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WANG Xin1 , DU Linfang2
(1. Mechanical Engineering College, Henan Engineering College, Zhengzhou 451191, China.
2. Mechanical Engineering College, Henan Mechanical and Electrical Career College, Zhengzhou 451191, China;)
Abstract: mechanical design foundation course design is an important practice training for the students in engineering and technology institute, its position cannot be ignored. according to the present series problems existing in the course design, some teaching reform thought have been proposed, in order to improve the teaching efficiency.
Keywords:course design, engineering student, teching reform
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1003-9082(2017)06-0168-01
一、引言
《机械设计基础》是非机械类工科学生的必修课程,该课程之后往往还伴随着两周的课程设计。机械设计基础课程设计是工科院校学生较为完整规范完成机械设计的重要实践实训环节,可以培养学生分析问题和解决问题的能力,提升学生的工程设计能力,因此对于非机械类工科学生具有较强的学习指导S意义,其地位不容忽视。
然而目前非机械类工科学生往往觉得该课程设计并不是自己的专业方向,得不到应有的重视。而且该课程设计题目比较老套,往往还是以单级或两级减速器为设计对象,不能根据学生的专业特点,灵活变动。考核标准以设计说明书、图纸和答辩质量为标准,不能体现学生设计过程的创新和协作能力,因此对该课程进行必要的教学改革势在必行。本文针对这一系列问题,提出了一些教学改革措施,以期提高机械设计基础课程设计对于提高学生设计能力的作用。
二、改革思路
1.课程设计题目和内容应结合本专业特点
工科院校专业分工较细,不同专业学习的侧重点不同。减速器虽然应用比较广泛,但大多数学生在专业体系上可能只是知道其作用,在专业需求上只涉及到如何选型就可以了,对于其结构并不清楚,因此非机械类专业学生,他们的机械设计优势并不在减速器上,机械设计基础课程设计题目和内容可以不必拘泥于减速器设计,要结合学生的专业特点,侧重于专业工程机械的设计。比如纺织工程专业可以改变为织袜机传动装置的机械设计,采矿工程专业题目可以改变为采矿机械提升机构的设计,材料工程专业的题目可以改为曲柄压力机的机械设计等等。通过这样的改变,就把课程设计与专业工程挂钩,引起学生的学习设计兴趣,同时又没有脱离机械设计基础课程体系的要求,一举两得。
2.改革设计思路,引进现代设计方法
原本的课程设计内容大都有现成的设计指导书指导,很多学生都是照搬指导书中设计方法,基本上没有什么思考设计。因此在课程设计内容改变以后,教师要先抛开课程设计指导书,鼓励学生自己提前去查资料,翻手册,总结归纳整理,从无到有的学会设计。当然在学生设计的过程中,教师要多引导和鼓励,避免学生在设计中走弯路。
此外在设计中,积极引进现代设计方法,成果形式也可以不必拘泥于手工绘图,可以利用现代先进的计算机CAD/CAM/CAE应用技术,淘汰过去那些半理论半经验的设计方法,取而代之的是虚拟,动态的现代机械设计方法。例如运用三维设计软件对机械机构和零件进行三维结构设计,并运用运动仿真模块,对其进行动态演示,同时又可以使用CAE分析技术,对关键零部件进行力学和结构性能的分析和设计,这样结果即保证准确,同时又比较形象生动,避免过去很多粗燥无味的经验公式。
3.加强学生协作和创新能力
以往的课程设计多是一题多人,设计形式和内容单一,课程设计本身工作量相对较重,但每位同学又要完成相同的工作量,相互之间没有协作,这样完成的设计质量可想而知。因此要加强学生的协作能力,由教师组织,根据学生设计选题的内容,灵活安排学生人数,由学生上下衔接,分头完成各个机构的设计任务,这样学生在完成课程设计任务的同时,相互合作,数据共享,既能保证课程设计的质量,又锻炼了学生的团队协作能力。
此外在设计中要加强创新能力的培养,鼓励学生对机构和零件进行创新设计,对于提出创新思路和方案的同学,课程设计可以适当降低难度和简化,但要保证课程设计创新内容的可行性。
为了保证学生加强协作和创新能力培养,在最后的成绩考核上,要以学生为中心,考虑整个设计过程学生的表现,突出协作和创新在成绩中的分值,来激发学生协作和创新的积极性。
4.课程设计内容可与课堂教学同步
现在课程设计往往安排在机械设计基础课程课堂学习完成过后进行,时间一般为两周。两周时间学生又要调研资料,设计方案,又要撰写设计说明书和绘制图纸,时间安排十分紧张,并且这个时间节点往往是在学期末端,学生还要准备其他课程的期末复习和考试。因此课程设计时,很多学生往往就是草率设计,相互模仿,导致课程设计的设计质量不高。因此可以考虑将课程设计任务放在与课堂教学同步,由教师统筹安排进程和任务,学生提前调研资料,与教师充分沟通,等课堂教学完成之后,统一完成设计说明书的撰写和图纸的绘制。
关键词: Solidworks 课程设计 工程图
1.概述
课程设计是非常重要的教学实践环节,通过课程设计的锻炼,学生可以综合运用专业课知识。通过课程设计培养学生机械综合设计能力、创新能力和工程意识,是启迪学生创新思维、开发学生创新潜能的重要手段,并为以后专业课程设计和毕业设计奠定基础,在教学计划中具有承上启下的作用[1]。
根据学校机械专业的培养方案,可将专业课课程设计分为机械类课程设计和电类课程设计,机械类包括:机械原理课程设计,机械设计课程设计,夹具设计课程设计等;电类的包括:PLC原理与应用课程设计,控制工程基础课程设计等。然而,对于机械类课程设计来讲,主要是对机构的原理设计、结构设计和工艺卡片设计等。然而不管是哪一个机械类的课程设计,都离不开三维模型的建立。本文主要针对机械类课程设计中的三维软件的应用做探讨和研究。
2.目前课程设计中存在的问题
目前几个机械类课程设计都还是在采用传统手工绘图或者二维CAD绘图的方式进行设计[2],老师在前期讲解的时候,也是用一些已经做好的设计的动画和基本原理讲解的方式给学生讲解。具体问题如下:
(1)《机械原理课程设计》基本都是采用手工原理图的形式进行设计,学生从手册或课本中了解每种机构的工作原理,然后根据老师布置的课题要求进行原理设计,通过手工绘图方式,绘出机构原理图。
(2)对于《机械设计课程设计》来讲,我们的题目还是使用传统课题,设计一级或者二级减速器。设计步骤基本跟传统设计步骤一样,学生先观察实际减速器模型的结构,然后进行拆装,详细了解减速器的结构。在了解了减速器结构后,学生再一步步进行轴的设计、齿轮设计、轴肩、箱体等零件的设计。这种设计步骤看似非常合理,但是学生是观察成品减速器,很难理解每个零件在整个产品中的作用。如果能将减速器是如何设计出来的,让学生直接参与设计过程中,学生就会更有兴趣,理解更容易。
(3)《机械设计课程设计》是已知产品的结构,然后进行设计,然而《夹具设计课程设计》只知道功能和设计要求,需要学生将所学《夹具设计》知识进行综合运用,设计一套完整的夹具。传统设计步骤是学生通过实习,参观实际的夹具结构,然后老师给出跟参观相似的课题,学生进行设计。在设计过程中,主要采用手工或者二维CAD软件进行结构设计。
