機械設計課程改革探索論文
摘要為順應工程教育專業(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)新型工程技術人才奠定基礎。
關鍵詞CDIO；機械設計類課程；教學改革
引言
CDIO（構思（Conceive）、設計（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，倡導CDIO工程理念，重構機械設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
機械設計系列課程具有較強的理論性，同時又要與實踐緊密結合，基于CDIO理念的機械設計系列課程教學改革首先需要重構課程體系和優(yōu)化教學內(nèi)容。課程體系要凸顯整機設計，強化工程理念，將各門課程有機地結合起來，進而構建一種集專業(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”，建立基于整機設計的機械設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
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)學科和技術的內(nèi)在聯(lián)系，使得理論與實踐有機結合，課程內(nèi)容的整合要突出設計性和工程實用性，強調(diào)基礎知識學習服務于工程實踐。以機械設計課程為例，原有的一些教學內(nèi)容過分強調(diào)理論公式的推導和論證，在有限的教學學時內(nèi)，使得培養(yǎng)工程應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)化重構中，需要弱化一般性公式的詳細推導，重在設計思路和設計方法的介紹，如“齒輪傳動”一章內(nèi)容優(yōu)化為：簡化設計計算公式的推導，重在設計準則、設計思路以及對設計過程中各環(huán)節(jié)的把握，并將齒輪傳動的強度計算、查表、數(shù)據(jù)處理和結構設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：機械設計課程中關于零部件的教學內(nèi)容要與機械原理課程的機械傳動系統(tǒng)方案設計相聯(lián)系；機械設計的零件結構設計要與機械制造基礎課程中有關精度和工藝的知識點相聯(lián)系；機械產(chǎn)品設計制作要與機械設計和機械制造基礎課程的相關內(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計案例，課程的推進采用設計任務驅(qū)動模式，例如在課程開始之初，就布置有關機械產(chǎn)品綜合設計的課題給學生，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計，通過這種方案分析、小組學習和項目實訓的方式，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。為了訓練學生的工程設計和實際應用能力，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，教師要指導學生參加大學生機械創(chuàng)新設計大賽、大學生工程訓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，凸顯整機設計理念
課程設計是培養(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計內(nèi)容基本上是各自獨立的，缺少相互關聯(lián)。例如“機械原理課程設計”中，主要是從運動的角度，訓練機械系統(tǒng)的原理方案設計能力，沒有考慮具體的材料和結構，更沒有考慮制造工藝和經(jīng)濟性等要求；到了“機械設計課程設計”，主要訓練學生對機械系統(tǒng)中各零部件的設計和計算能力，設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；輪到機械制造技術基礎課程設計，內(nèi)容又是與前序設計對象無關聯(lián)的工藝設計；最后在機械產(chǎn)品設計制作階段，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計安排顯然違背了整機設計的思想，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計和應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計技能，改革選擇課程設計實踐環(huán)節(jié)為突破口，通過課程設計內(nèi)容的重新整合和優(yōu)化，使得各個課程設計內(nèi)容前后關聯(lián)和有機結合。
③為了凸顯整機設計理念，訓練學生的綜合設計技能，將圖1所示課程體系中的四大課程設計實踐環(huán)節(jié)聯(lián)合起來進行，依次按方案設計、技術設計、工藝設計和產(chǎn)品實物制造編排課程設計的內(nèi)容，做到課程設計的完整性、系統(tǒng)性和綜合性，從而訓練學生從機械產(chǎn)品方案設計、技術設計、性能仿真、工藝設計到加工制造和組裝調(diào)試的整機設計能力。在課程設計過程中，成立獨立穩(wěn)定的設計團隊，期間配備專門的指導教師，每個團隊的設計對象固定，始終貫穿于各個課程設計，具體以典型機械產(chǎn)品的設計和制造為載體，例如無碳小車或是機械創(chuàng)新設計大賽設計對象等，要求分階段完成對象的各項設計任務，即依次設計、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)新綜合課程設計為機械設計課程設計提供系統(tǒng)方案、運動和動力參數(shù)計算和分析，在接下來的機械設計課程設計中，通過設計計算和選型，將前序設計得到的方案具體實物化，繪制出相應的裝配圖和零件圖，同時又為機械制造技術基礎提供了圖紙和精度設計技術文件，而機械制造技術基礎課程設計的內(nèi)容又為最終的機械產(chǎn)品設計制作提供了工藝指導，從而大大提高課程設計實踐環(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)教育中心的實訓實現(xiàn)無縫結合，也使得教學資源得以充分利用。
4結束語
為了改善以往機械設計系列課程教學中理論和實踐相脫節(jié)的問題，順應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)、強能力的工程技術人才奠定堅實的基礎。
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