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機械設計課程改革探索論文

時(shí)間:2024-08-12 00:28:22 其他類(lèi)論文 我要投稿

機械設計課程改革探索論文

  摘要為順應工程教育專(zhuān)業(yè)認證的需求,基于CDIO工程教育理念,開(kāi)展機械設計系列課程教學(xué)改革和實(shí)踐,從課程體系、教學(xué)內容、教學(xué)方法和實(shí)踐教學(xué)等方面提出了相應的改革思路和具體措施,為培養具有工程理念的高素質(zhì)、強能力的創(chuàng )新型工程技術(shù)人才奠定基礎。

機械設計課程改革探索論文

  關(guān)鍵詞CDIO;機械設計類(lèi)課程;教學(xué)改革

  引言

  CDIO(構思(Conceive)、設計(Design)、實(shí)施(Implement)和運行(Operate))是由美國麻省理工學(xué)院聯(lián)合瑞典幾所高校共同開(kāi)發(fā)的一種全新工程教育理念和實(shí)施體系,其核心理念就是以產(chǎn)品運行的生命周期為載體,讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的方式學(xué)習工程,培養學(xué)生的理論知識、個(gè)人素質(zhì)、協(xié)作能力、工程-社會(huì )大系統適應及調控能力,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(shí)支撐專(zhuān)業(yè)認證,培養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容,開(kāi)展教育教學(xué)改革具有非常重要的理論和實(shí)用意義。

  1優(yōu)化課程體系和教學(xué)內容

  機械設計系列課程具有較強的理論性,同時(shí)又要與實(shí)踐緊密結合,基于CDIO理念的機械設計系列課程教學(xué)改革首先需要重構課程體系和優(yōu)化教學(xué)內容。課程體系要凸顯整機設計,強化工程理念,將各門(mén)課程有機地結合起來(lái),進(jìn)而構建一種集專(zhuān)業(yè)理論知識、工程能力和綜合素質(zhì)培養于一體、體現理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)無(wú)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(xiàn)”,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(mén)課程為子系統,進(jìn)行課程內容的優(yōu)化重構

  以往課程內容的理論學(xué)時(shí)偏多,實(shí)踐學(xué)時(shí)匱乏,重理論輕實(shí)踐的現狀難以培養學(xué)生解決問(wèn)題所需要的綜合能力,容易造成“學(xué)而無(wú)用”。為充分體現學(xué)科和技術(shù)的內在聯(lián)系,使得理論與實(shí)踐有機結合,課程內容的整合要突出設計性和工程實(shí)用性,強調基礎知識學(xué)習服務(wù)于工程實(shí)踐。以機械設計課程為例,原有的一些教學(xué)內容過(guò)分強調理論公式的推導和論證,在有限的教學(xué)學(xué)時(shí)內,使得培養工程應用和實(shí)踐能力的教學(xué)內容不斷弱化,因此,在新的課程內容優(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(dòng)”一章內容優(yōu)化為:簡(jiǎn)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(guò)程中各環(huán)節的把握,并將齒輪傳動(dòng)的強度計算、查表、數據處理和結構設計等融入例題中詳細講解。在講述齒輪傳動(dòng)的受力分析時(shí),將直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪、錐齒輪和蝸輪蝸桿等各類(lèi)傳動(dòng)的受力分析整合在一起進(jìn)行講述,這樣便于學(xué)生類(lèi)比掌握受力分析的要點(diǎn)和方法。

  1.2以工程應用為主線(xiàn),實(shí)現課程體系教學(xué)內容的縱橫整合

  知識是由淺入深的,學(xué)習也是循序漸進(jìn)的,因此,每門(mén)課程內容的設置要考慮與前續課程知識點(diǎn)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(mén)課程建立前后內在聯(lián)系,要講新帶舊,要引舊聯(lián)新,使學(xué)生“溫故而知新”!皺M向整合”就是各門(mén)課程要彼此聯(lián)系,有機整合。例如:機械設計課程中關(guān)于零部件的教學(xué)內容要與機械原理課程的機械傳動(dòng)系統方案設計相聯(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(guān)精度和工藝的知識點(diǎn)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(guān)內容相聯(lián)系?傊,通過(guò)各門(mén)課程教學(xué)內容的縱橫整合,要貫穿整機設計的理念,使學(xué)生對專(zhuān)業(yè)理論有系統而完整的把握。

  2精心“設計”教學(xué)環(huán)節,改進(jìn)教學(xué)方法

  CDIO開(kāi)放式的教學(xué)模式首先需要教師轉變原先在教學(xué)中純粹的以教為主的角色,更重要的是需要教師更新教學(xué)理念和教學(xué)思想,因此教學(xué)方式和教學(xué)方法的改革是課題研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

 。1)根據工程教育專(zhuān)業(yè)認證的需求,圍繞學(xué)生工程能力和素質(zhì)的培養,重新進(jìn)行教學(xué)環(huán)節的設計,課程組教師要深入研究當前國內外工程教育的發(fā)展形勢,在教學(xué)方法與手段上不斷改革和創(chuàng )新,在傳授給學(xué)生專(zhuān)業(yè)理論知識的同時(shí),引領(lǐng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際,形成一種學(xué)與做有機融合的學(xué)習方式,從而加深學(xué)生對專(zhuān)業(yè)理論知識的理解。

