摘要 為培養(yǎng)符合就業(yè)市場需求,具有較強(qiáng)機(jī)械裝備設(shè)計(jì)知識(shí)和能力,愛國、誠信、勇于擔(dān)當(dāng)素質(zhì)的新工科創(chuàng)新性人才,對機(jī)械裝備設(shè)計(jì)課程內(nèi)容與教學(xué)方法進(jìn)行改革與實(shí)踐?;贠BE 理念將傳統(tǒng)以加工制造裝備為主的教學(xué)內(nèi)容拓寬到不同行業(yè)領(lǐng)域,設(shè)計(jì)典型機(jī)械裝備案例并融入思政元素;利用圖片、視頻等資源與學(xué)生展開交流與互動(dòng),充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性;指導(dǎo)學(xué)生針對實(shí)際生產(chǎn)問題提出機(jī)械裝備設(shè)計(jì)目標(biāo),自由成組開展創(chuàng)新設(shè)計(jì);構(gòu)建綜合考勤、作業(yè)、討論,及小組設(shè)計(jì)成果師生評價(jià)結(jié)果的考核方法。實(shí)踐結(jié)果表明,機(jī)械裝備設(shè)計(jì)課程教學(xué)在各畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成度評價(jià)超過0.89,達(dá)到了課程的建設(shè)目標(biāo)。
關(guān)鍵詞 成果導(dǎo)向教育;機(jī)械裝備設(shè)計(jì);思政元素;課程建設(shè);教學(xué)實(shí)踐
中圖分類號 S-058 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A
文章編號 0517-6611(2024)08-0275-05
doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2024.08.063
Ideological and Political Teaching and Practice of Mechanical Equipment Design Course Based on OBE Concept
XIA Hong-mei, ZHEN Wen-bin
(College of Engineering, South China Agriculture University, Guangzhou, Guangdong 510642)
Abstract In order to train new engineering innovative talents for students to meet the requirements of the employment market, enhance their knowledge and ability of mechanical and equipment design, possess patriotic, integrity, responsibility and other qualities, the course content and teaching method of Mechanical and Equipment Design were reformed and practiced. Based on the concept of OBE, the traditional teaching content mainly focused on processing and manufacturing equipment was expanded to different industry fields. Typical mechanical equipment cases were designed and integrated into ideological and political elements. Pictures, videos and other resources were used to communicate and interact with students and give full play to their initiative. Students were guided to propose mechanical equipment design objectives according to actual production problems, and carry out innovative design in groups freely. A comprehensive assessment method was constructed for attendance, homework, discussion, and evaluation results of group design. The teaching practical results show that the achievement degree of Mechanical Equipment Design at each graduation requirement index was more than 0.89, which has achieved the goal of course construction.
Key words Outcomes-based Education;Mechanical equipment design;Ideological and political elements;Curriculum construction;Teaching practice
