機械原理與機械設(shè)計教學改革研究

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摘要：基于工程教育專業(yè)認證，對傳統(tǒng)“機械原理”和“機械設(shè)計”課程設(shè)計進行教學改革探索。課程設(shè)計選題突出陶瓷機械特色，切合工作實踐，完善課程綜合性。對照專業(yè)認證標準從機械課程設(shè)計的教學內(nèi)容、教學目標和組織實施三方面提出了改革。

關(guān)鍵詞：工程教育專業(yè)認證；課程設(shè)計；陶瓷機械；教學改革

工程教育專業(yè)認證是針對高等學校工科專業(yè)實施的專門性認證，也是實現(xiàn)工程教育和工程師資格國際互認的重要基礎(chǔ)[1]。高等教育質(zhì)量問題成為社會關(guān)注重點，為進一步提高工科專業(yè)教學質(zhì)量，對標國際標準，教育部于2006年啟動了工程教育專業(yè)認證試點工作，2013年，中國成為《華盛頓協(xié)議》預(yù)備會員，2016年正式加入國際工程教育組織[2]。“機械原理與機械設(shè)計課程設(shè)計”是機械類專業(yè)培養(yǎng)學生綜合機械設(shè)計能力和創(chuàng)新能力的重要實踐教學環(huán)節(jié)[3]。課程主要任務(wù)為簡單結(jié)構(gòu)運動分析，簡單的機械設(shè)計，旨在引導學生整合機械原理和機械設(shè)計的所學知識：機構(gòu)運動簡圖、基本零部件設(shè)計校核、傳動方案設(shè)計等，以期培養(yǎng)學生工科思維。如何對“機械原理”和“機械設(shè)計”課程設(shè)計教學進行改革，以適應(yīng)新時代工程教育認證的新要求，是擺在各工科院校面前的一大挑戰(zhàn)。

1對“機械原理”和“機械設(shè)計”課程設(shè)計現(xiàn)狀的分析

“機械原理”和“機械設(shè)計”作為機械專業(yè)學科非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其課程設(shè)計大綱明確了常用機械零部件、機械傳動系統(tǒng)、聯(lián)系實際設(shè)計過程、正確的設(shè)計思想、分析和解決問題能力等要求指標。但傳統(tǒng)的課程設(shè)計難以滿足新時代工程教育專業(yè)認證標準。本校目前仍存在以下問題：①機械課程設(shè)計的選題較為單一。“機械原理”課程設(shè)計只是對典型機構(gòu)、四桿機構(gòu)或凸輪機構(gòu)運動分析。“機械設(shè)計”課程設(shè)計一直以來都是以二級圓柱齒輪減速器作為設(shè)計題目。題目傳統(tǒng)單一，學生抄襲現(xiàn)象嚴重，不求甚解風氣較重。與工程教育專業(yè)認證標準的符合學校定位、適應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展需要的培養(yǎng)目標尚有差距。機械作為一門工科，理應(yīng)與實際接軌，應(yīng)與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，與社會發(fā)展需要契合，充分體現(xiàn)出各地區(qū)高校的機械專業(yè)特色。②機械課程設(shè)計的相關(guān)性不足。雖然機械原理中的執(zhí)行機構(gòu)和機械設(shè)計中的零部件設(shè)計都得到了訓練，但學生學完機械基礎(chǔ)系列課程后，缺乏對整體機械的認識，“機械原理”課程設(shè)計著重于運動分析，“機械設(shè)計”課程設(shè)計著重于機構(gòu)零部件性能參數(shù)，二者甚至不在同一機構(gòu)中，兩門課程沒有建立必要的對接點，使學生沒有形成一個有機的整體系統(tǒng)工程的認識以及掌握機器設(shè)計的完整過程。