以上几种设计都采用二维设计,学生直观上不便于掌握和理解。而且二维设计的后期修改工作非常繁琐。
3.三维软件Solidworks在课程设计中的应用
(1)三维造型技术的优点
三维设计是新一代数字化、虚拟化、智能化设计平台的基础。它是建立在平面和二维设计的基础上,让设计目标更立体化、更形象化的一种新兴设计方法。三维CAD系统有较好的造型工具,能应用“自顶向下”和“自底向上”等设计方法,实现装配等复杂设计的难度远比用二维图形系统增加得快。
(2)三维软件Solidworks在课程设计中的应用实例
为了适应现代工业4.0人才培养需要,学生应该首先能使用现代化技术手段进行产品设计,然后具备能出一套标准的符合机械设计规范的工程图的能力。学生需要掌握至少一款三维软件的使用,并能熟练使用三维软件进行产品设计和出工程图。然而,将三维软件应用于课程设计中,一方面使学生充分理解所做课题的具体情况,另一方面学生的三维设计过程是对软件使用的锻炼。
2014年在修订机械设计制造及自动化培养方案中,考虑到三维软件在机械专业课中的重要地位,将三维软件课程设置在第三学期,也就是在所有课程设计开设之前就已经开设了三维软件课程。
下面以Solidworks软件在《夹具设计课程设计》中的使用为例,在基本确定定位元件和夹紧机构以后,结构设计步骤如下:
(1)夹具的三维结构设计
夹具由定位元件、夹紧机构和夹具体等一些辅助元件组成。Solidworks在装配体设计中有一种自上而下的设计方法,这种方法可以在设计过程中,一边设计一边建模。只需要画好第一个基础零件,其他零件可以根据需要直接在装配体中建模,可以非常方便地确定设计的零件的位置和大小。本实例就是采用这种自上而下的方式进行装配体的设计。现将拨叉零件钻孔专用夹具体三维结构设计出来,然后设计心轴并将被加工零件拨叉装配进来,依此方法,将需要的零件都一一设计出来,最后成为一个完整的夹具。
老师在讲解完理论知识以后,再以一个实例为例,一边设计一边绘图,这样学生对整个设计步骤就非常清楚,也容易理解。
(2)由三维结构图出工程图
对于机械专业学生来讲,出一套标准的工程图是最基本的要求。很多学生做设计时更重视方案设计,不重视出图。而且课程设计老师进行课程设计指导时,主要对学生的设计方案进行指导。然而,课程设计一方面是对专业课知识的综合运用,设计正确的方案,另一方面是对学生出图能力的加强和锻炼。
三维Solidworks软件具备零件和装配体出工程图的功能,学生可以利用Solidworks软件进行三维结构设计,在结构设计方案最终确定以后,先用Solidworks软件输出工程图,再到CAD中进行修改。
4.总结和展望
课程设计是使学生具备综合运用专业知识能力,学生通过课程设计,了解实际产品的设计过程,达到理论联系实际的效果。
参考文献:
[1]李可桢,程光蕴,李仲生.机械设计基础(第五版).高等教育出版社,2011.
关键词:课程设计参数选择;教学改革;绘图能力
课程设计是机械设计基础课程重要的教学环节,是培养学生机械设计的重要实践环节。通过课程设计,培养学生分析和解决工程实际问题的能力,使学生掌握机械零件、机械传动装置或简单机械的一般设计方法和步骤。提高学生的有关设计能力,如:计算能力,绘图能力,使学生熟悉设计资料(手册、图册等)的使用,掌握经验估算等机械设计的基本技能。通过该课程设计,可以把学生所学的机械制图、公差与配合等几门课程的理论知识加于巩固、扩展,提高了学生的综合能力,为技术应用型人才的培养奠定了基础。随着高职教育的不断扩大,高职生的来源复杂,学生基础参差不齐。近几年的课程设计效果不理想。课程设计对一部分同学来说是很枯燥,学生只是按照设计指导书的各个步骤机械地代数据,并没有真正思考问题,没有达到设计的真正目的。为了让学生更好理解课程设计的内容,到达设计的目的,需要在教学方面做一些改革。笔者本着自己这些年来指导课程设计过程中发现的问题,不断思考,不断探索好的教学方法,从以下几个方面来对课程设计进行教学改革,提高课程设计的水平。
1把设计和教学融合在一起
课程设计一般都是安排在理论课程讲授完之后进行,时间一般是安排在期末两周时间。设计结束之后面临期末考试,大多数同学把精力都放在考试课程上,对设计不能尽心尽力,有的同学是敷衍了事,机械地参照指导书抄写说明书,里面问题很多。有的同学虽然也发现了问题,但时间紧张,就懒于修改参数,草草了事。最后一周绘制的装配图效果也是不太理想,完全没有达到设计的真正目的。如果能把设计穿插在理论教学中,比如讲完带传动就可以布置设计任务,把设计题目分组给学生,设计要求讲解清楚,把电动机的选择方法给学生讲解清楚,再讲解传动装置运动和动力参数的计算。学生利用课余时间就可以着手设计内容,完成电动机和带轮的设计计算。在课程内容齿轮传动讲解完之后,学生可以接着前面的带传动设计内容进行齿轮的设计。讲解完轴的设计内容之后,学生就可以设计轴的结构尺寸。每上完一部分与设计内容相关的知识点后,就让学生接着进行设计,让学生有足够的时间去考虑,设计的效果才理想,学生才得到真正设计能力的培养。
2设计参数多组化
以往的设计参数虽然也有很多组,但数据相差不大,最开始学生对设计都很感兴趣,随着设计内容的不断增加,有的同学觉得大家做的都差不多,和设计指导书也相差不大,渐渐就会失去兴趣,等着别的同学做完了直接抄写敷衍了事。可以把设计的参数变动大一些,每组的参数选择要求也不一样,这样就可以避免学生互相抄写。比如在带传动的设计中小带轮基准直径的选择,一个组的同学必须选择不一样的数值,带传动设计完了之后,让这组的同学互相对比,启发他们思考参数不一样会有什么影响,最终引导学生找出合理化参数设计。设计重在过程,而不是结果,通过不同的参数比较,让学生更直观理解了设计内容,锻炼了学生发现问题,分析问题和解决问题的能力。同时也激发了学生对设计的兴趣,不是简单的抄写,达到设计的目的。
3注重答辩,启发学生自己发现问题并解决问题
答辩是课程设计的最后一个环节,是检查学生实际掌握知识的情况和设计的成果,评定设计成绩的一个重要方面。虽然设计是提前布置,参数选择让学生选择不一样,但如果不答辩,也难区分是学生自己独立完成的,还是机械地抄写设计指导书。通过答辩,可以发现学生的一些问题,引导他们去解决问题。引导学生对设计过程进行全面分析和总结,弄清楚设计中每一个数据和公式的使用,对图纸上零件的结构有着清楚认识。学生在设计中完成的图纸和说明书还不能完全反映出学生的真实水平。只有通过答辩,才能看出学生的设计能力和综合能力。比如,有的同学设计带传动的时候,只是机械地选择带轮直径,但缺乏整个系统的考虑,有的同学的小带轮半径比电动机的中心大,学生还是没有发现问题,没有及时修改带轮直径,继续按这样的参数进行后面的设计,导致后面很多数据都不合理。设计完成后,答辩就是引导学生对整个系统一个全面的考虑,及时发现问题并解决问题,培养了学生综合分析问题的能力。
4培养学生CAD绘图能力
以往的课程设计要求学生绘制一张装配图和两张零件图,大多数都是手工绘图。由于设计说明书错误多,边绘图边修改说明书,有的尺寸是绘图过程中才能确定的。反复修改数据,部分学生感到烦,设计数据太多,基础差的同学甚至不知道该修改哪个数据。机械地参照指导书绘图,导致设计的尺寸和图纸中的尺寸不吻合,细节地方错误多。如果设计任务及早布置出来,学生做完一个零件的设计就用CAD绘制出零件图,并让老师检查。比如齿轮的零件图,只需要修改轮毂的孔径就可以了。最后集中几天到机房完成装配图的绘制,这样既锻炼了学生的CAD能力,同时又能保证是学生自己设计的尺寸,和说明书也吻合,达到设计的效果。对于成绩好的同学,还可以鼓励他们利用学过的三维软件绘制零件,并进行装配。在二维和三维之间不断转化,学生可以发现问题,并加于修改。总之,通过以上几个方面的改革,能较大程度改变课程设计中的一些问题,把课程设计穿插在理论教学中,针对性强,学生也容易接受。参数选择的多样化,能调动学生的主动性和积极性,激发学生对课程设计的兴趣,提高了设计效果。
作者:王桃芬 张彩芳 单位:重庆工程职业技术学院
参考文献:
[1]陈立德.机械设计基础课程设计指导书[M].北京:高等教育出版社,2009.
