汪飛雪等

摘要：以國(guó)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(jì)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(shí)和師德意識(shí)為核心、以教學(xué)改革立項(xiàng)為依托，完成了三級(jí)項(xiàng)目[CD*4/5]二級(jí)項(xiàng)目[CD*4/5]一級(jí)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(jì)；項(xiàng)目式

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

0引言

CDIO工程教育模式是近年來(lái)國(guó)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(dòng)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(guó)開(kāi)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(guó)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(kāi)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(jì)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(jì)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(duì)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(jì)類課程：機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)，機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，掌握各種典型機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；（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(jì)加工；（3）分析類課程，包括彈性力學(xué)、機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)，完成機(jī)械設(shè)備靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析；（4）計(jì)算機(jī)類課程，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、現(xiàn)代設(shè)計(jì)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(guò)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(guò)典型設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、加工等，掌握現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法，讓學(xué)生了解現(xiàn)代設(shè)計(jì)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(jì)能力，掌握機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)和有限元分析方法，能夠?qū)σ话汶y度的機(jī)械設(shè)計(jì)問(wèn)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(jì)中的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問(wèn)題、結(jié)構(gòu)動(dòng)力問(wèn)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(mén)課程都開(kāi)設(shè)有三級(jí)項(xiàng)目，在此基礎(chǔ)上完成機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)及制造二級(jí)項(xiàng)目，該項(xiàng)目完成設(shè)計(jì)、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(jì)一級(jí)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(jí)項(xiàng)目

三級(jí)項(xiàng)目是跟隨本門(mén)課程設(shè)置的小型設(shè)計(jì)性項(xiàng)目。以機(jī)械設(shè)計(jì)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(jìng)爭(zhēng)力產(chǎn)品的能力”，教學(xué)主線是“產(chǎn)品功能原理設(shè)計(jì)—實(shí)用設(shè)計(jì)—商品化設(shè)計(jì)”，教學(xué)內(nèi)容覆蓋了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整個(gè)流程，但是由于機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課程研究的是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的共性問(wèn)題，學(xué)生沒(méi)有經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)訓(xùn)練，很難理解所講授的知識(shí)內(nèi)容，因而需要對(duì)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(jì)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(guò)實(shí)際項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，強(qiáng)化對(duì)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(jì)與實(shí)踐項(xiàng)目的實(shí)施，提高機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力。在教改過(guò)程中，培養(yǎng)了學(xué)生多種能力：設(shè)計(jì)能力（功能原理設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)）；計(jì)算能力（力能參數(shù)計(jì)算、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)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(dòng)手能力（加工、安裝、調(diào)試）；團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。項(xiàng)目的執(zhí)行結(jié)合科技競(jìng)賽，很好的激發(fā)學(xué)生的參與積極性，共獲得全國(guó)機(jī)械數(shù)字化工程設(shè)計(jì)競(jìng)賽一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，三等獎(jiǎng)4項(xiàng)，學(xué)生自主申報(bào)專利1項(xiàng)。圖3所示為項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程，項(xiàng)目實(shí)施采用全過(guò)程追蹤，包括項(xiàng)目申報(bào)、討論、指導(dǎo)、匯報(bào)與驗(yàn)收等環(huán)節(jié)。圖4所示為項(xiàng)目加工過(guò)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(jí)項(xiàng)目

二級(jí)項(xiàng)目是單獨(dú)設(shè)課的綜合性設(shè)計(jì)項(xiàng)目，機(jī)設(shè)專業(yè)主要是開(kāi)設(shè)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)及制造二級(jí)項(xiàng)目，該課程涉及機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、機(jī)械制造工程學(xué)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)等多門(mén)課程的有機(jī)融合。一般而言，三級(jí)項(xiàng)目的設(shè)置是小型設(shè)備的設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析、制造，而在二級(jí)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(jì)、計(jì)算分析等。圖6所示為課程設(shè)計(jì)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(jì)、主參數(shù)計(jì)算、典型工藝卡編制、靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析等。

2.3一級(jí)項(xiàng)目

一級(jí)項(xiàng)目是融合學(xué)生四年所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)與專業(yè)知識(shí)設(shè)置的大型綜合性項(xiàng)目。2014年，機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)方向試點(diǎn)進(jìn)行了畢業(yè)設(shè)計(jì)一級(jí)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(kù)”1∶24模型的研制，旨在培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)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(gòu)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(chǎng)答辯形式，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)；可行性分析環(huán)節(jié)增加了產(chǎn)品的預(yù)算評(píng)估，增強(qiáng)學(xué)生的成本控制意識(shí)；零部件采購(gòu)加工環(huán)節(jié)由學(xué)生獨(dú)立完成，使學(xué)生了解整個(gè)產(chǎn)品加工制造的全過(guò)程。做為機(jī)械類學(xué)生，電氣控制是項(xiàng)目實(shí)施過(guò)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(kāi)關(guān)等電子元器件的使用方法，短時(shí)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(shí)面的同時(shí)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(dòng)手能力，同時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的不足之處，進(jìn)而完善以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。圖8為畢業(yè)設(shè)計(jì)一級(jí)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程，圖9為項(xiàng)目成果。

3結(jié)束語(yǔ)

多年來(lái)，燕山大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)一直以培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)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(guó)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(duì)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(jí)項(xiàng)目[CD*4/5]二級(jí)項(xiàng)目[CD*4/5]級(jí)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(jì)流程為向?qū)?，以學(xué)生興趣為驅(qū)動(dòng)，學(xué)中做，做中學(xué)，提高了學(xué)習(xí)效果；各級(jí)項(xiàng)目設(shè)置多樣化、自主化，考慮個(gè)性，兼顧共性；實(shí)施過(guò)程中將功能原理設(shè)計(jì)[CD*4/5]實(shí)用化設(shè)計(jì)[CD*4/5]商品化設(shè)計(jì)[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(jì)能力與工程素養(yǎng)，受到廣大師生的好評(píng)。[FL）]

參考文獻(xiàn)

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