汪飛雪等

摘要：以國際先進(jìn)的CDIO工程教育理念為指導(dǎo)，結(jié)合機(jī)械設(shè)計專業(yè)的特點(diǎn)，考慮課程的銜接關(guān)系，完成了以項(xiàng)目實(shí)施為主線的課程體系改革工作。以培養(yǎng)學(xué)生為本、以提高教師的責(zé)任意識和師德意識為核心、以教學(xué)改革立項(xiàng)為依托，完成了三級項(xiàng)目[CD*4/5]二級項(xiàng)目[CD*4/5]一級項(xiàng)目的全面實(shí)施，取得了可喜成果。

關(guān)鍵詞：CDIO；課程體系；機(jī)械設(shè)計；項(xiàng)目式

中圖分類號：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：10054634（2015）05008705

0引言

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO（ConceiveDesignImplementOperate）以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程1，2：。2005年起，我國開展了CDIO工程教育模式改革的研究和實(shí)踐35：。燕山大學(xué)是國內(nèi)首批加入CDIO教育改革的高等院校之一，并作為機(jī)械專業(yè)類小組召集單位于2007年即開始實(shí)施基于CDIO模式的教育教學(xué)改革。目前，機(jī)械設(shè)計專業(yè)已完成了基于“CDIO”理念的教改方案建設(shè)，實(shí)施了部分教改立項(xiàng)，完成了專業(yè)課程體系的構(gòu)建，設(shè)立了形式多樣的實(shí)物項(xiàng)目，全面培養(yǎng)了學(xué)生的各項(xiàng)能力，取得了良好的教學(xué)效果。

1課程體系的構(gòu)建

機(jī)械設(shè)計專業(yè)的特點(diǎn)是寬口徑，不像其他產(chǎn)品專業(yè)具有非常明顯的研究對象，就業(yè)面也很寬泛。為此，筆者設(shè)置的專業(yè)課程主要包括4方面的內(nèi)容：（1）設(shè)計類課程：機(jī)械設(shè)計學(xué)，機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計，掌握各種典型機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計；（2）制造類課程：機(jī)械制造工程學(xué)，完成典型零件的設(shè)計加工；（3）分析類課程，包括彈性力學(xué)、機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)，完成機(jī)械設(shè)備靜力學(xué)和動力學(xué)分析；（4）計算機(jī)類課程，計算機(jī)輔助設(shè)計、現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)，完成三維模型建模，有限元仿真研究。基于此，在課程學(xué)習(xí)過程中，以5～10人為一組，二學(xué)期為一周期，進(jìn)行項(xiàng)目式培養(yǎng)。通過典型設(shè)備設(shè)計、制造、加工等，掌握現(xiàn)代設(shè)計理念和設(shè)計方法，讓學(xué)生了解現(xiàn)代設(shè)計理論與方法的基本原理和主要內(nèi)容，培養(yǎng)二維、特別是三維設(shè)計能力，掌握機(jī)械優(yōu)化設(shè)計和有限元分析方法，能夠?qū)σ话汶y度的機(jī)械設(shè)計問題進(jìn)行優(yōu)化建模并能夠利用MATLAB進(jìn)行優(yōu)化求解；能夠?qū)τ跈C(jī)械設(shè)計中的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問題、結(jié)構(gòu)動力問題進(jìn)行建模并能夠利用商用有限元軟件進(jìn)行求解。圖1所示為課程體系改革拓?fù)鋱D。每門課程都開設(shè)有三級項(xiàng)目，在此基礎(chǔ)上完成機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計及制造二級項(xiàng)目，該項(xiàng)目完成設(shè)計、制造、分析優(yōu)化等環(huán)節(jié)，最后一學(xué)期完成畢業(yè)設(shè)計一級項(xiàng)目。所有項(xiàng)目設(shè)置根據(jù)實(shí)際情況可做調(diào)整，圖2所示為課程體系項(xiàng)目設(shè)置。

