機械基礎(chǔ)課程設(shè)計CDIO理念改革

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摘要：通過分析機械基礎(chǔ)課程設(shè)計教學(xué)中存在的問題，提出基于cdio工程理念的機械基礎(chǔ)課程設(shè)計教學(xué)改革的具體措施，以培養(yǎng)學(xué)生工程職業(yè)素質(zhì)和團隊協(xié)作精神，鍛煉學(xué)生的動手能力及增強學(xué)生的創(chuàng)新意識。

關(guān)鍵詞：機械基礎(chǔ)課程設(shè)計；CDIO工程理念；教學(xué)改革

CDIO是2001年由美國麻省理工學(xué)院聯(lián)合瑞典的查爾姆斯技術(shù)大學(xué)、林克平大學(xué)以及皇家技術(shù)學(xué)院等高校，共同開發(fā)的一種全新工程教育理念和實施體系。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實施（Implement）和運作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程，是“基于項目學(xué)習(xí)”和“做中學(xué)”原則的有機結(jié)合[1]。CDIO在培養(yǎng)學(xué)生的理論知識及協(xié)作能力的同時，還強調(diào)專業(yè)技能、大系統(tǒng)掌控等一系列能力的培養(yǎng)。目前國內(nèi)許多高校都在研究CDIO的先進(jìn)工程理念，并根據(jù)各自學(xué)校的實際情況，探索工程教育理念的教學(xué)改革之路。

一、機械基礎(chǔ)課程設(shè)計教學(xué)存在的問題

《機械基礎(chǔ)》是工科類專業(yè)的主干課程和重要必修課程，具有基礎(chǔ)性、設(shè)計性、實踐性等特點，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維的主要課程。而其《課程設(shè)計》是使學(xué)生獲得工程技術(shù)訓(xùn)練必不可少的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)學(xué)生的理論聯(lián)系實際，提高機械系統(tǒng)方案設(shè)計以及創(chuàng)新構(gòu)思能力和分析能力等方面起著非常重要的作用。本課程是學(xué)生首次接觸的專業(yè)基礎(chǔ)知識，其重要性不言而喻。然而，由于課程設(shè)計長期以來一成不變的設(shè)計方法和教學(xué)模式，給其教學(xué)帶來很多弊端[2]。首先是設(shè)計題目陳舊，設(shè)計方法呆板，缺乏創(chuàng)新思維的培養(yǎng)和工程實踐能力的訓(xùn)練；其次是設(shè)計內(nèi)容單一，缺乏整機設(shè)計理念和系統(tǒng)訓(xùn)練，沒有機械系統(tǒng)方案設(shè)計的機構(gòu)選型設(shè)計，學(xué)生處于一種被動及按部就班狀態(tài)，自主設(shè)計和發(fā)揮主觀能動性的內(nèi)容少，無法激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，不利于對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)；再次是個體意識強烈，缺乏團隊協(xié)作及溝通交流的能力。這樣培養(yǎng)出來的學(xué)生將難以適應(yīng)快速變化的社會需求[3]。因此，課程設(shè)計的教學(xué)改革勢在必行。每年我校都有機類和近機類約十八個班的學(xué)生接受機械基礎(chǔ)課程設(shè)計的訓(xùn)練，搞好機械基礎(chǔ)課程設(shè)計，不僅是對學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的一次全面訓(xùn)練，而且對后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計乃至今后的工作都有重要影響。

二、機械基礎(chǔ)課程設(shè)計教學(xué)改革措施

（一）設(shè)計題目多樣化

課程設(shè)計的題目應(yīng)體現(xiàn)以學(xué)生為主的教育理念，針對學(xué)生的實際情況，改變以往課程設(shè)計題目單一的弊端，選擇合適的設(shè)計題目，因此，在選題上應(yīng)注意以下幾個問題[4]。一是課程設(shè)計題目應(yīng)滿足綜合性強、難度適中的要求，使學(xué)生能夠綜合運用機械基礎(chǔ)課程所學(xué)理論知識，系統(tǒng)地完成一個大型機構(gòu)設(shè)計課題；二是題目來源的廣泛性，教師不斷從文獻(xiàn)資料、生產(chǎn)實際和科研工作中累積合適的題目，逐漸擴大課程設(shè)計題目的類型和數(shù)量，形成一個基本的課程設(shè)計題庫，表l所示為我校近三年機械基礎(chǔ)課程設(shè)計選題。三是題目要有一定的創(chuàng)新性，鼓勵學(xué)生根據(jù)自己的興趣進(jìn)行選題，興趣是學(xué)習(xí)最好的老師。

