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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
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1003-9082(2017)06-0168-01
一、引言
《機械設計基礎》是非機械類工科學生的必修課程,該課程之后往往還伴隨著兩周的課程設計。機械設計基礎課程設計是工科院校學生較為完整規范完成機械設計的重要實踐實訓環節,可以培養學生分析問題和解決問題的能力,提升學生的工程設計能力,因此對于非機械類工科學生具有較強的學習指導S意義,其地位不容忽視。
然而目前非機械類工科學生往往覺得該課程設計并不是自己的專業方向,得不到應有的重視。而且該課程設計題目比較老套,往往還是以單級或兩級減速器為設計對象,不能根據學生的專業特點,靈活變動。考核標準以設計說明書、圖紙和答辯質量為標準,不能體現學生設計過程的創新和協作能力,因此對該課程進行必要的教學改革勢在必行。本文針對這一系列問題,提出了一些教學改革措施,以期提高機械設計基礎課程設計對于提高學生設計能力的作用。
二、改革思路
1.課程設計題目和內容應結合本專業特點
工科院校專業分工較細,不同專業學習的側重點不同。減速器雖然應用比較廣泛,但大多數學生在專業體系上可能只是知道其作用,在專業需求上只涉及到如何選型就可以了,對于其結構并不清楚,因此非機械類專業學生,他們的機械設計優勢并不在減速器上,機械設計基礎課程設計題目和內容可以不必拘泥于減速器設計,要結合學生的專業特點,側重于專業工程機械的設計。比如紡織工程專業可以改變為織襪機傳動裝置的機械設計,采礦工程專業題目可以改變為采礦機械提升機構的設計,材料工程專業的題目可以改為曲柄壓力機的機械設計等等。通過這樣的改變,就把課程設計與專業工程掛鉤,引起學生的學習設計興趣,同時又沒有脫離機械設計基礎課程體系的要求,一舉兩得。
2.改革設計思路,引進現代設計方法
原本的課程設計內容大都有現成的設計指導書指導,很多學生都是照搬指導書中設計方法,基本上沒有什么思考設計。因此在課程設計內容改變以后,教師要先拋開課程設計指導書,鼓勵學生自己提前去查資料,翻手冊,總結歸納整理,從無到有的學會設計。當然在學生設計的過程中,教師要多引導和鼓勵,避免學生在設計中走彎路。
此外在設計中,積極引進現代設計方法,成果形式也可以不必拘泥于手工繪圖,可以利用現代先進的計算機CAD/CAM/CAE應用技術,淘汰過去那些半理論半經驗的設計方法,取而代之的是虛擬,動態的現代機械設計方法。例如運用三維設計軟件對機械機構和零件進行三維結構設計,并運用運動仿真模塊,對其進行動態演示,同時又可以使用CAE分析技術,對關鍵零部件進行力學和結構性能的分析和設計,這樣結果即保證準確,同時又比較形象生動,避免過去很多粗燥無味的經驗公式。
3.加強學生協作和創新能力
以往的課程設計多是一題多人,設計形式和內容單一,課程設計本身工作量相對較重,但每位同學又要完成相同的工作量,相互之間沒有協作,這樣完成的設計質量可想而知。因此要加強學生的協作能力,由教師組織,根據學生設計選題的內容,靈活安排學生人數,由學生上下銜接,分頭完成各個機構的設計任務,這樣學生在完成課程設計任務的同時,相互合作,數據共享,既能保證課程設計的質量,又鍛煉了學生的團隊協作能力。
此外在設計中要加強創新能力的培養,鼓勵學生對機構和零件進行創新設計,對于提出創新思路和方案的同學,課程設計可以適當降低難度和簡化,但要保證課程設計創新內容的可行性。
為了保證學生加強協作和創新能力培養,在最后的成績考核上,要以學生為中心,考慮整個設計過程學生的表現,突出協作和創新在成績中的分值,來激發學生協作和創新的積極性。
4.課程設計內容可與課堂教學同步
現在課程設計往往安排在機械設計基礎課程課堂學習完成過后進行,時間一般為兩周。兩周時間學生又要調研資料,設計方案,又要撰寫設計說明書和繪制圖紙,時間安排十分緊張,并且這個時間節點往往是在學期末端,學生還要準備其他課程的期末復習和考試。因此課程設計時,很多學生往往就是草率設計,相互模仿,導致課程設計的設計質量不高。因此可以考慮將課程設計任務放在與課堂教學同步,由教師統籌安排進程和任務,學生提前調研資料,與教師充分溝通,等課堂教學完成之后,統一完成設計說明書的撰寫和圖紙的繪制。
關鍵詞: Solidworks 課程設計 工程圖
1.概述
課程設計是非常重要的教學實踐環節,通過課程設計的鍛煉,學生可以綜合運用專業課知識。通過課程設計培養學生機械綜合設計能力、創新能力和工程意識,是啟迪學生創新思維、開發學生創新潛能的重要手段,并為以后專業課程設計和畢業設計奠定基礎,在教學計劃中具有承上啟下的作用[1]。
根據學校機械專業的培養方案,可將專業課課程設計分為機械類課程設計和電類課程設計,機械類包括:機械原理課程設計,機械設計課程設計,夾具設計課程設計等;電類的包括:PLC原理與應用課程設計,控制工程基礎課程設計等。然而,對于機械類課程設計來講,主要是對機構的原理設計、結構設計和工藝卡片設計等。然而不管是哪一個機械類的課程設計,都離不開三維模型的建立。本文主要針對機械類課程設計中的三維軟件的應用做探討和研究。
2.目前課程設計中存在的問題
目前幾個機械類課程設計都還是在采用傳統手工繪圖或者二維CAD繪圖的方式進行設計[2],老師在前期講解的時候,也是用一些已經做好的設計的動畫和基本原理講解的方式給學生講解。具體問題如下:
(1)《機械原理課程設計》基本都是采用手工原理圖的形式進行設計,學生從手冊或課本中了解每種機構的工作原理,然后根據老師布置的課題要求進行原理設計,通過手工繪圖方式,繪出機構原理圖。
(2)對于《機械設計課程設計》來講,我們的題目還是使用傳統課題,設計一級或者二級減速器。設計步驟基本跟傳統設計步驟一樣,學生先觀察實際減速器模型的結構,然后進行拆裝,詳細了解減速器的結構。在了解了減速器結構后,學生再一步步進行軸的設計、齒輪設計、軸肩、箱體等零件的設計。這種設計步驟看似非常合理,但是學生是觀察成品減速器,很難理解每個零件在整個產品中的作用。如果能將減速器是如何設計出來的,讓學生直接參與設計過程中,學生就會更有興趣,理解更容易。
(3)《機械設計課程設計》是已知產品的結構,然后進行設計,然而《夾具設計課程設計》只知道功能和設計要求,需要學生將所學《夾具設計》知識進行綜合運用,設計一套完整的夾具。傳統設計步驟是學生通過實習,參觀實際的夾具結構,然后老師給出跟參觀相似的課題,學生進行設計。在設計過程中,主要采用手工或者二維CAD軟件進行結構設計。
以上幾種設計都采用二維設計,學生直觀上不便于掌握和理解。而且二維設計的后期修改工作非常繁瑣。
3.三維軟件Solidworks在課程設計中的應用
(1)三維造型技術的優點
三維設計是新一代數字化、虛擬化、智能化設計平臺的基礎。它是建立在平面和二維設計的基礎上,讓設計目標更立體化、更形象化的一種新興設計方法。三維CAD系統有較好的造型工具,能應用“自頂向下”和“自底向上”等設計方法,實現裝配等復雜設計的難度遠比用二維圖形系統增加得快。
(2)三維軟件Solidworks在課程設計中的應用實例
