機械設(shè)計課程改革探索論文
摘要為順應(yīng)工程教育專業(yè)認證的需求，基于CDIO工程教育理念，開展機械設(shè)計系列課程教學改革和實踐，從課程體系、教學內(nèi)容、教學方法和實踐教學等方面提出了相應(yīng)的改革思路和具體措施，為培養(yǎng)具有工程理念的高素質(zhì)、強能力的創(chuàng)新型工程技術(shù)人才奠定基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞CDIO；機械設(shè)計類課程；教學改革
引言
CDIO（構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實施（Implement）和運行（Operate））是由美國麻省理工學院聯(lián)合瑞典幾所高校共同開發(fā)的一種全新工程教育理念和實施體系，其核心理念就是以產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的方式學習工程，培養(yǎng)學生的理論知識、個人素質(zhì)、協(xié)作能力、工程-社會大系統(tǒng)適應(yīng)及調(diào)控能力，①其理念正好與工程教育認證的標準是契合的。因此，為切實支撐專業(yè)認證，培養(yǎng)具有工程理念的高素質(zhì)、創(chuàng)新型工程人才奠定基礎(chǔ)，倡導(dǎo)CDIO工程理念，重構(gòu)機械設(shè)計系列課程體系和課程內(nèi)容，開展教育教學改革具有非常重要的理論和實用意義。
1優(yōu)化課程體系和教學內(nèi)容
機械設(shè)計系列課程具有較強的理論性，同時又要與實踐緊密結(jié)合，基于CDIO理念的機械設(shè)計系列課程教學改革首先需要重構(gòu)課程體系和優(yōu)化教學內(nèi)容。課程體系要凸顯整機設(shè)計，強化工程理念，將各門課程有機地結(jié)合起來，進而構(gòu)建一種集專業(yè)理論知識、工程能力和綜合素質(zhì)培養(yǎng)于一體、體現(xiàn)理論教學和實踐教學無縫對接的課程體系。②以CDIO從最初的產(chǎn)品構(gòu)思到最后機器成品運行的工程教育理念為“主線”，建立基于整機設(shè)計的機械設(shè)計系列課程體系如圖1所示。
1.1以各門課程為子系統(tǒng)，進行課程內(nèi)容的優(yōu)化重構(gòu)
以往課程內(nèi)容的理論學時偏多，實踐學時匱乏，重理論輕實踐的現(xiàn)狀難以培養(yǎng)學生解決問題所需要的綜合能力，容易造成“學而無用”。為充分體現(xiàn)學科和技術(shù)的內(nèi)在聯(lián)系，使得理論與實踐有機結(jié)合，課程內(nèi)容的整合要突出設(shè)計性和工程實用性，強調(diào)基礎(chǔ)知識學習服務(wù)于工程實踐。以機械設(shè)計課程為例，原有的一些教學內(nèi)容過分強調(diào)理論公式的推導(dǎo)和論證，在有限的教學學時內(nèi)，使得培養(yǎng)工程應(yīng)用和實踐能力的教學內(nèi)容不斷弱化，因此，在新的課程內(nèi)容優(yōu)化重構(gòu)中，需要弱化一般性公式的詳細推導(dǎo)，重在設(shè)計思路和設(shè)計方法的介紹，如“齒輪傳動”一章內(nèi)容優(yōu)化為：簡化設(shè)計計算公式的推導(dǎo)，重在設(shè)計準則、設(shè)計思路以及對設(shè)計過程中各環(huán)節(jié)的把握，并將齒輪傳動的強度計算、查表、數(shù)據(jù)處理和結(jié)構(gòu)設(shè)計等融入例題中詳細講解。在講述齒輪傳動的受力分析時，將直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪、錐齒輪和蝸輪蝸桿等各類傳動的受力分析整合在一起進行講述，這樣便于學生類比掌握受力分析的要點和方法。
1.2以工程應(yīng)用為主線，實現(xiàn)課程體系教學內(nèi)容的縱橫整合
