機械設(shè)計專業(yè)基于CDIO教學(xué)理念的項目式教學(xué)體系改革

汪飛雪等

摘要：以國際先進的CDIO工程教育理念為指導(dǎo)，結(jié)合機械設(shè)計專業(yè)的特點，考慮課程的銜接關(guān)系，完成了以項目實施為主線的課程體系改革工作。以培養(yǎng)學(xué)生為本、以提高教師的責(zé)任意識和師德意識為核心、以教學(xué)改革立項為依托，完成了三級項目[CD*4/5]二級項目[CD*4/5]一級項目的全面實施，取得了可喜成果。

關(guān)鍵詞：CDIO；課程體系；機械設(shè)計；項目式

中圖分類號：G642.0文獻標(biāo)識碼：A文章編號：10054634（2015）05008705

0引言

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO（ConceiveDesignImplementOperate）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、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程1，2：。2005年起，我國開展了CDIO工程教育模式改革的研究和實踐35：。燕山大學(xué)是國內(nèi)首批加入CDIO教育改革的高等院校之一，并作為機械專業(yè)類小組召集單位于2007年即開始實施基于CDIO模式的教育教學(xué)改革。目前，機械設(shè)計專業(yè)已完成了基于“CDIO”理念的教改方案建設(shè)，實施了部分教改立項，完成了專業(yè)課程體系的構(gòu)建，設(shè)立了形式多樣的實物項目，全面培養(yǎng)了學(xué)生的各項能力，取得了良好的教學(xué)效果。

1課程體系的構(gòu)建

機械設(shè)計專業(yè)的特點是寬口徑，不像其他產(chǎn)品專業(yè)具有非常明顯的研究對象，就業(yè)面也很寬泛。為此，筆者設(shè)置的專業(yè)課程主要包括4方面的內(nèi)容：（1）設(shè)計類課程：機械設(shè)計學(xué)，機械系統(tǒng)設(shè)計，掌握各種典型機械系統(tǒng)的設(shè)計；（2）制造類課程：機械制造工程學(xué)，完成典型零件的設(shè)計加工；（3）分析類課程，包括彈性力學(xué)、機械系統(tǒng)動力學(xué)，完成機械設(shè)備靜力學(xué)和動力學(xué)分析；（4）計算機類課程，計算機輔助設(shè)計、現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)，完成三維模型建模，有限元仿真研究?；诖耍谡n程學(xué)習(xí)過程中，以5～10人為一組，二學(xué)期為一周期，進行項目式培養(yǎng)。通過典型設(shè)備設(shè)計、制造、加工等，掌握現(xiàn)代設(shè)計理念和設(shè)計方法，讓學(xué)生了解現(xiàn)代設(shè)計理論與方法的基本原理和主要內(nèi)容，培養(yǎng)二維、特別是三維設(shè)計能力，掌握機械優(yōu)化設(shè)計和有限元分析方法，能夠?qū)σ话汶y度的機械設(shè)計問題進行優(yōu)化建模并能夠利用MATLAB進行優(yōu)化求解；能夠?qū)τ跈C械設(shè)計中的結(jié)構(gòu)強度問題、結(jié)構(gòu)動力問題進行建模并能夠利用商用有限元軟件進行求解。圖1所示為課程體系改革拓?fù)鋱D。每門課程都開設(shè)有三級項目，在此基礎(chǔ)上完成機械系統(tǒng)設(shè)計及制造二級項目，該項目完成設(shè)計、制造、分析優(yōu)化等環(huán)節(jié)，最后一學(xué)期完成畢業(yè)設(shè)計一級項目。所有項目設(shè)置根據(jù)實際情況可做調(diào)整，圖2所示為課程體系項目設(shè)置。

2改革建設(shè)與成效

2.1三級項目

三級項目是跟隨本門課程設(shè)置的小型設(shè)計性項目。以機械設(shè)計學(xué)課程為例，該課程的教學(xué)目標(biāo)是“使學(xué)生初步具備提出創(chuàng)新構(gòu)思并將其盡快轉(zhuǎn)化為有競爭力產(chǎn)品的能力”，教學(xué)主線是“產(chǎn)品功能原理設(shè)計—實用設(shè)計—商品化設(shè)計”，教學(xué)內(nèi)容覆蓋了產(chǎn)品設(shè)計的整個流程，但是由于機械設(shè)計學(xué)課程研究的是機械產(chǎn)品設(shè)計的共性問題，學(xué)生沒有經(jīng)過系統(tǒng)的機械產(chǎn)品設(shè)計訓(xùn)練，很難理解所講授的知識內(nèi)容，因而需要對教學(xué)方法進行更新、改進。為此，實施了仿生機械產(chǎn)品設(shè)計與實踐的教改項目，將課程教學(xué)內(nèi)容與項目式教學(xué)相結(jié)合，并交叉進行，讓學(xué)生即學(xué)即用、學(xué)以致用，通過實際項目的設(shè)計，強化對所學(xué)內(nèi)容的理解和掌握，有效促進機械產(chǎn)品設(shè)計與實踐項目的實施，提高機械產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)能力。在教改過程中，培養(yǎng)了學(xué)生多種能力：設(shè)計能力（功能原理設(shè)計，結(jié)構(gòu)方案設(shè)計）；計算能力（力能參數(shù)計算、運動學(xué)、動力學(xué)分析）；創(chuàng)新能力；軟件應(yīng)用能力（數(shù)學(xué)建模、仿真分析）；動手能力（加工、安裝、調(diào)試）；團隊協(xié)作能力。項目的執(zhí)行結(jié)合科技競賽，很好的激發(fā)學(xué)生的參與積極性，共獲得全國機械數(shù)字化工程設(shè)計競賽一等獎1項，二等獎1項，三等獎4項，學(xué)生自主申報專利1項。圖3所示為項目的實施過程，項目實施采用全過程追蹤，包括項目申報、討論、指導(dǎo)、匯報與驗收等環(huán)節(jié)。圖4所示為項目加工過程，圖5為項目成果，該項目學(xué)生完成仿生機械產(chǎn)品10套。

