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摘 要：“机械设计”课程设计是机械设计课程学习的一个重要环节.结合“卓越工程师培养计划”的基本要求,针对“机械设计”课程设计中存在的问题,提出了课程设计改革的思路,确立了以培养工程师为目标的课程设计改革思想,对于提升学生的工程实践认识,培养学生的工程素质和工程实践能力有一定的意义.
关 键 词：卓越工程师；机械设计；课程设计改革
作者简介：吴雪峰（1980-）,男,吉林省吉林市人,河南理工大学机械与动力工程学院,讲师；薛铜龙（1965-）,男,河南焦作人,河南理工大学机械与动力工程学院,副教授.（河南焦作454000）
基金项目：本文系河南省教育教改项目“卓越计划培养模式下机械类专业基础课教学的改革”（项目编号：2012SJGLX127）的研究成果.
中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）13-0107-02
一、针对“卓越工程师计划”提出人才培养的方向
卓越工程师教育培养计划（以下简称卓越计划）是为贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》而组织实施的一个重大高等教育项目计划.卓越计划更加突出了大学为社会培养应用型人才的职能,对于全方位推动高等教育改革,以及更加合理地优化高校大学生的培养结构及人才培养质量,具有十分重要的引导作用.因此高等院校在人才培养上注重基础理论的同时更要加强学生的专业知识,培养学生分析、表述和解决工程问题能力,向培养出具有较强的自学能力、创新意识、实践能力、组织协调能力的高级专业人才的方向发展.[1]
在中国从制造大国向制造强国转型的关键时期,机械类卓越工程师的培养无疑可为这一转型提供人才基础及人才队伍保障,工科院校创建以培养机械类卓越工程师为导向的教育模式,更加强化了学生的服务企业的工程意识及工程素质.高等院校作为工程教育的高地,大力发展教学模式和方法改革是创新工程人才培养、主动服务国家战略和行业发展的根本需求.在本科阶段的实践教学环节中,课程设计作为课堂教学内容的拓展应用,最能体现出学生的实践动手能力,也是“卓越计划”中培养学生工程技术素质的重要一环.
二、机械设计课程设计教学中存在的问题
“机械设计”这门课程对学生学习相关机械技术和机械类专业课程起着承上启下的重要作用,具有较强的理论性和实用性,课程知识繁杂,理论抽象复杂.传统的教学模式往往是言者谆谆、听者藐藐,即便经过实践教学环节的学习,所培养的学生也只能是工程师的“毛坯”,而非掌握最新工程知识技术、勇于创新、适应现代工程环境的卓越工程师.因此,实行机械专业基础教学改革和探索是推动卓越计划实施的有力驱动.机械设计这门课程有两个极其重要的教学环节,一个是理论教学,另一个就是课程设计.
在经过理论教学后所进行的课程设计是一个极其重要的实践性教学环节,也是一次较全面的设计能力训练,既有很强的理论性,又有较强的实践性.[2]对于没有实践经验、前期力学基础知识薄弱的学生来说,极易感觉学习内容枯燥乏味且不易理解,学习理论课之后再更行课程设计往往效果不佳.
目前大部分工科院校对机械设计课程设计的选题通常是进行各类减速器的设计.如何完成课程设计的全部训练目标,使学生利用已经学到的理论和生产实践知识,分析和解决机械设计问题,已经成为创新机械设计课程设计要解决的首要问题.总的来看,机械设计课程设计存在如下几个问题.
1.设计题目单一,缺少对学生创新性、综合能力的培养
选题通常是进行各类减速器的设计.一方面有的学生书中课后习题可以完成得非常正确,但遇到课程设计中的问题或者略为接近工程一点的问题就束手无策；另一方面从学生设计过程及结果来看,有的学生直接从网上下载减速器的图纸,或者经过几届学生的设计,低年级的学生也可以从高年级的同学获得设计图纸,因此设计方案与结果雷同度高,学生基本设计能力无法得到提高,很难培养出严谨的工程设计态度.[3]
2.课程设计与工程实践脱离严重
由于高等教育的普及,各高校都在教学师资、教学基础设施等方面投入大量的人力物力,课堂教学是教育最直接的体现,各高校在理论教学方面都尽力做到配置合理,但学生的课外教学活动却难以保证.课程设计作为实践教学的一个必需环节,多数院校均以减速器为设计实例,但由于缺乏直观、典型和系统的实际应用案例剖析和拓展,很多学生对减速器整体结构和各零部件的功用及特点了解不足,设计流于形式,且设计过程监管不足,设计质量难以保证.学生在学习机械设计设计理论课过程中,没有接触到工程实践现场,对于工程设计原理只能从习题中去体会,出现学了就忘的现象,学习间隔时间长,前后知识孤立,致使在课程设计中没有总体框架的认识,无法活学活用进行创新设计.由于应用场合和知识联系不紧密,致使学生在学习中感到规律很难掌握,无法想象完整的情景,无法准确地弄清过程,造成了理论与实践的明显脱节.