知識是由淺入深的，學習也是循序漸進的，因此，每門課程內(nèi)容的設(shè)置要考慮與前續(xù)課程知識點的聯(lián)系�！翱v向整合”就是將機械設(shè)計系列課程體系中各門課程建立前后內(nèi)在聯(lián)系，要講新帶舊，要引舊聯(lián)新，使學生“溫故而知新”�！皺M向整合”就是各門課程要彼此聯(lián)系，有機整合。例如：機械設(shè)計課程中關(guān)于零部件的教學內(nèi)容要與機械原理課程的機械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計相聯(lián)系；機械設(shè)計的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計要與機械制造基礎(chǔ)課程中有關(guān)精度和工藝的知識點相聯(lián)系；機械產(chǎn)品設(shè)計制作要與機械設(shè)計和機械制造基礎(chǔ)課程的相關(guān)內(nèi)容相聯(lián)系。總之，通過各門課程教學內(nèi)容的縱橫整合，要貫穿整機設(shè)計的理念，使學生對專業(yè)理論有系統(tǒng)而完整的把握。
2精心“設(shè)計”教學環(huán)節(jié)，改進教學方法
CDIO開放式的教學模式首先需要教師轉(zhuǎn)變原先在教學中純粹的以教為主的角色，更重要的是需要教師更新教學理念和教學思想，因此教學方式和教學方法的改革是課題研究的重點和難點。
（1）根據(jù)工程教育專業(yè)認證的需求，圍繞學生工程能力和素質(zhì)的培養(yǎng)，重新進行教學環(huán)節(jié)的設(shè)計，課程組教師要深入研究當前國內(nèi)外工程教育的發(fā)展形勢，在教學方法與手段上不斷改革和創(chuàng)新，在傳授給學生專業(yè)理論知識的同時，引領(lǐng)學生理論聯(lián)系實際，形成一種學與做有機融合的學習方式，從而加深學生對專業(yè)理論知識的理解。
�。�2）探索“CDIO做中學”的教學模式，課堂教學多引入工程設(shè)計案例，課程的推進采用設(shè)計任務(wù)驅(qū)動模式，例如在課程開始之初，就布置有關(guān)機械產(chǎn)品綜合設(shè)計的課題給學生，根據(jù)課程教學進度，安排學生以小組學習和討論交流的方式進行課題分階段設(shè)計，通過這種方案分析、小組學習和項目實訓(xùn)的方式，貫徹CDIO在做中學的理念，培養(yǎng)學生主動學習和團隊合作能力，提高工程意識和設(shè)計技能，這樣既能夠有效調(diào)動學生的學習積極性，激發(fā)學生的工程設(shè)計興趣，培養(yǎng)學生具備較強的工程實踐能力，而且能夠培養(yǎng)學生良好的團隊協(xié)作能力和精神。
�。�3）搭建開放式課堂，在時間、空間和教學內(nèi)容上加以擴展和延伸。對于實踐性和工程性強的教學內(nèi)容，可以走出教室，把課堂搬到實驗室、工程訓(xùn)練中心和工廠，從而創(chuàng)造一個開放的課堂空間和開放的教學環(huán)境，使得學生更易于吸收和消化課堂的知識內(nèi)容。為了訓(xùn)練學生的工程設(shè)計和實際應(yīng)用能力，除了充分把握好第一課堂教學，還要搭建更廣闊和豐富的第二課堂，教師要指導(dǎo)學生參加大學生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽、大學生工程訓(xùn)練綜合能力競賽和參與教師的科研項目等，培養(yǎng)學生的實戰(zhàn)經(jīng)驗，在第二課堂，使創(chuàng)新能力培養(yǎng)與第一課堂的教學融于一體，從而探索出一條集理論研究與工程能力培養(yǎng)相互促進的途徑。
3重點改革實踐教學，凸顯整機設(shè)計理念
課程設(shè)計是培養(yǎng)學生工程能力的重要環(huán)節(jié)，而以往課程體系中各門課程的課程設(shè)計內(nèi)容基本上是各自獨立的，缺少相互關(guān)聯(lián)。例如“機械原理課程設(shè)計”中，主要是從運動的角度，訓(xùn)練機械系統(tǒng)的原理方案設(shè)計能力，沒有考慮具體的材料和結(jié)構(gòu)，更沒有考慮制造工藝和經(jīng)濟性等要求；到了“機械設(shè)計課程設(shè)計”，主要訓(xùn)練學生對機械系統(tǒng)中各零部件的設(shè)計和計算能力，設(shè)計對象基本是齒輪減速器，運動方案一般是固定的，容易讓學生墨守成規(guī)，限制了創(chuàng)造性思維的發(fā)展；輪到機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計，內(nèi)容又是與前序設(shè)計對象無關(guān)聯(lián)的工藝設(shè)計；最后在機械產(chǎn)品設(shè)計制作階段，對象又變化了，于是就照貓畫虎，用現(xiàn)成的圖紙和工藝進行加工，這種各自為陣的課程設(shè)計安排顯然違背了整機設(shè)計的思想，學生的能力培養(yǎng)只能趨于碎片化，而真正需要的整機綜合設(shè)計和應(yīng)用能力不能得以鍛煉和培養(yǎng)。