2改革建設(shè)與成效

2.1三級項(xiàng)目

三級項(xiàng)目是跟隨本門課程設(shè)置的小型設(shè)計性項(xiàng)目。以機(jī)械設(shè)計學(xué)課程為例，該課程的教學(xué)目標(biāo)是“使學(xué)生初步具備提出創(chuàng)新構(gòu)思并將其盡快轉(zhuǎn)化為有競爭力產(chǎn)品的能力”，教學(xué)主線是“產(chǎn)品功能原理設(shè)計—實(shí)用設(shè)計—商品化設(shè)計”，教學(xué)內(nèi)容覆蓋了產(chǎn)品設(shè)計的整個流程，但是由于機(jī)械設(shè)計學(xué)課程研究的是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的共性問題，學(xué)生沒有經(jīng)過系統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計訓(xùn)練，很難理解所講授的知識內(nèi)容，因而需要對教學(xué)方法進(jìn)行更新、改進(jìn)。為此，實(shí)施了仿生機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計與實(shí)踐的教改項(xiàng)目，將課程教學(xué)內(nèi)容與項(xiàng)目式教學(xué)相結(jié)合，并交叉進(jìn)行，讓學(xué)生即學(xué)即用、學(xué)以致用，通過實(shí)際項(xiàng)目的設(shè)計，強(qiáng)化對所學(xué)內(nèi)容的理解和掌握，有效促進(jìn)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計與實(shí)踐項(xiàng)目的實(shí)施，提高機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)能力。在教改過程中，培養(yǎng)了學(xué)生多種能力：設(shè)計能力（功能原理設(shè)計，結(jié)構(gòu)方案設(shè)計）；計算能力（力能參數(shù)計算、運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)分析）；創(chuàng)新能力；軟件應(yīng)用能力（數(shù)學(xué)建模、仿真分析）；動手能力（加工、安裝、調(diào)試）；團(tuán)隊協(xié)作能力。項(xiàng)目的執(zhí)行結(jié)合科技競賽，很好的激發(fā)學(xué)生的參與積極性，共獲得全國機(jī)械數(shù)字化工程設(shè)計競賽一等獎1項(xiàng)，二等獎1項(xiàng)，三等獎4項(xiàng)，學(xué)生自主申報專利1項(xiàng)。圖3所示為項(xiàng)目的實(shí)施過程，項(xiàng)目實(shí)施采用全過程追蹤，包括項(xiàng)目申報、討論、指導(dǎo)、匯報與驗(yàn)收等環(huán)節(jié)。圖4所示為項(xiàng)目加工過程，圖5為項(xiàng)目成果，該項(xiàng)目學(xué)生完成仿生機(jī)械產(chǎn)品10套。

2.2二級項(xiàng)目

二級項(xiàng)目是單獨(dú)設(shè)課的綜合性設(shè)計項(xiàng)目，機(jī)設(shè)專業(yè)主要是開設(shè)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計及制造二級項(xiàng)目，該課程涉及機(jī)械設(shè)計學(xué)、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計、機(jī)械制造工程學(xué)、計算機(jī)輔助設(shè)計與現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)等多門課程的有機(jī)融合。一般而言，三級項(xiàng)目的設(shè)置是小型設(shè)備的設(shè)計、計算、分析、制造，而在二級項(xiàng)目的設(shè)置中，根據(jù)燕山大學(xué)重型機(jī)械的特色，學(xué)生研究大型設(shè)備的整體方案、結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算分析等。圖6所示為課程設(shè)計總體思路及完成目標(biāo)，圖7為項(xiàng)目實(shí)施成果，包括大型設(shè)備的二維三維設(shè)計、主參數(shù)計算、典型工藝卡編制、靜力學(xué)和動力學(xué)分析等。

