CDIO 工程教育模式下“机械设计课程设计” 教改的探讨.pdf

课程教材建设98中国电力教育2010年第19期总第170期知识经济对高等教育的基本要求是必须不断改革和创新，培养出适应知识经济需要、推动知识经济社会发展的人才。CDIO工程教育模式1是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO（Conceive构思Design设计Implement实现Operate运作）是以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，培养学生的四大能力（即工程基础知识、个人能力和人际团队能力和工程系统能力）。其愿望是培养有专业技能、有社会意识和有企业家敏锐性的工程师。这是能在越来越依赖于复杂技术系统的环境中保持高效、创新和卓越所必需的。南京工程学院（以下简称“我校”）作为教育部CDIO首批试点高校，在“机械设计课程设计”教学改革实践中，从本校实际出发，以CDIO工程教育模式为指导方向，改革了课程设计。一、传统教育模式下“机械设计课程设计”教学的不足对于“机械设计课程设计”，一直以来都是以二级圆柱齿轮减速器作为设计题目。减速器是一种比较典型的机械传动装置，包含了齿轮、轴、轴承、键、联轴器及箱体等大部分通用零件。应该承认，以减速器作为课程设计内容有一定道理，曾收到过较好教学效果。但是，随着课程体系的不断改革，老的设计手段和设计思想已经不能满足现代企业对工程技术人员的需求。首先，在课程设计的内容安排上，设计指导书详细讲解了减速器设计各个步骤，学生只要按部就班、照猫画虎即可。这种千篇一律的设计内容、过于程式化的设计方法，不能体现学生的个性，不利于发挥学生的特长，很容易使学生形成思维定式，制约了学生创造力的发挥。目前，减速器早已有系列标准，并由专业厂家生产。从这种意义上讲，减速器设计不仅根本谈不上创新，也不能算是真正意义上的设计，充其量是一个大作业罢了。以减速器为课程设计的内容，不利于培养学生的创造性思维，限制甚至扼杀了学生的创造性，不能适应当前素质教育的大形势。其次，课程设计的时间安排是在理论教学完成以后才统一布置题目，然后要求学生在两周的时间内完成设计。时间安排较为紧张，几乎每一届的学生都要加班加点，通宵达旦，很多问题都来不及思考就在匆忙中完成课程设计。在设计方法上又多采用传统二维方法设计图纸，难以全面地想象出减速器的三维实体机构，导致学生对自己设计的减速器结构似懂非，影响了设计质量。学生的创新思维没有得到发挥，更不用说创造性设计。再次，长期以来大部分院校都是单独进行“机械原理”和“机械设计”的课程设计，这样设置实践环节，虽然“机械原理”中的执行机构和“机械设计”中的零部件设计都得到了训练，但是两门课程没有建立必要的对接点，没有形成一个有机的整体。2它的最大弊端是学生学完机械基础系列课程后，缺乏对整体机械的认识和系统工程的认识以及对机器设计完整过程的掌握。二、CDIO工程教育模式下课程设计教改措施1.增加设计课题类型，树立统筹工程概念目前，“机械原理课程设计”和“机械设计课程设计”是各自独立、自成一体的，这就割裂了二者之间的有机联系。为了对学生进行系统训练，形成整机设计理念，我们将“机械原理课程设计”和“机械设计课程设计”结合起来进行，从产品设计的全过程出发，编排课程设计的内容做到课程设计的完整性、系统性和综合性。课程设计的选题应具有多样性、挑战性，以满足不同学生要求，使得设计由模仿型变为思考型。课程设计题目的搜集有多种途径，例如：结合教师的科研项目拟定合适的课程设计题目；建立学校与企业的合作关系，了解企业的需求，将企业一线急需解决的设计问题引入到课程设计中；从往届毕业设计的题目中截选出合适的传动装置设计部分作为题目；允许并鼓励学生根据经验和兴趣自己拟题；结合国家、省和市机械创新大赛主题寻找一些题目作为课程设计题目。在此类题目的课程设计中，由于有明确的目标学生投入精力很大，兴致也很高，课程设计效果较明显。CDIO工程教育模式下“机械设计课程设计”教改的探讨朱玉摘要：通过分析“机械设计课程设计”教学中存在的问题，阐述基于CDIO工程教育模式下的“机械设计课程设计”教学改革和实践，提出了该实践课程教学改革的具体措施，培养学生的综合实践和创新能力，从而构建了新的“机械设计课程设计”实践教学模式。关键词：机械设计课程设计；CDIO；教学改革作者简介：朱玉（1970-），男，安徽芜湖人，南京工程学院机械工程学院，副教授，工学硕士，主要研究方向：机械设计与机械系统仿真。（江苏南京211167）基金项目：本文系南京工程学院2009年教学改革项目“机械原理和设计课程设计教学改革”、南京工程学院高等教育研究基金项目（项目编号：GY200822）的研究成果。DOI编码：10.3969/j.issn.1007-0079.2010.19.043课程教材建设99中国电力教育2010年第19期总第170期2.“化整为零”法布置设计任务，培养学生独立思考的能力采用“化整为零”法的教学方式，解决设计内容多而时间紧的矛盾，推动课程设计改革。将课程设计贯穿到理论教学的整个过程，而不是等到理论教学完成后才统一布置题目，即将传统的集中式设计模式，变为先分散再集中设计模式，理论设计计算必须跟理论教学同步进行。学生在理论教学的同时，将以课外作业形式完成挠性传动、齿轮传动、键、轴、轴承等零件的设计或选用。