因此，為了切實提高學生的工程意識和設(shè)計技能，改革選擇課程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)為突破口，通過課程設(shè)計內(nèi)容的重新整合和優(yōu)化，使得各個課程設(shè)計內(nèi)容前后關(guān)聯(lián)和有機結(jié)合。
③為了凸顯整機設(shè)計理念，訓(xùn)練學生的綜合設(shè)計技能，將圖1所示課程體系中的四大課程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)聯(lián)合起來進行，依次按方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計、工藝設(shè)計和產(chǎn)品實物制造編排課程設(shè)計的內(nèi)容，做到課程設(shè)計的完整性、系統(tǒng)性和綜合性，從而訓(xùn)練學生從機械產(chǎn)品方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計、性能仿真、工藝設(shè)計到加工制造和組裝調(diào)試的整機設(shè)計能力。在課程設(shè)計過程中，成立獨立穩(wěn)定的設(shè)計團隊，期間配備專門的指導(dǎo)教師，每個團隊的設(shè)計對象固定，始終貫穿于各個課程設(shè)計，具體以典型機械產(chǎn)品的設(shè)計和制造為載體，例如無碳小車或是機械創(chuàng)新設(shè)計大賽設(shè)計對象等，要求分階段完成對象的各項設(shè)計任務(wù)，即依次設(shè)計、制作、安裝、調(diào)試一臺機械產(chǎn)品，讓學生從一開始就注重整機設(shè)計，增強綜合分析問題的能力。④機械原理與創(chuàng)新綜合課程設(shè)計為機械設(shè)計課程設(shè)計提供系統(tǒng)方案、運動和動力參數(shù)計算和分析，在接下來的機械設(shè)計課程設(shè)計中，通過設(shè)計計算和選型，將前序設(shè)計得到的方案具體實物化，繪制出相應(yīng)的裝配圖和零件圖，同時又為機械制造技術(shù)基礎(chǔ)提供了圖紙和精度設(shè)計技術(shù)文件，而機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計的內(nèi)容又為最終的機械產(chǎn)品設(shè)計制作提供了工藝指導(dǎo)，從而大大提高課程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)的連貫性和實用性。為了保障以上改革的順利實施，根據(jù)我校的實際情況，依托學校的大學生素質(zhì)教育中心的加工設(shè)備制造出實物，使得學院的理論教學與大學生素質(zhì)教育中心的實訓(xùn)實現(xiàn)無縫結(jié)合，也使得教學資源得以充分利用。
4結(jié)束語
為了改善以往機械設(shè)計系列課程教學中理論和實踐相脫節(jié)的問題，順應(yīng)工程教育認證的要求，引入“CDIO做中學”的工程教育理念，對機械設(shè)計系列課程進行教學改革和實踐，將工程教育與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)滲透到課程的各個教學環(huán)節(jié)之中，實現(xiàn)理論知識學習與實踐能力培養(yǎng)的相互滲透，極大地豐富學生的學習成果，必將為培養(yǎng)具有工程理念的高素質(zhì)、強能力的工程技術(shù)人才奠定堅實的基礎(chǔ)。
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