2課程設(shè)計改革探索

[4]景德鎮(zhèn)陶瓷大學于2019年全面啟動工程教育專業(yè)認證工作，“機械原理”和“機械設(shè)計”課程設(shè)計正是培養(yǎng)機械電子工程學院學生創(chuàng)新及實踐能力的關(guān)鍵教學環(huán)節(jié)之一。對照工程教育專業(yè)認證標準，考慮將“機械原理”和“機械設(shè)計”課程設(shè)計在選題和內(nèi)容上加以融合，實行統(tǒng)一題目，并且結(jié)合立足于本校特色的陶瓷機械，以期滿足工程教育專業(yè)認證標準的培養(yǎng)目標、課程體系、畢業(yè)要求等要求。對照標準，在教學內(nèi)容、教學目標和組織實施上提升對機械課程設(shè)計的改革。2.1教學內(nèi)容的改革。對照工程教育專業(yè)認證標準的培養(yǎng)目標標準：突出學校特色、學校課程特色。根據(jù)本校培養(yǎng)方案和要求指標，教研組對課程設(shè)計大綱進行探討，將課程設(shè)計的選題立足于極具本校的陶瓷機械特色。從實際陶瓷機械中提煉難度適中又符合機構(gòu)運動和傳動教學重點來自陶瓷生產(chǎn)中實際的設(shè)計題目，如顎式破碎機、高壓注漿機、廂式壓濾機、真空練泥機等。并且?guī)W生進入現(xiàn)場參觀陶瓷生產(chǎn)過程，講解陶瓷機械的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和動作。例如講解顎式破碎機連桿機構(gòu)的粉碎黏土材料過程，輥壓機的電機到輥軸上的傳動過程，在學習專業(yè)知識的同時還與實際結(jié)合、與陶瓷特色相融合。另一方面，結(jié)合教師的科研項目擬定合適的課程設(shè)計題目，允許并鼓勵學生根據(jù)經(jīng)驗和興趣自己擬定課程設(shè)計選題。2.2教學目標的改革。工程教育專業(yè)認證標準的課程體系標準為工程類專業(yè)課程要體現(xiàn)整體系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)能力的培養(yǎng)。本課題課程設(shè)計的選題需具有綜合性，全面培養(yǎng)學生的機械設(shè)計能力，所選的設(shè)計題目所需的機構(gòu)應(yīng)覆蓋“機械原理”課程中所學的主要機構(gòu)和“機械設(shè)計”重點講授的帶傳動系統(tǒng)。在工程教育專業(yè)認證理念指導下，將“機械原理”課程設(shè)計和“機械設(shè)計”課程設(shè)計結(jié)合起來，統(tǒng)一題目，完成設(shè)計的全過程訓練。使學生將“機械原理”和“機械設(shè)計”的課程設(shè)計為相同機構(gòu)的不同題目，例如高壓注漿機機構(gòu)及傳動裝置設(shè)計、廂式壓濾機機構(gòu)設(shè)計及傳動裝置設(shè)計、真空練泥機機構(gòu)設(shè)計及傳動裝置設(shè)計、顎式破碎機機構(gòu)及傳動裝置設(shè)計，如圖1所示。內(nèi)容之間逐步遞進，深入完成課程設(shè)計，并且題目貫穿兩個課程，由淺而深引導學生自主思考，完成綜合性的課程設(shè)計。2.3組織實施的改革。工程教育專業(yè)認證標準的工程能力和工程要求標準：能否解決簡單的實際工程問題，能否就復雜工程問題和同行、其他專業(yè)人士及社會公眾有效溝通。考核的標準重點分別放置在如下方面：①學生的工程實踐性。學生查閱資料的能力、觀察分析問題的能力和設(shè)計計算的能力，學生對設(shè)計課題的理解程度，傳動方案和執(zhí)行機構(gòu)是否可行。特別關(guān)注受力分析、材料選擇、工作能力計算、主要參數(shù)及尺寸確定、結(jié)構(gòu)設(shè)計、設(shè)計資料和標準的運用等。鼓勵利用計算機二維CAD或者等三維軟件進行課程設(shè)計。培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神，應(yīng)對未來工程挑戰(zhàn)。②學生撰寫報告、文稿設(shè)計和發(fā)言表達能力，答辯時學生的語言表達能力和對問題的論述能力。并全面分析所設(shè)計的機構(gòu)的優(yōu)缺點。剖析整個設(shè)計計算過程，對設(shè)計資料和標準的運用情況的表述，提出今后在設(shè)計中應(yīng)注意的問題，并設(shè)想出改進方案。通過這個綜合課程設(shè)計掌握機械設(shè)計的方法和步驟，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)和分析、解決工程實際問題的能力。