[2]蒙晓烨.浅谈高职《机械设计基础》课程设计的教学改革[J].科技信息,2011(29):298.
关键词 机械基础课程 创新教学 实验 设计
中图分类号:G424 文献标识码:A
Reform Experiments and Design Training and Promote Innovative
Teaching of Machinery Basic Courses
HAN Shangyun
(Guangzhou Public Utility Technician College, Guangzhou, Guangdong 510100)
Abstract Machinery foundation course as a professional basic course of machinery professional, has a strong theoretical and practical, is the successor of students studying professional courses necessary theoretical foundation courses, mechanical foundation courses on innovative teaching mechanical engineering training innovative talents with important effect. Based on the mechanical basis for curriculum reform experiment with design, develop and improve students' innovative design and practical ability, so as to promote innovative teaching mechanical foundation courses.
Key words machinery basic course; innovative teaching; experiment; design
1 在教学中增加研究性实验和创新性实验
我国的机械工程技工教育的教学目标就是为了培养具备工程实践能力和创新能力的技术人才,根据这一目标就可以发现,传统的机械基础教学实验注重于课程基本原理的演示、理论验证以及实验操作技术的掌握方面,而忽视了对学生的实验设计、实验技术、创新能力等培养,因此在教学中关于工程实践环节方面相对比较薄弱,而要培养和提高学生的动手能力和创新能力就需要各种试验进行配合。实验不仅仅只是对教材知识的验证和演示,而应该更加关注实验是否能够激发学生的创新思维和提高学生的动手能力。
因此,就可以在以往的实验项目基础上增加一些具有创新性与综合性的实验项目,如3DMC机构组合与创新实验、JPCC平面机构组装实验、轴线结构创意设计实验等。通过这些实验让学生亲自动手进行组装、调试、设计、研究,从而培养学生的综合能力。如在3DMC试验台的开发和研制中,就是按照机构组成原理和创造性思维原理进行设计的,它是具有综合性较强的智能化实验测试设备。这个试验台可以对学生在机械原理、机械设计学习中所萌发的各种创新性思维进行实现。试验台不仅包括了组成机构的高、低副杆组,组成这些杆组的各种构件、机架以及其它的辅助连接件等,也包括了关于机械转动方面的内容,有凸轮机构、齿轮机构、带传动、蜗轮蜗杆传动,通过对实验台的研究提高学生的机械传动方案的设计能力。通关试验台还可以对执行构件和中间任意构件的速度、位移、加速度进行测试通过进行实验,让学生将教材中的知识与自身的思维、动手能力相结合,对实验题目进行分析,对实验方案进行构思和优化,对试验设备进行拆装等,从而逐渐培养和提高学生的分析能力和解决问题的能力,将理论与实践相结合,通过实践让理论知识得到验证、延伸和创新。
2 对课程设计模式进行改革,使设计内容更具创新性
机械基础设计训练一般有课程设计和机械设计创新活动。在机械课程体系中,课程实践是一个非常重要的实践环节,传统的课程设计模式与设计内容已经不符合对创新人才培养的要求,因此需要改变课程设计。如在机械原理课程设计中,将原来使用解析法和图解法在做机构的运动分析改成了机械系统的运动方案设计。可以在完成理论教学后进行课程设计任务,也可以在理论教学完成一定程度就与其同步进行。提前将任务告诉学生,让学生做好准备,查阅资料。这样就可以发现问题,如果遇到不懂的问题就可以自己查阅资料进行解决,或者是教师在进行教学时,就可以针对性地去解决问题,从而提高学生的自学能力以及加深他们对知识的理解。在进行课程设计时,要本着学生是主体,而教师只是辅导的思想进行,提高学生的主观能动性。同时课程内容的设计要具有灵活性,可以让教师给出,也可以让学生自己拟定题目,而学生自定题目就要求他们要进行更多的调研工作,这样就可以了解更多的设计内容。在进行机械系统运动方案的设计时,可以分小组进行,这样学生通过交流合作发挥出集体的力量,同时学生个人也能够发挥出自己的独特见解,这样有利于学生综合素质和创新能力的提高。又如在机械设计中改变课程设计模式时,利用CAD编程代替原来的减速器传统设计模式,这样不仅可以让学生熟悉现代设计理论,同时也可以提高他们的计算机编程水平。在课程设计环节利用计算机仿真软件,可以辅助学生制作虚拟样机操作等。 (下转第107页)(上接第103页)
3 开展创新设计活动与创新型实验开发
在课程设计与创新设计中将实验装置作为相关载体,是课程改革的一项重要任务。在实验室中进行课程设计或创新设计,如通过对3DMC试验台的开发和研制中,完成一些学生的课程设计,通过试验台将学生在机械原理、机械设计学习中所萌发的各种创新性思维进行实现。对于各个基本结构,它们的性能是非常有限的,只是针对基本结构进行创新也是不容易的,如果将多个基本结构进行联合使其成为一个组合机构再进行利用,这样就能够满足人们对机械性能、运动规律和形式的需要。通过利用试验台提供的组合机构供拼装置,对组合机构进行创造和研究,从而让学生认识到各种组合结构的各种性能,为以后的机械创新和工程设计创造良好的条件。可以利用“黑箱”的形式来体现出课程设计内容中对机构的功能要求,在给出的机构创新设计题目中,要求学生对机构的功能要求进行仔细具体的研究,用多个子功能来表现总体功能,并对各个子功能的功能元解进行有效选择和确定实现对机构的功能设计。运用的方案需要具有灵活性,符合对题目的要求,对各个方案进行对比分析并进行交流,不断促进学习的提高。同时学生也可以自己给出题目,但关于构件方面做好要求控制在试验台配置范围内。在进行题目的设计时,要不断地研究,从中找到问题,并从中设计出具有创新性的实验,实现设计与试验的有效结合。
同时开展一些形式多样的机械创新设计活动,来激发学生对创新设计的积极性和主动性。将一些好的作品设计拿到机械创新设计比赛中进行评比,有利于验证设计的成果,同时可以加强技术的交流 。创新设计活动的开展为学生提供了一个展示自我、提升自我的良好平台。在实验室中也可以进行一些创新设计,将一些实验对学生开放,让他们对试验内容进行自主选择,并安排好设计步骤,通过老师的指导下,发挥自己的创造性思维和动手能力独立完成设计。通过这种实验设计,来提高学生的创造能力和实践能力。
4 总结
通过对机械基础课程教学的改革,不断加强实践环节教学,激发学生对学习的兴趣,调动他们对学习的积极性和主动性,这样提高了教学质量,同时也让学生得到了各种机械工程的实践训练,从而有利于培养和提高学生的工程实践能力、动手能力及创新能力等综合素质。
参考文献
[1] 徐建生,吕亚清,张志.基于项目制的《机械基础》课程创新模式[J].教育教学论坛,2013.27:46-48.