3.缺少对学生创新能力与团队合作能力等方面的培养
在课程设计期间,学生的主要任务是进行各类零件的计算校核,以及绘制减速器的装配图及零件图.虽然有时几个学生做一个题目,但通常是一个学生要进行整个过程的设计计算,工作量大,无法体现出团队合作能力.在整个机械设计课程设计过程中,指导教师布置任务后,学生按照统一模式闷头做,进行齿轮、轴的设计计算,箱体的计算,最后提交设计图纸与设计任务书.这种模式不能调动学生的主观能动性,不利于学生主动思考问题,更不利于锻炼学生对实际问题的分析能力,与卓越工程师的培养目标相悖.
三、机械设计课程课程设计改革措施
“卓越计划”以提升高等学校学科研究水平、提高科技创新能力和培养应用型人才为重点,努力打造一支适应经济社会发展的实用性工程技术人才.针对目前机械设计课程设计中存在的问题,按照“卓越计划”的培养目标,提出以下几点改革措施.1.改革选题
课程设计体现以人为本、以学生为主的理念,改革原来由指导教师统一布置设计课题的做法.在确定设计课题时,教师仅讲明教学基本要求,而由学生个人或组成小组结合学习生活中所遇到的问题,或是从工程实际中广泛搜集合适的课题,自主拟定设计课题,指导教师仅在课题的可行性方面予以把关.比如选择外墙清洁车、自动压面机等题目,不仅扩大了题目的数量和类型,如表1,而且学生觉得既有趣又不陌生,从而提高学习的兴趣,也给学生以充分的想象和发挥的空间,使他们学会独立思考、积极创新.
表1机械综合课程设计题目
编号设计题目
1电动磨刀机
2自动拖把清洗机
3多功能手杖
4人工甩干机
5自动制钉机
6一次性手套加工机
7面点切片机
8一次性塑料杯加工机
9剥豆机
10自动打印机
2.开发综合课程设计
将企业工程师进行项目进展及规划的方法适当引入到课程设计,将机械设计课程设计内容根据其特点形成几个项目模块,例如：总体方案设计模块、结构设计模块、运动分析与仿真模块等,每个项目模块除涵盖机械设计的教学内容之外,还涉及到了学生已经学过的机械原理的部分教学内容.虽然学生的设计工作量有所增加,但通过将前期学生进行的机械原理课程设计与机械设计课程设计联系起来,可实现有效的衔接,而对于不同模块的任务分配也加强了学生的合作能力.通过开发出综合机械原理与机械设计两门课程的设计题目,不仅使学生扎实掌握机械设计的基本理论,而且使学生体会到机械类基础课程内容的整体性.
3.引入计算机辅助软件进行设计
在机械设计课程设计中,作为减速器这样的题目通常是要求学生完成减速器装配图以及零件图的绘制.并不是按照生成三维结构模型再进行图纸绘制的顺序来完成设计工作,这与企业的机械设计工程师设计过程并不一致.为了培养学生初步具有一定的工程素养及认识,可安排学生先做模型再出图纸.由于学生在大一学习机械制图时已经接触到三维绘制软件,这种设计模式也巩固和加强了学生的绘图能力,充分发挥出学生潜在的学习动力,使课程设计真正成为培养学生工程能力的重要环节.
4.课程设计与实习活动联系
理论教师命题是目前课程设计采用的方式,而题目经常是虚拟,学生在设计时很难体会到参与工程项目的感觉.[4]例如在布置减速器设计任务时,可以将课堂设置在学校的工程训练中心或实验室,采用现场教学方法,通过让学生亲自动手装拆不同形式的减速器箱体实物,直观地观察减速器箱体的结构特点,对减速器的结构设计可以起到事半功倍的作用.为了提高学生的设计积极性,还可以将实践环节中生产实习、认知实习与课程设计连接起来,在各类实习当中,学生主要以参观为主,在实习结束后提交实习报告便完成了实习过程.如果能够邀请企业的工程技术人员引导学生发现现场的问题或者根据实习中的典型机械进行设计,一方面使学生接触到工程实物,实时实地学习,另一方面工程师的参与使学生与最新设计理念接轨,并且能够明确结构分析与运动分析的重要性.
四、结语
本文对目前机械设计课程设计存在的问题进行了分析,并提出切实可行的改进措施,通过引入项目模块设计过程、更新设计题目、改变绘图过程、将实习与课程设计相联系等一些列改革方案,增强了课程设计的实践性和实用性,充分调动了学生学习的积极性和主动性,培养了学生动手能力、分析和解决工程实践问题的能力,为学生今后的实习与工作奠定良好的基础.