汪飛雪等

摘要：以國際先進的CDIO工程教育理念為指導，結合機械設計專業(yè)的特點，考慮課程的銜接關系，完成了以項目實施為主線的課程體系改革工作。以培養(yǎng)學生為本、以提高教師的責任意識和師德意識為核心、以教學改革立項為依托，完成了三級項目[CD*4/5]二級項目[CD*4/5]一級項目的全面實施，取得了可喜成果。

關鍵詞：CDIO；課程體系；機械設計；項目式

中圖分類號：G642.0文獻標識碼：A文章編號：10054634（2015）05008705

0引言

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO（ConceiveDesignImplementOperate）以產品研發(fā)到產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)系的方式學習工程1，2：。2005年起，我國開展了CDIO工程教育模式改革的研究和實踐35：。燕山大學是國內首批加入CDIO教育改革的高等院校之一，并作為機械專業(yè)類小組召集單位于2007年即開始實施基于CDIO模式的教育教學改革。目前，機械設計專業(yè)已完成了基于“CDIO”理念的教改方案建設，實施了部分教改立項，完成了專業(yè)課程體系的構建，設立了形式多樣的實物項目，全面培養(yǎng)了學生的各項能力，取得了良好的教學效果。

1課程體系的構建

機械設計專業(yè)的特點是寬口徑，不像其他產品專業(yè)具有非常明顯的研究對象，就業(yè)面也很寬泛。為此，筆者設置的專業(yè)課程主要包括4方面的內容：（1）設計類課程：機械設計學，機械系統(tǒng)設計，掌握各種典型機械系統(tǒng)的設計；（2）制造類課程：機械制造工程學，完成典型零件的設計加工；（3）分析類課程，包括彈性力學、機械系統(tǒng)動力學，完成機械設備靜力學和動力學分析；（4）計算機類課程，計算機輔助設計、現(xiàn)代設計技術，完成三維模型建模，有限元仿真研究?；诖耍谡n程學習過程中，以5～10人為一組，二學期為一周期，進行項目式培養(yǎng)。通過典型設備設計、制造、加工等，掌握現(xiàn)代設計理念和設計方法，讓學生了解現(xiàn)代設計理論與方法的基本原理和主要內容，培養(yǎng)二維、特別是三維設計能力，掌握機械優(yōu)化設計和有限元分析方法，能夠對一般難度的機械設計問題進行優(yōu)化建模并能夠利用MATLAB進行優(yōu)化求解；能夠對于機械設計中的結構強度問題、結構動力問題進行建模并能夠利用商用有限元軟件進行求解。圖1所示為課程體系改革拓撲圖。每門課程都開設有三級項目，在此基礎上完成機械系統(tǒng)設計及制造二級項目，該項目完成設計、制造、分析優(yōu)化等環(huán)節(jié)，最后一學期完成畢業(yè)設計一級項目。所有項目設置根據(jù)實際情況可做調整，圖2所示為課程體系項目設置。

2改革建設與成效

2.1三級項目

三級項目是跟隨本門課程設置的小型設計性項目。以機械設計學課程為例，該課程的教學目標是“使學生初步具備提出創(chuàng)新構思并將其盡快轉化為有競爭力產品的能力”，教學主線是“產品功能原理設計—實用設計—商品化設計”，教學內容覆蓋了產品設計的整個流程，但是由于機械設計學課程研究的是機械產品設計的共性問題，學生沒有經過系統(tǒng)的機械產品設計訓練，很難理解所講授的知識內容，因而需要對教學方法進行更新、改進。為此，實施了仿生機械產品設計與實踐的教改項目，將課程教學內容與項目式教學相結合，并交叉進行，讓學生即學即用、學以致用，通過實際項目的設計，強化對所學內容的理解和掌握，有效促進機械產品設計與實踐項目的實施，提高機械產品設計開發(fā)能力。在教改過程中，培養(yǎng)了學生多種能力：設計能力（功能原理設計，結構方案設計）；計算能力（力能參數(shù)計算、運動學、動力學分析）；創(chuàng)新能力；軟件應用能力（數(shù)學建模、仿真分析）；動手能力（加工、安裝、調試）；團隊協(xié)作能力。項目的執(zhí)行結合科技競賽，很好的激發(fā)學生的參與積極性，共獲得全國機械數(shù)字化工程設計競賽一等獎1項，二等獎1項，三等獎4項，學生自主申報專利1項。圖3所示為項目的實施過程，項目實施采用全過程追蹤，包括項目申報、討論、指導、匯報與驗收等環(huán)節(jié)。圖4所示為項目加工過程，圖5為項目成果，該項目學生完成仿生機械產品10套。

