工程教育专业认证背景下机械设计课程教学改革探讨

宫霞霞　刘丽　朱晓东　邓嫄媛　莫莉

［摘 要］文章结合成都大学机械设计课程教学现状和机械工程专业认证标准要求，将成果导向教育这一先进理念引入机械设计课程的教学之中，从教学目标、教学大纲及教学内容、课堂教学形式、实验课时、考核形式等方面探索进行课程教学改革。教师应贯彻工程教育专业认证理念，以学生为中心，改革课堂教学形式，根据解决复杂工程问题的毕业要求进行教学内容的调整，引入实物案例以及与实训相结合的教学方法。

［关键词］机械设计；工程教育专业认证；教学改革

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）14-0058-04

一、工程教育专业认证的意义

《华盛顿协议》是1989年由美国等6个国家的民间工程专业团体发起并签署的针对国际上本科工程学历资格互认的一条非官方条款，签约成员互认本科工程学历，并制定了基于协议的工程教育专业认证标准[1-2]。我国自2006年开始工程教育认证试点工作，2016年成为《华盛顿协议》的正式成员，这大力推进了我国高等教育尤其是工程专业人才培养质量的提高[3]。随着高等教育的发展，我国众多院校特别是工科院校都投入专业认证工作中。成都大学机械设计制造及其自动化专业经过长时间的准备工作，现已通过工程教育专业认证。工程教育专业认证是一个以评促建的工作，因此重点是要进行建设才能够参与认证。在机械设计制造及其自动化工程教育专业认证建设过程中需遵循工程教育专业认证以学生为中心（Student?centered）、结果导向教育（Outcome?based Education）、持续改进（Continuous?quality Improvement）的核心理念；实现由教为主导到学为主导的转变，从知识输入向教育产出转变，从内部封闭式质量管理向内外联动式质量保障转变[4-6]；摈弃传统的以知识传授为主的教学，加强学生的能力培养，注重提高学生的综合能力[7]。

二、当前机械设计课程教学形式及其存在的问题

机械设计课程是机械工程专业学生在本科阶段一门非常重要的专业课程，是其专业学习过程中接触到的第一门专业课，能够奠定其专业能力的基础。为适应工程教育专业认证，需对该门课程进行教学目的、教学方案改革。机械设计课程是一门涉及众多学科的综合专业基础课，没有足够的学时将无法展开细致的教学工作。之前成都大学机械设计课程及其实验课时虽融合在一起，但是由于课程知识散乱，导致实验与课程知识的衔接较差。此外，实训课与理论课是分开各自独立的，由实际情况可以看出，部分学生由于缺乏实训而在理论课上对知识掌握不够好，而分学期独立的实训课由于实训时间与理论课时间距离较远，学生容易由于遗忘或基础薄弱等原因导致实训缺乏很好的理论支撑，实训效果不理想，最终导致学生解决工程实际问题的能力欠佳。同时课程题目以及考核方式传统单一也是机械设计课程教学过程中学生学习主观能动性不强的一个重要原因[8]。

三、教学改革具体措施

学科是知识体系的综合，学科结构即知识结构，因此，要完善学生的知识体系，就要改进学生的知识结构。当下在工程教育专业认证背景下，需要切实对机械设计课程教学形式进行改进。本文主要从以下几个方面进行研究。

第一，教学目标。本课程教学目标是提高学生理论结合实际的能力，增强其解决复杂问题的能力，以帮助其适应未来工作需求。传统的教学是以课本知识传授为主的教学活动，而机械设计是具有极强实践性要求的课程。通过对教学目标进行调整，将以课本知识为目标的教学改成以设计活动本身为目标的教学，可以在很大程度上激发学生的学习热情并与工程教育的教学目标相匹配。

第二，教学大纲及教学内容。教学大纲的设计基于工程教育理念，以工程教育专业认证目标为宗旨。教学大纲是教学活动的指导性文件，根据教学目标要求对教学内容进行调整规划，实现对工程教育专业认证标准的全覆盖。

