基于項(xiàng)目驅(qū)動的機(jī)械精度設(shè)計(jì)課程改革實(shí)施方法

黃 強(qiáng) 陳世平 唐毅鋒 李志立

（重慶理工大學(xué) 重慶 400054）

0 引言

將工程教育專業(yè)認(rèn)證理念真正融入到機(jī)械專業(yè)課程教學(xué)改革當(dāng)中，切實(shí)培養(yǎng)和提高學(xué)生的工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力，涉及教學(xué)目標(biāo)與內(nèi)容、教學(xué)方法與手段、評價(jià)與改進(jìn)機(jī)制等方面的教學(xué)改革與實(shí)踐。對于機(jī)械類學(xué)科，各高校的教學(xué)改革與探索大致分為兩個(gè)層面：一是針對機(jī)械專業(yè)的課程體系，二是針對主要的專業(yè)課程，如機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、機(jī)械制造工藝學(xué)、機(jī)械制造基礎(chǔ)、實(shí)踐教學(xué)體系、機(jī)電傳動控制等。作為一門連接機(jī)械設(shè)計(jì)與制造的橋梁課程，“機(jī)械精度設(shè)計(jì)”（即傳統(tǒng)課程“互換性及測量技術(shù)基礎(chǔ)”），其面向工程教育專業(yè)認(rèn)證的課程設(shè)計(jì)與實(shí)施，卻少見分析與討論。本文以該課程近10年的教學(xué)改革實(shí)踐為基礎(chǔ)，探討基于項(xiàng)目驅(qū)動的課程設(shè)計(jì)與實(shí)施要點(diǎn)。

1 工程教育專業(yè)認(rèn)證要求與傳統(tǒng)課程教學(xué)方法

1.1 工程教育專業(yè)認(rèn)證對課程相關(guān)知識及能力的要求

后續(xù)敘述均以本校“機(jī)械設(shè)計(jì)、制造及其自動化”專業(yè)為例。根據(jù)本專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，制定出本專業(yè)學(xué)生具體的畢業(yè)要求，其中的能力要求共包含12個(gè)評價(jià)（考核）指標(biāo)點(diǎn)，由本課程支撐的指標(biāo)點(diǎn)共3個(gè)：

指標(biāo)點(diǎn)1-4：掌握機(jī)械制造原理與技術(shù)、機(jī)械精度設(shè)計(jì)等知識，能將其用于制造系統(tǒng)、制造模式的決策選擇，合理擬定零部件的制造工藝和方法。

指標(biāo)點(diǎn)3-2：能夠運(yùn)用機(jī)械制造的相關(guān)原理與方法，針對制造過程中出現(xiàn)的復(fù)雜工藝問題設(shè)計(jì)解決方案，進(jìn)行滿足特定使用要求的機(jī)械制造工藝的設(shè)計(jì)。

指標(biāo)點(diǎn)8-2：理解相關(guān)的職業(yè)法律法規(guī)，遵守專業(yè)原則，應(yīng)用設(shè)計(jì)、制造和工業(yè)自動化領(lǐng)域相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，開展機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、工業(yè)自動化領(lǐng)域的實(shí)踐。

1.2 “機(jī)械精度設(shè)計(jì)”課程教學(xué)目標(biāo)

以上述三個(gè)畢業(yè)能力要求指標(biāo)為依據(jù)，結(jié)合本課程與其它相關(guān)課程（前導(dǎo)課程后后續(xù)課程）的知識能力關(guān)系，確定本課程的三個(gè)具體教學(xué)目標(biāo)：

（1）掌握機(jī)械精度設(shè)計(jì)的基本理論、相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)及基本設(shè)計(jì)方法，能將其用于既定制造系統(tǒng)和制造模式的決策選擇，機(jī)構(gòu)圖和裝配圖設(shè)計(jì)結(jié)果具有較好的制造和裝配工藝性。