成果導(dǎo)向教育理念 (Outcomes-Based Education,OBE) 是以學(xué)生為中心,以學(xué)生畢業(yè)時(shí)預(yù)期學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向,對培養(yǎng)計(jì)劃、教學(xué)內(nèi)容、進(jìn)程和方法等進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)的教育理念,自20世紀(jì)80年代在歐美國家興起,已獲得廣泛實(shí)施[1]。教育部在2017 年 6 月 9 日,頒布了《新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目指南》,提出在人才培養(yǎng)計(jì)劃、專業(yè)課程建設(shè)、教學(xué)質(zhì)量評價(jià)等方面進(jìn)行改革研究,推行工程教育專業(yè)認(rèn)證,以使我國工程教育質(zhì)量達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)[2]。機(jī)械裝備設(shè)計(jì)是工科機(jī)類專業(yè)的一門專業(yè)課程,是在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械CAD/CAM、機(jī)械制造基礎(chǔ)等專業(yè)課程基礎(chǔ)上,培養(yǎng)學(xué)生具備設(shè)計(jì)、仿真、優(yōu)化、控制等知識(shí)對機(jī)械工程領(lǐng)域裝備進(jìn)行功能需求分析、方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)與控制設(shè)計(jì)的綜合性專業(yè)課程。依據(jù)就業(yè)市場對學(xué)生在機(jī)械裝備設(shè)計(jì)方面的實(shí)際需求,對機(jī)械裝備設(shè)計(jì)課程內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化,對培養(yǎng)具備解決復(fù)雜工程裝備設(shè)計(jì)問題能力的創(chuàng)新性人才具有重要意義[3-4]。
傳統(tǒng)機(jī)械裝備設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容以機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)原理為主,包括:切削加工機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、物流輸送裝備、工裝夾具和模具等制造裝備的組成、理論與設(shè)計(jì)方法。實(shí)際生產(chǎn)中的機(jī)械裝備除基礎(chǔ)制造裝備外,還包括工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各行業(yè)中應(yīng)用的裝備,如交通運(yùn)輸裝備、醫(yī)藥食品包裝裝備、農(nóng)業(yè)種植與收獲裝備等。擴(kuò)展“機(jī)械裝備”內(nèi)涵范圍,拓寬學(xué)生的專業(yè)視野,培養(yǎng)學(xué)生對不同行業(yè)機(jī)械裝備的設(shè)計(jì)能力,對增加學(xué)生在不同行業(yè)領(lǐng)域的就業(yè)機(jī)會(huì)具有重要意義[5]。
隨著模塊化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、協(xié)同化與智能化設(shè)計(jì)制造技術(shù)的發(fā)展,各行業(yè)機(jī)械裝備從傳統(tǒng)自動(dòng)化向模塊化、柔性化和智能化方向發(fā)展,基于視覺技術(shù)、傳感檢測技術(shù)和智能決策控制技術(shù)的各種高精度、高效率新型生產(chǎn)裝備不斷涌現(xiàn)?,F(xiàn)有機(jī)械裝備設(shè)計(jì)課程中的設(shè)計(jì)計(jì)算與自動(dòng)控制技術(shù)已難以適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)機(jī)械裝備快速、高效開發(fā)需求。在機(jī)械裝備設(shè)計(jì)課程教學(xué)中進(jìn)一步融入多學(xué)科新技術(shù),從教學(xué)內(nèi)容組織、教學(xué)方法與考核評價(jià)等方面進(jìn)行改革,有助于滿足社會(huì)和企業(yè)對學(xué)生機(jī)械裝備設(shè)計(jì)能力的新需求[6-8]。
教育部于2020年5月28日頒布了《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》,要求充分發(fā)揮好每門課程的育人作用,深度挖掘提煉專業(yè)知識(shí)體系中所蘊(yùn)含的思想價(jià)值和精神內(nèi)涵,提高學(xué)生正確認(rèn)識(shí)問題、分析問題和解決問題的能力,培養(yǎng)學(xué)生精益求精的大國工匠精神,激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)[9]。在機(jī)械裝備設(shè)計(jì)課程案例教學(xué)內(nèi)容中融入思政元素,貫穿于案例講授與研討,可增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的知識(shí)性、人文性與引領(lǐng)性,在專業(yè)知識(shí)教學(xué)同時(shí)達(dá)到育人的效果。
1 課程建設(shè)
1.1 建設(shè)目標(biāo)
