械設(shè)計課程設(shè)計_的改革探索_基于cdio教育理念

1、95課程教材總第210期機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計是工科院校機(jī)械類專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生綜合機(jī)械設(shè)計能力和創(chuàng)新能力的重要實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是教學(xué)中理論聯(lián)系實際，促使知識向能力轉(zhuǎn)化，提高學(xué)生綜合素質(zhì)的有效途徑，在實踐教學(xué)中占有重要位置。傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，這兩門課程設(shè)計各自獨立進(jìn)行，互不聯(lián)系：機(jī)械原理課程設(shè)計是針對某一簡單的機(jī)械系統(tǒng)，綜合運用所學(xué)的理論和方法進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計，設(shè)計時學(xué)生不清楚執(zhí)行機(jī)構(gòu)之前的運動傳遞情況；而機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計則是針對機(jī)械

2、工程中常用傳動裝置中的二級減速器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計時學(xué)生對于減速后為之服務(wù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)情況也不太關(guān)心。兩門課程設(shè)計彼此獨立，機(jī)構(gòu)設(shè)計不考慮其結(jié)構(gòu)，而零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計又沒有和機(jī)構(gòu)設(shè)計聯(lián)系起來，不利于對學(xué)生綜合機(jī)械設(shè)計能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為此，基于國際工程教育CDIO的理念，以創(chuàng)新設(shè)計為根本，以提高和優(yōu)化學(xué)生的知識、能力及素質(zhì)，特別是綜合設(shè)計能力與創(chuàng)新思維能力為目的，對機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計實踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合改革與實踐：統(tǒng)一機(jī)械原理和機(jī)

3、械設(shè)計課程設(shè)計的設(shè)計題目，并分別在各自授課學(xué)期進(jìn)行設(shè)計，但兩門課程設(shè)計的內(nèi)容相互聯(lián)系、相互影響，成為一個較完整、較系統(tǒng)的綜合型設(shè)計，使之更接近工程實際，力求突出對學(xué)生工程職業(yè)素質(zhì)與團(tuán)隊協(xié)作精神、綜合實踐能力和創(chuàng)新設(shè)計能力的培養(yǎng)。一、課程設(shè)計綜合改革的措施CDIO（Conceive，Design，ImplementOperate，即構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作）是以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方

4、式學(xué)習(xí)工程，以培養(yǎng)學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識、個人能力、團(tuán)隊協(xié)作能力和工程系統(tǒng)能力。[1]CDIO作為指導(dǎo)工程教育人才培養(yǎng)模式改革的教育理念和課程設(shè)計的框架體系，符合現(xiàn)代工程技術(shù)人才培養(yǎng)的一般規(guī)律。其提倡的“基于項目的教育學(xué)習(xí)”教學(xué)模式，是以工程項目設(shè)計為主線，所有教學(xué)環(huán)節(jié)都圍繞項目設(shè)計這個核心展開，并與這個核心融合在一起，形成一個有機(jī)的、系統(tǒng)的整體，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)應(yīng)用理論知識的能力和實踐動手的能力，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性。基于CDIO

5、工程教育的理念，對“機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計”教學(xué)實踐進(jìn)行了以下幾個方面的改革。1.綜合性課程設(shè)計題目的選擇規(guī)劃傳統(tǒng)的“機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計”教學(xué)中，設(shè)計題目彼此獨立，各自在課程教學(xué)結(jié)束后集中進(jìn)行。機(jī)械原理課程設(shè)計是學(xué)生按照固定的設(shè)計流程，結(jié)合一個簡單的機(jī)械系統(tǒng)，綜合應(yīng)用所學(xué)的理論和方法擬定機(jī)械運動方案，并針對方案中的某一機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析和設(shè)計；而機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計則是采用具有一般用途的機(jī)械傳動裝置為設(shè)計對象，設(shè)計題目主要是專用傳動裝

6、置中的減速器。設(shè)計課題雖說具有很強(qiáng)的代表性，也綜合了各自課程的主要內(nèi)容，應(yīng)該說對于鞏固學(xué)生所學(xué)知識，加深對“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計”課程中所學(xué)知識的理解都很有必要，但缺少對學(xué)生綜合能力進(jìn)行培養(yǎng)的環(huán)節(jié)，與CDIO工程教育理念相距甚遠(yuǎn)，不能滿足現(xiàn)代社會對高素質(zhì)工程人才的需求。以CDIO理念為指導(dǎo)，將機(jī)械原理課程設(shè)計和機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計結(jié)合起來，以綜合性的工程設(shè)計題目為主線，使其完整地、有銜接地貫穿于機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計的整個教學(xué)過程，使學(xué)生系統(tǒng)