[2] 王世刚,林景凡,李西兵.机械基础系列课程创新教学平台的构建[J].科技信息(学术研究),2008.27:360.
关键词:机械原理课程设计;改革;设计题目
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)08-0133-02
《机械原理课程设计》是培养学生综合运用机械原理课程所学理论知识,系统地完成一个大型机构设计课题,使学生获得工程技术训练的必不可少的实践性教学环节[1-8]。本课程的时间一般安排在大二,它是机械类学生首次接触的专业基础知识,其重要性不言而喻。《机械原理课程设计》的教学改革,作为教学的重点和热点,一直在各高校中进行,研究课程设计的目的、内容、方法、题目、组织形式,探索如何培养学生的机械运动方案设计、创新设计和解决工程实际问题能力,但是,迄今未有广泛认同的一体模式,基本上是各高校根据自身的特点,各自拿出一套解决方案。鉴于以前课程设计方法已经沿用多年,这与时代的发展和要求有了不小的距离,迫切需要进行适当的改革,使得结合本校实际情况,任课老师群策群力、多次讨论和反复修改,得出了系统的改革方案,并在近三年里加以实施,获得了良好的效果。
一、改革主要任务与方法
改革主要涉及课程设计题目和时间安排。以前,本校《机械原理课程设计》源于传统的几个题目,如牛头刨床机构设计,凸轮、齿轮机构设计,主要以基础训练为住,是对理论课内容的加深巩固,基本等同于一个大作业,虽然能起到理论教学内容的目的,毕竟与时代的要求有一定的距离,因此必须做出改进。
机械原理课程改革主要体现在课程设计题目的改变。本课程设计提供了A、B、C三类题目。A为指定性设计题目,B为创新性题目,C为机构仿真类题目,要求每个学生选择其中的一个题目。下面是部分题目名称:A.指定性设计题目,题目1:洗瓶机设计;题目2:医用棉签卷棉机设计;题目3:步进输送机设计。B.创新性设计题目,题目1:设计适合老、中、青不同年龄段使用并针对不同职业活动性质(如坐办公室人员运动少的特点)的健身机械;题目2:汽车夏天露天停车,设计一伞状机械装置,为汽车遮挡阳光;题目3:多功能担架。设计一种可用于崎岖路上手抬、平路上手推、静止时可作休息的小床或座椅的多功能担架。C.机构仿真题目,题目1:铰链式颚式破碎机方案分析;题目2:一种夹紧机构模拟与分析;题目3:汽车转向机构模拟。每年给出的题目可以有所变化。例如,对于B类创新性题目,可以结合每两年一次的全国机械创新大赛给出的题目,给出类似的题目,可以从中筛选出具有潜力的学生,参加大赛。改革的另一项体现在课程设计时间的安排上。由于新设计题目难度较大,一周的课程设计时间,很难完成,因此做了如下安排:①第18周一课程考试完后,老师就可提前布置设计任务。学生即日起可根据本任务选择自己的题目,查阅资料,构思设计。②课程设计周第1天~第3天,老师到新校区授课教室答疑式辅导,有问题的学生可以来问。③课程设计周第4~5天,小答辩方式,老师在教室检查设计。每个学生展示自己的设计结果,并做说明。④课程设计周第5天,学生上交课程设计结果。
二、实施效果
此次课程设计,学生总体经历和感受可以概括为“困惑—讨论—实做—成就感”。从选择三类题目的数量来看,指定性设计题目和创新性题目选择的人较多,且数量相当,自己选定题目后,马上发现题目很难;对创新性题目,一时想不起具有创新点的设计,对指定性设计题目,发现自己理论基础欠缺的有很多;对机构仿真类题目,发现自己软件应用能力很差。总之,学生的自信受到严峻的考验。课程设计周的前几天,也是最艰难的几天,同学们在受到暂短的挫折之后,会积极地查阅资料,与同类型题目同学相互探讨,相互学习,遇到不能解决的问题,辅导教师给出详细的解释,大多数同学能在规定的时间内独立完成主体设计。从完成的情况来看,对指定性设计题目,学生能给出完整的设计方案,基础知识应用较全面;对创新性题目,不少同学提出了很好的选题,在与老师和同学讨论后,图文并茂地描述出自己的设想;对机构仿真类题目,这些同学一般是对软件有较大爱好,有一定基础,也有的是在短短几天内突击学习,也有不俗的表现,对设计、分析软件的应用有了良好的开端。绝大多数学生独立地完成了设计,其中不乏具有创意的高水平作品,有的已经上报申请专利,总体成绩和往届相比较好。不少同学用“非常好的训练”、“艰难的过程”、“成就感”等来总结自己的课程设计。
三、存在的问题
此次课程设计的改革尝试,也暴露出不少问题:课程设计时间紧迫,不足以最好地供学生完成任务。目前课程设计时间为一周,但是,在前面的1~2天常被拖延到后面的考试科目占据,后面又面临回家,如果没有充分的时间保证,任何完美的改革尝试均不能收到实效。学生机械相关基础知识有缺陷,不足以完整表达自己的设计思想。《机械原理课程设计》的主要重点在方案设计,这是目前的共识,但是,即使仅仅表达设计方案,学生表现也力有不逮。反映在制图能力、计算能力,甚至文字表达能力,均很欠缺。这点有待整个机械类课程体系的全面改革,才能从根本上解决。设计题目有待进一步完善。此次改革,设计题目是在短期内集思广益收集得到的,难度参差不齐,总体来说较有新意,但是结合以后的专业发展,应该多纳入一些实际类型的题目。
四、进一步设想
目前,机械类学生的实践性教学环节大致有《机械原理课程设计》、《机械设计课程设计》、《金工实习》、《专业课程设计》和《毕业设计》等,这是数十年来一直沿用的模式,随着现代制造加工的更深、更广的要求,这种各种为战的教学模式,已经暴露出很多问题,难以分别解决,这里设想对这些课程加以整合,在不增加总体课时的基础上,用一门大的课程,姑且称为创新设计课程,来取而代之,时间安排在大三以后。这门课程的特点在于:教师给出一个大的题目范围,学生自己用三维设计软件进行产品设计,在计算机上制造出虚拟机械,并对此进行运动和动力学分析、有限元分析和优化等,最大限度地减少设计失误。学生自己动手,加工出自己设计的产品,进行产品答辩、。如此,学生对整个产品的开发有一个全面的认识,由于加工产品需要原料成本,学生将更具有对自己产品的责任意识,一个大的题目,是以小组的形式完成,在设计、制作过程中,可以培养学生的团队精神,对优秀的设计作品,完成后组织上报专利申请,并推荐参加各种大学生竞赛,如挑战杯、机械创新大赛等,激励学生创新。这也是对学生将来在企业工作的一次逼真的预演。
参考文献:
[1]邹焱飚,翟敬梅.机械原理课程设计[M].北京:中国轻工业出版社,2010.
[2]师忠秀.机械原理课程设计[M].北京:机械工业出版社,2009.
[3]曲继方.机械原理课程设计[M].北京:机械工业出版社,1999.
[4]邹慧君.机械原理课程设计手册[M].北京:高等教育出版社,1998.
[5]张春林,等.机械创新设计[M].北京:机械工业出版社,2001.
[6]姜琪.机械运动方案及机构设计——机械原理课程设计题例及指导[M].北京:高等教育出版社,1991.
[7]黄纯颖,等.机械创新设计[M].北京:高等教育出版社,2000.
