基于项目驱动的机械精度设计课程改革实施方法

黄 强 陈世平 唐毅锋 李志立

（重庆理工大学 重庆 400054）

0 引言

将工程教育专业认证理念真正融入到机械专业课程教学改革当中，切实培养和提高学生的工程素质和创新能力，涉及教学目标与内容、教学方法与手段、评价与改进机制等方面的教学改革与实践。对于机械类学科，各高校的教学改革与探索大致分为两个层面：一是针对机械专业的课程体系，二是针对主要的专业课程，如机械设计、机械制造装备设计、机械制图、机械制造工艺学、机械制造基础、实践教学体系、机电传动控制等。作为一门连接机械设计与制造的桥梁课程，“机械精度设计”（即传统课程“互换性及测量技术基础”），其面向工程教育专业认证的课程设计与实施，却少见分析与讨论。本文以该课程近10年的教学改革实践为基础，探讨基于项目驱动的课程设计与实施要点。

1 工程教育专业认证要求与传统课程教学方法

1.1 工程教育专业认证对课程相关知识及能力的要求

后续叙述均以本校“机械设计、制造及其自动化”专业为例。根据本专业人才培养目标，制定出本专业学生具体的毕业要求，其中的能力要求共包含12个评价（考核）指标点，由本课程支撑的指标点共3个：

指标点1-4：掌握机械制造原理与技术、机械精度设计等知识，能将其用于制造系统、制造模式的决策选择，合理拟定零部件的制造工艺和方法。

指标点3-2：能够运用机械制造的相关原理与方法，针对制造过程中出现的复杂工艺问题设计解决方案，进行满足特定使用要求的机械制造工艺的设计。

指标点8-2：理解相关的职业法律法规，遵守专业原则，应用设计、制造和工业自动化领域相关行业标准，开展机械设计、机械制造、工业自动化领域的实践。

1.2 “机械精度设计”课程教学目标

以上述三个毕业能力要求指标为依据，结合本课程与其它相关课程（前导课程后后续课程）的知识能力关系，确定本课程的三个具体教学目标：

（1）掌握机械精度设计的基本理论、相关国家标准及基本设计方法，能将其用于既定制造系统和制造模式的决策选择，机构图和装配图设计结果具有较好的制造和装配工艺性。

（2）具备在机构图、装配图及零件图设计中应用相关知识，对减速器的不同精度设计方案进行正确的技术经济、环保性等指标评估并决策的能力，设计结果符合实际的工艺性和成本要求。

（3）具有在机械精度设计过程中遵守专业原则及相关国家标准的意识和作风。

1.3 传统的课程教学设计与实施问题

本专业目前开设的“机械精度设计”课程，即传统的“互换性及测量技术基础”，是绝大多数理工院校相关专业开设的经典专业基础课程之一。也正因为其“经典”性，各高校对该课程的教学环节设计与实施，虽不尽相同但一致性很强。对照工程教育专业认证要求可以发现，该课程的教学设计与实施中存在明显的问题，主要体现为下列两个方面：

（1）教学目标的聚焦差异。工程教育专业认证强调的是能力要求，而传统的教学及考核方法，以知识掌握为重点的特征十分明显。

（2）教学目标与保障手段的系统性脱节。传统的课程教学大纲中，明确提出了“培养及提高学生的精度设计能力”教学目标，但课程设计与实施中，缺乏针对能力培养的训练环节和考核方式，这一教学目标的“虚设”成分较大。

综上所述，课程的改革，应当从聚焦目标和系统保障两个方面入手。

2 课程改革思路及实施方案

2.1 课程改革思路与设计原则

课程的三个教学目标（详见1.2）均为能力培养目标，因此，在课程设计中必须首先确立第一个原则：能力培养为核心的原则。牢固树立“能力是练出来的，绝不可能是讲课讲出来的”理念。所以，用“机械精度设计”代替“互换性及测量技术基础”，重点不在课程名称的变更，而是教学目标的归位，是用“培养机械精度设计能力”代替“掌握互换性及测量技术基础知识”的重大变革。在此基础上，重新规划和设计各个教学环节。

工程设计都有固有的设计工作流程，因此，在课程设计应当遵循的第二个设计原则为：课程的教学工作流程与工程实践中的机械精度设计流程尽可能地保持一致。只有这样，才能使学生通过课程的学习与训练，真正具有课程要求的工程设计能力。

课程三个能力培养目标的考核，既是对本期各位学生学习训练效果的评定，也是教师下一期教学改进的主要依据，所以，应遵循考核方式与训练方式的一致性原则。

2.2 以项目作业驱动的课程教学

为满足上述三个设计原则，课程需要选择一个典型的机械装置设计项目作为机械精度设计教学的载体，用这一个工程项目的设计驱动整个课程的教学工作。课程的教学内容和进度，按项目进展的需要安排。本课程选取了一个一级齿轮减速器的设计作为设计载体，图1是其机构示意图。项目作业分为7次，与实际设计流程保持一致，并涵盖3个课程教学目标。

项目作业1：要求徒手绘制图1所示机构图并选择主要的几何公差。授课中需复习和补充相关专业知识，如“机械设计/制造流程及其机械精度设计在其中的作用与地位”、机构图画法、主要几何公差及标注等。

项目作业2：要求徒手绘制图1所示机构图对应的装配图，并完成所有配合公差设计（选择）。项目训练基础为通过授课及自学，了解和初步掌握尺寸公差与配合基本概念、设计原则及方法。

项目作业3、4、5、6：根据上述装配图设计结果进行典型零件设计，分别为轴、箱体、端盖及齿轮。精度设计主要包括尺寸公差、几何公差及表面粗糙度设计。项目训练基础为通过授课及自学，了解和初步掌握几何公差和表面粗糙度的基本概念、设计原则及方法，并补充不同类型零件的加工工艺特点。

项目作业7：光滑极限量规设计。从上述典型零件中选取测量项目，授课完成基本设计方法的学习。

图1：一级齿轮减速器机构示意图

2.3 考核方式与课程目标的对应

课程的3个教学目标通过平时练习及期末闭卷考试成绩进行评定。

期末考试试卷总分80分，分为两个大题，第一大题对应教学目标1，即机构图设计、装配图及其配合设计，与项目作业1和2保持一致性，分值30分；第二大题对应教学目标2，为指定要求的配合设计、典型零件的零件图设计以及指定极限量规设计，与项目作业3至7保持一致性，分值50分。

平时作业总分20分，由7次项目作业及3次基本练习作业的平均成绩评定。该成绩的评定指标主要包括：提交作业准时性、作业内容及步骤的完整性、作业认真程度、绘图及标注的工整清楚程度以及严格遵守课程相关国家标准的程度。

3 结论

将一个工程设计项目按照常规的设计流程划分为7次对应的项目作业，以此驱动“机械精度设计”课程的所有教学及考核环节，形成了工程训练为主体的课程教学体系和方法，真正实现了工程教育专业认证对本课程提出的三个能力培养目标。