基于CDIO的机械设计专业方向课程群新体系研究

1 梁忠诚 刘聪 2

1 哈尔滨广瀚新能动力有限公司，黑龙江省哈尔滨市， 150078

2哈尔滨广瀚新能动力有限公司，黑龙江省哈尔滨市，150078

摘要：CDIO工程教育理念是以成果导向为基础的面向工程类专业的一种高等教育人才培养评估模式。目前国内高校普遍参与机械工程专业工程专业认证,以期在人才培养方面改变传统的培养模式弊端。在CDIO工程教育理念的指导下,提出以工程系统开发与应用为主要培养目标的机械设计学课程教学改革新模式。在机械设计学课程教学中,始终坚持以能力培养为基准,培养具有较强实践动手能力的机械工程学科应用型本科人才。

关键词：CDIO；机械设计；课程群新体系；

1 CDIO理念

CDIO工程教育模式由构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运行（Operate）构成，是基于工程实际和产品设计开发的全过程教学形态，强调将真实的产品开发情境、模型和流程引入教学环境，构建全真状态下的一体化工程教学体系。相较于传统的教育教学模式，CDIO更清晰地阐述了课程教学和人才培养的流程，即：根据人才培养的需求构思好课程教学方案；引导学习者在深思熟虑的基础上结合生产实际和工程应用需求设计产品方案；并将产品方案与工程应用比对，通过多种手段实现应用功能，最后在真实工程场景下运行操作。

2 CDIO的机械设计专业方向课程群新体系

2.1以项目设计为核心的课程群构建

机械设计专业方向课是在基础课和专业基础课的基础上进行设置的,目的是使学生掌握更为系统的设计理念和较为现代的设计技术手段,具备一定的机械工程设计能力。

为解决机械设计专业课程教学中原各门课程自成体系、对象单一与知识零碎割裂,不能有机联系和综合应用的弊端。此次课程设置改革将专业方向课作为一个课程群实施整体性建设,重新建立了课程结构体系和内容,按照其在培养学生知识能力结构中的任务和作用,进行了功能结构划分,加强教学内容的有机联系,避免空白和重复,确定取舍,强化了不同课程间的互补和整合,实现了连贯而完善的新型课程体系。

在机械设计专业方向课程群的教学内容上,要涵盖“系统的设计思维、创新的设计理念、现代的设计方法、具体的设计实践”这几方面的教学训练。在课程群设置上,选择了机械系统设计、创新设计与制作、优化设计与Matlab、有限元分析与Ansys、虚拟设计与装配等五门课程。

通过对机械系统设计、机械创新设计、机械优化设计、虚拟设计和现代设计方法等这几门主修课程的内容和体系进行整合重组,并融入了Matlab、Ansys等相关热门应用软件知识,使学生在系统交叉的学习进程中,既可以学习系统的专业理论,又可以实时了解学科前沿发展动态,掌握了先进的计算机辅助设计技术,结合专业课程设计项目的实施和适时的综合考核,使学生具备面向实践的完整的综合设计能力。

2.2实践一体化授课，加强工程理念融入

CDIO理念围绕四个方面展开，即构思、设计、实现和运行，这四个方面也为高职机械设计课程的组织和实施提供了逻辑链条，教师在设计课程教学过程时理应按照上述四方面展开，实践一体化授课，并通过一体化的授课强化工程理念在课堂教学中的渗透和融入力度。例如：在以“轴承零件设计”为主题进行机械设计教学时，教师可首先引导学生构思设计主题，如“轴承图纸设计”“轴承加工设计”“轴承运动设计”等，并为每个设计主题配套方案；其次引导学生根据企业工程项目中对轴承零件应用的实际需求进行设计加工，在加工教学时引入与企业生产密切衔接的技术形式，如数控加工、虚拟加工、远程加工，让学生在加工设计实践中掌握应用型技能；当学生完成轴承零件产品的初步加工后，教师可进一步引导他们在电脑上运用三维仿真建模软件，如AutoCAD、Pro/E和UG等进行虚拟仿真，查看设计的作品是否能够满足虚拟运行的指标要求；之后教师带领学生进入企业，检验设计的轴承零件是否符合企业生产实际要求，通过上述一体化的授课模式培养学生的机械设计技能，强化工程理念的融入。

