基于工程教育专业认证的机械制造装备设计课程教学改革探索与实践——以湖南工程学院机械设计制造及其自动化专业为例

白 泉，魏克湘，王高升，关跃奇

(湖南工程学院 机械工程学院，湖南 湘潭 411104)

基于工程教育专业认证的机械制造装备设计课程教学改革探索与实践
——以湖南工程学院机械设计制造及其自动化专业为例

白 泉，魏克湘，王高升，关跃奇

(湖南工程学院 机械工程学院，湖南 湘潭 411104)

以学生为中心，以培养能力为导向，针对湖南工程学院机械工程学院办学定位，结合工程教育专业认证，对教学内容、教学方法和考核模式进行教学改革探索与实践，从而提高学生运用理论知识解决复杂机械问题能力和加强创新思维学生的培养，促成培养目标的达成。

工程教育；专业认证；机械制造装备设计；课程改革

目前，我国本科高校中开设工科专业的就有1047所，占本科院校总数91.5%，高等工程教育的本科在校生452.3万人，研究生60万人，占院校本科以上在校生规模的32%，我国的工程教育规模堪称世界第一，但工程人才质量的国际排名却连续多年处于落后水平。为了提升国际竞争力，促进我国工程教育的国际互认，迫切需要进行改革。在国际人才市场上，工程人才及其执业资格的互认都是通过高等工程教育专业认证的相关标准进行衡量的。《工程教育认证标准》中更是明确要求工程教育要以学生为中心，以能力培养为导向。[1,2]这就具体到课程体系、每门课程的课程内容、目标都应围绕着学生、围绕着能力培养来组织和持续改进。[3]

机械制造装备设计是机械设计专业学生必须掌握的一门重要专业课程，是以机械工程材料、机械原理、材料力学、机械设计和机械制造工艺学等为先修课程的基础上，还要学习金属切削机床设计、典型部件设计、工业机器人设计、机床夹具设计、物流系统设计和机械加工生产线总体设计等专业理论知识。[4,5]这门课程实践性强，涉及知识面广，教学内容组织上有很强的针对性和实用性，在教学过程中需要注重对学生解决实际问题能力的培养以及强化学生的工程意识，使学生具备机械制造装备一般产品的设计能力。湖南工程学院是一所地方应用型大学，培养的是工程应用型人才，机械工程学院着重培养的也是服务生产一线的机械类现场工程师，结合工程教育专业认证标准的要求，切实支撑专业认证和学生能力全面提升为目标，针对调整教学内容、改进教学方法、改变考核模式等方面进行相应的教学改革探索与实践。

一 以学生为本，分析机械制造装备设计教学现状

根据教学计划将机械制造装备设计这门课程开设在大学的最后阶段，这个时候学生的学情是有的正在为1月份的研究生入学考试而奋斗，有的学生则忙于找工作，努力奔波于各大校园和招聘会。而机械制造装备设计这门课程又是机械设计制造及自动化专业(以下简称机设专业)非常重要的一门专业课，其中的课程有些知识点在学生工作中面试、考研复试都会被提及，比如：夹具的定位、传动系统的转速级数等。而目前的机械制造装备设计教学现状是单一、灌输式教学方法，学生就会缺乏积极性，兴趣不高，产生厌学，抬头率和点头率降低；教学内容也出现了课时少，内容多的矛盾，导致知识面覆盖广，学生学习难度大，教学效果不理想；教学环节相应的也减少，势必影响到学生的动手能力而与社会需求脱节；考核评价也单一，使得大部分学生考前突击，为考试而考试，这些都会影响到学生创新能力的发展。[6，7]

二 基于专业认证需求，探索机械制造装备设计的教学改革

基于工程专业认证通用标准和机械类专业认证补充标准，结合学生的现状分析，以学生为中心，对机械制造装备设计进行改革，以培养能力为导向，加强机械类学生的动手能力、创新能力的培养。

(一)根据机设专业特色定位，整合与优化教学内容

课程教学内容的整合与优化应紧扣工程型人才培养目标，以专业目标为导向，删繁就简，即对没有支撑学生能力的知识点进行删除，着重讲授能培养学生能力的要点。针对学校专业特色的定位，考虑到课时少和内容多的冲突以及教学环节的协调，对整本书的内容进行调整，分模块教学。将课程教学分为理论教学和实践教学环节。理论教学分两个模块，分别是机床设计模块和夹具设计模块。 机床设计模块主要以分析传动系统设计内容为核心，并对现代机床如数控机床、组合机床、机器人等的最近发展状态进行知识扩展。[6]夹具设计模块则是紧扣夹具的结构组成和工作原理为重点内容介绍，探讨各组成部分以及整体的设计，辅以介绍柔性制造系统和其他的现代夹具装置，如：组合夹具、成组夹具等。

