械設計課程設計_的改革探索_基于cdio教育理念

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

2、工程中常用傳動裝置中的二級減速器進行結(jié)構(gòu)設計，設計時學生對于減速后為之服務的執(zhí)行機構(gòu)情況也不太關心。兩門課程設計彼此獨立，機構(gòu)設計不考慮其結(jié)構(gòu)，而零部件結(jié)構(gòu)設計又沒有和機構(gòu)設計聯(lián)系起來，不利于對學生綜合機械設計能力和創(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)新設計為根本，以提高和優(yōu)化學生的知識、能力及素質(zhì)，特別是綜合設計能力與創(chuàng)新思維能力為目的，對機械原理與機械設計課程設計實踐教學環(huán)節(jié)進行綜合改革與實踐：統(tǒng)一機械原理和機

3、械設計課程設計的設計題目，并分別在各自授課學期進行設計，但兩門課程設計的內(nèi)容相互聯(lián)系、相互影響，成為一個較完整、較系統(tǒng)的綜合型設計，使之更接近工程實際，力求突出對學生工程職業(yè)素質(zhì)與團隊協(xié)作精神、綜合實踐能力和創(chuàng)新設計能力的培養(yǎng)。一、課程設計綜合改革的措施CDIO（Conceive，Design，ImplementOperate，即構(gòu)思、設計、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，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方

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

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

6、置中的減速器。設計課題雖說具有很強的代表性，也綜合了各自課程的主要內(nèi)容，應該說對于鞏固學生所學知識，加深對“機械原理”和“機械設計”課程中所學知識的理解都很有必要，但缺少對學生綜合能力進行培養(yǎng)的環(huán)節(jié)，與CDIO工程教育理念相距甚遠，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，將機械原理課程設計和機械設計課程設計結(jié)合起來，以綜合性的工程設計題目為主線，使其完整地、有銜接地貫穿于機械原理和機械設計的整個教學過程，使學生系統(tǒng)

7、地得到構(gòu)思、設計、實現(xiàn)和運作（CDIO）的整體訓練，從而提高學生對理論知識的應用能力和實踐動手能力，調(diào)動學生學習的主動性和學習興趣。為此，綜合性課程設計題目的選擇應遵循一下基本原則：設計題目所涉及的機構(gòu)應覆蓋機械原理課程中所學的主要機構(gòu)，如連桿機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu)等；設計題目所涉及的傳動方式應是機械設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；設計題目應具有多樣性、挑戰(zhàn)性，以滿足不同學生要求，使得設計由模仿型變?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重點的一些有生產(chǎn)實踐背景的設計題目，如麥秸打包機“機械原理與機械設計課程設計”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“機械原理與機械設計課程設計”實踐課程教學改革的具體措施：統(tǒng)一機械原理和機械設計課程設計的題目，分別在各自授課學期進行設計，但兩門課程設計相互聯(lián)系、相互影響，成為一個較完

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

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

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

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

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

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

15、動方案，在理論教學過程中，以課外作業(yè)形式要求學生完成撓性傳動、齒輪傳動、鍵、軸、軸承等零件的設計計算和選用；在“機械設計”課程教學結(jié)束后的集中設計階段，學生利用所學的零件設計的相關知識，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。傳動方案確定后，即進行傳動裝置的設計計算，零件的結(jié)構(gòu)設計和強度校核，然后繪制裝配圖和零件圖，編寫此階段的設計說明書，準備答辯。3.課程設計評價、考核方式的改革基于CDIO模式下的“機械原理與機械設計課

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

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

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

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