2.3引入现代工程技术，创新设计课程体系

CDIO理念本身具有很强的工程实践性，它更贴近工程项目现场实情，培养学习者的工程应用精神和技能，但任何一种教育理念若想保持生命力，就必须做到与时俱进。因此，在将CDIO理念引入高职机械设计课程教学时，教师不仅应该为学生传授理念本身的内涵，注重将课程内容与之有效结合，还应该引导学生发现CDIO与现代工程发展之间的关联性，让学生体验到CDIO教学的先进性。具体来说，可在教学中引入现代工程技术手段，创新设计课程的体系，例如：将VR虚拟仿真设计制造技术渗透到CDIO机械设计课程教学中，在机械作品设计、实现和运行教学时采用PRO/E、UG、Solidwork等三维建模软件进行虚拟装配和静态干涉检验，之后应用ADAMS、DADS进行机械力学仿真，同时运用VRML、WTK等VR软件构建人机交互虚拟现实仿真教学情境，让高职生感知到机械产品设计制造的虚拟现实感，认知学习机械设计课程的先进性，给课程教学带来全新的学习体验。

2.4以“引导教学”为方向的教学模式创新

“引导教学”是指教学中以学生为主体,引导学生由“被动”学习向“主动”学习转变,具体而言就是如何引导学生加强知识和能力与实践中的联系;强调课上教学与课下学习相结合;引导学生主动培养发现问题、分析问题和解决问题的能力。

为推进CDIO标准的实施进程,我们在整个课程群教学模式上进行了系列改革尝试,包括教学组织形式的创新,实施了设计命题集中制定;教学过程相互衔接;设计过程联合指导;设计成果统一评定的系列化创新格局。

在设计项目的命题过程中,提前由课程群主讲教师统一讨论制定设计项目计划任务书模板和一些设计项目题目作参考,引导学生结合自己的基础和兴趣提交设计项目题目。

在课堂教学中,根据课程的特点,以立足工程的观念组织讲课内容,不是单独地强调难点和重点,而是将一些知识点整合为各种模块,采用“集成教学法”,让知识点为科学教育服务。如虚拟设计和创新设计的教学就将大部分内容由分块方法式讲解改为主题式讲解;将以分析为主线的体系改为以设计为主线的新体系;调整了原有的教学内容模块,删减了分析部分的学时;增加了新型机构的介绍,如开式运动链、机器人机构等。增加了机械系统运动方案的设计;加强了对机械系统的认识。

机械设计课程群的实验设置中,优化原有的实验项目,增加新的实验的种类和数量。创建了机械创新实验平台,学生可以开展自主设计实验,然后根据自己的设计组装和搭建实验对象,完成设计功能,学生自己确定需要测量的数据和实验结果分析、实验报告的组织书写,以加强学生创新实验能力,培养实验兴趣,提高动手能力。同时还通过举办“机械创新大赛”等科技创新活动激发学生创新实践的积极性。

机械设计专业课程设计主要是锻炼学生运用所学知识进行综合设计的能力,主要经历方案选择、传动能力计算,结构设计等过程,涉及了多门课程的内容。机械设计专业课程设计指导中,实施导师制和联合指导相结合,专业课程设计导师负责把握学生的设计方向、内容、进度,所有主讲教师面向全体本方向的学生统一定期安排答疑指导。

结论

总之,CDIO人才培养模式在机械设计课程群的构建、教学方法的改革中起到了积极的指导作用,也CDIO课程改革提供了一个较为完整的基于CDIO的机械设计专业方向课程群新体系课程群模块。

参考文献：

[1]林艺真.CDIO高等工程教育模式探析[J].哈尔滨学院学报,2018(4):137-140.

[2]张凤梅.机械类(对口)专业机械设计课程群组优化的改革与实践[J].职业教育研究,2019(3):67-69.

[3]陈键,王小群,李威.机械设计课程的改革与实践[J].中国冶金教育,2020(4):159-160.