為了適應現代工業4.0人才培養需要,學生應該首先能使用現代化技術手段進行產品設計,然后具備能出一套標準的符合機械設計規范的工程圖的能力。學生需要掌握至少一款三維軟件的使用,并能熟練使用三維軟件進行產品設計和出工程圖。然而,將三維軟件應用于課程設計中,一方面使學生充分理解所做課題的具體情況,另一方面學生的三維設計過程是對軟件使用的鍛煉。
2014年在修訂機械設計制造及自動化培養方案中,考慮到三維軟件在機械專業課中的重要地位,將三維軟件課程設置在第三學期,也就是在所有課程設計開設之前就已經開設了三維軟件課程。
下面以Solidworks軟件在《夾具設計課程設計》中的使用為例,在基本確定定位元件和夾緊機構以后,結構設計步驟如下:
(1)夾具的三維結構設計
夾具由定位元件、夾緊機構和夾具體等一些輔助元件組成。Solidworks在裝配體設計中有一種自上而下的設計方法,這種方法可以在設計過程中,一邊設計一邊建模。只需要畫好第一個基礎零件,其他零件可以根據需要直接在裝配體中建模,可以非常方便地確定設計的零件的位置和大小。本實例就是采用這種自上而下的方式進行裝配體的設計。現將撥叉零件鉆孔專用夾具體三維結構設計出來,然后設計心軸并將被加工零件撥叉裝配進來,依此方法,將需要的零件都一一設計出來,最后成為一個完整的夾具。
老師在講解完理論知識以后,再以一個實例為例,一邊設計一邊繪圖,這樣學生對整個設計步驟就非常清楚,也容易理解。
(2)由三維結構圖出工程圖
對于機械專業學生來講,出一套標準的工程圖是最基本的要求。很多學生做設計時更重視方案設計,不重視出圖。而且課程設計老師進行課程設計指導時,主要對學生的設計方案進行指導。然而,課程設計一方面是對專業課知識的綜合運用,設計正確的方案,另一方面是對學生出圖能力的加強和鍛煉。
三維Solidworks軟件具備零件和裝配體出工程圖的功能,學生可以利用Solidworks軟件進行三維結構設計,在結構設計方案最終確定以后,先用Solidworks軟件輸出工程圖,再到CAD中進行修改。
4.總結和展望
課程設計是使學生具備綜合運用專業知識能力,學生通過課程設計,了解實際產品的設計過程,達到理論聯系實際的效果。
參考文獻:
[1]李可楨,程光蘊,李仲生.機械設計基礎(第五版).高等教育出版社,2011.
關鍵詞:課程設計參數選擇;教學改革;繪圖能力
課程設計是機械設計基礎課程重要的教學環節,是培養學生機械設計的重要實踐環節。通過課程設計,培養學生分析和解決工程實際問題的能力,使學生掌握機械零件、機械傳動裝置或簡單機械的一般設計方法和步驟。提高學生的有關設計能力,如:計算能力,繪圖能力,使學生熟悉設計資料(手冊、圖冊等)的使用,掌握經驗估算等機械設計的基本技能。通過該課程設計,可以把學生所學的機械制圖、公差與配合等幾門課程的理論知識加于鞏固、擴展,提高了學生的綜合能力,為技術應用型人才的培養奠定了基礎。隨著高職教育的不斷擴大,高職生的來源復雜,學生基礎參差不齊。近幾年的課程設計效果不理想。課程設計對一部分同學來說是很枯燥,學生只是按照設計指導書的各個步驟機械地代數據,并沒有真正思考問題,沒有達到設計的真正目的。為了讓學生更好理解課程設計的內容,到達設計的目的,需要在教學方面做一些改革。筆者本著自己這些年來指導課程設計過程中發現的問題,不斷思考,不斷探索好的教學方法,從以下幾個方面來對課程設計進行教學改革,提高課程設計的水平。
1把設計和教學融合在一起
課程設計一般都是安排在理論課程講授完之后進行,時間一般是安排在期末兩周時間。設計結束之后面臨期末考試,大多數同學把精力都放在考試課程上,對設計不能盡心盡力,有的同學是敷衍了事,機械地參照指導書抄寫說明書,里面問題很多。有的同學雖然也發現了問題,但時間緊張,就懶于修改參數,草草了事。最后一周繪制的裝配圖效果也是不太理想,完全沒有達到設計的真正目的。如果能把設計穿插在理論教學中,比如講完帶傳動就可以布置設計任務,把設計題目分組給學生,設計要求講解清楚,把電動機的選擇方法給學生講解清楚,再講解傳動裝置運動和動力參數的計算。學生利用課余時間就可以著手設計內容,完成電動機和帶輪的設計計算。在課程內容齒輪傳動講解完之后,學生可以接著前面的帶傳動設計內容進行齒輪的設計。講解完軸的設計內容之后,學生就可以設計軸的結構尺寸。每上完一部分與設計內容相關的知識點后,就讓學生接著進行設計,讓學生有足夠的時間去考慮,設計的效果才理想,學生才得到真正設計能力的培養。
2設計參數多組化
以往的設計參數雖然也有很多組,但數據相差不大,最開始學生對設計都很感興趣,隨著設計內容的不斷增加,有的同學覺得大家做的都差不多,和設計指導書也相差不大,漸漸就會失去興趣,等著別的同學做完了直接抄寫敷衍了事。可以把設計的參數變動大一些,每組的參數選擇要求也不一樣,這樣就可以避免學生互相抄寫。比如在帶傳動的設計中小帶輪基準直徑的選擇,一個組的同學必須選擇不一樣的數值,帶傳動設計完了之后,讓這組的同學互相對比,啟發他們思考參數不一樣會有什么影響,最終引導學生找出合理化參數設計。設計重在過程,而不是結果,通過不同的參數比較,讓學生更直觀理解了設計內容,鍛煉了學生發現問題,分析問題和解決問題的能力。同時也激發了學生對設計的興趣,不是簡單的抄寫,達到設計的目的。
3注重答辯,啟發學生自己發現問題并解決問題
答辯是課程設計的最后一個環節,是檢查學生實際掌握知識的情況和設計的成果,評定設計成績的一個重要方面。雖然設計是提前布置,參數選擇讓學生選擇不一樣,但如果不答辯,也難區分是學生自己獨立完成的,還是機械地抄寫設計指導書。通過答辯,可以發現學生的一些問題,引導他們去解決問題。引導學生對設計過程進行全面分析和總結,弄清楚設計中每一個數據和公式的使用,對圖紙上零件的結構有著清楚認識。學生在設計中完成的圖紙和說明書還不能完全反映出學生的真實水平。只有通過答辯,才能看出學生的設計能力和綜合能力。比如,有的同學設計帶傳動的時候,只是機械地選擇帶輪直徑,但缺乏整個系統的考慮,有的同學的小帶輪半徑比電動機的中心大,學生還是沒有發現問題,沒有及時修改帶輪直徑,繼續按這樣的參數進行后面的設計,導致后面很多數據都不合理。設計完成后,答辯就是引導學生對整個系統一個全面的考慮,及時發現問題并解決問題,培養了學生綜合分析問題的能力。
4培養學生CAD繪圖能力
以往的課程設計要求學生繪制一張裝配圖和兩張零件圖,大多數都是手工繪圖。由于設計說明書錯誤多,邊繪圖邊修改說明書,有的尺寸是繪圖過程中才能確定的。反復修改數據,部分學生感到煩,設計數據太多,基礎差的同學甚至不知道該修改哪個數據。機械地參照指導書繪圖,導致設計的尺寸和圖紙中的尺寸不吻合,細節地方錯誤多。如果設計任務及早布置出來,學生做完一個零件的設計就用CAD繪制出零件圖,并讓老師檢查。比如齒輪的零件圖,只需要修改輪轂的孔徑就可以了。最后集中幾天到機房完成裝配圖的繪制,這樣既鍛煉了學生的CAD能力,同時又能保證是學生自己設計的尺寸,和說明書也吻合,達到設計的效果。對于成績好的同學,還可以鼓勵他們利用學過的三維軟件繪制零件,并進行裝配。在二維和三維之間不斷轉化,學生可以發現問題,并加于修改。總之,通過以上幾個方面的改革,能較大程度改變課程設計中的一些問題,把課程設計穿插在理論教學中,針對性強,學生也容易接受。參數選擇的多樣化,能調動學生的主動性和積極性,激發學生對課程設計的興趣,提高了設計效果。
作者:王桃芬 張彩芳 單位:重慶工程職業技術學院
參考文獻:
[1]陳立德.機械設計基礎課程設計指導書[M].北京:高等教育出版社,2009.
