機械基礎課程設計CDIO理念改革論文
摘要：通過(guò)分析機械基礎課程設計教學(xué)中存在的問(wèn)題，提出基于CDIO工程理念的機械基礎課程設計教學(xué)改革的具體措施，以培養學(xué)生工程職業(yè)素質(zhì)和團隊協(xié)作精神，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力及增強學(xué)生的創(chuàng )新意識。
關(guān)鍵詞：機械基礎課程設計；CDIO工程理念；教學(xué)改革
CDIO是2001年由美國麻省理工學(xué)院聯(lián)合瑞典的查爾姆斯技術(shù)大學(xué)、林克平大學(xué)以及皇家技術(shù)學(xué)院等高校，共同開(kāi)發(fā)的一種全新工程教育理念和實(shí)施體系。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實(shí)施（Implement）和運作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以實(shí)踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習工程，是“基于項目學(xué)習”和“做中學(xué)”原則的有機結合[1]。CDIO在培養學(xué)生的理論知識及協(xié)作能力的同時(shí)，還強調專(zhuān)業(yè)技能、大系統掌控等一系列能力的培養。目前國內許多高校都在研究CDIO的先進(jìn)工程理念，并根據各自學(xué)校的實(shí)際情況，探索工程教育理念的教學(xué)改革之路。
一、機械基礎課程設計教學(xué)存在的問(wèn)題
《機械基礎》是工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)的主干課程和重要必修課程，具有基礎性、設計性、實(shí)踐性等特點(diǎn)，是培養學(xué)生創(chuàng )造性思維的主要課程。而其《課程設計》是使學(xué)生獲得工程技術(shù)訓練必不可少的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節，在培養學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)際，提高機械系統方案設計以及創(chuàng )新構思能力和分析能力等方面起著(zhù)非常重要的作用。本課程是學(xué)生首次接觸的專(zhuān)業(yè)基礎知識，其重要性不言而喻。然而，由于課程設計長(cháng)期以來(lái)一成不變的設計方法和教學(xué)模式，給其教學(xué)帶來(lái)很多弊端[2]。首先是設計題目陳舊，設計方法呆板，缺乏創(chuàng )新思維的培養和工程實(shí)踐能力的訓練；其次是設計內容單一，缺乏整機設計理念和系統訓練，沒(méi)有機械系統方案設計的機構選型設計，學(xué)生處于一種被動(dòng)及按部就班狀態(tài)，自主設計和發(fā)揮主觀(guān)能動(dòng)性的內容少，無(wú)法激發(fā)學(xué)生的創(chuàng )造力，不利于對學(xué)生綜合能力的培養；再次是個(gè)體意識強烈，缺乏團隊協(xié)作及溝通交流的能力。這樣培養出來(lái)的學(xué)生將難以適應快速變化的社會(huì )需求[3]。因此，課程設計的教學(xué)改革勢在必行。每年我校都有機類(lèi)和近機類(lèi)約十八個(gè)班的學(xué)生接受機械基礎課程設計的訓練，搞好機械基礎課程設計，不僅是對學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng )新能力的一次全面訓練，而且對后續專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習、畢業(yè)設計乃至今后的工作都有重要影響。
二、機械基礎課程設計教學(xué)改革措施
�。ㄒ唬┰O計題目多樣化
課程設計的題目應體現以學(xué)生為主的教育理念，針對學(xué)生的實(shí)際情況，改變以往課程設計題目單一的弊端，選擇合適的設計題目，因此，在選題上應注意以下幾個(gè)問(wèn)題[4]。一是課程設計題目應滿(mǎn)足綜合性強、難度適中的要求，使學(xué)生能夠綜合運用機械基礎課程所學(xué)理論知識，系統地完成一個(gè)大型機構設計課題；二是題目來(lái)源的廣泛性，教師不斷從文獻資料、生產(chǎn)實(shí)際和科研工作中累積合適的題目，逐漸擴大課程設計題目的類(lèi)型和數量，形成一個(gè)基本的課程設計題庫，表l所示為我校近三年機械基礎課程設計選題。三是題目要有一定的創(chuàng )新性，鼓勵學(xué)生根據自己的興趣進(jìn)行選題，興趣是學(xué)習最好的老師。
�。ǘ┎捎孟冗M(jìn)工程設計方法和手段