第三，教学形式。以学生为本、以案例为导向，将实训课程与理论课程合二为一；根据教学目标要求在理论课中增加设计活动，活动内容与理论知识相结合，引进案例教学。

第四，实验课时。增加实验课时。实验课程设计有减速器拆装实验、示教板实验、插齿机实验、动压滑动轴承实验等。设计活动需要有实验支撑，需要学生增强动手能力，多实验的教学活动可以加强学生将理论与实际相结合的能力以及解决复杂工程问题的能力。

第五，考核形式。采用適应工程教育以培养学生解决复杂工程问题能力为目的的考核形式，设置卷面测试、实验测试、实训测试相结合的综合考评。

（一）依据人才培养目标制定教学目标

工程教育专业认证的基本理念是以学生为中心、成果为导向，因此学科课程在建设的过程中需要以成果即以毕业要求为标准，并要求各个院校参与认证的专业以专业认证标准作为建设基准，以覆盖专业认证的12条标准为基本要求。为满足工程教育专业认证需求，成都大学机械工程学院制定了15条毕业要求，覆盖了工程教育专业认证标准（如表1所示）。

根据与本课程相关的毕业要求（如表2所示），机械设计课程的课程目标需要由简单的理论知识传授、完成实验内容、完成实训任务转向完成综合理论知识实验以及实训任务，要求学生在完成实训任务的过程中结合实验内容掌握理论知识体系，由简单的掌握个体知识内容转变成掌握系统知识体系，从而实现以学生为中心的教学模式。其具体实现方法为采用以简单实物案例为导向的机械设计课程学习方式，即通过对传统机器部件的功能结构进行分析，拆解其结构并进行分类总结，与传统机械设计主要学习内容相契合。

（二）优化教学大纲，调整教学内容

采用教学目标中提出的以实物案例为导向的机械设计学习方式，在教学大纲的设置中贯彻案例教学的思想，综合课程理论知识、实验内容、实训任务于一体。如图1所示，课程设置入门减速器拆装实验，让学生了解减速器的基本构成，了解每一部分构件的基本结构，进而根据所见所得将零件进行归类，划分成课本知识所对应的连接类零件、传动类零件、轴套类零件、箱体箱盖类零件以及其他，最后总结出产品的设计过程以及零件或材料在使用过程中的特性。让学生模块化学习各个部分相对应的内容，各部分学习过程中结合示教板观摩实验，以便学生能够理论结合实际掌握各种零件的结构及性能特点。在传动类零件的学习过程中加入齿轮插齿试验，便于学生复习齿轮的工作原理，并通过插齿机的结构了解掌握涉及的常用传动件。轴套类零件的学习，让学生结合动压滑动轴承实验掌握滑动轴承，并对比学习滚动轴承以及轴的设计。箱体类零件的学习，让学生根据实际减速器箱体结构结合铸造课程内容掌握箱体类零件的设计要求。在整个教学过程中贯彻以学生为中心的教学理念，将“键、胶接铆接焊接、联轴器、弹簧”作为自学内容，纳入考核内容，作为培养学生自学能力的重要手段。最后，总结一台完整的减速器的设计过程、设计方法，每一种零件在设计的过程中需要考虑的各种性能要求，可由学生自行查询资料并经教师总结归纳，最终完成设计一台减速器的机械设计课程综合实训。

如此将理论知识与实验实训相结合的课程模式需要更多的课时来完成相应的教与学，并且课堂形式并非局限于教师讲述学生听讲的教室模式，根据课程需求，课程完成地点可以是教室，也可以是设计室，还可以是实验室，由内容决定形式，不局限于某一种形式。结合工程认证对课程的要求，依据学校对培养方案设置的原则框架，考虑到課程设置应能够支持培养目标的达成，同时听取专家的意见，机械设计课程内容构成及学时分配如表3所示。