[2]蒙曉燁.淺談高職《機械設計基礎》課程設計的教學改革[J].科技信息,2011(29):298.
關鍵詞 機械基礎課程 創新教學 實驗 設計
中圖分類號:G424 文獻標識碼: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 在教學中增加研究性實驗和創新性實驗
我國的機械工程技工教育的教學目標就是為了培養具備工程實踐能力和創新能力的技術人才,根據這一目標就可以發現,傳統的機械基礎教學實驗注重于課程基本原理的演示、理論驗證以及實驗操作技術的掌握方面,而忽視了對學生的實驗設計、實驗技術、創新能力等培養,因此在教學中關于工程實踐環節方面相對比較薄弱,而要培養和提高學生的動手能力和創新能力就需要各種試驗進行配合。實驗不僅僅只是對教材知識的驗證和演示,而應該更加關注實驗是否能夠激發學生的創新思維和提高學生的動手能力。
因此,就可以在以往的實驗項目基礎上增加一些具有創新性與綜合性的實驗項目,如3DMC機構組合與創新實驗、JPCC平面機構組裝實驗、軸線結構創意設計實驗等。通過這些實驗讓學生親自動手進行組裝、調試、設計、研究,從而培養學生的綜合能力。如在3DMC試驗臺的開發和研制中,就是按照機構組成原理和創造性思維原理進行設計的,它是具有綜合性較強的智能化實驗測試設備。這個試驗臺可以對學生在機械原理、機械設計學習中所萌發的各種創新性思維進行實現。試驗臺不僅包括了組成機構的高、低副桿組,組成這些桿組的各種構件、機架以及其它的輔助連接件等,也包括了關于機械轉動方面的內容,有凸輪機構、齒輪機構、帶傳動、蝸輪蝸桿傳動,通過對實驗臺的研究提高學生的機械傳動方案的設計能力。通關試驗臺還可以對執行構件和中間任意構件的速度、位移、加速度進行測試通過進行實驗,讓學生將教材中的知識與自身的思維、動手能力相結合,對實驗題目進行分析,對實驗方案進行構思和優化,對試驗設備進行拆裝等,從而逐漸培養和提高學生的分析能力和解決問題的能力,將理論與實踐相結合,通過實踐讓理論知識得到驗證、延伸和創新。
2 對課程設計模式進行改革,使設計內容更具創新性
機械基礎設計訓練一般有課程設計和機械設計創新活動。在機械課程體系中,課程實踐是一個非常重要的實踐環節,傳統的課程設計模式與設計內容已經不符合對創新人才培養的要求,因此需要改變課程設計。如在機械原理課程設計中,將原來使用解析法和圖解法在做機構的運動分析改成了機械系統的運動方案設計。可以在完成理論教學后進行課程設計任務,也可以在理論教學完成一定程度就與其同步進行。提前將任務告訴學生,讓學生做好準備,查閱資料。這樣就可以發現問題,如果遇到不懂的問題就可以自己查閱資料進行解決,或者是教師在進行教學時,就可以針對性地去解決問題,從而提高學生的自學能力以及加深他們對知識的理解。在進行課程設計時,要本著學生是主體,而教師只是輔導的思想進行,提高學生的主觀能動性。同時課程內容的設計要具有靈活性,可以讓教師給出,也可以讓學生自己擬定題目,而學生自定題目就要求他們要進行更多的調研工作,這樣就可以了解更多的設計內容。在進行機械系統運動方案的設計時,可以分小組進行,這樣學生通過交流合作發揮出集體的力量,同時學生個人也能夠發揮出自己的獨特見解,這樣有利于學生綜合素質和創新能力的提高。又如在機械設計中改變課程設計模式時,利用CAD編程代替原來的減速器傳統設計模式,這樣不僅可以讓學生熟悉現代設計理論,同時也可以提高他們的計算機編程水平。在課程設計環節利用計算機仿真軟件,可以輔助學生制作虛擬樣機操作等。 (下轉第107頁)(上接第103頁)
3 開展創新設計活動與創新型實驗開發
在課程設計與創新設計中將實驗裝置作為相關載體,是課程改革的一項重要任務。在實驗室中進行課程設計或創新設計,如通過對3DMC試驗臺的開發和研制中,完成一些學生的課程設計,通過試驗臺將學生在機械原理、機械設計學習中所萌發的各種創新性思維進行實現。對于各個基本結構,它們的性能是非常有限的,只是針對基本結構進行創新也是不容易的,如果將多個基本結構進行聯合使其成為一個組合機構再進行利用,這樣就能夠滿足人們對機械性能、運動規律和形式的需要。通過利用試驗臺提供的組合機構供拼裝置,對組合機構進行創造和研究,從而讓學生認識到各種組合結構的各種性能,為以后的機械創新和工程設計創造良好的條件。可以利用“黑箱”的形式來體現出課程設計內容中對機構的功能要求,在給出的機構創新設計題目中,要求學生對機構的功能要求進行仔細具體的研究,用多個子功能來表現總體功能,并對各個子功能的功能元解進行有效選擇和確定實現對機構的功能設計。運用的方案需要具有靈活性,符合對題目的要求,對各個方案進行對比分析并進行交流,不斷促進學習的提高。同時學生也可以自己給出題目,但關于構件方面做好要求控制在試驗臺配置范圍內。在進行題目的設計時,要不斷地研究,從中找到問題,并從中設計出具有創新性的實驗,實現設計與試驗的有效結合。
同時開展一些形式多樣的機械創新設計活動,來激發學生對創新設計的積極性和主動性。將一些好的作品設計拿到機械創新設計比賽中進行評比,有利于驗證設計的成果,同時可以加強技術的交流 。創新設計活動的開展為學生提供了一個展示自我、提升自我的良好平臺。在實驗室中也可以進行一些創新設計,將一些實驗對學生開放,讓他們對試驗內容進行自主選擇,并安排好設計步驟,通過老師的指導下,發揮自己的創造性思維和動手能力獨立完成設計。通過這種實驗設計,來提高學生的創造能力和實踐能力。
4 總結
通過對機械基礎課程教學的改革,不斷加強實踐環節教學,激發學生對學習的興趣,調動他們對學習的積極性和主動性,這樣提高了教學質量,同時也讓學生得到了各種機械工程的實踐訓練,從而有利于培養和提高學生的工程實踐能力、動手能力及創新能力等綜合素質。
參考文獻
[1] 徐建生,呂亞清,張志.基于項目制的《機械基礎》課程創新模式[J].教育教學論壇,2013.27:46-48.
