机械类专业核心实践课程的项目式集成

摘 要：以机械专业产品数字化设计与制造能力培养为目标,基于产品实现过程设置了各级实践项目,并以机械部件逆向设计、机械设计原理与应用、工艺装备数字化设计与制造三个二级项目的设置为基础,构建机械设计制造及其自动化数控方向实践课程体系,实现大学四年机械设计实践技能的全程培养.

关 键 词：机械设计制造及其自动化；实践教学；产品实现过程；项目设置；项目集成

作者简介：范彩霞（1976-）,女,河南渑池人,黄河科技学院工学院,讲师.（河南郑州450063）

基金项目：本文系河南省教育科学“十一五”规划2010年课题（课题编号：[2010]-JKGHAG-0325）的研究成果.

中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1007-0079（2012）25-0083-03

一、机械实践类课程概述

日本机械工程教育基于产品部件展开,体现了以机器部件为中心的知识体系,不仅包含了画图、读图等一系列制图本身的内容,还包含了互换性、零件设计、金属材料学、加工工艺等诸多学科内容,涉及方案、强度、结构等与设计相关的专业知识.[1]在课程设置上将设计表达能力的培养课贯穿于整个学习期间,但具体实施方案尚未见报导.美国机械工程教育注重学科与数字化设计与制造技术的溶合,认为工程设计制造技能是一门实践性很强的培养人的右脑的学科,需要大量的实践.[2]

我国图学课程全程教育的新思路提出拓宽教学领域,[3,4]与相关课程整体优化的思路大体上获得同行专家的认同,但全程教育体系的具体构建实施一直是制约该项改革实效的重要环节,因为专业知识的拓展外延多宽没有进行深入探讨.[5]范彩霞提出数字化设计制造能力的培养方案,[6]可以看作是以数字化设计技术为主线的整合图学、机械设计、机械原理、机械工艺装备设计、数控加工等专业理论实践环节的实例,但也只是从宏观上理顺了机械图学基础及综合提高阶段所涉及的主要环节,并未从微观上详述如何关联知识点与实践应用技能的培养流程.

现有机械实践类课程有如下四个特点：第一,三维机械设计在教学中仅仅起到辅助学习专业基础课理论知识的作用.在机械原理与设计课程教学中,用于传动机构的演示动画,在软件操作上,多属于了解的层次.第二,有些院校仅侧重软件操作能力的培养,不注重与专业设计制造知识融合,培养的人才属于“造型派”而非“设计派”,造成学生学了课程和几门软件后,仍不能胜任一些工作任务,例如用常见的三维软件设计工艺装备（ComputerAidedFixtureDesign,CAFD）、计算机辅助制造（ComputerAidedManufacturing,CAM）在软件操作上比较熟练,但CAM生成的数控代码由于缺乏生产实践设计训练无法直接控制数控机床（ComputerNumericalControl,CNC）加工工件.第三,在高校中,计算机工程分析（ComputerAidedEngineering,CAE）的教学主要在研究生阶段,实践中,CAE能力是作为工程设计一个必要阶段而存在,高层次的应用型人才培养应将其作为重要内容融入教学体系建设中.第四,各门实践教学课程各自独立,知识与技能的培养孤立进行.

本论文在前期研究基础上,拓展机械制图与其他专业课程设计、金工实习和数控实训等实践环节的联系,加强了学生相关实践环节工程图学能力的深层次应用,以培养学生为设计、为工程、为项目、为创新、为交流怎么写作为目标,对机械类实践课程重新整合,形成基于产品实现过程和项目驱动相结合的机械类实践课程体系.

二、机械设计制造及其自动化数控方向实践课程体系建立

在基于产品实现过程（ProductRealizationProcess,PRP）的课程教学体系设计中,实施以项目为中心的实践教学,将产品的实现过程划分为一个个有逻辑关系的项目,将项目实施主线贯穿于专业实践教学的全过程,强调课程之间的关联及理论学习和实践集成,使课程体系符合工程教育规律.

图1为机械实践类课程基于项目式教学体系结构示意图,其总体设计以各级项目实施为主线,以强化学生工程实践能力特别是CAD/CAE/CAFD/CAM/CNC（以下简称CAx）集成应用能力为总体目标,通过一种一级项目、三种二级项目和若干种项目集成机械设计制造及其自动化专业数控方向的主要实践环节,建立专业知识、图学设计实践技能、工程应用三者之间的有机联系.

图1中一级项目的设置目标为培养学生综合运用专业知识和机械设计图学技能设计复杂产品和系统的能力.一般分为毕业设计项目和小型综合项目,其中小型综合项目重点与工程实践和教师的科研结合,主要面向大学生课外创新实践项目,包括大学生科研训练计划、大学生工程创新训练、大学生科研立项、大学生校内科技竞赛,该类项目主要为学有余力的学生设置.

二级项目的设置目标为培养学生应用专业的核心知识模块的能力.每个核心知识模块对应特定的课程群,每个课程群都有一个综合性的设计实践项目,使学生认识到关联的知识群而不是孤立的知识点,课程群的建设与实践结合起来,避免重复内容.二级项目通常在若干个项目的基础上完成.

项目设置目标主要是促进专业核心课程知识的学习.来源主要有两个方面：一是将二级项目分解为若干项目,在课程学习中完成；二是课程的实验.主要思路是实验内容的改革,减少验证性实验,增加设计性实验,减少单一实验,增加综合实验；改革实验教学方式,将实验融入到项目中,学生根据项目需要自己设计实验方案,选择实验设备、完成实验数据的测试和处理,最后得出结论,解决项目提出的问题.

由此可见,一级项目以二级项目为基础,二级项目分解为若干项目来完成,因此二级项目是整个实践教学结构体系的基础.基于工程实践中产品实现过程及学生的认知规律,机械实践课程体系共设置了三个二级项目,依次是：机械部件逆向设计；机械设计原理与应用；工艺装备数字化设计与制造.