傳統課程設計結果常常是學(xué)生上交一份圖紙和一份設計說(shuō)明書(shū)，學(xué)生對設計出來(lái)的機器裝置或機構是否可行不得而知，因此，影響了學(xué)生的設計積極性。在課程設計教學(xué)環(huán)節中，引入機械專(zhuān)業(yè)常用的三維設計軟件Pro/E、UG、ADAMS等輔助設計功能和虛擬樣機技術(shù)。要求學(xué)生在計算機上制造出虛擬機械，并對此進(jìn)行運動(dòng)和動(dòng)力學(xué)分析，最大限度地減少設計失誤。從而實(shí)現復雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化、抽象問(wèn)題直觀(guān)化，深化對工程實(shí)踐類(lèi)問(wèn)題的認識，增強學(xué)生利用現代化手段進(jìn)行機械創(chuàng )新設計的能力。為學(xué)生設計的潛艇艙蓋開(kāi)啟機構三維圖，潛艇的艙蓋開(kāi)啟機構用于潛艇艙門(mén)的打開(kāi)和關(guān)閉。開(kāi)啟角度為0-90°，驅動(dòng)方式采用電機。艙蓋的開(kāi)啟速度較慢，設計中采用了蝸輪蝸桿減速機構。圖2為潛器天線(xiàn)升降機構三維圖，潛艇在水下航行依靠水聲導航，但在近水面航行時(shí)需要使用天線(xiàn)與陸上交換信號。天線(xiàn)的升降角度為0-90°，驅動(dòng)方式采用電機。天線(xiàn)的升降速度較慢，需采用減速機構。潛艇的空間較小，要求所設計的機構盡量緊湊，占據較小的空間位置。設計中學(xué)生采用了蝸輪蝸桿減速機構，該機構輸出軸與天線(xiàn)轉軸間采用花鍵連接。設計結束后教師對優(yōu)秀的作品，組織申請專(zhuān)利，并推薦參加各種大學(xué)生競賽，如全國大學(xué)生機械產(chǎn)品數字化設計大賽、機械創(chuàng )新設計大賽。
�。ㄈ└母镎n程設計的教學(xué)方式
首先是變集中時(shí)間式教學(xué)為先部分分散，然后集中式教學(xué)，與機械基礎理論教學(xué)環(huán)節有機融合起來(lái)，這樣學(xué)生不僅可以有充分的時(shí)間發(fā)揮創(chuàng )新性設計和學(xué)習的主動(dòng)性及積極性，同時(shí)指導教師通過(guò)監督和指導，能及時(shí)發(fā)現不合理的設計，并督促學(xué)生改正，這使學(xué)生有充分的時(shí)間進(jìn)行思考及設計；其次是變單人一組的設計方式為多人一組的團隊方式進(jìn)行，充分利用學(xué)生的團隊協(xié)作精神，培養學(xué)生的團隊意識。具體措施如下：（1）在機械基礎課程開(kāi)始時(shí)，就介紹課程設計的相關(guān)內容和設計要求，布置學(xué)生按自愿組合的方式組成設計小組，一般以3-5人為一組；（2）在機械基礎課程教學(xué)的中期，布置學(xué)生進(jìn)行調查研究，查閱資料，分析討論現有典型機器和同類(lèi)機器的研究現狀和發(fā)展歷史，并以研究報告的形式成為機械基礎課程設計設計說(shuō)明書(shū)的一部分內容；（3）在機械基礎課程教學(xué)結束后，組織學(xué)生參觀(guān)討論，進(jìn)行方案設計與典型機構的分析，方案設計階段以小組為單位，在分析機器的結構、傳動(dòng)方式、工作原理以及各部件的功能順序的基礎上，繪制機器運動(dòng)簡(jiǎn)圖，確定最佳設計方案；機構的分析與綜合階段主要是從設計方案中選取最具代表性的機構，進(jìn)行機構的尺寸綜合、機構運動(dòng)分析和力分析，制作機構模型。最后是編寫(xiě)設計計算說(shuō)明書(shū)，準備答辯。
三、結束語(yǔ)
通過(guò)近兩年的課程設計改革探索，我們發(fā)現基于CDIO工程理念的機械基礎課程設計體系有明顯的優(yōu)勢，不僅能夠改變學(xué)生的學(xué)習態(tài)度，激發(fā)學(xué)生的工程設計興趣，構建工科教育中被忽視的工程價(jià)值觀(guān)，而且能夠培養學(xué)生的團隊合作精神�；贑DIO工程理念的機械基礎課程設計更加強調學(xué)生綜合素質(zhì)的培養，它改變了以往理論與實(shí)踐相脫節的問(wèn)題，學(xué)生普遍反映課程設計效果有很大提高，特別是在學(xué)生獨立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力方面以及對機構創(chuàng )新設計能力等方面均有所提高。
參考文獻
[1]朱玉.CDIO工程理念在“機械原理課程設計”教學(xué)中的應用[J].中國電力教育，2010（1）：139-140.
[2]宜亞麗.機械原理課程設計教學(xué)改革的探索[J].太原理工大學(xué)學(xué)報（社會(huì )科學(xué)版），2008（6）：51-53.
[3]王硯軍，等.“機械原理與機械設計”課程設計的改革探索[J].中國電力教育，2011（23）：95-96.
[4]高志，等.“機械原理課程設計”的探索與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2015（2）：127-128.
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