點(diǎn)考核。通過該過程可以培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，鍛煉學(xué)生的工程制作能力。（4）答辯交流階段。擺脫傳統(tǒng)的僅以說明書和圖紙定成績的方式，增加答辯交流環(huán)節(jié)。所謂答辯交流，不僅是指教師問問題，學(xué)生進(jìn)行回答，教師還應(yīng)對學(xué)生做錯(cuò)的地方給予糾正，使學(xué)生知道錯(cuò)在哪里，正確的做法是什么。答辯方式可以采用PPT講稿，并保證每個(gè)學(xué)生參加答辯。通過該過程，可以鍛煉學(xué)生的語言表達(dá)能力和語言組織能力。

三、結(jié)語

針對目前機(jī)械設(shè)計(jì)類課程設(shè)計(jì)存在的問題，提出了課程設(shè)計(jì)的“1234”模式，該模式具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）題目的選擇具有綜合性和創(chuàng)新性，不但考察了綜合知識(shí)的應(yīng)用能力，還培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。（2）在課程設(shè)計(jì)的實(shí)施過程中，增加了加工制作環(huán)節(jié)，使學(xué)生在設(shè)計(jì)時(shí)能夠考慮到加工的問題，形成了由零件加工形式、模型裝配、零件設(shè)計(jì)計(jì)算等一體化的設(shè)計(jì)加工模式。（3）課程設(shè)計(jì)是以團(tuán)隊(duì)的形式來完成的，一方面鍛煉了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，另一方面在選擇各種機(jī)械設(shè)備以及建立各機(jī)構(gòu)之間的相互聯(lián)系的過程中，會(huì)避免出現(xiàn)盲目選擇的情況。（4）擺脫了傳統(tǒng)的僅以說明書和圖紙定成績的方式，課程設(shè)計(jì)的考核增加了答辯交流環(huán)節(jié)，鍛煉了學(xué)生的表達(dá)交流能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]王孫禺，趙自強(qiáng)，雷環(huán).中國工程教育認(rèn)證制度的構(gòu)建與完善——國際實(shí)質(zhì)等效的認(rèn)證制度建設(shè)十年回望[J].高等工程教育研究，2014，（5）：23-34.

[2]崔昭霞，賀向新，那日蘇.基于課程設(shè)計(jì)內(nèi)容確定畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的探討與實(shí)踐[J].內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報(bào)（教育科學(xué)版），2012，25（5）：151-153.

[3]李勇，范修文，張宏.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的“三位一體”模式探索[J].時(shí)代農(nóng)機(jī)，2015，42（12）：91-93.

[4]沈仙法，劉遠(yuǎn)偉.多理念融合的“機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)”主動(dòng)實(shí)踐教學(xué)模式研究[J].科教導(dǎo)刊，2017，（18）：120-123.

[5]張玉潔，崔麗琴，孫輝輝.機(jī)械綜合課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式的改革與實(shí)踐[J].華北科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，15（2）：122-124.

[6]崔立，蔣佳.基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的應(yīng)用型高校機(jī)械設(shè)計(jì)課程群教學(xué)改革[J].高教論壇，2018，（5）：41-44.

[7]趙云鵬，林喆，曹景沛，等.團(tuán)隊(duì)合作式畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)探索與實(shí)踐[J].廣州化工，2016，44（23）：179-181.

[8]吳若梅，張亦靜，肖穎喆.包裝工程專業(yè)團(tuán)隊(duì)協(xié)作畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)模式的探討與實(shí)踐[J].包裝工程，2010，2（1）：90-92.