（2）具備在機(jī)構(gòu)圖、裝配圖及零件圖設(shè)計(jì)中應(yīng)用相關(guān)知識，對減速器的不同精度設(shè)計(jì)方案進(jìn)行正確的技術(shù)經(jīng)濟(jì)、環(huán)保性等指標(biāo)評估并決策的能力，設(shè)計(jì)結(jié)果符合實(shí)際的工藝性和成本要求。

（3）具有在機(jī)械精度設(shè)計(jì)過程中遵守專業(yè)原則及相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的意識和作風(fēng)。

1.3 傳統(tǒng)的課程教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施問題

本專業(yè)目前開設(shè)的“機(jī)械精度設(shè)計(jì)”課程，即傳統(tǒng)的“互換性及測量技術(shù)基礎(chǔ)”，是絕大多數(shù)理工院校相關(guān)專業(yè)開設(shè)的經(jīng)典專業(yè)基礎(chǔ)課程之一。也正因?yàn)槠洹敖?jīng)典”性，各高校對該課程的教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)與實(shí)施，雖不盡相同但一致性很強(qiáng)。對照工程教育專業(yè)認(rèn)證要求可以發(fā)現(xiàn)，該課程的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施中存在明顯的問題，主要體現(xiàn)為下列兩個(gè)方面：

（1）教學(xué)目標(biāo)的聚焦差異。工程教育專業(yè)認(rèn)證強(qiáng)調(diào)的是能力要求，而傳統(tǒng)的教學(xué)及考核方法，以知識掌握為重點(diǎn)的特征十分明顯。

（2）教學(xué)目標(biāo)與保障手段的系統(tǒng)性脫節(jié)。傳統(tǒng)的課程教學(xué)大綱中，明確提出了“培養(yǎng)及提高學(xué)生的精度設(shè)計(jì)能力”教學(xué)目標(biāo)，但課程設(shè)計(jì)與實(shí)施中，缺乏針對能力培養(yǎng)的訓(xùn)練環(huán)節(jié)和考核方式，這一教學(xué)目標(biāo)的“虛設(shè)”成分較大。

綜上所述，課程的改革，應(yīng)當(dāng)從聚焦目標(biāo)和系統(tǒng)保障兩個(gè)方面入手。

2 課程改革思路及實(shí)施方案

2.1 課程改革思路與設(shè)計(jì)原則

課程的三個(gè)教學(xué)目標(biāo)（詳見1.2）均為能力培養(yǎng)目標(biāo)，因此，在課程設(shè)計(jì)中必須首先確立第一個(gè)原則：能力培養(yǎng)為核心的原則。牢固樹立“能力是練出來的，絕不可能是講課講出來的”理念。所以，用“機(jī)械精度設(shè)計(jì)”代替“互換性及測量技術(shù)基礎(chǔ)”，重點(diǎn)不在課程名稱的變更，而是教學(xué)目標(biāo)的歸位，是用“培養(yǎng)機(jī)械精度設(shè)計(jì)能力”代替“掌握互換性及測量技術(shù)基礎(chǔ)知識”的重大變革。在此基礎(chǔ)上，重新規(guī)劃和設(shè)計(jì)各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。

工程設(shè)計(jì)都有固有的設(shè)計(jì)工作流程，因此，在課程設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)遵循的第二個(gè)設(shè)計(jì)原則為：課程的教學(xué)工作流程與工程實(shí)踐中的機(jī)械精度設(shè)計(jì)流程盡可能地保持一致。只有這樣，才能使學(xué)生通過課程的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，真正具有課程要求的工程設(shè)計(jì)能力。

課程三個(gè)能力培養(yǎng)目標(biāo)的考核，既是對本期各位學(xué)生學(xué)習(xí)訓(xùn)練效果的評定，也是教師下一期教學(xué)改進(jìn)的主要依據(jù)，所以，應(yīng)遵循考核方式與訓(xùn)練方式的一致性原則。

2.2 以項(xiàng)目作業(yè)驅(qū)動的課程教學(xué)