7、地得到構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作（CDIO）的整體訓(xùn)練，從而提高學(xué)生對理論知識的應(yīng)用能力和實踐動手能力，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和學(xué)習(xí)興趣。為此，綜合性課程設(shè)計題目的選擇應(yīng)遵循一下基本原則：設(shè)計題目所涉及的機(jī)構(gòu)應(yīng)覆蓋機(jī)械原理課程中所學(xué)的主要機(jī)構(gòu)，如連桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等；設(shè)計題目所涉及的傳動方式應(yīng)是機(jī)械設(shè)計課程中講授的主要傳動方式，如帶傳動、齒輪傳動和蝸輪蝸桿傳動等；設(shè)計題目應(yīng)具有多樣性、挑戰(zhàn)性，以滿足不同學(xué)生要求，使得設(shè)計由模仿型變?yōu)?/p>

8、思考型?；谏鲜鲈瓌t，我們在擬定綜合性課程設(shè)計題目的過程中，一方面從工程實際中搜集難度適中又符合教學(xué)重點的一些有生產(chǎn)實踐背景的設(shè)計題目，如麥秸打包機(jī)“機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計”的改革探索——基于CDIO教育理念王硯軍李長春王玉增摘要：基于CDIO工程教育的理念，提出了“機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計”實踐課程教學(xué)改革的具體措施：統(tǒng)一機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計的題目，分別在各自授課學(xué)期進(jìn)行設(shè)計，但兩門課程設(shè)計相互聯(lián)系、相互影響，成為一個較完

9、整、較系統(tǒng)的綜合型設(shè)計，使之更接近工程實際，以培養(yǎng)學(xué)生的工程職業(yè)素質(zhì)和團(tuán)隊協(xié)作精神，提高學(xué)生的綜合實踐能力和創(chuàng)新設(shè)計能力。關(guān)鍵詞：CDIO工程教育；課程設(shè)計；創(chuàng)新能力；教學(xué)改革作者簡介：王硯軍（1964），男，山東諸城人，濟(jì)南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，副教授；李長春（1956），男，安徽碭山人，濟(jì)南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，教授。（山東濟(jì)南250022）基金項目：本文系濟(jì)南大學(xué)2011年教育教學(xué)研究項目（項目編號：J1007）的研究成果。中國分類號：G

10、642.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：10070079（2011）23009502DOI編碼：10.3969j.issn.10070079.2011.23.047962011年第23期機(jī)構(gòu)及傳動裝置設(shè)計、加熱爐推料機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)綜合與傳動裝置設(shè)計、平臺印刷機(jī)設(shè)計等；另一方面，結(jié)合教師的科研項目擬定合適的課程設(shè)計題目，允許并鼓勵學(xué)生根據(jù)經(jīng)驗和興趣自己擬題。2.課程設(shè)計模式和方法的改革CDIO提倡的是“做中學(xué)”的教學(xué)模式和“以工程為導(dǎo)向”的教學(xué)方

11、法，尤其適合于工程性較強(qiáng)的專業(yè)課程“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計”的課堂教學(xué)及其實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。[2]以CDIO理念為指導(dǎo)，在機(jī)械原理課程設(shè)計和機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計的實踐教學(xué)過程中，采用研究設(shè)計小組的形式，以“化整為零”的教學(xué)方式，進(jìn)行課程設(shè)計改革，以期培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考能力、工程設(shè)計能力與實踐操作能力，有效地提高教學(xué)效果。將傳統(tǒng)上“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計”課程結(jié)束后再進(jìn)行相關(guān)課程設(shè)計的集中式設(shè)計模式，變?yōu)橄确稚⒃偌械脑O(shè)計模式，使課程設(shè)計所進(jìn)行的

12、理論設(shè)計計算與結(jié)構(gòu)分析設(shè)計與理論教學(xué)同步進(jìn)行。具體措施如下。（1）在“機(jī)械原理”課程開始時，就介紹“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計”課程設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容和設(shè)計要求，布置學(xué)生按自愿組合的方式組成研究學(xué)習(xí)小組，一般為3～5人，并要求學(xué)生從日常生活、工程實際中廣泛搜集合適的綜合性課程設(shè)計題目。（2）在“機(jī)械原理”課程教學(xué)的中期，組織學(xué)生進(jìn)行討論分析，確定學(xué)生自選的課程設(shè)計題目是否滿足綜合性課程設(shè)計的要求，如符合要求，則指導(dǎo)學(xué)生編寫課程設(shè)計任務(wù)書；對于沒

13、有找到合適題目或設(shè)計題目不能滿足綜合性課程設(shè)計要求的研究學(xué)習(xí)小組，由教師從綜合性課程設(shè)計題目庫中選擇指定課程設(shè)計題目。（3）研究學(xué)習(xí)小組確定設(shè)計題目后，布置學(xué)生進(jìn)行調(diào)查研究，查閱資料，分析討論現(xiàn)有典型機(jī)器和同類機(jī)器的研究現(xiàn)狀和發(fā)展歷史，并以研究報告的形式成為機(jī)械原理課程設(shè)計設(shè)計說明書的一部分內(nèi)容。（4）在“機(jī)械原理”課程教學(xué)結(jié)束后，進(jìn)行綜合設(shè)計的第一階段。此階段包含兩方面的內(nèi)容：一是方案設(shè)計；二是典型機(jī)構(gòu)的分析與綜合。方案設(shè)計階段以小組