与之相对应的实践教学环节也分为两步，一步是进行机床的结构认识实验(综合性实验)，一步是进行夹具拆装分析(为后面的工艺工装课程设计、综合实训打基础)。由于学校实验室有充足的课程实验条件，具有各种类型的传统机床和先进的数控机床与加工中心，最近还引进了柔性制造系统。综合性实验开设了车床结构认识与拆装、主传动系统拆装、滚齿加工等。对于夹具拆装可以作为大作业的性质布置，准备四套完整的工件加工夹具，学生分为四组，每组学生选定一套夹具，通过拆装夹具，分析出定位方案和夹紧方案，并把这套夹具的图纸完成出来，最后这组同学把这个工件的加工过程卡完成上交。这种实践教学方式能充分调动学生主观能动性，增加学生的参与度，培养学生的创新意识，增强团队合作意识，更好地运用理论知识解决复杂机械问题能力的训练。

(二)改进教学方法，培养学生的创新能力

根据我校机设专业培养学生的定位是服务生产一线的机械工程师，为了突出专业特色，结合机械制造装备设计教学内容，进行相应的教学方法改进。

由于机械制造装备设计是几门课程的浓缩，存在着教学内容多与课时少的矛盾。可以借助课程群的网站等，把教学资料(包括教学PPT，教学视频，习题、试卷等内容)提前放到网站中，给学生提供一个自学的平台，课堂上就可以减少授课教学内容的时间，可以补充一些最新技术发展动态及新型机床设计技术。增加了与学生交流、讨论互动的时间，及时了解到学生学习的情况，借机可以传授学生遇到实际工程问题如何解决。采用提出问题(原设计不足)、分析问题(对策)、解决问题(新设计)三部曲的方法进行授课，讲述设计的理念和思路，调动学生的学习积极性，变被动为主动，通过教师的启发而得出结论。比如在讲述夹具的定位元件——支承板，它分为不带斜槽和带斜槽两种，不带斜槽支承板存在缺陷，如何克服缺陷，想出对策，通过平板式支承板到台阶式支承板的设计，最后到斜槽式支承板的设计，加深了学生对于服务生产一线机械工程师的感性认识，培养了他们创新思维的能力。另外，还可以安排现场教学，特别是对于实践性要求高的内容，比如第二章的机床主传动系统设计部分、第五章的机床夹具定位方案、夹紧方案的选取，是需要结合现场讨论和动手实践使实验内容与课程理论紧密结合。还可以安排企业老师上课，可以选择教学中的一些内容来实施，比如导轨的设计。或者举办学术讲座等多种教学方法来进行，增大了课堂信息量，提高了课堂教学质量，丰富了学生的知识面，增强了学生对机械制造过程的感性认识，对学生的创新思维培养和解决复杂问题发挥了积极的作用。

(三)基于专业认证需求，改变考核方式

根据工程教育专业认证要求，为了提高学生学习积极性，培养学生的创新意识，促成培养目标的达成，克服学生考前突击，重理论、轻实践等不利现象，必须改变以前单一的考核方式，可以采用期末考试+过程考核的方式进行。“机械制造装备设计”课程为考试课，以前学生的考核成绩由期末考试和平时成绩两部分组成，同时期末考试主要以卷面成绩为主，所占比例为70%，平时成绩所占比例为30%(出勤10%、作业10%、实验10%)。这种考核方式与我们的培养目标相悖，对学生的综合能力培养和考核都达不到预期效果。

期末考试中试卷方面需要进行改变，可以尽量采用减少客观题或无客观题，将主观题和综合应用题型的比例适当增大，使之占整个卷面成绩的80%左右。同时为了更全面地了解学生自己掌握本课程的情况以及是否达到了培养能力，期末试卷可以采取由学生出题目，教师进行把关并对期末试卷分数进行各章节的内容比例分配，特别是在第二章的主传动系统设计这一部分和第五章夹具设计的分数比例相应要加大，还要注意能反映学生综合能力并能拉开学生成绩的综合应用题。在过程考核成绩方面，包括大作业、实验实践、平时表现以及平时作业及出勤，形成综合全面的考核，这个考核过程是伴随整个教学过程的，可以激发学生学习的积极性并提高学习效果和教学质量，对学生的创新能力培养也是有益的。过程考核中与以前的平时成绩相比，添加了大作业这一项，大作业是设计性的，与实际工程问题联系起来布置作业，时间跨度长，与各章节教学内容相匹配、教学进度同步。实验实践中会增加答辩环节，可以更全面地掌握学生对理论知识的实际应用能力和综合设计能力情况。平时表现包含了课堂提问和让学生参与教学，课堂提问能增加学生与教师的互动，学生参与教学可以提高学生的积极性和锻炼学生的语言能力、分析理解能力，保证学生在教学中的主体地位。比如，选第三章中的导轨部件设计，让学生对教学内容提前熟悉，准备PPT并在讲台上进行授课，再由下面的学生进行点评以及课堂中回答问题，平时作业是根据教师精选出的课后习题进行课后复习，便于后续内容的开展，出勤是考核个体学生的学习态度和积极性。同时应适当减少期末考试试卷成绩(期末考试试卷成绩占60%)所占比例加大过程考核比例(大作业10%、实验实践10%、平时表现15%以及平时作业及出勤5%)。