（二）采用先進(jìn)工程設(shè)計方法和手段

傳統(tǒng)課程設(shè)計結(jié)果常常是學(xué)生上交一份圖紙和一份設(shè)計說明書，學(xué)生對設(shè)計出來的機器裝置或機構(gòu)是否可行不得而知，因此，影響了學(xué)生的設(shè)計積極性。在課程設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)中，引入機械專業(yè)常用的三維設(shè)計軟件Pro/E、UG、ADAMS等輔助設(shè)計功能和虛擬樣機技術(shù)。要求學(xué)生在計算機上制造出虛擬機械，并對此進(jìn)行運動和動力學(xué)分析，最大限度地減少設(shè)計失誤。從而實現(xiàn)復(fù)雜問題簡單化、抽象問題直觀化，深化對工程實踐類問題的認(rèn)識，增強學(xué)生利用現(xiàn)代化手段進(jìn)行機械創(chuàng)新設(shè)計的能力。為學(xué)生設(shè)計的潛艇艙蓋開啟機構(gòu)三維圖，潛艇的艙蓋開啟機構(gòu)用于潛艇艙門的打開和關(guān)閉。開啟角度為0-90°，驅(qū)動方式采用電機。艙蓋的開啟速度較慢，設(shè)計中采用了蝸輪蝸桿減速機構(gòu)。圖2為潛器天線升降機構(gòu)三維圖，潛艇在水下航行依靠水聲導(dǎo)航，但在近水面航行時需要使用天線與陸上交換信號。天線的升降角度為0-90°，驅(qū)動方式采用電機。天線的升降速度較慢，需采用減速機構(gòu)。潛艇的空間較小，要求所設(shè)計的機構(gòu)盡量緊湊，占據(jù)較小的空間位置。設(shè)計中學(xué)生采用了蝸輪蝸桿減速機構(gòu)，該機構(gòu)輸出軸與天線轉(zhuǎn)軸間采用花鍵連接。設(shè)計結(jié)束后教師對優(yōu)秀的作品，組織申請專利，并推薦參加各種大學(xué)生競賽，如全國大學(xué)生機械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計大賽、機械創(chuàng)新設(shè)計大賽。

（三）改革課程設(shè)計的教學(xué)方式

首先是變集中時間式教學(xué)為先部分分散，然后集中式教學(xué)，與機械基礎(chǔ)理論教學(xué)環(huán)節(jié)有機融合起來，這樣學(xué)生不僅可以有充分的時間發(fā)揮創(chuàng)新性設(shè)計和學(xué)習(xí)的主動性及積極性，同時指導(dǎo)教師通過監(jiān)督和指導(dǎo)，能及時發(fā)現(xiàn)不合理的設(shè)計，并督促學(xué)生改正，這使學(xué)生有充分的時間進(jìn)行思考及設(shè)計；其次是變單人一組的設(shè)計方式為多人一組的團隊方式進(jìn)行，充分利用學(xué)生的團隊協(xié)作精神，培養(yǎng)學(xué)生的團隊意識。具體措施如下：（1）在機械基礎(chǔ)課程開始時，就介紹課程設(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設(shè)計小組，一般以3-5人為一組；（2）在機械基礎(chǔ)課程教學(xué)的中期，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基礎(chǔ)課程設(shè)計設(shè)計說明書的一部分內(nèi)容；（3）在機械基礎(chǔ)課程教學(xué)結(jié)束后，組織學(xué)生參觀討論，進(jìn)行方案設(shè)計與典型機構(gòu)的分析，方案設(shè)計階段以小組為單位，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(chǔ)上，繪制機器運動簡圖，確定最佳設(shè)計方案；機構(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性的機構(gòu)，進(jìn)行機構(gòu)的尺寸綜合、機構(gòu)運動分析和力分析，制作機構(gòu)模型。最后是編寫設(shè)計計算說明書，準(zhǔn)備答辯。

三、結(jié)束語

通過近兩年的課程設(shè)計改革探索，我們發(fā)現(xiàn)基于CDIO工程理念的機械基礎(chǔ)課程設(shè)計體系有明顯的優(yōu)勢，不僅能夠改變學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，激發(fā)學(xué)生的工程設(shè)計興趣，構(gòu)建工科教育中被忽視的工程價值觀，而且能夠培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作精神?；贑DIO工程理念的機械基礎(chǔ)課程設(shè)計更加強調(diào)學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，它改變了以往理論與實踐相脫節(jié)的問題，學(xué)生普遍反映課程設(shè)計效果有很大提高，特別是在學(xué)生獨立分析問題、解決問題的能力方面以及對機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計能力等方面均有所提高。

參考文獻(xiàn)

[1]朱玉.CDIO工程理念在“機械原理課程設(shè)計”教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國電力教育，2010（1）：139-140.

[2]宜亞麗.機械原理課程設(shè)計教學(xué)改革的探索[J].太原理工大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2008（6）：51-53.

[3]王硯軍，等.“機械原理與機械設(shè)計”課程設(shè)計的改革探索[J].中國電力教育，2011（23）：95-96.

[4]高志，等.“機械原理課程設(shè)計”的探索與實踐[J].教育教學(xué)論壇，2015（2）：127-128.

作者：楊恩霞 孔凡凱 劉賀平 龐永剛 應(yīng)麗霞 單位：哈爾濱工程大學(xué)機電學(xué)院