機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)CDIO理念改革

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摘要：通過(guò)分析機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)教學(xué)中存在的問(wèn)題，提出基于cdio工程理念的機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)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(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力及增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

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

CDIO是2001年由美國(guó)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(kāi)發(fā)的一種全新工程教育理念和實(shí)施體系。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Implement）和運(yùn)作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程，是“基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)”和“做中學(xué)”原則的有機(jī)結(jié)合[1]。CDIO在培養(yǎng)學(xué)生的理論知識(shí)及協(xié)作能力的同時(shí)，還強(qiáng)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(guó)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(shí)際情況，探索工程教育理念的教學(xué)改革之路。

一、機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)教學(xué)存在的問(wèn)題

《機(jī)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(jì)性、實(shí)踐性等特點(diǎn)，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(jì)》是使學(xué)生獲得工程技術(shù)訓(xùn)練必不可少的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)際，提高機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)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(shí)，其重要性不言而喻。然而，由于課程設(shè)計(jì)長(zhǎng)期以來(lái)一成不變的設(shè)計(jì)方法和教學(xué)模式，給其教學(xué)帶來(lái)很多弊端[2]。首先是設(shè)計(jì)題目陳舊，設(shè)計(jì)方法呆板，缺乏創(chuàng)新思維的培養(yǎng)和工程實(shí)踐能力的訓(xùn)練；其次是設(shè)計(jì)內(nèi)容單一，缺乏整機(jī)設(shè)計(jì)理念和系統(tǒng)訓(xùn)練，沒(méi)有機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)選型設(shè)計(jì)，學(xué)生處于一種被動(dòng)及按部就班狀態(tài)，自主設(shè)計(jì)和發(fā)揮主觀能動(dòng)性的內(nèi)容少，無(wú)法激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，不利于對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)；再次是個(gè)體意識(shí)強(qiáng)烈，缺乏團(tuán)隊(duì)協(xié)作及溝通交流的能力。這樣培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生將難以適應(yīng)快速變化的社會(huì)需求[3]。因此，課程設(shè)計(jì)的教學(xué)改革勢(shì)在必行。每年我校都有機(jī)類和近機(jī)類約十八個(gè)班的學(xué)生接受機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，搞好機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)，不僅是對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的一次全面訓(xùn)練，而且對(duì)后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)乃至今后的工作都有重要影響。

二、機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革措施

（一）設(shè)計(jì)題目多樣化

課程設(shè)計(jì)的題目應(yīng)體現(xiàn)以學(xué)生為主的教育理念，針對(duì)學(xué)生的實(shí)際情況，改變以往課程設(shè)計(jì)題目單一的弊端，選擇合適的設(shè)計(jì)題目，因此，在選題上應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題[4]。一是課程設(shè)計(jì)題目應(yīng)滿足綜合性強(qiáng)、難度適中的要求，使學(xué)生能夠綜合運(yùn)用機(jī)械基礎(chǔ)課程所學(xué)理論知識(shí)，系統(tǒng)地完成一個(gè)大型機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)課題；二是題目來(lái)源的廣泛性，教師不斷從文獻(xiàn)資料、生產(chǎn)實(shí)際和科研工作中累積合適的題目，逐漸擴(kuò)大課程設(shè)計(jì)題目的類型和數(shù)量，形成一個(gè)基本的課程設(shè)計(jì)題庫(kù)，表l所示為我校近三年機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)選題。三是題目要有一定的創(chuàng)新性，鼓勵(lì)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(jì)方法和手段

傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)結(jié)果常常是學(xué)生上交一份圖紙和一份設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)出來(lái)的機(jī)器裝置或機(jī)構(gòu)是否可行不得而知，因此，影響了學(xué)生的設(shè)計(jì)積極性。在課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)中，引入機(jī)械專業(yè)常用的三維設(shè)計(jì)軟件Pro/E、UG、ADAMS等輔助設(shè)計(jì)功能和虛擬樣機(jī)技術(shù)。要求學(xué)生在計(jì)算機(jī)上制造出虛擬機(jī)械，并對(duì)此進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)分析，最大限度地減少設(shè)計(jì)失誤。從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化、抽象問(wèn)題直觀化，深化對(duì)工程實(shí)踐類問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生利用現(xiàn)代化手段進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。為學(xué)生設(shè)計(jì)的潛艇艙蓋開(kāi)啟機(jī)構(gòu)三維圖，潛艇的艙蓋開(kāi)啟機(jī)構(gòu)用于潛艇艙門(mén)的打開(kāi)和關(guān)閉。開(kāi)啟角度為0-90°，驅(qū)動(dòng)方式采用電機(jī)。艙蓋的開(kāi)啟速度較慢，設(shè)計(jì)中采用了蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)。圖2為潛器天線升降機(jī)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(shí)需要使用天線與陸上交換信號(hào)。天線的升降角度為0-90°，驅(qū)動(dòng)方式采用電機(jī)。天線的升降速度較慢，需采用減速機(jī)構(gòu)。潛艇的空間較小，要求所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)盡量緊湊，占據(jù)較小的空間位置。設(shè)計(jì)中學(xué)生采用了蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)輸出軸與天線轉(zhuǎn)軸間采用花鍵連接。設(shè)計(jì)結(jié)束后教師對(duì)優(yōu)秀的作品，組織申請(qǐng)專利，并推薦參加各種大學(xué)生競(jìng)賽，如全國(guó)大學(xué)生機(jī)械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)大賽、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽。

（三）改革課程設(shè)計(jì)的教學(xué)方式

首先是變集中時(shí)間式教學(xué)為先部分分散，然后集中式教學(xué)，與機(jī)械基礎(chǔ)理論教學(xué)環(huán)節(jié)有機(jī)融合起來(lái)，這樣學(xué)生不僅可以有充分的時(shí)間發(fā)揮創(chuàng)新性設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)的主動(dòng)性及積極性，同時(shí)指導(dǎo)教師通過(guò)監(jiān)督和指導(dǎo)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)不合理的設(shè)計(jì)，并督促學(xué)生改正，這使學(xué)生有充分的時(shí)間進(jìn)行思考及設(shè)計(jì)；其次是變單人一組的設(shè)計(jì)方式為多人一組的團(tuán)隊(duì)方式進(jìn)行，充分利用學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)。具體措施如下：（1）在機(jī)械基礎(chǔ)課程開(kāi)始時(shí)，就介紹課程設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容和設(shè)計(jì)要求，布置學(xué)生按自愿組合的方式組成設(shè)計(jì)小組，一般以3-5人為一組；（2）在機(jī)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(jī)器和同類機(jī)器的研究現(xiàn)狀和發(fā)展歷史，并以研究報(bào)告的形式成為機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的一部分內(nèi)容；（3）在機(jī)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(jì)與典型機(jī)構(gòu)的分析，方案設(shè)計(jì)階段以小組為單位，在分析機(jī)器的結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)方式、工作原理以及各部件的功能順序的基礎(chǔ)上，繪制機(jī)器運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，確定最佳設(shè)計(jì)方案；機(jī)構(gòu)的分析與綜合階段主要是從設(shè)計(jì)方案中選取最具代表性的機(jī)構(gòu)，進(jìn)行機(jī)構(gòu)的尺寸綜合、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析和力分析，制作機(jī)構(gòu)模型。最后是編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)，準(zhǔn)備答辯。

三、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)近兩年的課程設(shè)計(jì)改革探索，我們發(fā)現(xiàn)基于CDIO工程理念的機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)體系有明顯的優(yōu)勢(shì)，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(jì)興趣，構(gòu)建工科教育中被忽視的工程價(jià)值觀，而且能夠培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神?；贑DIO工程理念的機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)更加強(qiáng)調(diào)學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，它改變了以往理論與實(shí)踐相脫節(jié)的問(wèn)題，學(xué)生普遍反映課程設(shè)計(jì)效果有很大提高，特別是在學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力方面以及對(duì)機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)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(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國(guó)電力教育，2010（1）：139-140.

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

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[4]高志，等.“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”的探索與實(shí)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(jī)電學(xué)院