3課程設(shè)計具體實施

工程教育專業(yè)認證標準提倡的是“做中學”的教學模式和“以工程為導向”的教學方法，以期培養(yǎng)學生的工程設(shè)計能力與實踐操作能力，有效地提高教學效果。以“化整為零”的教學方式進行課程設(shè)計改革，結(jié)束“機械原理”和“機械設(shè)計”課程學習后再將相關(guān)課程設(shè)計的集中式設(shè)計模式，變?yōu)橄确稚⒃偌械脑O(shè)計模式，使課程設(shè)計所進行的理論設(shè)計計算與結(jié)構(gòu)分析設(shè)計與理論教學同步進行。具體措施如下。在開始學習“機械原理”課程時，介紹“機械原理”和“機械設(shè)計”課程設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容和設(shè)計要求，讓學生按自愿組合的方式組成研究學習小組，一般為3～5人，并要求學生優(yōu)先選擇從陶瓷機械中廣泛搜集的合適的綜合性課程設(shè)計題目。在“機械原理”課程教學結(jié)束后，進入綜合設(shè)計的第一階段，時間為1周。此階段包含兩方面的內(nèi)容：方案設(shè)計，典型機構(gòu)的分析與綜合。方案設(shè)計階段以小組為單位，組織學生參觀討論，在分析機器的結(jié)構(gòu)、傳動方式、工作原理以及各部件的功能順序的基礎(chǔ)上，繪制機器運動循環(huán)圖，確定最佳設(shè)計方案；機構(gòu)的分析與綜合階段主要是從設(shè)計方案中選取最具代表性的機構(gòu)，進行機構(gòu)的尺寸綜合、機構(gòu)運動分析和力分析，并初步確定其傳動方案，編寫機構(gòu)設(shè)計說明書，準備第一階段答辯。“機械設(shè)計”課程教學結(jié)束后，進入綜合課程設(shè)計的第二階段——機械設(shè)計課程設(shè)計部分，時間為3周。針對第一階段確定的最佳設(shè)計方案中的執(zhí)行機構(gòu)及其傳動方案，在理論教學中，以課外作業(yè)形式要求學生完成撓性傳動、齒輪傳動、鍵、軸、軸承等零件的設(shè)計計算和選用；在“機械設(shè)計”課程教學結(jié)束后的集中設(shè)計階段，學生利用所學的零件設(shè)計的相關(guān)知識，評價在第一階段初定的傳動方案的合理性，并加以優(yōu)化改進。傳動方案確定后，進行傳動裝置的設(shè)計計算、零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度校核，然后繪制裝配圖和零件圖，編寫此階段的設(shè)計說明書，準備第二階段答辯。明確有目的性的考核。增大課程設(shè)計在總分中的比例，以還原工科課程實際工作時的能力要求。考核的標準重點放置在學生的實踐性和創(chuàng)新性上，主要考察學生觀察分析能力和機械設(shè)計計算能力。其中課程期末考試占40%，課程設(shè)計占40%，平時成績占20%。鼓勵學生學習并且利用CAD完成課程設(shè)計，或者用ADAMS、UG等三維軟件進行三維建模或仿真設(shè)計，對做出正確仿真的學生給與一定加分。全面準確地反映學生學習能力，刻意地引導學生解決可提升實際運用能力的問題[5]。

4結(jié)束語

傳統(tǒng)機械課程設(shè)計已然無法滿足新時期的工程要求，對機械設(shè)計及其自動化專業(yè)學生的課程設(shè)計進行改革迫在眉睫。工程教育專業(yè)認證作為推進工程教育改革的主要手段，是增強工程教育人才培養(yǎng)對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要保障，是促進工程教育的競爭力的關(guān)鍵因素。實現(xiàn)工程教育標準對學生能力的要求，在學習中走向?qū)嵺`，在實踐中把知識反饋給社會，還需不斷探索。

參考文獻：

［1］王成.以卓越工程師培養(yǎng)為導向的機械原理課程改革與創(chuàng)新［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2015（11）：75-77.

［2］張自強，趙京.科研思維在《機械原理》課程教學中的應(yīng)用［J］.教育現(xiàn)代化，2019，6（56）：197-198.

［3］劉艷艷，梁醫(yī)，趙建平.基于應(yīng)用能力培養(yǎng)的機械原理課程設(shè)計教學改革與實踐［J］.中國教育技術(shù)裝備，2018（2）：90-92，95.

［4］司慧.改革機械原理和設(shè)計課程設(shè)計的探索與實踐［J］.太原理工大學學報（社會科學版），2008（Suppl1）：39-41.

［5］崔軍.回歸工程實踐：我國高等工程教育課程改革研究［D］.南京：南京大學，2011.

作者:黃志誠 毛宇航 單位:景德鎮(zhèn)陶瓷大學機電學院