為滿足上述三個(gè)設(shè)計(jì)原則，課程需要選擇一個(gè)典型的機(jī)械裝置設(shè)計(jì)項(xiàng)目作為機(jī)械精度設(shè)計(jì)教學(xué)的載體，用這一個(gè)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)驅(qū)動整個(gè)課程的教學(xué)工作。課程的教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度，按項(xiàng)目進(jìn)展的需要安排。本課程選取了一個(gè)一級齒輪減速器的設(shè)計(jì)作為設(shè)計(jì)載體，圖1是其機(jī)構(gòu)示意圖。項(xiàng)目作業(yè)分為7次，與實(shí)際設(shè)計(jì)流程保持一致，并涵蓋3個(gè)課程教學(xué)目標(biāo)。

項(xiàng)目作業(yè)1：要求徒手繪制圖1所示機(jī)構(gòu)圖并選擇主要的幾何公差。授課中需復(fù)習(xí)和補(bǔ)充相關(guān)專業(yè)知識，如“機(jī)械設(shè)計(jì)/制造流程及其機(jī)械精度設(shè)計(jì)在其中的作用與地位”、機(jī)構(gòu)圖畫法、主要幾何公差及標(biāo)注等。

項(xiàng)目作業(yè)2：要求徒手繪制圖1所示機(jī)構(gòu)圖對應(yīng)的裝配圖，并完成所有配合公差設(shè)計(jì)（選擇）。項(xiàng)目訓(xùn)練基礎(chǔ)為通過授課及自學(xué)，了解和初步掌握尺寸公差與配合基本概念、設(shè)計(jì)原則及方法。

項(xiàng)目作業(yè)3、4、5、6：根據(jù)上述裝配圖設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行典型零件設(shè)計(jì)，分別為軸、箱體、端蓋及齒輪。精度設(shè)計(jì)主要包括尺寸公差、幾何公差及表面粗糙度設(shè)計(jì)。項(xiàng)目訓(xùn)練基礎(chǔ)為通過授課及自學(xué)，了解和初步掌握幾何公差和表面粗糙度的基本概念、設(shè)計(jì)原則及方法，并補(bǔ)充不同類型零件的加工工藝特點(diǎn)。

項(xiàng)目作業(yè)7：光滑極限量規(guī)設(shè)計(jì)。從上述典型零件中選取測量項(xiàng)目，授課完成基本設(shè)計(jì)方法的學(xué)習(xí)。

圖1：一級齒輪減速器機(jī)構(gòu)示意圖

2.3 考核方式與課程目標(biāo)的對應(yīng)

課程的3個(gè)教學(xué)目標(biāo)通過平時(shí)練習(xí)及期末閉卷考試成績進(jìn)行評定。

期末考試試卷總分80分，分為兩個(gè)大題，第一大題對應(yīng)教學(xué)目標(biāo)1，即機(jī)構(gòu)圖設(shè)計(jì)、裝配圖及其配合設(shè)計(jì)，與項(xiàng)目作業(yè)1和2保持一致性，分值30分；第二大題對應(yīng)教學(xué)目標(biāo)2，為指定要求的配合設(shè)計(jì)、典型零件的零件圖設(shè)計(jì)以及指定極限量規(guī)設(shè)計(jì)，與項(xiàng)目作業(yè)3至7保持一致性，分值50分。

平時(shí)作業(yè)總分20分，由7次項(xiàng)目作業(yè)及3次基本練習(xí)作業(yè)的平均成績評定。該成績的評定指標(biāo)主要包括：提交作業(yè)準(zhǔn)時(shí)性、作業(yè)內(nèi)容及步驟的完整性、作業(yè)認(rèn)真程度、繪圖及標(biāo)注的工整清楚程度以及嚴(yán)格遵守課程相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的程度。

3 結(jié)論

將一個(gè)工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目按照常規(guī)的設(shè)計(jì)流程劃分為7次對應(yīng)的項(xiàng)目作業(yè)，以此驅(qū)動“機(jī)械精度設(shè)計(jì)”課程的所有教學(xué)及考核環(huán)節(jié)，形成了工程訓(xùn)練為主體的課程教學(xué)體系和方法，真正實(shí)現(xiàn)了工程教育專業(yè)認(rèn)證對本課程提出的三個(gè)能力培養(yǎng)目標(biāo)。