14、為單位，組織學(xué)生參觀討論，在分析機(jī)器的結(jié)構(gòu)、傳動方式、工作原理以及各部件的功能順序的基礎(chǔ)上，繪制機(jī)器運動循環(huán)圖，確定最佳設(shè)計方案；機(jī)構(gòu)的分析與綜合階段主要是從設(shè)計方案中選取最具代表行的機(jī)構(gòu)，進(jìn)行機(jī)構(gòu)的尺寸綜合、機(jī)構(gòu)運動分析和力分析，并初步確定其傳動方案（目的是為“機(jī)械設(shè)計”提出學(xué)習(xí)的要求），編寫設(shè)計計算說明書，準(zhǔn)備答辯。（5）綜合設(shè)計的第二階段——機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計部分，設(shè)計模式和方法同上。針對第一階段確定的最佳設(shè)計方案中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其傳

15、動方案，在理論教學(xué)過程中，以課外作業(yè)形式要求學(xué)生完成撓性傳動、齒輪傳動、鍵、軸、軸承等零件的設(shè)計計算和選用；在“機(jī)械設(shè)計”課程教學(xué)結(jié)束后的集中設(shè)計階段，學(xué)生利用所學(xué)的零件設(shè)計的相關(guān)知識，評價在第一階段初定的傳動方案的合理性，并加以優(yōu)化改進(jìn)。傳動方案確定后，即進(jìn)行傳動裝置的設(shè)計計算，零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度校核，然后繪制裝配圖和零件圖，編寫此階段的設(shè)計說明書，準(zhǔn)備答辯。3.課程設(shè)計評價、考核方式的改革基于CDIO模式下的“機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計課

16、程設(shè)計”教學(xué)實踐模式和方法的改革，旨在實現(xiàn)自主研究式學(xué)習(xí)、啟發(fā)和討論并重的實踐教學(xué)方式，以建立以往工科教育中缺乏的工程價值觀，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作意識。因此，課程設(shè)計成績的評價應(yīng)注重考核以下內(nèi)容：方案設(shè)計的創(chuàng)新程度；學(xué)生查閱資料的能力、觀察分析問題的能力和設(shè)計計算的能力；答辯時學(xué)生的語言表達(dá)能力和對問題的論述能力。考核分兩個階段進(jìn)行：初次考核和最終考核。初次考核在方案設(shè)計階段結(jié)束后進(jìn)行。主要考核學(xué)生

17、對設(shè)計課題的理解程度，傳動方案和執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否可行，方案設(shè)計是否具有創(chuàng)新性，學(xué)生查閱資料的能力和觀察分析問題的能力。最終考核在課程設(shè)計結(jié)束后進(jìn)行。主要考查學(xué)生的語言表達(dá)能力、對問題的論述能力及其設(shè)計計算能力。此階段學(xué)生要為考核做全面的答辯準(zhǔn)備。答辯是檢驗學(xué)生對設(shè)計相關(guān)知識的掌握程度的重要方法，通過學(xué)生對總體方案的論述，對整個設(shè)計計算過程的剖析，以及對設(shè)計資料和標(biāo)準(zhǔn)的運用情況的表述，可考查學(xué)生發(fā)現(xiàn)和分析、解決工程實際問題的能力。同時，設(shè)計報

18、告是學(xué)生對課程設(shè)計過程中的全部工作的總結(jié)。因此，設(shè)計報告也應(yīng)作為對學(xué)生考核的一項重要內(nèi)容。設(shè)計報告包括課程設(shè)計的任務(wù)書、文獻(xiàn)綜述、方案分析與設(shè)計、設(shè)計計算過程與分析及設(shè)計結(jié)果（機(jī)構(gòu)運動簡圖或設(shè)計圖紙）等內(nèi)容，并全面分析所設(shè)計的機(jī)構(gòu)或傳動裝置的優(yōu)缺點，提出今后設(shè)計過程中應(yīng)注意的問題及改進(jìn)方案。二、結(jié)束語通過課程設(shè)計的改革實踐我們發(fā)現(xiàn)，基于CDIO模式下的“機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計”教學(xué)實踐模式和方法，可建立學(xué)生以往工科教育中缺乏的工程價

19、值觀，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，便于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作精神，提高學(xué)生綜合實踐的能力和創(chuàng)新設(shè)計的能力。通過融入新的知識和新的方法，使“機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計”有機(jī)地結(jié)合在一起，并貫穿于“機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計”課程教學(xué)的全過程，給學(xué)生提供了一個進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計的概念、思路和方法，學(xué)生成為課程設(shè)計教學(xué)實踐過程中的主導(dǎo)者，而教師成為實踐教學(xué)過程中的引導(dǎo)者、咨詢者和評價者，學(xué)生不再是被動地接受知識，而是主動獲取知識，學(xué)生普遍反映課程設(shè)