[2] 王世剛,林景凡,李西兵.機械基礎系列課程創新教學平臺的構建[J].科技信息(學術研究),2008.27:360.
關鍵詞:機械原理課程設計;改革;設計題目
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)08-0133-02
《機械原理課程設計》是培養學生綜合運用機械原理課程所學理論知識,系統地完成一個大型機構設計課題,使學生獲得工程技術訓練的必不可少的實踐性教學環節[1-8]。本課程的時間一般安排在大二,它是機械類學生首次接觸的專業基礎知識,其重要性不言而喻。《機械原理課程設計》的教學改革,作為教學的重點和熱點,一直在各高校中進行,研究課程設計的目的、內容、方法、題目、組織形式,探索如何培養學生的機械運動方案設計、創新設計和解決工程實際問題能力,但是,迄今未有廣泛認同的一體模式,基本上是各高校根據自身的特點,各自拿出一套解決方案。鑒于以前課程設計方法已經沿用多年,這與時代的發展和要求有了不小的距離,迫切需要進行適當的改革,使得結合本校實際情況,任課老師群策群力、多次討論和反復修改,得出了系統的改革方案,并在近三年里加以實施,獲得了良好的效果。
一、改革主要任務與方法
改革主要涉及課程設計題目和時間安排。以前,本校《機械原理課程設計》源于傳統的幾個題目,如牛頭刨床機構設計,凸輪、齒輪機構設計,主要以基礎訓練為住,是對理論課內容的加深鞏固,基本等同于一個大作業,雖然能起到理論教學內容的目的,畢竟與時代的要求有一定的距離,因此必須做出改進。
機械原理課程改革主要體現在課程設計題目的改變。本課程設計提供了A、B、C三類題目。A為指定性設計題目,B為創新性題目,C為機構仿真類題目,要求每個學生選擇其中的一個題目。下面是部分題目名稱:A.指定性設計題目,題目1:洗瓶機設計;題目2:醫用棉簽卷棉機設計;題目3:步進輸送機設計。B.創新性設計題目,題目1:設計適合老、中、青不同年齡段使用并針對不同職業活動性質(如坐辦公室人員運動少的特點)的健身機械;題目2:汽車夏天露天停車,設計一傘狀機械裝置,為汽車遮擋陽光;題目3:多功能擔架。設計一種可用于崎嶇路上手抬、平路上手推、靜止時可作休息的小床或座椅的多功能擔架。C.機構仿真題目,題目1:鉸鏈式顎式破碎機方案分析;題目2:一種夾緊機構模擬與分析;題目3:汽車轉向機構模擬。每年給出的題目可以有所變化。例如,對于B類創新性題目,可以結合每兩年一次的全國機械創新大賽給出的題目,給出類似的題目,可以從中篩選出具有潛力的學生,參加大賽。改革的另一項體現在課程設計時間的安排上。由于新設計題目難度較大,一周的課程設計時間,很難完成,因此做了如下安排:①第18周一課程考試完后,老師就可提前布置設計任務。學生即日起可根據本任務選擇自己的題目,查閱資料,構思設計。②課程設計周第1天~第3天,老師到新校區授課教室答疑式輔導,有問題的學生可以來問。③課程設計周第4~5天,小答辯方式,老師在教室檢查設計。每個學生展示自己的設計結果,并做說明。④課程設計周第5天,學生上交課程設計結果。
二、實施效果
此次課程設計,學生總體經歷和感受可以概括為“困惑—討論—實做—成就感”。從選擇三類題目的數量來看,指定性設計題目和創新性題目選擇的人較多,且數量相當,自己選定題目后,馬上發現題目很難;對創新性題目,一時想不起具有創新點的設計,對指定性設計題目,發現自己理論基礎欠缺的有很多;對機構仿真類題目,發現自己軟件應用能力很差。總之,學生的自信受到嚴峻的考驗。課程設計周的前幾天,也是最艱難的幾天,同學們在受到暫短的挫折之后,會積極地查閱資料,與同類型題目同學相互探討,相互學習,遇到不能解決的問題,輔導教師給出詳細的解釋,大多數同學能在規定的時間內獨立完成主體設計。從完成的情況來看,對指定性設計題目,學生能給出完整的設計方案,基礎知識應用較全面;對創新性題目,不少同學提出了很好的選題,在與老師和同學討論后,圖文并茂地描述出自己的設想;對機構仿真類題目,這些同學一般是對軟件有較大愛好,有一定基礎,也有的是在短短幾天內突擊學習,也有不俗的表現,對設計、分析軟件的應用有了良好的開端。絕大多數學生獨立地完成了設計,其中不乏具有創意的高水平作品,有的已經上報申請專利,總體成績和往屆相比較好。不少同學用“非常好的訓練”、“艱難的過程”、“成就感”等來總結自己的課程設計。
三、存在的問題
此次課程設計的改革嘗試,也暴露出不少問題:課程設計時間緊迫,不足以最好地供學生完成任務。目前課程設計時間為一周,但是,在前面的1~2天常被拖延到后面的考試科目占據,后面又面臨回家,如果沒有充分的時間保證,任何完美的改革嘗試均不能收到實效。學生機械相關基礎知識有缺陷,不足以完整表達自己的設計思想。《機械原理課程設計》的主要重點在方案設計,這是目前的共識,但是,即使僅僅表達設計方案,學生表現也力有不逮。反映在制圖能力、計算能力,甚至文字表達能力,均很欠缺。這點有待整個機械類課程體系的全面改革,才能從根本上解決。設計題目有待進一步完善。此次改革,設計題目是在短期內集思廣益收集得到的,難度參差不齊,總體來說較有新意,但是結合以后的專業發展,應該多納入一些實際類型的題目。
四、進一步設想
目前,機械類學生的實踐性教學環節大致有《機械原理課程設計》、《機械設計課程設計》、《金工實習》、《專業課程設計》和《畢業設計》等,這是數十年來一直沿用的模式,隨著現代制造加工的更深、更廣的要求,這種各種為戰的教學模式,已經暴露出很多問題,難以分別解決,這里設想對這些課程加以整合,在不增加總體課時的基礎上,用一門大的課程,姑且稱為創新設計課程,來取而代之,時間安排在大三以后。這門課程的特點在于:教師給出一個大的題目范圍,學生自己用三維設計軟件進行產品設計,在計算機上制造出虛擬機械,并對此進行運動和動力學分析、有限元分析和優化等,最大限度地減少設計失誤。學生自己動手,加工出自己設計的產品,進行產品答辯、。如此,學生對整個產品的開發有一個全面的認識,由于加工產品需要原料成本,學生將更具有對自己產品的責任意識,一個大的題目,是以小組的形式完成,在設計、制作過程中,可以培養學生的團隊精神,對優秀的設計作品,完成后組織上報專利申請,并推薦參加各種大學生競賽,如挑戰杯、機械創新大賽等,激勵學生創新。這也是對學生將來在企業工作的一次逼真的預演。
參考文獻:
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【關鍵詞】機械設計基礎;實踐;課程設計
《機械設計基礎》是工科院校普遍開設的一門重要技術基礎課程。由于各專業學生的知識基礎差異較大,再加上該課程多年來一直存在著內容多課時少、零件多系統少、分析多綜合少、理論多實踐少等諸多矛盾,給《機械設計基礎》課程的教學帶來許多困難。同時,該課程具有很強的實踐性和應用性,所以教學過程中必須將理論與實踐緊密結合起來,注重對學生解決實際問題能力的培養,拓寬學生的知識面,開闊學生的思路,從而更有利于學生工程實踐能力和創新能力的培養。