三 教学改革实施效果

经过一段时间的教学改革实践，效果初显，课堂上的低头率降低了，抬头率和点头率上来了，大家的积极性得到了提高，课堂上的气氛也是非常活跃，充分体现出了学生的主体地位，由被动学习转变为了主动学习。整合优化后的教学内容、教学方法的改进以及采用了新的考核方式，突出了平时学习的重要性，使得个人素质和整体素质以及创新能力都得到了提高，在期末考试成绩方面，以前学生的卷面成绩及格率低，并入平时成绩后，才能及格，分数拉不开，而改革之后，学生的考试成绩普通提高，及格率大大提高，并反映出了学生的能力和水平，成绩分布上更是得以科学的体现，更趋合理。在课程设计方面，做出的夹具也会增加自己的想法和创新思维，怎样才能使夹紧更快速和方便，夹具结构不复杂，工艺性好，不再以完成设计任务为主要目的。在课堂教学方面，由于课堂提问和学生参与课堂教学(上台当老师)，增加了学生的自信和体现他们的主体地位，锻炼了学生的语言表达能力，极大地克服了工科生只会做不会说的缺点。在参加全国、全省的挑战杯、机械设计创新大赛、大学生工程训练综合能力竞赛、三维数字化创新设计大赛和各类科技创新立项中，参与人数超过了60%以上，拿奖的人数也相应的增加了不少，国家奖励和省级一等奖励都有了历史性突破。在企业实习时，有的学生会根据自己所学的知识，提出想法，为工厂解决了一些棘手的问题，比如优化工艺和工装夹具的设计以及专机设计之后投入使用等。

四 结 论

为适应工程教育专业认证标准，把学生放在主体地位，给学生以有力的引导，加强目标导向，根据目前机械制造装备设计课程教学的现状，针对机械工程学院机械设计制造及自动化专业办学特色，进行了一系列教学改革探索与实践。通过整合优化教学内容、教学方法的改进和考核方式的改变等改革措施来组织和持续改进，激发了学生的学习兴趣，增强学生的动手能力，培养学生的创新意识和创新思维，提高学生运用所学理论知识解决实际工程问题的能力。以学生为本，符合专业定位，培养出的学生具备扎实的理论基础和较强的动手能力，成为满足社会需求的工程技术应用创新型人才，从而毕业之后实现与企业的无缝连接。通过一段时间的教学改革实践，机械制造装备设计课程的改革取得了较为明显的效果，教学质量和学生的综合素质得到了提高，实际操作能力和创新思维意识得到了提升。

[1] 林 健.基于工程教育认证的“卓越工程师教育培养计划”质量评价探析[J].高等工程教育研究，2014(5):35-45.

[2] 丁江民，魏延刚.面向卓越工程师培养的“机械制造装备设计”专业课的教学改革[J].教育教学论坛，2013(18)：22-23.

[3] 万林林.工程教育专业认证下机械制造装备设计课程改革[J].当代教育理论与实践，2015，7(4):40-42.

[4] 关慧贞，冯辛安.机械制造装备设计[M].北京：机械工业出版社，2014.

[5] 马春阳，刑子健.转变传统教学观念，培养学生创新能力[J].中国电力教育，2010(3):96-97.

[6] 余五新.机械类大学生创新能力培养体系的构建与实践[J].教育与职业，2014(21):178-179.

[7] 杨建峰.“机械制造装备设计”多元化课程教学模式探索[J].中国电力教育，2014(23):54-55.

ExplorationandPracticeoftheTeachingReformDesignofManufacturingEquipmentBasedonEngineeringProfessionalAccreditation——TakingMechanicalDesignManufacturingandAutomationMajorofHunanInstituteofEngineeringasanExample

BAI Quan,WEI Kexiang,WANG Gaosheng,GUAN Yueqi

(College of Mechanical Engineering, Hunan Institute of Engineering, Xiangtan 411104, China )

The teaching reform is explored and practiced based on the aspects of teaching contents, teaching methods and examination modes in accordance with engineering professional accreditation, the orientation of the college of Mechanical Engineering in Hunan Institute of Engineering for the purpose of the student-centered and capacity-oriented feaching. Such a reform aims to improve students’ ability to solve complex mechanical problems by using speculative knowledge, and strengthen the quality of students’ creativity training, so as to achieve the educational objectives.

engineering education；professional Accreditation；design of manufacturing equipment；curriculum reform

G642

A

1671-1181(2017)03-0099-03

2016-10-08

2016年湖南省普通高等学校教学改革研究项目“以专业认证为导向的机械设计制造及其自动化专业课程体系的研究与实践”(湘教通〔2016〕202)；湖南省教育科学“十二五”规划2013年度课题(XJKGD073)；湖南省“十三五”机械设计制造及其自动化专业综合改革项目( 湘教通〔2016〕276)；2016年湖南工程学院校级教学改革项目“专业认证背景下机械制造技术课程群的教学改革研究与实践”(校教字〔2016〕49号)。

白 泉(1981-)，女，湖南永州人，硕士，讲师，研究方向：智能材料与振动控制。