 。2)探索“CDIO做中學(xué)”的教學(xué)模式,課堂教學(xué)多引入工程設計案例,課程的推進(jìn)采用設計任務(wù)驅動(dòng)模式,例如在課程開(kāi)始之初,就布置有關(guān)機械產(chǎn)品綜合設計的課題給學(xué)生,根據課程教學(xué)進(jìn)度,安排學(xué)生以小組學(xué)習和討論交流的方式進(jìn)行課題分階段設計,通過(guò)這種方案分析、小組學(xué)習和項目實(shí)訓的方式,貫徹CDIO在做中學(xué)的理念,培養學(xué)生主動(dòng)學(xué)習和團隊合作能力,提高工程意識和設計技能,這樣既能夠有效調動(dòng)學(xué)生的學(xué)習積極性,激發(fā)學(xué)生的工程設計興趣,培養學(xué)生具備較強的工程實(shí)踐能力,而且能夠培養學(xué)生良好的團隊協(xié)作能力和精神。

 。3)搭建開(kāi)放式課堂,在時(shí)間、空間和教學(xué)內容上加以擴展和延伸。對于實(shí)踐性和工程性強的教學(xué)內容,可以走出教室,把課堂搬到實(shí)驗室、工程訓練中心和工廠(chǎng),從而創(chuàng )造一個(gè)開(kāi)放的課堂空間和開(kāi)放的教學(xué)環(huán)境,使得學(xué)生更易于吸收和消化課堂的知識內容。為了訓練學(xué)生的工程設計和實(shí)際應用能力,除了充分把握好第一課堂教學(xué),還要搭建更廣闊和豐富的第二課堂,教師要指導學(xué)生參加大學(xué)生機械創(chuàng )新設計大賽、大學(xué)生工程訓練綜合能力競賽和參與教師的科研項目等,培養學(xué)生的實(shí)戰經(jīng)驗,在第二課堂,使創(chuàng )新能力培養與第一課堂的教學(xué)融于一體,從而探索出一條集理論研究與工程能力培養相互促進(jìn)的途徑。

  3重點(diǎn)改革實(shí)踐教學(xué),凸顯整機設計理念

  課程設計是培養學(xué)生工程能力的重要環(huán)節,而以往課程體系中各門(mén)課程的課程設計內容基本上是各自獨立的,缺少相互關(guān)聯(lián)。例如“機械原理課程設計”中,主要是從運動(dòng)的角度,訓練機械系統的原理方案設計能力,沒(méi)有考慮具體的材料和結構,更沒(méi)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(xué)生對機械系統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(dòng)方案一般是固定的,容易讓學(xué)生墨守成規,限制了創(chuàng )造性思維的發(fā)展;輪到機械制造技術(shù)基礎課程設計,內容又是與前序設計對象無(wú)關(guān)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(huà)虎,用現成的圖紙和工藝進(jìn)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(xué)生的能力培養只能趨于碎片化,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。因此,為了切實(shí)提高學(xué)生的工程意識和設計技能,改革選擇課程設計實(shí)踐環(huán)節為突破口,通過(guò)課程設計內容的重新整合和優(yōu)化,使得各個(gè)課程設計內容前后關(guān)聯(lián)和有機結合。

 、蹫榱送癸@整機設計理念,訓練學(xué)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(shí)踐環(huán)節聯(lián)合起來(lái)進(jìn)行,依次按方案設計、技術(shù)設計、工藝設計和產(chǎn)品實(shí)物制造編排課程設計的內容,做到課程設計的完整性、系統性和綜合性,從而訓練學(xué)生從機械產(chǎn)品方案設計、技術(shù)設計、性能仿真、工藝設計到加工制造和組裝調試的整機設計能力。在課程設計過(guò)程中,成立獨立穩定的設計團隊,期間配備專(zhuān)門(mén)的指導教師,每個(gè)團隊的設計對象固定,始終貫穿于各個(gè)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(wú)碳小車(chē)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(wù),即依次設計、制作、安裝、調試一臺機械產(chǎn)品,讓學(xué)生從一開(kāi)始就注重整機設計,增強綜合分析問(wèn)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方案、運動(dòng)和動(dòng)力參數計算和分析,在接下來(lái)的機械設計課程設計中,通過(guò)設計計算和選型,將前序設計得到的方案具體實(shí)物化,繪制出相應的裝配圖和零件圖,同時(shí)又為機械制造技術(shù)基礎提供了圖紙和精度設計技術(shù)文件,而機械制造技術(shù)基礎課程設計的內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(shí)踐環(huán)節的連貫性和實(shí)用性。為了保障以上改革的順利實(shí)施,根據我校的實(shí)際情況,依托學(xué)校的大學(xué)生素質(zhì)教育中心的加工設備制造出實(shí)物,使得學(xué)院的理論教學(xué)與大學(xué)生素質(zhì)教育中心的實(shí)訓實(shí)現無(wú)縫結合,也使得教學(xué)資源得以充分利用。

  4結束語(yǔ)

  為了改善以往機械設計系列課程教學(xué)中理論和實(shí)踐相脫節的問(wèn)題,順應工程教育認證的要求,引入“CDIO做中學(xué)”的工程教育理念,對機械設計系列課程進(jìn)行教學(xué)改革和實(shí)踐,將工程教育與創(chuàng )新能力的培養滲透到課程的各個(gè)教學(xué)環(huán)節之中,實(shí)現理論知識學(xué)習與實(shí)踐能力培養的相互滲透,極大地豐富學(xué)生的學(xué)習成果,必將為培養具有工程理念的高素質(zhì)、強能力的工程技術(shù)人才奠定堅實(shí)的基礎。

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