【关键词】机械设计基础;实践;课程设计
《机械设计基础》是工科院校普遍开设的一门重要技术基础课程。由于各专业学生的知识基础差异较大,再加上该课程多年来一直存在着内容多课时少、零件多系统少、分析多综合少、理论多实践少等诸多矛盾,给《机械设计基础》课程的教学带来许多困难。同时,该课程具有很强的实践性和应用性,所以教学过程中必须将理论与实践紧密结合起来,注重对学生解决实际问题能力的培养,拓宽学生的知识面,开阔学生的思路,从而更有利于学生工程实践能力和创新能力的培养。
1.理论教学环节
理论教学环节是《机械设计基础》教学改革的一个重要方面,经过多次教学实践尝试,我们主要从以下几个方面进行改革尝试。
1.1教学内容
目前,高职院校提出了“厚基础、宽口径、重能力”的人才培养模式,从而使理论课时压缩严重,但《机械设计基础》课程的内容多,理论性和实践性都比较强,老师讲解力不从心,学生听课如听天书,因此必须对教学内容进行相应调整。
1.1.1删减过深的、不必要的理论推导和证明
高等职业教育培养目标强调的是人才的应用性,毕业后从事的岗位决定了没有必要对计算、公式、定理等的来龙去脉搞的清清楚楚,只注重如何应用这些公式定理等来解决实际问题。因此,可将过深的理论推导、证明删去,以便学生集中精力掌握这些公式、定理的实际应用,解决实际设计问题。
1.1.2结合专业培养目标整合教学内容
由于各专业的培养目标不同,所安排的课程和教学要求也不同,因此《机械设计基础》课程应根据本专业可的要求、本专业毕业生从业岗位要求和本专业学生终身教育的要求整合教学内容,以达到培养目的。
1.1.3在机构分析中增加解析法内容
在以往的机构分析中,因图解法形象、直观,有助于教学模型的建立,同时对某些简单的问题比解析法更有效。随着科学技术的计算方法、计算手段的飞速发展,提高机械设计与分析的精度和效率已成必然趋势,而解析法更能准确地反映和解决图解法难以解决甚至不能解决的问题,因此在教学中应增加解析法讲解的力度,以适应现代技术的要求。
1.2教学方法
1.2.1现代化教学
本课程实践性、综合性较强,个部分教学应注意同生产实际相结合,利用教具、挂图、多媒体等直观教学手段教学,做到课上精讲精练。同时采用计算机的图形动画等功能,向学生展现具体、形象、直观的视听材料,充分调动学生的学习积极性,提高课堂效益,增强学生的感性认识。
1.2.2实物教学
有些教学内容离开实物再课堂上不易讲解透彻,因此可将机构实物搬进课堂,对照实物进行讲解,从而使学生能充分地将机构的运动情况进行分析,例如,讲解摆动导杆机构时,再牛头刨床边对照机器的结构和运动情况进行讲解,则可收到事半功倍的效果。
1.2.3自学式教学
对于简单的教学内容,可采用自学式教学方法,自学式教学方法是“提出问题+自学+回复问题+总结”。其操作步骤是:第一步,老师指定学习内容,并提出相关问题。第二部,学生围绕问题进行自学,明确学习目标。第三部,提问学生并对学生的回答进行追问,把问题引向深入。第四部,根据学生的回答进行总结,使学生形成新的知识。
2.实践教学环节
《机械设计基础》教学的另一个重要部分是实践性教学环节,它包括实验教学和课程设计两个方面。
2.1实验教学
实验教学是学生学习《机械设计基础》课程进行工程实践的重要途径,是培养学生理论联系实际、分析问题和解决问题的能力以及启迪学生的创新思维、开拓学生创新潜能的重要手段,也是《机械设计基础》课程教学的一个重要环节,其对实现课程教学目标起着不可或缺的关键作用。
传统实验教学存在着实验目标单一性、试验方法陈旧性、实验内容缺乏系统性、综合性等不足,不利于培养学生的各种能力,因此,对》机械设计基础》课程实验教学改革可从几方面进行:一是保留传统的经典验证性实验,如《轴系结构测绘》、《减速器结构装拆实验》;二是更新和改造相对落后的实验,如渐开线齿廓范成实验改用计算机仿真试验去代替,使实验内容既形象具体又省事省力;三是新增开设综合性和设计性试验,要求学生自己设计实验,自己动手完成,不依赖于老师;四是建立开放式感性认知实验,使学生有更多的自由时间来安排学习,以期发挥学生在实验教学中的积极性和主动性,从而加强学生对机构、零件结构等工程实践知识和动手操作的能力培养。
2.2课程设计
综合考察学生掌握《机械设计基础》知识程度的重要手段是课程设计。它也是《机械设计基础》课程实践教学的最后一个教学环节。其目的是培养学生综合运用基础理论知识的能力、工程分系的能力和运用资料等基本设计能力。要完成一次课程设计要求学生对总体方案的布局到零部件结构设计一起完成使设计更加系统和完整。为鼓励学生创新,应要求学生自己设计多套方案,进行比较选择,充分发挥学生的想象力和创造性,从而为今后在生产实际中参加设计或技术改造打下良好基础。课程设计是一项既重要又繁琐的教学工作,指导老师对学生中普遍存在的不足应在设计中逐步给予讲解和补充,使学生通过课程设计全面掌握和巩固机械设计的相关知识。
3.结束语
总之,《机械设计基础》课程教学改革是一个系统工程,涉及到课程教学的各个环节,从各个环节入手进行教学改革,才能取得良好效果。同时,还应注意“师教之功,贵在引导”,教师的真正本领除了传授知识外,更重要还在于激发学生的学习积极兴趣,唤起学生探求知识的欲望,为学生营造一种积极主动、和谐、生动活波的学习氛围,培养他们主动参与的意识,培育他们的批判性与创造性思维能力,进而全面提高教学效率和质量。
参考文献:
[1]洪伟龙,关于技术基础课教学理论联系实际的新途径 职业教育研究 2006,(4).