2.2二級項目

二級項目是單獨設(shè)課的綜合性設(shè)計項目，機設(shè)專業(yè)主要是開設(shè)機械系統(tǒng)設(shè)計及制造二級項目，該課程涉及機械設(shè)計學(xué)、機械系統(tǒng)設(shè)計、機械制造工程學(xué)、計算機輔助設(shè)計與現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)等多門課程的有機融合。一般而言，三級項目的設(shè)置是小型設(shè)備的設(shè)計、計算、分析、制造，而在二級項目的設(shè)置中，根據(jù)燕山大學(xué)重型機械的特色，學(xué)生研究大型設(shè)備的整體方案、結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算分析等。圖6所示為課程設(shè)計總體思路及完成目標(biāo)，圖7為項目實施成果，包括大型設(shè)備的二維三維設(shè)計、主參數(shù)計算、典型工藝卡編制、靜力學(xué)和動力學(xué)分析等。

2.3一級項目

一級項目是融合學(xué)生四年所學(xué)基礎(chǔ)知識與專業(yè)知識設(shè)置的大型綜合性項目。2014年，機械設(shè)計專業(yè)方向試點進行了畢業(yè)設(shè)計一級項目改革，以校企合作項目為背景，完成了“4層9車位升降橫移立體車庫”1∶24模型的研制，旨在培養(yǎng)學(xué)生運用理論知識與工程實際相結(jié)合的能力，設(shè)置了方案論證、可行性分析、零部件采購加工節(jié)、電控程序編制、集成裝配等環(huán)節(jié)。方案論證環(huán)節(jié)采取現(xiàn)場答辯形式，充分調(diào)動學(xué)生的主動性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識；可行性分析環(huán)節(jié)增加了產(chǎn)品的預(yù)算評估，增強學(xué)生的成本控制意識；零部件采購加工環(huán)節(jié)由學(xué)生獨立完成，使學(xué)生了解整個產(chǎn)品加工制造的全過程。做為機械類學(xué)生，電氣控制是項目實施過程中的難點，學(xué)生不僅要熟悉CPU、PLC、I/O模塊、觸摸屏、行程開關(guān)等電子元器件的使用方法，短時間內(nèi)還要自行編制控制程序和操控界面，這一環(huán)節(jié)在拓展學(xué)生知識面的同時進一步提高了學(xué)生的自學(xué)能力。集成裝配環(huán)節(jié)主要鍛煉學(xué)生的動手能力，同時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的不足之處，進而完善以培養(yǎng)學(xué)生獨立解決問題的能力。圖8為畢業(yè)設(shè)計一級項目實施過程，圖9為項目成果。

3結(jié)束語

多年來，燕山大學(xué)機械設(shè)計專業(yè)一直以培養(yǎng)適應(yīng)社會需求的創(chuàng)新型、復(fù)合型、應(yīng)用型人才為目標(biāo)，探索教學(xué)模式改革并取得了顯著成效。借鑒國際先進的CDIO工程教育模式，以教學(xué)改革立項為依托，以項目式的教學(xué)改革為切入點，對教學(xué)內(nèi)容進行了調(diào)整和融合，構(gòu)建起了專業(yè)主干課程三級項目[CD*4/5]二級項目[CD*4/5]級項目相結(jié)合的項目式教學(xué)體系。該體系以機械產(chǎn)品設(shè)計流程為向?qū)?，以學(xué)生興趣為驅(qū)動，學(xué)中做，做中學(xué)，提高了學(xué)習(xí)效果；各級項目設(shè)置多樣化、自主化，考慮個性，兼顧共性；實施過程中將功能原理設(shè)計[CD*4/5]實用化設(shè)計[CD*4/5]商品化設(shè)計[CD*4/5]產(chǎn)品制造調(diào)試相結(jié)合，綜合培訓(xùn)學(xué)生設(shè)計能力與工程素養(yǎng)，受到廣大師生的好評。[FL）]

參考文獻

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