2.2二級項目

二級項目是單獨設課的綜合性設計項目，機設專業(yè)主要是開設機械系統(tǒng)設計及制造二級項目，該課程涉及機械設計學、機械系統(tǒng)設計、機械制造工程學、計算機輔助設計與現(xiàn)代設計技術等多門課程的有機融合。一般而言，三級項目的設置是小型設備的設計、計算、分析、制造，而在二級項目的設置中，根據(jù)燕山大學重型機械的特色，學生研究大型設備的整體方案、結構設計、計算分析等。圖6所示為課程設計總體思路及完成目標，圖7為項目實施成果，包括大型設備的二維三維設計、主參數(shù)計算、典型工藝卡編制、靜力學和動力學分析等。

2.3一級項目

一級項目是融合學生四年所學基礎知識與專業(yè)知識設置的大型綜合性項目。2014年，機械設計專業(yè)方向試點進行了畢業(yè)設計一級項目改革，以校企合作項目為背景，完成了“4層9車位升降橫移立體車庫”1∶24模型的研制，旨在培養(yǎng)學生運用理論知識與工程實際相結合的能力，設置了方案論證、可行性分析、零部件采購加工節(jié)、電控程序編制、集成裝配等環(huán)節(jié)。方案論證環(huán)節(jié)采取現(xiàn)場答辯形式，充分調動學生的主動性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識；可行性分析環(huán)節(jié)增加了產品的預算評估，增強學生的成本控制意識；零部件采購加工環(huán)節(jié)由學生獨立完成，使學生了解整個產品加工制造的全過程。做為機械類學生，電氣控制是項目實施過程中的難點，學生不僅要熟悉CPU、PLC、I/O模塊、觸摸屏、行程開關等電子元器件的使用方法，短時間內還要自行編制控制程序和操控界面，這一環(huán)節(jié)在拓展學生知識面的同時進一步提高了學生的自學能力。集成裝配環(huán)節(jié)主要鍛煉學生的動手能力，同時發(fā)現(xiàn)設計中的不足之處，進而完善以培養(yǎng)學生獨立解決問題的能力。圖8為畢業(yè)設計一級項目實施過程，圖9為項目成果。

3結束語

多年來，燕山大學機械設計專業(yè)一直以培養(yǎng)適應社會需求的創(chuàng)新型、復合型、應用型人才為目標，探索教學模式改革并取得了顯著成效。借鑒國際先進的CDIO工程教育模式，以教學改革立項為依托，以項目式的教學改革為切入點，對教學內容進行了調整和融合，構建起了專業(yè)主干課程三級項目[CD*4/5]二級項目[CD*4/5]級項目相結合的項目式教學體系。該體系以機械產品設計流程為向導，以學生興趣為驅動，學中做，做中學，提高了學習效果；各級項目設置多樣化、自主化，考慮個性，兼顧共性；實施過程中將功能原理設計[CD*4/5]實用化設計[CD*4/5]商品化設計[CD*4/5]產品制造調試相結合，綜合培訓學生設計能力與工程素養(yǎng)，受到廣大師生的好評。[FL）]

參考文獻

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