(一)鼓励学生将所画平面零件图绘制成三维立体图形鼓励一些应用软件能力比较强的学生将所画的平面图形转换为三维立体图形。图1、图2是学生的一些作品。这样的教学活动,使学生对所学知识有一个融会贯通的机会,计算机辅助绘图的技能得到熟练应用。
(二)学生的工程设计能力得到培养和提高通过教学过程中播放的影像和图片资料,学生们得到了更多的机械方面的感性认识,为同步进行的课程设计,特别是方案设计创造了良好的条件。参与本次课程设计的学生均被要求采用AutoCAD绘制零件图,并用Word编写设计说明书,完成若干张工序图。答辩时看到打印出来的图纸后,学生们都感到“很有成就感”。这种更接近于现实要求的课程设计,对他们将来迅速适应社会的需求是大有裨益的。课程设计实践环节,给每组同学发一二张零件图纸,要求学生在设计过程中读懂图样,逐步完成材料的选择和加工工艺规程的制定,通过这样一个综合性的作业,使他们在实习过程中更加自觉认真,同时训练学生运用已学的知识,应用到实际生产中,让他们真正感觉到学有所用,从而提高学生学习理论课的自觉性,同时又使学生了解了机械工程技术人员日常应做的一些工作。最后阶段,抽出一定的时间进行小组讨论,通过讨论使学生逐步掌握材料选择、加工技术要求、工艺规程制定、机加工精度要求等内容,同时对零件检测标准、工时定额、废品率、工具消耗、经济效益等都作出对比介绍,使学生们获得一个完整的机械加工过程概念,不仅巩固了已学的知识,强化了学生的专业思想,也为后续课程的学习打下良好的基础。
(三)培养学生的创新意识创新活动首先来自于强烈的创新意识,鼓励学生破除迷信,放开思想,相信“人人都有创造力”。敢于综合应用各方面的知识去解决实际问题,走创新之路。(六)培养学生的团队精神团队精神是人才综合素质体现的一个方面,学生自由组合成设计小组,较易形成多向性思维和发散性思维,可以取长补短、相互启发、共同寻找解决问题的方法和途径。同一小组内既有分工,又有合作,共享资源。零件图独立绘制,工序安排分工来做。以此来体会团队协同作业的工作方式。
二、教改应用效果评价
从2008年开始对三届材料成型与控制工程专业学生在机械制造基础课程设计中应用本成果。课程设计改革前后情况对比见表1。这种新的方式使学生们得到了更多的机械方面的感性认识,为同步进行的课程设计,特别是工艺方案设计创造了良好的条件。参与课程设计的学生均被要求采用AutoCAD绘制零件图,并用Word编写设计说明书,完成若干张工序图。答辩时看到打印出来的图纸后,学生们都感到“很有成就感”。课程设计的创造实践活动使学生的创新能力有很大提高。学生在设计总结中说:“利用典型零件机械加工流程的三维动画教学方式,难以理解的加工过程变得容易了”;“老师给了充分的自由度,有了充分的发挥余地和更广阔的想象空间。我们没有照抄书本,照搬公式,而是应用原理自己设计,感到很有成就感。”“在复杂的思考过程中,不断改进,不断否定自己的设计,再不断完善。在终于完成设计后,心中有一种轻松的感觉和说不出的高兴”;“通过课程设计,首先让我认识到什么是设计,能够将所学课本知识、实习经验结合起来;第二,教会我如何去思考和创新。第三,在思考中查询资料、更丰富的知识来支持自己的设计”;“课件直接展示出学生的实习成果,使自己有一种成就感”。通过对机械制造基础课程设计这一教学环节进行改革,学生潜在的工程能力得到了挖掘、培养和提高;为如何解决好工程能力培养的理论和实践教学相脱节的问题以及如何准确、全面地评判学生的工程能力做了有益的探索。
三、教改的创新点
加强创造实践,改变人才培养模式。传统的课程设计是进行验证性设计,呈现“复述型”教学的特征。学生的创新思维得不到发展,创造能力和综合运用能力得不到培养和锻炼,乃至于出现“高分低能”的现象。利用多媒体技术把课堂教学、金工实训以及课程设计有机地结合到一起,图片、文字、视频、动画资料齐全,基本概括了课程设计中所需要的知识。课程设计体现人才培养模式的改变,通过课程设计使他们的创造力得以挖掘和发挥。学生容易接受。课件中大部分图片是学生金工实习中见到和用到的设备,有一定的印象,很容易接受。视频和动画是要求学生设计工艺规程零件的加工过程,吸引了注意力,激发了学生的学习兴趣与热情,使学生成为实践者、探索者、创造者、合作者、快乐者。学生的工程设计能力得到培养和提高。课件以静动结合的多媒体技术,特别是用三维动画生动、准确地展示完整的机械加工过程,使学生学习难度降低,真正处于学习的主导地位。通过教学过程中播放的影像和图片资料,学生们得到了更多的机械方面的感性认识,为同步进行的课程设计,特别是方案设计创造了良好的条件。
四、结束语
关键词:工程教育认证;教学改革;机械设计课程设计
0引言
实施高等工程教育专业认证可以提升我国学校和专业的核心竞争力。加强国际互认,推进工程教育建设和改革,进一步提高高等工程教育质量,有利于提高人才培养质量,健全高等工程教育质量监控体系,规范与注册工程师制度相衔接的高等工程教育专业认证体系[1]。
1工程认证对人才培养的要求
1.1我国工程认证发展
《华盛顿协议》(WashingtonAccord)是一个有关工程学士学位专业鉴定国际相互承认的协议,是目前国际普遍认为最具权威性、国际化程度最高、体系较为完整的工程教育专业互认协议。至2006年起,由我国教育部、人事部、中国工程院、中国科协相关行业管理部门和行业协会(学会)代表组成的,教育部授权的“全国工程教育专业认证委员会”参照《华盛顿协议》成员国的做法,开展了面向我国本科教育专业工程教育专业认证试点工作[2]。
1.2工程认证对课程的影响
1.2.1工程认证对“机械设计课程设计”课程的要求
工程教育专业认证的开展有利于加强高等工程教育与工业界的联系,促进我国工程教育的国际互认,提升我国高等工程教育的国际竞争力,是解决工程师技术资格国际互认的关键[3]。在实际教学中,教学设计和教学实施的目标是学生通过教育过程最后所取得的学习成果。为学生提供一种强调工程基础的、建立在真实世界产品和构思-设计-实现-运行(CDIO)过程基础上的工程教育,基于课程群把相关课程知识有机结合,使学生认识到有机和关联的知识群而不是孤立的知识点,课程群建设与实践结合是工程认证的基础理念。
1.2.2目前课程存在的问题及必要性
“机械设计课程设计”是高等学校机械类专业第一次较全面的机械设计训练,是“机械设计”课程的最后一个重要教学环节,其目的是进行机械设计基本技能训练,掌握机械设计的一般方法和步骤,培养学生综合运用机械设计及相关课程知识解决机械工程问题的能力,并使所学知识得到巩固和发展,为专业课程设计和毕业设计奠定基础[4]。二级减速器设计是“机械设计课程设计”的传统内容,需要运用到制图、力学、公差、机械原理、机械制造工艺等前期所学知识,是将基础知识的第一次整合应用。在过去的教学环节中,往往都是将设计需要的前期课程全部讲完,然后开展设计。在学生进行课程设计的学习时,之前学过的课程已经忘记,或者需要复习才能正常应用,或者会出现考试高分,应用不会的情况。总结原因,主要是因为所学相关课程的目的只是考试,学完考完之后没有真正应用到实例中。而教学的目的,不仅仅是修学分和考试,还要真正能学以致用,这就要求教师在教学中通过教学方法的改革,正确引导学生学习,真正把所学知识融会贯通。
2基于工程认证的课程建设
以项目真实产品为对象进行教学配以装拆实践,能够提升学生的学习主动性,使其注意力更加集中,更好地整合所学知识,将其应用到课程设计中去。
2.1课程体系建设
设计题目一般选择通用机械的传动装置,主要进行传动装置的总体设计、传动件和支撑件的设计计算、绘制装配图和零件图、撰写设计说明书。这种设计是保证学生巩固机械设计课程基础知识必不可少的环节,必须开展,教师可以在此基础上拓宽课程设计的范围,结合日常生活、工程实践设定主题开展非固定模式的设计,培养学生独立思考、自主设计的能力。科技在不断进步,零件及设备设计也随之不断改进更新。这种更新包括精度、加工方法、制造方式、设计方法等多方面。传统的设计方法已经不能满足设计需求,应将传统设计方法与现代设计方法相结合,以传统设计方法为基础,融合现代设计方法,及时更新和课程相关的新理论、新知识、新方法,使课堂知识不脱离于工程实际应用。
2.2课程教学改革
2.2.1“开放式”教学
开放实验室,让学生在课程设计期间,能够随时到实验室实践和观察减速器结构,让学生更深刻地认识设计目标,提高设计效率和准确性。
2.2.2加强校企联系
加强学校和企业的联系,了解企业实际设计参数选择和理论教学的不同,防止理论和实践脱节,根据实际生产过程要求来制定大纲和教学内容,培养适应企业的应用型人才,争取通过这种教学方式改革,使学生毕业即可就业,缩短应届生就业后的实习时间,能够马上适应和满足企业要求。长期稳定的校企合作使学校与企业互惠互利,达到共同发展的目的[5]。
2.2.3采用成果导向的教学模式
在制定教学大纲时要围绕根据企业需求制定的毕业要求,教学内容、教学方法、考核方式要体现学生的学习成果.