这样，学生不仅可以有充分的时间发挥创新性设计和学习的主动性与积极。同时，指导老师通过监督和指导，能及时发现问题或不合理的设计，并督促学生及时改正，这有利于学生有充分时间进行思考、设计，也赢得更多时间开展下一阶段的工作。采用这种理论教学同时融合设计训练与设计专用周相结合的新组织形式，有效实现了实践教学与理论教学环节互相联系、互相呼应，可以真正实现课程有机统一。3.使用现代工程设计方法和手段，提高创新积极性3随着计算机科学技术的迅速发展，世界机械制造业已进入数字化设计、分析与制造的新时代，先进的三维及其制造方式正在全面展开。所以在“机械设计课程设计”中，将三维数字化设计代替传统的二维制图是课程改革的一个重点，并对二维设计的机械课程进行整体优化。现在领先的三维设计软件有Pro/E和UG等。现阶段许多学生选用传统二维设计软件AutoCAD绘制工程图，对于缺乏感性知识的学生来说有一定困难，有碍于学生设计能力和创新意识的培养。应当鼓励学生采用三维设计软件进行三维实体设计，使设计手段与现代企业要求接轨，完成零件与系统的设计，先建立三维模型，再形成二维投影，符合一般人的思维习惯，有利于学生创新形象思维。三维图形模型可直接调入有限元软件，进行CAE分析。这样可拓宽学生创造设计能力的培养，也是软件发展多样化的需要。4随着机械制造企业信息化工程的进展，广大工程技术人员使用计算机进行数据处理和设计计算工作，对机械设计制造中通用基础信息资源也提出了新的需求。在使用CAD/CAM/CAPP/CAE/PDM等软件工具进行产品设计制造过程中，经常涉及各种标准规范、常用基础数据、曲线图表等信息资源的查询和选用，也涉及常用机械零部件、标准件校核计算和设计分析等专业应用问题，设计手册的查询是设计时遇到的一件非常繁琐的事情。机械设计手册（软件版）正好弥补了这一不足，具有方便快捷的资料查询功能，提供机械设计所需要的常用资料、常用标准、材料、标准件、机械零件设计常用规范等，同时该软件将资料查询与设计计算有机结合在一起，提供了功能强大的计算机辅助机械设计计算功能，包括典型机械零件设计、常用传动设计及标准件选校核等，极大地缩短了设计中为查询资料、计算所耗费的时间，提高设计效率。学生应用该软件进行传动部件相关零件计算和数据查询所花时间只有以前的一半，不但可以留下更多时间去进行传动机构的三维造型，而且也通过传动部件设计实践，掌握了有别于手工计算、人查询手册的软件版手册用法，为今后更有效地工作，打下了坚实的基础。4.坚持并加强课程设计的总结和答辩，培养学生团队意识答辩是对学生设计成果的一种肯定，也是学生间、师生间相互交流的重要方式；是教师检查设计质量高低的有效手段，也是对暴露出来的共性问题进行的一次集中答疑。以往的答辩方式是单个学生逐一答辩，由于时间紧，提出问题的覆盖面小，难以真正反映学生对课程设计知识的掌握程度。采用分小组答辩的方式，学生之间可以通过相互的讨论，培养学生的团队精神，这样可以获得一次学习提高的机会，提高答辩效果。同时要重视课程设计总结。学生通过认真总结，剖析自己设计中的得失、成败，有助于进一步掌握设计方法和步骤，找出今后设计中应注意的问题。教师也要认真对整体设计情况有一个针对性的总结，指出设计的不足，要肯定成绩并给予鼓励。通过系统总结和答辩，可使学生进一步发现设计计算和设计中存在的问题，进一步搞清不甚理解的或未曾考虑到的问题，从而取得更大的收获，圆满地达到课程设计的目的与要求。三、结束语CDIO工程教育模式是能力本位的培养模式，是对传统教育模式的颠覆性改革。CDIO教育模式对教学效果的促进作用主要表现在以下五方面：第一，构建以培养学生具备在现代工程环境下赖以生存和成长的团队协作精神、交流沟通能力，对新产品、新流程、新系统的掌控意识和能力为核心的教学目标。第二，将教学内容与工程实践紧密联系在一起，顺应先进制造技术发展的需求，适应日益扩大的国际经济交流，以及日益增加的工程全球化竞争环境。第三，营造有利于创新人才培养的环境，激励学生的创新精神、创新能力，以满足社会对工程人才知识结构和素质能力的要求。第四，在理论课堂教学中强化实践教学，提高学生的工程意识和工程素养。以适应信息时代对工程技术人才的需求，适应21世纪人才培养模式的需求。第五，探索一个满足社会对机械类人才知识结构和素质能力需求的新的“机械设计课程设计”教学模式。不过，这种教育模式的实施，对教学环境，对教师的素质都提出了新的挑战。一是教师除了要系统地掌握“机械设计”课程的教学内容以及本专业其他课程外，还应该及时了解科技发展的最新动态，特别是机械行业的新发展、新变化、新的设计方法在本门学科上的应用，深入设计实践；二是课程教学改革是一个综合性的工作，一门课程的探索工作可以给其他课程启示，但是若要得到一个综合的教学效果，并且能够在学生身上长久体现则离不开整个教育环境，离不开其他专业课程的配合，应该在专业建设过程中不断融入CDIO思想，使中国的工科教育能够走在世界前列。参考文献：1CDIO在中国DB/OL.http:/www.chinacdio.cn/News.asp?typeID=36&parentID=29.2朱玉.CDIO工程理念在“机械原理课程设计”教学中的应用J.中国电力教育,2010,(1).3朱玉.“机械原理和设计”课程设计教学探索和实践J.南京工程学院学报(社会科学版),2007,(1).4谢俊,尹小琴,马履中.“机械原理及设计”课程设计创新能力的培养J.山东教育学院学报,2006,(4).（责任编辑：赵赟）