在知識(shí)層面,使學(xué)生了解各行業(yè)典型機(jī)械裝備技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢,掌握各種機(jī)械裝備的理論知識(shí)與設(shè)計(jì)方法。在能力層面,培養(yǎng)學(xué)生具備綜合應(yīng)用所學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)專業(yè)知識(shí)對不用應(yīng)用場合下機(jī)械裝備進(jìn)行功能需求分析與設(shè)計(jì)的能力,提升學(xué)生解決實(shí)際工程設(shè)計(jì)問題的能力。在素質(zhì)層面,引導(dǎo)學(xué)生樹立科學(xué)精神與工匠精神,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、創(chuàng)新與協(xié)作的專業(yè)素養(yǎng)。
1.2 課程體系
構(gòu)建課程框架體系如圖1所示,以機(jī)械設(shè)計(jì)、工程力學(xué)、機(jī)器視覺、數(shù)字設(shè)計(jì)、智能優(yōu)化、工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)控制與智能制造等專業(yè)課程知識(shí)為支撐,內(nèi)容包括機(jī)械裝備發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢,不同行業(yè)領(lǐng)域機(jī)械裝備的類型、技術(shù)原理與應(yīng)用特點(diǎn)等。通過解析典型機(jī)械裝備實(shí)例的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)部件、感知技術(shù)與控制系統(tǒng)原理,使學(xué)生理解和掌握機(jī)械裝備的設(shè)計(jì)進(jìn)程、內(nèi)涵與方法。
課程在概述部分介紹國內(nèi)外重大成套裝備、基礎(chǔ)加工制造裝備和核心部件的技術(shù)發(fā)展,使學(xué)生了解我國機(jī)械裝備的現(xiàn)狀與水平。按機(jī)械加工制造裝備的發(fā)展歷程講解普通切削機(jī)床、自動(dòng)機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心、并聯(lián)機(jī)床及智能機(jī)床的技術(shù)原理和應(yīng)用特點(diǎn)。在對生產(chǎn)作業(yè)時(shí)間影響最大的物料輸送裝備方面,針對不同物料特性介紹連續(xù)供料裝備、間歇供料裝備及單件或散粒物料定量供送裝備的類型、特點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)原理。在產(chǎn)品包裝裝備方面,面向不同包裝物料特性與包裝材料特性,講解包裝材料成型機(jī)構(gòu)原理、被包裝物料定量或計(jì)數(shù)充填機(jī)構(gòu)與原理,裹包與封口機(jī)構(gòu)原理等關(guān)鍵共性技術(shù)。針對農(nóng)業(yè)采收裝備,介紹基于機(jī)器人技術(shù)的采收裝備發(fā)展歷史與現(xiàn)狀,機(jī)械臂、末端執(zhí)行器、視覺識(shí)別系統(tǒng)、柔性抓取系統(tǒng)及路徑規(guī)劃控制系統(tǒng)等采摘機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)原理,及采摘機(jī)器人在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用情況。
1.3 融入思政元素的教學(xué)案例
習(xí)總書記在2018年9月召開的全國教育大會(huì)上提出教育要在堅(jiān)定理想信念、厚植愛國主義情懷、加強(qiáng)品德修養(yǎng)、增長知識(shí)見識(shí)、培養(yǎng)奮斗精神和增強(qiáng)綜合素質(zhì)等6個(gè)方面下功夫[10]。在機(jī)械裝備設(shè)計(jì)教學(xué)中建立理論知識(shí)點(diǎn)與立德樹人思政教育的關(guān)聯(lián)性,落實(shí)素質(zhì)教育在理論教學(xué)中的自然過渡融合。在課程概述部分,將我國機(jī)械裝備技術(shù)特點(diǎn)與美國、德國、日本等發(fā)達(dá)國家進(jìn)行對比分析,使學(xué)生了解國內(nèi)外機(jī)械裝備的自動(dòng)化和智能化發(fā)展趨勢,認(rèn)識(shí)到我國機(jī)械裝備與國外機(jī)械裝備尚存在巨大技術(shù)差距現(xiàn)狀,激發(fā)學(xué)生提升自身機(jī)械裝備知識(shí)與設(shè)計(jì)能力的責(zé)任感和使命感,胸懷為我國機(jī)械裝備創(chuàng)新發(fā)展努力奮斗的遠(yuǎn)大志向。