2.2.4采用“一体化”教学方法
“机械设计课程设计”的开展不再是将所有前期课程学完再开展,而是根据设计内容需要将该课程设置成一门综合类的课程,以“机械设计课程设计”为主线,整合制图、力学、公差、机械设计等机械工程基础性课程群,以项目真实产品为对象进行教学,配以装拆实践。比如在开展课程设计期间,需要用到轴的校核,绘制弯矩图、扭矩图,根据进度安排,将材料力学中的该部分内容拿到设计期间讲授,在安排讲授课程时一定要安排好先修后修的关系,能够让学生学完就用,既巩固了学习内容,又能具体了解到所学知识的实际应用。
2.2.5改革考核方式
考核也不仅仅只追求是否正确,在考核制图表达方法、公差配合的选择、合理的结构设计基础上,体现在结构设计中的创新培养,应主要考核学生在设计中的创新能力,看看学生在设计过程是否有新思路、新方法。因此评价成绩应由促进学校的发展转向促进学校的持续性发展,由鉴定学生学业转向促进学生发展与完善课程本身;在评价形态上,由标准化测验转向动态研讨式评价形态,更注重评价学生创新能力的测评[6]。
2.3课程预期成果
通过“机械设计课程设计”的完成,学生对机械设计具有初步认识,并能掌握一定的设计方法和设计理念,不仅仅会设计,还要能够提高创新能力,为进一步学好专业课打下良好基础,培养学生正确的设计理念,掌握参数选择方法,巩固制图、力学、公差等相关课程知识,形成知识体系。
3结语
工程教育专业认证可以提升我国相关专业学生的国际竞争力,课程设置及改革是工程认证开展的必要保障,使其更适应工程认证要求。教学作为培养人才的重要手段,应适应人才需求的转变,按照工程教育专业认证要求积极进行人才培养方式的变革,通过教学方式的改变与调整,提高教学质量与效率,提升人才培养质量,通过课程教学培养学生的创新能力,达到培养应用型人才的目的,满足企业需求,实现培养“品德高尚、专业过硬、情商出众、强于实践、勇于创新的高素质应用型人才”的目标。
参考文献
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[3]荆国林,王鉴,崔宝臣,等.专业认证背景下的环境工程专业建设研究[J].教育教学论坛,2013(5):181-182.
[4]巩云鹏,田万禄.张祖立,等.机械设计课程设计[M].沈阳:东北大学出版社,2004.
[5]王丽艳,鄢利群,杜永英,等.机械设计教学方法优化适应产业需求必要性探讨[J].吉林省教育学院学报,2013(12):108-109.
[关键词]机电类专业CDIO卓越工程师教育课程体系培养模式
[中图分类号]G640[文献标识码]A[文章编号]2095-3437(2013)08-0046-03
一、卓越工程师教育与CDIO的关系
“卓越工程师教育培养计划”是国家宏观的培养目标要求,其工作思路是借鉴世界先进国家高等工程教育的成功经验,创建具有中国特色工程教育模式,通过教育和行业、高校和企业的密切合作,以实际工程为背景,以工程技术为主线,着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力,培养造就一大批创新能力强、适应企业发展需要的多种类型优秀工程师。CDIO工程教育理念和培养模式注重培养学生系统的工程技术能力,尤其是项目组织、设计、开发和实施能力,以及较强的沟通和协调能力,体现了当今工程教育的国际共识。可见,CDIO人才培养模式和理念与卓越工程师教育培养计划的教育理念是高度一致的,而且CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果,应该作为实现卓越工程师教育培养计划的重要途径,也是加入卓越工程师教育培养计划的基础。
二、机自专业卓越工程师教育培养要求
机械设计制造及其自动化专业是典型的工科机电类专业,培养卓越工程师正是这类专业教育教学所追求的理想目标。根据近年来专业进行CDIO工程教育改革实践取得的经验,开展卓越工程师教育培养模式的探索具有更积极的意义,而且卓越工程师教育对学生的知识、能力和素质的培养要有具体的要求。
1.接受通用知识的基础教育,具有扎实的数学、物理、化学等自然科学基础知识,较强的外语和计算机应用能力,较好的人文、艺术和社会科学基础,初步的经济管理知识。
2.接受专业基础教育,较系统地掌握机械制图、力学、机械设计、电学、机械工程专业基础领域的基本知识和技能。
3.接受专业基本技能训练,掌握本专业必须的零件测绘、力学分析计算、实验、测试、数据分析、文献检索和基本工艺操作等方面的基本实践技能。
4.接受专业知识教育与专业技能训练,具有本专业领域或方向所必需的专业知识,了解专业领域技术标准,相关行业的政策、法律和法规,了解本专业及相关学科前沿及发展趋势。
5.接受工程意识与创新意识的培养与训练,具有综合运用所学理论、分析解决工程实际问题的能力,能够参与生产、并具有基本的运行和维护能力,具有进行产品开发和设计、技术改造与创新的初步能力。
6.获得综合素质的教育与培养,具有较强的交流沟通、环境适应和团队合作的能力,具有较好的组织管理能力,具有良好的质量、环境、职业健康、安全和服务意识,具有应对危机与突发事件的初步能力,以及较高的综合素质和职业道德修养。
三、课程体系改革规划与实践
课程体系改革始终是贯彻CDIO工程教育改革理念,落实人才培养方案的具体保证。
(一)调整两课开设学期,优化课程布局
两课是标示中国特色高等教育的重要课程,共有356学时,16个必修学分,一般集中开设在大学一、二年级,在限制每学期计划学时的要求下,一些基础性课程被迫后延,对学生的工程意识和创新能力培养和训练非常不利。本专业在CDIO工程教育改革实践过程中,多方考察、学习,并与学校主管领导和教务处领导多次研究,做出了调整两课开设学期的重大决定。将两年完成的两课主要教学任务调整为四年完成,即每学年开设一门政治哲学类课程,保证两课四年不断线:大一第一学期开设 “思想道德修养与法律基础”,大二第一学期开设“中国近代史纲要”,大三第一学期开设“基本原理”,大四第一学期开设“思想和中国特色社会主义理论体系概论”。在两课教学过程中,可以通过课程内容的改革,重点教育和培养学生的职业道德和社会责任感。在大三、大四学年开设政治课更有利于准备考研的学生学习和复习,大二调整两课余出的学时由技术基础课来递进填补,优化了课程布局,为学生开展创新训练提供了专业基础,更有利于专业培养目标的实现。
(二)公共基础课程体现工程应用意识
英语课分层次教学,入学即可参加大学四、六级考试,通过者可以进入专业实验室接受工程意识和创新能力训练。
数学课教学内容与方式改革,在讲述数学知识的过程中,启迪学生的数学思维方式,教会应用数学理论进行工程建模的方法,数学中的实例应该以机械工程的具体对象为目标,使学生体会到学以致用的感觉,激发其学习兴趣。
大学物理课教学内容与方式改革,在讲授物理知识的基础上,传授和训练进行物理实验的基本方法、基本技能,训练观察现象与数据分析的能力,为工程实验奠定基础。
(三)技术基础课程培养工程意识
在大一第二学期新增开设机械工程导论课程,介绍机自专业的培养目标、教学计划、学科发展、工程案例,为学生提供一个开发产品、装备和系统的理论知识与工程实践的基本思维框架;勾勒出一个工程师的任务和职责,以及如何应用科学知识来完成这些任务的思维方法;并有意识地引导学生培养必要的个人能力和人际交往能力;进行学为所用的工程意识的启蒙教育。