（三）改进课堂教学形式

工程教育专业认证的基本理念之一是以学生为中心，因此课堂将不再是教师的主场，教师的作用只是辅助学生学习，学习的主体是学生。第一，依托教学平台建立学生自主学习的学习模式，例如目前正在推行的MOOC（慕课）课堂，学生可以自主在教学计划时间要求内安排学习时间在学习平台进行学习，与之相对应的课堂教学由教师组织，学生讨论研究或实践学习内容，由教师引导及答疑，课堂形式可以是讨论也可以是解决由教师提前准备的某一实践问题。第二，课堂不局限于教室，可以根据教学内容以及教学条件，在实验室、实训中心或由校企合作单位提供的实习场地进行教学，真正实现以学生为主，把课堂从教室引出去，搬到工程实训当中，让学生真正在实际生产中学习机械设计相关知识，使抽象的知识具象化，更便于学生理解与吸收。同时，学生面对的课堂即为毕业之后面对的工作环境，这就实现了学习和生产的无缝衔接，也可以缩短毕业后工作前的工厂实习时间，以便毕业生更快地进入生产。

（四）增加实验课时

机械设计课程有4个主要实验，其中减速器拆装实验中的减速器基本包含了机械设计课程主要内容，是实现案例导向教学的重要铺垫，适合在课程之初进行；插齿机是对应齿轮传动部分的实践模型，可以清楚地展示齿轮成型过程，同时插齿机本身也是集各种传动模式于一体的整机模型，有利于学生了解实际传动方式的工作情况；动压滑动轴承实验是对应滑动轴承实验特性的一个实验，可以让学生通过亲手操作，体会轴承工作特性；机械设计示教板实验室展示的内容贯穿整个教学过程，实验课与理论课相结合贯穿整门课的学习过程。与上文提到的课堂教学形式改进相结合，将课堂搬进实验室。

（五）制定考核形式

考核成绩由卷面成绩、实训成绩、实验成绩、平时成绩四部分构成，其分配比例如表4所示。其中，卷面考核主要考核基本理论掌握情况，保证学生有扎实的理论基础；实训考核涉及减速器拆装、设计计算问题以及减速器结构表达，从实际着手考查学生的动手能力和理论结合实际的能力，最终锻炼其解决实际问题的能力，同时通过减速器结构表达培养其表达复杂机器结构的能力，加强其对减速器机械结构的掌握；实验考核主要考查学生动手能力，促进学生对理论课程中的知识加深理解；平时成绩涉及平时出勤以及作业情况，能够督促学生认真对待课程。

四、总结

本文依据工程教育专业认证评估要求进行了机械设计课程教学改革探索，尝试了教学大纲的大幅度调整，很大程度上对本门课程进行了综合扩容，提出了理论内容与实践内容相结合的教学内容改革，并且以多样化的课堂教学形式提高了学生的学习积极性，同时一改传统以卷面考核为重点的考核形式，将重心转移到实践能力的提高上来。以上改革都是基于以成果为导向的教育理念，为后续专业认证相关建设工作奠定了基础。

［ 参 考 文 献 ］

［1］ 孔英会，戚银城，项洪印，等.通信工程专业核心课程体系建设的研究与实践［J］.中国电力教育，2012（18）：68-69.

［2］ 孔凡新，查光成，吴梦陵.以工程认证和审核评估为契机，全面深化专业综合改革［J］.高教学刊，2015（18）：65-66.

［3］ 夏静萍，王瑛.工程专业认证背景下的自动控制原理实验教学改革与实践[J].实验技术与管理，2016，33（2）：159-161.

［4］ 王春艳，王丽雪，尹志娟，等.基于OBE理念卓越计划试点专业的人才培养［C］//黑龙江省高等教育学会.提升高等学校教育质量的实证研究（上册）.哈尔滨：黑龙江教育出版社，2016：77-81.

［5］ 丁原春，李红梅，董术发，等.基于OBE理念的专业培养目标及能力指标的建置［J］.黑龙江畜牧兽医，2016（18）：228-230.

［6］ 李会菊.OBE理念与翻转课堂结合下的大学英语教学模式改革研究［J］.长春工程学院学报（社会科学版），2016，17（4）：132-135.

［7］ 于克强，刘元林，宋胜伟.基于工程教育专业认证的机械设计实践OBE教学模式改革研究与实践［J］.教育现代化，2019，6（A3）：45-47.

［8］ 杨凯程，刘方方，葛海浪.以工程教育专业认证为基础的机械设计课程设计教学改革［J］.南方农机，2020，51（1）：167.

［责任编辑：周侯辰］