1.理論教學環節
理論教學環節是《機械設計基礎》教學改革的一個重要方面,經過多次教學實踐嘗試,我們主要從以下幾個方面進行改革嘗試。
1.1教學內容
目前,高職院校提出了“厚基礎、寬口徑、重能力”的人才培養模式,從而使理論課時壓縮嚴重,但《機械設計基礎》課程的內容多,理論性和實踐性都比較強,老師講解力不從心,學生聽課如聽天書,因此必須對教學內容進行相應調整。
1.1.1刪減過深的、不必要的理論推導和證明
高等職業教育培養目標強調的是人才的應用性,畢業后從事的崗位決定了沒有必要對計算、公式、定理等的來龍去脈搞的清清楚楚,只注重如何應用這些公式定理等來解決實際問題。因此,可將過深的理論推導、證明刪去,以便學生集中精力掌握這些公式、定理的實際應用,解決實際設計問題。
1.1.2結合專業培養目標整合教學內容
由于各專業的培養目標不同,所安排的課程和教學要求也不同,因此《機械設計基礎》課程應根據本專業可的要求、本專業畢業生從業崗位要求和本專業學生終身教育的要求整合教學內容,以達到培養目的。
1.1.3在機構分析中增加解析法內容
在以往的機構分析中,因圖解法形象、直觀,有助于教學模型的建立,同時對某些簡單的問題比解析法更有效。隨著科學技術的計算方法、計算手段的飛速發展,提高機械設計與分析的精度和效率已成必然趨勢,而解析法更能準確地反映和解決圖解法難以解決甚至不能解決的問題,因此在教學中應增加解析法講解的力度,以適應現代技術的要求。
1.2教學方法
1.2.1現代化教學
本課程實踐性、綜合性較強,個部分教學應注意同生產實際相結合,利用教具、掛圖、多媒體等直觀教學手段教學,做到課上精講精練。同時采用計算機的圖形動畫等功能,向學生展現具體、形象、直觀的視聽材料,充分調動學生的學習積極性,提高課堂效益,增強學生的感性認識。
1.2.2實物教學
有些教學內容離開實物再課堂上不易講解透徹,因此可將機構實物搬進課堂,對照實物進行講解,從而使學生能充分地將機構的運動情況進行分析,例如,講解擺動導桿機構時,再牛頭刨床邊對照機器的結構和運動情況進行講解,則可收到事半功倍的效果。
1.2.3自學式教學
對于簡單的教學內容,可采用自學式教學方法,自學式教學方法是“提出問題+自學+回復問題+總結”。其操作步驟是:第一步,老師指定學習內容,并提出相關問題。第二部,學生圍繞問題進行自學,明確學習目標。第三部,提問學生并對學生的回答進行追問,把問題引向深入。第四部,根據學生的回答進行總結,使學生形成新的知識。
2.實踐教學環節
《機械設計基礎》教學的另一個重要部分是實踐性教學環節,它包括實驗教學和課程設計兩個方面。
2.1實驗教學
實驗教學是學生學習《機械設計基礎》課程進行工程實踐的重要途徑,是培養學生理論聯系實際、分析問題和解決問題的能力以及啟迪學生的創新思維、開拓學生創新潛能的重要手段,也是《機械設計基礎》課程教學的一個重要環節,其對實現課程教學目標起著不可或缺的關鍵作用。
傳統實驗教學存在著實驗目標單一性、試驗方法陳舊性、實驗內容缺乏系統性、綜合性等不足,不利于培養學生的各種能力,因此,對》機械設計基礎》課程實驗教學改革可從幾方面進行:一是保留傳統的經典驗證性實驗,如《軸系結構測繪》、《減速器結構裝拆實驗》;二是更新和改造相對落后的實驗,如漸開線齒廓范成實驗改用計算機仿真試驗去代替,使實驗內容既形象具體又省事省力;三是新增開設綜合性和設計性試驗,要求學生自己設計實驗,自己動手完成,不依賴于老師;四是建立開放式感性認知實驗,使學生有更多的自由時間來安排學習,以期發揮學生在實驗教學中的積極性和主動性,從而加強學生對機構、零件結構等工程實踐知識和動手操作的能力培養。
2.2課程設計
綜合考察學生掌握《機械設計基礎》知識程度的重要手段是課程設計。它也是《機械設計基礎》課程實踐教學的最后一個教學環節。其目的是培養學生綜合運用基礎理論知識的能力、工程分系的能力和運用資料等基本設計能力。要完成一次課程設計要求學生對總體方案的布局到零部件結構設計一起完成使設計更加系統和完整。為鼓勵學生創新,應要求學生自己設計多套方案,進行比較選擇,充分發揮學生的想象力和創造性,從而為今后在生產實際中參加設計或技術改造打下良好基礎。課程設計是一項既重要又繁瑣的教學工作,指導老師對學生中普遍存在的不足應在設計中逐步給予講解和補充,使學生通過課程設計全面掌握和鞏固機械設計的相關知識。
3.結束語
總之,《機械設計基礎》課程教學改革是一個系統工程,涉及到課程教學的各個環節,從各個環節入手進行教學改革,才能取得良好效果。同時,還應注意“師教之功,貴在引導”,教師的真正本領除了傳授知識外,更重要還在于激發學生的學習積極興趣,喚起學生探求知識的欲望,為學生營造一種積極主動、和諧、生動活波的學習氛圍,培養他們主動參與的意識,培育他們的批判性與創造性思維能力,進而全面提高教學效率和質量。
參考文獻:
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(一)鼓勵學生將所畫平面零件圖繪制成三維立體圖形鼓勵一些應用軟件能力比較強的學生將所畫的平面圖形轉換為三維立體圖形。圖1、圖2是學生的一些作品。這樣的教學活動,使學生對所學知識有一個融會貫通的機會,計算機輔助繪圖的技能得到熟練應用。
(二)學生的工程設計能力得到培養和提高通過教學過程中播放的影像和圖片資料,學生們得到了更多的機械方面的感性認識,為同步進行的課程設計,特別是方案設計創造了良好的條件。參與本次課程設計的學生均被要求采用AutoCAD繪制零件圖,并用Word編寫設計說明書,完成若干張工序圖。答辯時看到打印出來的圖紙后,學生們都感到“很有成就感”。這種更接近于現實要求的課程設計,對他們將來迅速適應社會的需求是大有裨益的。課程設計實踐環節,給每組同學發一二張零件圖紙,要求學生在設計過程中讀懂圖樣,逐步完成材料的選擇和加工工藝規程的制定,通過這樣一個綜合性的作業,使他們在實習過程中更加自覺認真,同時訓練學生運用已學的知識,應用到實際生產中,讓他們真正感覺到學有所用,從而提高學生學習理論課的自覺性,同時又使學生了解了機械工程技術人員日常應做的一些工作。最后階段,抽出一定的時間進行小組討論,通過討論使學生逐步掌握材料選擇、加工技術要求、工藝規程制定、機加工精度要求等內容,同時對零件檢測標準、工時定額、廢品率、工具消耗、經濟效益等都作出對比介紹,使學生們獲得一個完整的機械加工過程概念,不僅鞏固了已學的知識,強化了學生的專業思想,也為后續課程的學習打下良好的基礎。
(三)培養學生的創新意識創新活動首先來自于強烈的創新意識,鼓勵學生破除迷信,放開思想,相信“人人都有創造力”。敢于綜合應用各方面的知識去解決實際問題,走創新之路。(六)培養學生的團隊精神團隊精神是人才綜合素質體現的一個方面,學生自由組合成設計小組,較易形成多向性思維和發散性思維,可以取長補短、相互啟發、共同尋找解決問題的方法和途徑。同一小組內既有分工,又有合作,共享資源。零件圖獨立繪制,工序安排分工來做。以此來體會團隊協同作業的工作方式。