改革机械制图课程体系,增加三维图形教学内容,将独立开设的零件测绘教学环节融入机械制图理论课的进程中,理论与实践应用综合在一起,同步进行,初步培养学为所用的工程意识。
机械原理和机械设计课程体系改革,将独立开设的机械原理课程设计和机械零件课程设计教学环节调整到对应的理论课学期,将课程设计内容与理论课内容综合在一起,同步进行。在机械原理或机械设计理论课开始之初,将课程设计的任务布置给听课学生,并要求理论课程结束时完成课程设计任务。教师讲授理论课时始终关注课程设计内容,督促和指导学生完成所讲相关内容的课程设计任务,使学生边学、边练、边用,理论紧密联系实际,不断建立学为所用的工程意识。机械原理与机械设计课程与原培养计划比较,分别提前1个学期开课,以便为后续专业基础课提供前期知识。
(四)专业课程增强实践能力训练
专业课程的改革方式是减少专业课的理论授课学时,大幅度增加实验、实践训练学时,尽量将CDIO理念贯穿于课程教学中。根据培养目标、对主要课程及学时比例进行了综合调整,构成如表1所示,其中单片机原理及应用、井下作业设备与工具和海洋石油装备概论为新增课程,目的是增强机电基础和突出石油特色;合计增加100个实验学时、88个理论学时。取消了独立的专业英语课程,设置两门以上的专业课程采用双语教学,从而保证学生专业外语应用水平;专业英语(64学时)和思想和中国特色社会主义理论体系概论(96学时)后置余出的160个必修课程学时基本平衡了增加的专业课理论和实验学时。
表1课程改革新增实验学时课程列表
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(五)课程设计实施CDIO模式
“机构分析创新设计”和“机电一体化系统创新设计”是东北石油大学机械设计制造及其自动化专业参加教育部CDIO工程教育改革试点,实现“卓越工程师教育培养计划”的目标,为培养本专业学生的个人、人际交往和团队合作能力,产品、过程和系统的设计、建造和控制能力,而分别在大二和大三短学期新增设的2个理论与实践相结合的教学环节。目的是为学生逐步获得优良的工程素质和综合能力(学会求知、学会做人、学会做事、善于合作)奠定基础。
每个班分成6~7个设计小组,每个小组独立承担一个设计题目,由4~5人组成,自选组长,组长负责设计小组任务分配、组织管理和工作协调。每个小组提交一份设计报告和每个小组成员的个人工作过程记录(手写),并进行ppt汇报答辩。机构分析创新设计提交的设计报告包括:设计分析说明书、CAD 设计图纸;机电一体化系统创新设计提交的设计报告包括:设计分析说明书、CAD 设计图纸、控制原理图、电气回路图、程序设计图。
课程设计的考核方式进行了如下探索:
1.组长给定本设计小组成员的个人贡献或成绩排序。设计小组组长根据小组同学的个人贡献、合作表现,按分差不小于2分给出小组成员个人成绩,或给出小组成员成绩排序。
2.指导教师组成的答辩组评定设计小组成绩。答辩组根据每个小组设计总结报告撰写的质量(结构层次、语言表达、分析计算、撰写规范);设计图纸的质量(图纸完整、表达正确、符合规范);答辩过程表现(汇报讲述、回答问题、PPT质量)等项目按百分制综合给出该组设计的综合成绩。小组的答辩综合成绩为小组成员的个人成绩中间值偏上。
3.指导教师还可以根据设计小组每个同学的平时表现(出勤情况、工作态度、提问情况)调整个别同学的个人成绩,更好地维护公平性。
4.学生自评与团队成员互评可以调整小组组长给出的成绩排序偏差。小组成员自评主要考核学生的诚实性;团队成员互评主要考核学生的公正性和团结互助精神。
(六)毕业设计实施CDIO模式
大四第二学期全部进行毕业设计,将毕业设计从13周延长至18周,有利于完整系统地实施CDIO工程教育模式。
在毕业设计的准备、进行和总结的全过程中,对各个环节都进行严格把关。首先在选题上,采取指导教师申报题目,然后由教研室从中优选确定,保证工程实际设计题目占到80%的比例。将确定好的设计题目下发给学生,使学生有很大的选择权利,在个别严重冲突的题目上,由教研室做适当调整。这样做,能够激发学生的兴趣,提高学生对毕业设计的积极性。
学生在毕业设计过程中,把几年中所学的理论知识综合应用于工程实际,不仅锻炼了他们分析研究问题的能力,而且增强了他们的工作责任感,从而使他们投入更多的精力;遇到疑难问题,指导教师能及时地给予启发,并与之研究、讨论,激发他们的创新意识。对于常出现的问题事先讲给学生,使其自检、互检,有问题及时修改,争取交出一份质量较高的毕业设计答卷。
在毕业设计的最后阶段,教师根据毕业设计的任务书对设计图纸严格审查,杜绝在答辩时出现“设备无法安装、机构不能转动、机件互相碰撞、工件不能加工”等原则性问题。随着毕业设计的完成,多数学生基本掌握了进行工程设计和解决工程实际问题的方式和方法,并培养了创新意识,已具备直接服务于生产与工程建设的能力。在教师严格要求、认真把关下,学生完成较好的毕业设计可以直接转化为生产力,经过近两年的统计,学生的毕业设计经修改后直接应用于工程实际生产的占18%左右。
四、CDIO实践总结
2010年机械设计制造及其自动化专业代表东北石油大学成为教育部CDIO工程教育模式第二批试点院校。经过多年的实践探索,机自专业基于CDIO教育理念的人才培养模式已经逐步形成,对专业培养目标、培养方向、教学计划、课程教学大纲、实践环节教学大纲、课程教学体系等进行了卓有成效的改革与建设。
东北石油大学机械设计制造及其自动化专业已经分别在机自07级、08级、09级的部分课程和环节逐步开展了CDIO工程教育模式的探索性实践,完成了机电一体化原理及应用、数控加工技术、电气控制技术、液压与气动、机械控制工程、石油钻采机械等课程为载体的CDIO三级项目实施试点工作,都取得了预期的效果,并获得了良好的经验;机自2010级、2011级的人才培养方案已经融入了CDIO理念,并根据调整后的课程体系有序地进行全面实践和总结;机自2012级、2013级的人才培养方案在CDIO实践基础上又加入了卓越工程师培养计划的新要求,正在进行着初步的实践探索。
CDIO工程教育模式的广泛实践有效促进了本专业大学生创新创业训练计划和科技创新活动的开展。在创新实践活动中,学生明确自己的发展目标,积极性、主动性非常高, 2010~2013年本专业学生承担或完成 “国家大学生创新创业训练计划项目”15项,发表科技论文10篇,获得以“挑战杯”为主的科技竞赛奖励30余项。
五、结束语
东北石油大学机械设计制造及其自动化专业在CDIO工程教育改革实践过程中不断探索和总结,逐渐积累了一些工程教育改革的经验,基本建立起CDIO工程教育的实施环境,为培养一批工程意识好,实际工作能力强的优秀学生奠定了良好的基础。同时,我们也在实践中渐进性地理解卓越工程师教育培养计划的内涵,并逐步明确:CDIO工程教育与卓越工程师教育培养计划的理念是一致的,卓越工程师教育培养计划是宏观指导方针,CDIO是具体实施模式和重要基础。
[参考文献]
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[2]吴恭兴,刘文白,张宝吉,等.基于CDIO模式的卓越工程师培养方案的探索与实践研究[J].大学教育,2013,(9).