在不同類型機(jī)械裝備教學(xué)內(nèi)容組織中,基于案例教學(xué)法、知識(shí)關(guān)聯(lián)法與教師引導(dǎo)法在課堂案例教學(xué)中融入6個(gè)方面的思政元素,如表1所示。在加工制造裝備方面,以車銑復(fù)合加工中心為例,講解國內(nèi)外機(jī)床床身結(jié)構(gòu)、高速主軸、高速進(jìn)給直線電機(jī)、物料裝卸等主要功能模塊特點(diǎn),激發(fā)學(xué)生的愛國主義情懷,激勵(lì)學(xué)生努力奮斗縮小與國外的技術(shù)差距;以DELTA并聯(lián)送料機(jī)器人為例,講解串聯(lián)與并聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn),并聯(lián)機(jī)構(gòu)在南仁東先生團(tuán)隊(duì)建造射電望遠(yuǎn)鏡FAST上的應(yīng)用,培養(yǎng)學(xué)生不懼艱險(xiǎn)勇于奮斗的精神;以無人機(jī)智能裝配生產(chǎn)線自動(dòng)檢測協(xié)調(diào)控制實(shí)現(xiàn)各工序協(xié)同作業(yè)為例,引導(dǎo)學(xué)生增強(qiáng)個(gè)人綜合素質(zhì),培養(yǎng)團(tuán)結(jié)合作的團(tuán)隊(duì)精神。在物料供輸裝備方面,以螺釘自動(dòng)安裝裝備為例,講解振動(dòng)有序供送與自動(dòng)擰緊螺絲機(jī)構(gòu)原理,鼓勵(lì)學(xué)生辯證思考生產(chǎn)實(shí)際問題,勇于探索和創(chuàng)新;以AGV自動(dòng)導(dǎo)引輸送車為例,講解AGV定位原理,引導(dǎo)學(xué)生珍惜學(xué)習(xí)機(jī)會(huì),找準(zhǔn)個(gè)人發(fā)展定位,提高專業(yè)綜合素質(zhì)。自動(dòng)包裝生產(chǎn)裝備方面,以制袋充填封口包裝設(shè)備為例講解我國包裝裝備在控制原理、性能、質(zhì)量方面與國外先進(jìn)技術(shù)的差距,引導(dǎo)學(xué)生樹立以質(zhì)量為先、精益求精的工匠精神;以硬膠囊生產(chǎn)裝備為例,通過回顧毒膠囊事件倡導(dǎo)學(xué)生樹立誠實(shí)守信,增強(qiáng)法律意識(shí)、環(huán)保意識(shí)與安全意識(shí)。在農(nóng)業(yè)采收裝備方面,介紹我國古代農(nóng)機(jī)具的成就,激發(fā)學(xué)生堅(jiān)定理想信念,努力提高解決工程設(shè)計(jì)問題的能力;對比我國采收機(jī)器人與國外技術(shù)的差距,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性與拼搏創(chuàng)新精神[11-12]。
2 課程教學(xué)方法
2.1 教學(xué)方法
在課堂教學(xué)環(huán)節(jié),首先概述各類機(jī)械裝備的作業(yè)功能、性能要求及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,再對具體案例進(jìn)行功能需求分析、結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)方案分析及關(guān)鍵技術(shù)原理與方法討論。借助圖片、技術(shù)資料、裝備工作視頻等對案例進(jìn)行講解與討論,使學(xué)生主動(dòng)參與課堂活動(dòng),加強(qiáng)師生間的互動(dòng)交流,充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)性與學(xué)生的學(xué)習(xí)主體性,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與信心。針對裝備實(shí)際應(yīng)用問題,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立性與創(chuàng)新性思考,使學(xué)生能快速理解和掌握機(jī)械裝備設(shè)計(jì)過程、理論與方法,提高學(xué)生分析和解決實(shí)際設(shè)計(jì)問題的能力。思政案例講解中,充分利用網(wǎng)絡(luò)與媒體資源來豐富和生動(dòng)教學(xué)內(nèi)容,激發(fā)學(xué)生的思想共鳴,鼓勵(lì)學(xué)生樹立正確的人生觀、價(jià)值觀和世界觀[13-14]。
在教學(xué)實(shí)施過程中,以人才市場需求為導(dǎo)向,討論不同行業(yè)領(lǐng)域中機(jī)械裝備實(shí)際應(yīng)用問題,引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生思考實(shí)際生產(chǎn)與生活中的機(jī)械裝備設(shè)計(jì)功能需求,創(chuàng)新提出設(shè)計(jì)目標(biāo)。指導(dǎo)學(xué)生利用課外時(shí)間組隊(duì)開展資料檢索、功能分析、方案設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)控制仿真設(shè)計(jì),引導(dǎo)學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中樹立團(tuán)隊(duì)意識(shí),發(fā)揚(yáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作和集體精神,綜合應(yīng)用前期學(xué)習(xí)的專業(yè)課程知識(shí),完成裝備創(chuàng)新設(shè)計(jì)任務(wù),撰寫設(shè)計(jì)說明書,并繪制設(shè)計(jì)工程圖紙。最后組織學(xué)生對設(shè)計(jì)成果進(jìn)行整理制作成PPT形式,開展設(shè)計(jì)成果匯報(bào)與討論,通過師生共同對設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)計(jì)算過程及設(shè)計(jì)圖紙質(zhì)量進(jìn)行評價(jià),并從細(xì)致認(rèn)真、求實(shí)創(chuàng)新等角度進(jìn)行思政效果點(diǎn)評,完成對設(shè)計(jì)成果的綜合評價(jià)。