二、教改應用效果評價
從2008年開始對三屆材料成型與控制工程專業學生在機械制造基礎課程設計中應用本成果。課程設計改革前后情況對比見表1。這種新的方式使學生們得到了更多的機械方面的感性認識,為同步進行的課程設計,特別是工藝方案設計創造了良好的條件。參與課程設計的學生均被要求采用AutoCAD繪制零件圖,并用Word編寫設計說明書,完成若干張工序圖。答辯時看到打印出來的圖紙后,學生們都感到“很有成就感”。課程設計的創造實踐活動使學生的創新能力有很大提高。學生在設計總結中說:“利用典型零件機械加工流程的三維動畫教學方式,難以理解的加工過程變得容易了”;“老師給了充分的自由度,有了充分的發揮余地和更廣闊的想象空間。我們沒有照抄書本,照搬公式,而是應用原理自己設計,感到很有成就感。”“在復雜的思考過程中,不斷改進,不斷否定自己的設計,再不斷完善。在終于完成設計后,心中有一種輕松的感覺和說不出的高興”;“通過課程設計,首先讓我認識到什么是設計,能夠將所學課本知識、實習經驗結合起來;第二,教會我如何去思考和創新。第三,在思考中查詢資料、更豐富的知識來支持自己的設計”;“課件直接展示出學生的實習成果,使自己有一種成就感”。通過對機械制造基礎課程設計這一教學環節進行改革,學生潛在的工程能力得到了挖掘、培養和提高;為如何解決好工程能力培養的理論和實踐教學相脫節的問題以及如何準確、全面地評判學生的工程能力做了有益的探索。
三、教改的創新點
加強創造實踐,改變人才培養模式。傳統的課程設計是進行驗證性設計,呈現“復述型”教學的特征。學生的創新思維得不到發展,創造能力和綜合運用能力得不到培養和鍛煉,乃至于出現“高分低能”的現象。利用多媒體技術把課堂教學、金工實訓以及課程設計有機地結合到一起,圖片、文字、視頻、動畫資料齊全,基本概括了課程設計中所需要的知識。課程設計體現人才培養模式的改變,通過課程設計使他們的創造力得以挖掘和發揮。學生容易接受。課件中大部分圖片是學生金工實習中見到和用到的設備,有一定的印象,很容易接受。視頻和動畫是要求學生設計工藝規程零件的加工過程,吸引了注意力,激發了學生的學習興趣與熱情,使學生成為實踐者、探索者、創造者、合作者、快樂者。學生的工程設計能力得到培養和提高。課件以靜動結合的多媒體技術,特別是用三維動畫生動、準確地展示完整的機械加工過程,使學生學習難度降低,真正處于學習的主導地位。通過教學過程中播放的影像和圖片資料,學生們得到了更多的機械方面的感性認識,為同步進行的課程設計,特別是方案設計創造了良好的條件。
四、結束語
關鍵詞:工程教育認證;教學改革;機械設計課程設計
0引言
實施高等工程教育專業認證可以提升我國學校和專業的核心競爭力。加強國際互認,推進工程教育建設和改革,進一步提高高等工程教育質量,有利于提高人才培養質量,健全高等工程教育質量監控體系,規范與注冊工程師制度相銜接的高等工程教育專業認證體系[1]。
1工程認證對人才培養的要求
1.1我國工程認證發展
《華盛頓協議》(WashingtonAccord)是一個有關工程學士學位專業鑒定國際相互承認的協議,是目前國際普遍認為最具權威性、國際化程度最高、體系較為完整的工程教育專業互認協議。至2006年起,由我國教育部、人事部、中國工程院、中國科協相關行業管理部門和行業協會(學會)代表組成的,教育部授權的“全國工程教育專業認證委員會”參照《華盛頓協議》成員國的做法,開展了面向我國本科教育專業工程教育專業認證試點工作[2]。
1.2工程認證對課程的影響
1.2.1工程認證對“機械設計課程設計”課程的要求
工程教育專業認證的開展有利于加強高等工程教育與工業界的聯系,促進我國工程教育的國際互認,提升我國高等工程教育的國際競爭力,是解決工程師技術資格國際互認的關鍵[3]。在實際教學中,教學設計和教學實施的目標是學生通過教育過程最后所取得的學習成果。為學生提供一種強調工程基礎的、建立在真實世界產品和構思-設計-實現-運行(CDIO)過程基礎上的工程教育,基于課程群把相關課程知識有機結合,使學生認識到有機和關聯的知識群而不是孤立的知識點,課程群建設與實踐結合是工程認證的基礎理念。
1.2.2目前課程存在的問題及必要性
“機械設計課程設計”是高等學校機械類專業第一次較全面的機械設計訓練,是“機械設計”課程的最后一個重要教學環節,其目的是進行機械設計基本技能訓練,掌握機械設計的一般方法和步驟,培養學生綜合運用機械設計及相關課程知識解決機械工程問題的能力,并使所學知識得到鞏固和發展,為專業課程設計和畢業設計奠定基礎[4]。二級減速器設計是“機械設計課程設計”的傳統內容,需要運用到制圖、力學、公差、機械原理、機械制造工藝等前期所學知識,是將基礎知識的第一次整合應用。在過去的教學環節中,往往都是將設計需要的前期課程全部講完,然后開展設計。在學生進行課程設計的學習時,之前學過的課程已經忘記,或者需要復習才能正常應用,或者會出現考試高分,應用不會的情況。總結原因,主要是因為所學相關課程的目的只是考試,學完考完之后沒有真正應用到實例中。而教學的目的,不僅僅是修學分和考試,還要真正能學以致用,這就要求教師在教學中通過教學方法的改革,正確引導學生學習,真正把所學知識融會貫通。
2基于工程認證的課程建設
以項目真實產品為對象進行教學配以裝拆實踐,能夠提升學生的學習主動性,使其注意力更加集中,更好地整合所學知識,將其應用到課程設計中去。
2.1課程體系建設
設計題目一般選擇通用機械的傳動裝置,主要進行傳動裝置的總體設計、傳動件和支撐件的設計計算、繪制裝配圖和零件圖、撰寫設計說明書。這種設計是保證學生鞏固機械設計課程基礎知識必不可少的環節,必須開展,教師可以在此基礎上拓寬課程設計的范圍,結合日常生活、工程實踐設定主題開展非固定模式的設計,培養學生獨立思考、自主設計的能力。科技在不斷進步,零件及設備設計也隨之不斷改進更新。這種更新包括精度、加工方法、制造方式、設計方法等多方面。傳統的設計方法已經不能滿足設計需求,應將傳統設計方法與現代設計方法相結合,以傳統設計方法為基礎,融合現代設計方法,及時更新和課程相關的新理論、新知識、新方法,使課堂知識不脫離于工程實際應用。
2.2課程教學改革
2.2.1“開放式”教學
開放實驗室,讓學生在課程設計期間,能夠隨時到實驗室實踐和觀察減速器結構,讓學生更深刻地認識設計目標,提高設計效率和準確性。
2.2.2加強校企聯系
加強學校和企業的聯系,了解企業實際設計參數選擇和理論教學的不同,防止理論和實踐脫節,根據實際生產過程要求來制定大綱和教學內容,培養適應企業的應用型人才,爭取通過這種教學方式改革,使學生畢業即可就業,縮短應屆生就業后的實習時間,能夠馬上適應和滿足企業要求。長期穩定的校企合作使學校與企業互惠互利,達到共同發展的目的[5]。
2.2.3采用成果導向的教學模式
在制定教學大綱時要圍繞根據企業需求制定的畢業要求,教學內容、教學方法、考核方式要體現學生的學習成果.