2.3一級項(xiàng)目

一級項(xiàng)目是融合學(xué)生四年所學(xué)基礎(chǔ)知識與專業(yè)知識設(shè)置的大型綜合性項(xiàng)目。2014年，機(jī)械設(shè)計專業(yè)方向試點(diǎn)進(jìn)行了畢業(yè)設(shè)計一級項(xiàng)目改革，以校企合作項(xiàng)目為背景，完成了“4層9車位升降橫移立體車庫”1∶24模型的研制，旨在培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識與工程實(shí)際相結(jié)合的能力，設(shè)置了方案論證、可行性分析、零部件采購加工節(jié)、電控程序編制、集成裝配等環(huán)節(jié)。方案論證環(huán)節(jié)采取現(xiàn)場答辯形式，充分調(diào)動學(xué)生的主動性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識；可行性分析環(huán)節(jié)增加了產(chǎn)品的預(yù)算評估，增強(qiáng)學(xué)生的成本控制意識；零部件采購加工環(huán)節(jié)由學(xué)生獨(dú)立完成，使學(xué)生了解整個產(chǎn)品加工制造的全過程。做為機(jī)械類學(xué)生，電氣控制是項(xiàng)目實(shí)施過程中的難點(diǎn)，學(xué)生不僅要熟悉CPU、PLC、I/O模塊、觸摸屏、行程開關(guān)等電子元器件的使用方法，短時間內(nèi)還要自行編制控制程序和操控界面，這一環(huán)節(jié)在拓展學(xué)生知識面的同時進(jìn)一步提高了學(xué)生的自學(xué)能力。集成裝配環(huán)節(jié)主要鍛煉學(xué)生的動手能力，同時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的不足之處，進(jìn)而完善以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力。圖8為畢業(yè)設(shè)計一級項(xiàng)目實(shí)施過程，圖9為項(xiàng)目成果。

3結(jié)束語

多年來，燕山大學(xué)機(jī)械設(shè)計專業(yè)一直以培養(yǎng)適應(yīng)社會需求的創(chuàng)新型、復(fù)合型、應(yīng)用型人才為目標(biāo)，探索教學(xué)模式改革并取得了顯著成效。借鑒國際先進(jìn)的CDIO工程教育模式，以教學(xué)改革立項(xiàng)為依托，以項(xiàng)目式的教學(xué)改革為切入點(diǎn)，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整和融合，構(gòu)建起了專業(yè)主干課程三級項(xiàng)目[CD*4/5]二級項(xiàng)目[CD*4/5]級項(xiàng)目相結(jié)合的項(xiàng)目式教學(xué)體系。該體系以機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計流程為向?qū)?，以學(xué)生興趣為驅(qū)動，學(xué)中做，做中學(xué)，提高了學(xué)習(xí)效果；各級項(xiàng)目設(shè)置多樣化、自主化，考慮個性，兼顧共性；實(shí)施過程中將功能原理設(shè)計[CD*4/5]實(shí)用化設(shè)計[CD*4/5]商品化設(shè)計[CD*4/5]產(chǎn)品制造調(diào)試相結(jié)合，綜合培訓(xùn)學(xué)生設(shè)計能力與工程素養(yǎng)，受到廣大師生的好評。[FL）]

參考文獻(xiàn)

[1]雷環(huán)，湯威頤，Edward F C，等.培養(yǎng)創(chuàng)新型、多層次、專業(yè)化的工程科技人才[CD*4/5]CDIO工程教育改革的人才理念和培養(yǎng)模式J：.高等工程教育研究，2009，（[KG-*6]5）：2935.

[2] Edward F C，et al.重新認(rèn)識工程教育[CD*4/5]國際CDIO培養(yǎng)模式與方法M：.顧佩華，沈民奮，陸小華譯.北京：高等教育出版社，2009：15.

[3] 顧佩華，包能勝，康全禮等.CDIO在中國J：.高等工程教育研究，2012，（[KG-*6]3）：2440.

[4] 査建中.論“做中學(xué)”戰(zhàn)略下的CDIO模式J：.高等工程教育研究，2008，（[KG-*6]3）：19.