2.2 考核評價(jià)方法
課程綜合課堂考勤、作業(yè)與討論及期末設(shè)計(jì)報(bào)告結(jié)果,依據(jù)課程教學(xué)大綱和課程的知識(shí)、能力與綜合素質(zhì)教學(xué)目標(biāo)確定評價(jià)指標(biāo)與權(quán)重[15]。將思政評價(jià)分散到不同考核環(huán)節(jié),從課堂參與表現(xiàn)、設(shè)計(jì)方案創(chuàng)新性、小組協(xié)調(diào)配合程度、考查匯報(bào)表現(xiàn)等方面進(jìn)行評價(jià),構(gòu)建考核評價(jià)指標(biāo)體系,如表2所示。
3 教學(xué)實(shí)踐效果
在2020級機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)72名學(xué)生中實(shí)施機(jī)械裝備設(shè)計(jì)課程改革與教學(xué)實(shí)踐。指導(dǎo)學(xué)生從加工制造、生產(chǎn)與生活應(yīng)用需求角度提出機(jī)械裝備設(shè)計(jì)目標(biāo),通過課程教學(xué)實(shí)踐,部分小組創(chuàng)新設(shè)計(jì)如圖2所示。圖2a為適用于快速零件加工的便攜可移動(dòng)3D打印機(jī),圖2b為適于家用的語音控制洗碗機(jī),圖2c為香蕉果柄夾切末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)。教學(xué)實(shí)踐結(jié)果表明,基于案例與思政的教學(xué)方法能更好調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性,促進(jìn)學(xué)生獨(dú)立思考、團(tuán)結(jié)協(xié)作,針對實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用裝備問題開展創(chuàng)新設(shè)計(jì),達(dá)到了設(shè)計(jì)能力與綜合素質(zhì)提升的培養(yǎng)目標(biāo)。
按機(jī)械裝備設(shè)計(jì)課程畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)構(gòu)建課程達(dá)標(biāo)評價(jià)準(zhǔn)則,分析學(xué)生的課程綜合評價(jià)成績,結(jié)果如表3所示。機(jī)械裝備設(shè)計(jì)課程教學(xué)在各畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成度評價(jià)超過0.89。通過問卷調(diào)查分析課程教學(xué)存在的問題,主要包括少數(shù)同學(xué)參與積極性不強(qiáng),自由組合設(shè)計(jì)小組成員導(dǎo)致各小組在設(shè)計(jì)思路方法、方案設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)樣機(jī)設(shè)計(jì)能力水平上存在一定差異。后續(xù)將進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)置教學(xué)內(nèi)容與案例,加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與積極性,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。在分組設(shè)計(jì)階段,指導(dǎo)學(xué)生按各自不同興趣與能力搭配成組,充分發(fā)揮各自的能力水平。
4 結(jié)語
以培養(yǎng)具備畢業(yè)要求的機(jī)械裝備設(shè)計(jì)知識(shí)、能力與思想素質(zhì)的工科專業(yè)人才為目標(biāo),在機(jī)械裝備設(shè)計(jì)課程中融入成果導(dǎo)向教育理念,構(gòu)建包含不同行業(yè)領(lǐng)域機(jī)械裝備內(nèi)容的課程體系,設(shè)計(jì)融入思政元素的教學(xué)案例,探索以學(xué)生為主體的課堂討論活動(dòng),引導(dǎo)學(xué)生以小組團(tuán)隊(duì)形式開展機(jī)械裝備創(chuàng)新設(shè)計(jì),制定課堂過程性與期末結(jié)果性考核評價(jià)細(xì)則,按畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)對課程的教學(xué)實(shí)踐情況進(jìn)行達(dá)成度評價(jià),驗(yàn)證了課程建設(shè)的實(shí)踐效果。后續(xù)將進(jìn)一步完善課程教學(xué)案例與思政元素設(shè)計(jì),加強(qiáng)與學(xué)生在課堂及分組設(shè)計(jì)過程中的交流互動(dòng)。
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基金項(xiàng)目 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目(JG20187);廣東省教學(xué)改革項(xiàng)目(粵高教函[2020]20號)。
作者簡介 夏紅梅(1975—),女,湖北黃梅人,教授,博士,從事設(shè)施農(nóng)業(yè)智能裝備、現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法研究。
收稿日期 2023-06-06