2.2.4采用“一體化”教學方法
“機械設計課程設計”的開展不再是將所有前期課程學完再開展,而是根據設計內容需要將該課程設置成一門綜合類的課程,以“機械設計課程設計”為主線,整合制圖、力學、公差、機械設計等機械工程基礎性課程群,以項目真實產品為對象進行教學,配以裝拆實踐。比如在開展課程設計期間,需要用到軸的校核,繪制彎矩圖、扭矩圖,根據進度安排,將材料力學中的該部分內容拿到設計期間講授,在安排講授課程時一定要安排好先修后修的關系,能夠讓學生學完就用,既鞏固了學習內容,又能具體了解到所學知識的實際應用。
2.2.5改革考核方式
考核也不僅僅只追求是否正確,在考核制圖表達方法、公差配合的選擇、合理的結構設計基礎上,體現在結構設計中的創新培養,應主要考核學生在設計中的創新能力,看看學生在設計過程是否有新思路、新方法。因此評價成績應由促進學校的發展轉向促進學校的持續性發展,由鑒定學生學業轉向促進學生發展與完善課程本身;在評價形態上,由標準化測驗轉向動態研討式評價形態,更注重評價學生創新能力的測評[6]。
2.3課程預期成果
通過“機械設計課程設計”的完成,學生對機械設計具有初步認識,并能掌握一定的設計方法和設計理念,不僅僅會設計,還要能夠提高創新能力,為進一步學好專業課打下良好基礎,培養學生正確的設計理念,掌握參數選擇方法,鞏固制圖、力學、公差等相關課程知識,形成知識體系。
3結語
工程教育專業認證可以提升我國相關專業學生的國際競爭力,課程設置及改革是工程認證開展的必要保障,使其更適應工程認證要求。教學作為培養人才的重要手段,應適應人才需求的轉變,按照工程教育專業認證要求積極進行人才培養方式的變革,通過教學方式的改變與調整,提高教學質量與效率,提升人才培養質量,通過課程教學培養學生的創新能力,達到培養應用型人才的目的,滿足企業需求,實現培養“品德高尚、專業過硬、情商出眾、強于實踐、勇于創新的高素質應用型人才”的目標。
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[關鍵詞]機電類專業CDIO卓越工程師教育課程體系培養模式
[中圖分類號]G640[文獻標識碼]A[文章編號]2095-3437(2013)08-0046-03
一、卓越工程師教育與CDIO的關系
“卓越工程師教育培養計劃”是國家宏觀的培養目標要求,其工作思路是借鑒世界先進國家高等工程教育的成功經驗,創建具有中國特色工程教育模式,通過教育和行業、高校和企業的密切合作,以實際工程為背景,以工程技術為主線,著力提高學生的工程意識、工程素質和工程實踐能力,培養造就一大批創新能力強、適應企業發展需要的多種類型優秀工程師。CDIO工程教育理念和培養模式注重培養學生系統的工程技術能力,尤其是項目組織、設計、開發和實施能力,以及較強的溝通和協調能力,體現了當今工程教育的國際共識。可見,CDIO人才培養模式和理念與卓越工程師教育培養計劃的教育理念是高度一致的,而且CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果,應該作為實現卓越工程師教育培養計劃的重要途徑,也是加入卓越工程師教育培養計劃的基礎。
二、機自專業卓越工程師教育培養要求
機械設計制造及其自動化專業是典型的工科機電類專業,培養卓越工程師正是這類專業教育教學所追求的理想目標。根據近年來專業進行CDIO工程教育改革實踐取得的經驗,開展卓越工程師教育培養模式的探索具有更積極的意義,而且卓越工程師教育對學生的知識、能力和素質的培養要有具體的要求。
1.接受通用知識的基礎教育,具有扎實的數學、物理、化學等自然科學基礎知識,較強的外語和計算機應用能力,較好的人文、藝術和社會科學基礎,初步的經濟管理知識。
2.接受專業基礎教育,較系統地掌握機械制圖、力學、機械設計、電學、機械工程專業基礎領域的基本知識和技能。
3.接受專業基本技能訓練,掌握本專業必須的零件測繪、力學分析計算、實驗、測試、數據分析、文獻檢索和基本工藝操作等方面的基本實踐技能。
4.接受專業知識教育與專業技能訓練,具有本專業領域或方向所必需的專業知識,了解專業領域技術標準,相關行業的政策、法律和法規,了解本專業及相關學科前沿及發展趨勢。
5.接受工程意識與創新意識的培養與訓練,具有綜合運用所學理論、分析解決工程實際問題的能力,能夠參與生產、并具有基本的運行和維護能力,具有進行產品開發和設計、技術改造與創新的初步能力。
6.獲得綜合素質的教育與培養,具有較強的交流溝通、環境適應和團隊合作的能力,具有較好的組織管理能力,具有良好的質量、環境、職業健康、安全和服務意識,具有應對危機與突發事件的初步能力,以及較高的綜合素質和職業道德修養。
三、課程體系改革規劃與實踐
課程體系改革始終是貫徹CDIO工程教育改革理念,落實人才培養方案的具體保證。
(一)調整兩課開設學期,優化課程布局
兩課是標示中國特色高等教育的重要課程,共有356學時,16個必修學分,一般集中開設在大學一、二年級,在限制每學期計劃學時的要求下,一些基礎性課程被迫后延,對學生的工程意識和創新能力培養和訓練非常不利。本專業在CDIO工程教育改革實踐過程中,多方考察、學習,并與學校主管領導和教務處領導多次研究,做出了調整兩課開設學期的重大決定。將兩年完成的兩課主要教學任務調整為四年完成,即每學年開設一門政治哲學類課程,保證兩課四年不斷線:大一第一學期開設 “思想道德修養與法律基礎”,大二第一學期開設“中國近代史綱要”,大三第一學期開設“基本原理”,大四第一學期開設“思想和中國特色社會主義理論體系概論”。在兩課教學過程中,可以通過課程內容的改革,重點教育和培養學生的職業道德和社會責任感。在大三、大四學年開設政治課更有利于準備考研的學生學習和復習,大二調整兩課余出的學時由技術基礎課來遞進填補,優化了課程布局,為學生開展創新訓練提供了專業基礎,更有利于專業培養目標的實現。
(二)公共基礎課程體現工程應用意識
英語課分層次教學,入學即可參加大學四、六級考試,通過者可以進入專業實驗室接受工程意識和創新能力訓練。
數學課教學內容與方式改革,在講述數學知識的過程中,啟迪學生的數學思維方式,教會應用數學理論進行工程建模的方法,數學中的實例應該以機械工程的具體對象為目標,使學生體會到學以致用的感覺,激發其學習興趣。
大學物理課教學內容與方式改革,在講授物理知識的基礎上,傳授和訓練進行物理實驗的基本方法、基本技能,訓練觀察現象與數據分析的能力,為工程實驗奠定基礎。
(三)技術基礎課程培養工程意識
在大一第二學期新增開設機械工程導論課程,介紹機自專業的培養目標、教學計劃、學科發展、工程案例,為學生提供一個開發產品、裝備和系統的理論知識與工程實踐的基本思維框架;勾勒出一個工程師的任務和職責,以及如何應用科學知識來完成這些任務的思維方法;并有意識地引導學生培養必要的個人能力和人際交往能力;進行學為所用的工程意識的啟蒙教育。
改革機械制圖課程體系,增加三維圖形教學內容,將獨立開設的零件測繪教學環節融入機械制圖理論課的進程中,理論與實踐應用綜合在一起,同步進行,初步培養學為所用的工程意識。
機械原理和機械設計課程體系改革,將獨立開設的機械原理課程設計和機械零件課程設計教學環節調整到對應的理論課學期,將課程設計內容與理論課內容綜合在一起,同步進行。在機械原理或機械設計理論課開始之初,將課程設計的任務布置給聽課學生,并要求理論課程結束時完成課程設計任務。教師講授理論課時始終關注課程設計內容,督促和指導學生完成所講相關內容的課程設計任務,使學生邊學、邊練、邊用,理論緊密聯系實際,不斷建立學為所用的工程意識。機械原理與機械設計課程與原培養計劃比較,分別提前1個學期開課,以便為后續專業基礎課提供前期知識。
(四)專業課程增強實踐能力訓練
專業課程的改革方式是減少專業課的理論授課學時,大幅度增加實驗、實踐訓練學時,盡量將CDIO理念貫穿于課程教學中。根據培養目標、對主要課程及學時比例進行了綜合調整,構成如表1所示,其中單片機原理及應用、井下作業設備與工具和海洋石油裝備概論為新增課程,目的是增強機電基礎和突出石油特色;合計增加100個實驗學時、88個理論學時。取消了獨立的專業英語課程,設置兩門以上的專業課程采用雙語教學,從而保證學生專業外語應用水平;專業英語(64學時)和思想和中國特色社會主義理論體系概論(96學時)后置余出的160個必修課程學時基本平衡了增加的專業課理論和實驗學時。
表1課程改革新增實驗學時課程列表
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(五)課程設計實施CDIO模式
“機構分析創新設計”和“機電一體化系統創新設計”是東北石油大學機械設計制造及其自動化專業參加教育部CDIO工程教育改革試點,實現“卓越工程師教育培養計劃”的目標,為培養本專業學生的個人、人際交往和團隊合作能力,產品、過程和系統的設計、建造和控制能力,而分別在大二和大三短學期新增設的2個理論與實踐相結合的教學環節。目的是為學生逐步獲得優良的工程素質和綜合能力(學會求知、學會做人、學會做事、善于合作)奠定基礎。
每個班分成6~7個設計小組,每個小組獨立承擔一個設計題目,由4~5人組成,自選組長,組長負責設計小組任務分配、組織管理和工作協調。每個小組提交一份設計報告和每個小組成員的個人工作過程記錄(手寫),并進行ppt匯報答辯。機構分析創新設計提交的設計報告包括:設計分析說明書、CAD 設計圖紙;機電一體化系統創新設計提交的設計報告包括:設計分析說明書、CAD 設計圖紙、控制原理圖、電氣回路圖、程序設計圖。
課程設計的考核方式進行了如下探索:
1.組長給定本設計小組成員的個人貢獻或成績排序。設計小組組長根據小組同學的個人貢獻、合作表現,按分差不小于2分給出小組成員個人成績,或給出小組成員成績排序。
2.指導教師組成的答辯組評定設計小組成績。答辯組根據每個小組設計總結報告撰寫的質量(結構層次、語言表達、分析計算、撰寫規范);設計圖紙的質量(圖紙完整、表達正確、符合規范);答辯過程表現(匯報講述、回答問題、PPT質量)等項目按百分制綜合給出該組設計的綜合成績。小組的答辯綜合成績為小組成員的個人成績中間值偏上。
3.指導教師還可以根據設計小組每個同學的平時表現(出勤情況、工作態度、提問情況)調整個別同學的個人成績,更好地維護公平性。
4.學生自評與團隊成員互評可以調整小組組長給出的成績排序偏差。小組成員自評主要考核學生的誠實性;團隊成員互評主要考核學生的公正性和團結互助精神。
(六)畢業設計實施CDIO模式
大四第二學期全部進行畢業設計,將畢業設計從13周延長至18周,有利于完整系統地實施CDIO工程教育模式。
在畢業設計的準備、進行和總結的全過程中,對各個環節都進行嚴格把關。首先在選題上,采取指導教師申報題目,然后由教研室從中優選確定,保證工程實際設計題目占到80%的比例。將確定好的設計題目下發給學生,使學生有很大的選擇權利,在個別嚴重沖突的題目上,由教研室做適當調整。這樣做,能夠激發學生的興趣,提高學生對畢業設計的積極性。
學生在畢業設計過程中,把幾年中所學的理論知識綜合應用于工程實際,不僅鍛煉了他們分析研究問題的能力,而且增強了他們的工作責任感,從而使他們投入更多的精力;遇到疑難問題,指導教師能及時地給予啟發,并與之研究、討論,激發他們的創新意識。對于常出現的問題事先講給學生,使其自檢、互檢,有問題及時修改,爭取交出一份質量較高的畢業設計答卷。
在畢業設計的最后階段,教師根據畢業設計的任務書對設計圖紙嚴格審查,杜絕在答辯時出現“設備無法安裝、機構不能轉動、機件互相碰撞、工件不能加工”等原則性問題。隨著畢業設計的完成,多數學生基本掌握了進行工程設計和解決工程實際問題的方式和方法,并培養了創新意識,已具備直接服務于生產與工程建設的能力。在教師嚴格要求、認真把關下,學生完成較好的畢業設計可以直接轉化為生產力,經過近兩年的統計,學生的畢業設計經修改后直接應用于工程實際生產的占18%左右。
四、CDIO實踐總結
2010年機械設計制造及其自動化專業代表東北石油大學成為教育部CDIO工程教育模式第二批試點院校。經過多年的實踐探索,機自專業基于CDIO教育理念的人才培養模式已經逐步形成,對專業培養目標、培養方向、教學計劃、課程教學大綱、實踐環節教學大綱、課程教學體系等進行了卓有成效的改革與建設。
東北石油大學機械設計制造及其自動化專業已經分別在機自07級、08級、09級的部分課程和環節逐步開展了CDIO工程教育模式的探索性實踐,完成了機電一體化原理及應用、數控加工技術、電氣控制技術、液壓與氣動、機械控制工程、石油鉆采機械等課程為載體的CDIO三級項目實施試點工作,都取得了預期的效果,并獲得了良好的經驗;機自2010級、2011級的人才培養方案已經融入了CDIO理念,并根據調整后的課程體系有序地進行全面實踐和總結;機自2012級、2013級的人才培養方案在CDIO實踐基礎上又加入了卓越工程師培養計劃的新要求,正在進行著初步的實踐探索。
CDIO工程教育模式的廣泛實踐有效促進了本專業大學生創新創業訓練計劃和科技創新活動的開展。在創新實踐活動中,學生明確自己的發展目標,積極性、主動性非常高, 2010~2013年本專業學生承擔或完成 “國家大學生創新創業訓練計劃項目”15項,發表科技論文10篇,獲得以“挑戰杯”為主的科技競賽獎勵30余項。
五、結束語
東北石油大學機械設計制造及其自動化專業在CDIO工程教育改革實踐過程中不斷探索和總結,逐漸積累了一些工程教育改革的經驗,基本建立起CDIO工程教育的實施環境,為培養一批工程意識好,實際工作能力強的優秀學生奠定了良好的基礎。同時,我們也在實踐中漸進性地理解卓越工程師教育培養計劃的內涵,并逐步明確:CDIO工程教育與卓越工程師教育培養計劃的理念是一致的,卓越工程師教育培養計劃是宏觀指導方針,CDIO是具體實施模式和重要基礎。
[參考文獻]
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