基于现代机械工程师技术应用能力培养的综合性课程设计构建与实践

摘要：针对机械类专业学生工程能力和解决实际问题能力的培养，探索机械类专业本科课程设计实践教学的新模式，提出以产学研项目为驱动，将各专业课课程设计综合的专业的课程设计实践教学的方法，着重培养学生工程综合能力和创新思维方式，使实验教学环节在促进学生知识、能力、素质的协调发展方面发挥更加重要的作用。

关键词：现代机械工程师；技术应用能力；培养

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）23-0229-02

机械设计制造及自动化专业具有很强的理论联系实践的特性，课程设计是培养应用型人才十分重要的实践性教学环节，是学生创新思维、知识应用、能力培养和素质提高的关键性教学环节，是促使学生向工程技术人员角色转换过程，也是办出应用型高等教育特色的突破口之一。传统的独立的每门专业课的课程设计割裂了专业知识的整体性、系统性和有机关联性。一般传统的专业课课程设计题目固定而且相对比较少，并受条件、时间等限制，对机床、刀具、夹具、液压控制、数控机床及工程材料、热处理及具体工艺过程没有深入的认识和理解，开始时无从下手，往往是最后一周参考相关课程设计指导书突击完成，不能综合应用已学的专业基础课知识，结合工程实际要求确定机构零件的技术要求，即绘制的图纸停留在描述零件形状的水平上，图面质量差，不严谨、不规范、不协调，而且对零件的结构形状尺寸、相对位置表示不准确，材料和制造工艺要求、热处理与检验方法不会标注等现象。也就是说，学生没有从根本上掌握科学方法，因此，打破各专业课程课程设计界限，设立综合课程设计教学环节，实行在真实的工程环境中，使课程设计成果进一步转化为生产力，这需要研究一种可操作的训练工程设计能力的课程设计模式。

一、目前机械设计制造及自动化专业课程设计的现状

目前机械设计制造及自动化专业课程设计为三大类：（1）数控机床编程课程设计，给定某一零件，编制其数空机床加工的工艺规程和某道工序的数控制机床程序。（2）液压传动课程设计，这一类课程设计主要培养学生的设计液压控制系统能力，给定一个小的机构，设计其液压控制系统。（3）机械制造技术基础课程设计，给定某一零件，设计其工艺规程、设计工序卡、设计某道工序的机床夹具，三门课程设计均安排在第七学期，时间分别为1周、1周、3周，这样虽可以集中巩固和训练习单一课程知识，但由于内容过于单一化，不能对学生的综合分析能力和设计能力达到很好的训练目的，且学生在五周内完成三个课程设计，为了完成任务，在设计过程中，不能深入思考课题问题，主动性差，稍有问题，马上询问，过于依赖指导教师的辅导，在设计中盲目照抄照搬的现象比较严重。学生在不同的课程设计间频繁切换，思路容易混淆，而且课程设计内容的重叠也给学生带来了不必要的负担，使学生很难从全局角度深入到工程设计能力训练中。为提高学生工程设计能力，我们专业课课程设计采用了在真实的工程环境下进行，有效地提升学生了工程能力。

二、设立综合课程设计

1.以工程项目为驱动，整合构建综合性专业课程设计。现代机械工程师技术应用能力包括：（1）工程表达技能。工程师不仅掌握最基本的制图基础知识，而且能熟练地应用计算机绘制平面图和三维几何建模，且绘制的图样能够清晰地表达出机器、机构和机械零件的组成形态、大小、相对位置、材料和在制造、装配、联接、施工、安装、校对等方面的技术要求。（2）获得、处理信息能力。工程师能根据课题要求，能应用检索文献的基本途径和方法准确查寻有效的资料从而高效地获取所需信息，能批判性地评价信息及其来源，并能再创造所遴选出的有价值的信息。（3）设计、实验测试能力。作为机械工程师具有机械基础知识、自动控制基础知识和以电子技术及计算机应用和检测技术为主要技术手段，具有机械设计制造过程中的理论研究、产品结构设计、试验研究工作及产品性能分析工作的能力以及产品开发和技术管理工作能力。（4）具有创新素质。随着知识和经验的积累，想象力逐渐丰富，思维能力，尤其是逻辑推理思维能力有了很大程度的发展，思维敏捷，做到“见树能见森林”。（5）具有严谨的科学精神和良好职业道德，具有严谨求实的科学精神和追求卓越的科学态度，具有良好的心理素质，能承担应肩负的社会责任。

课程设计是学生创新思维、知识应用、能力培养和素质提高的关键性教学环节，是促使学生向工程技术人员角色转换的过程，能激发学生的创新精神和培养学生的工程实践能力，所以基于现代机械工程师技术应用能力培养，综合性课程设计是突破口之一。作为机械设计制造专业课程设计培养学生绘图能力，材料、热处理、公差选用能力，零件结构分析能力，零件工艺规程设计能力，零件工序设计能力，零件数控制加工编程能力和专用夹具设计等能力。为此，将《机械制造技术基础》、《数控机床与编程》和《液压传动》三门课的课程设计整合为一门综合性的课程设计，将机械制造工艺知识、液压控制理论和数控加工方法糅合在一起，实行在真实的工程环境下完成一个小综合性的设计。

2.采用工程项目设计流程，实施综合性专业课程设计。课程设计的策划、组织和实施直接影响学生在校的教学质量、学生就业的竞争力。以激发学生的创新精神和培养学生的工程实践能力为目的，实行在真实的工程环境，使课程设计成果进一步转化为生产力。课程设计的流程为：（1）课题来源。指导教师提供课程设计课题，课题来源于指导教师的产学研合作项目子课题或源于与学校合作企业内的项目。（2）布置设计任务。设计给定产品的工艺规程，设计给定产品的工序，设计产品铣削周边平面的数控铣床程序，设计加工产品周边孔的钻床专用夹具，夹具利用液压夹紧。（3）分组分工协作。学生再根据自身兴趣自由组建5～6人的小组，明确给定产品零件的技术要求、工艺过程、分析影响产品加工质量因素，课程设计之前和设计的进行过程中，学生必须在企业实践，强化感性认识，在此基础上，提出自己一系的设计方案，通过对比分析，查阅资料，进行方案对比，在老师的审查和指导下，确定最终设计的最佳和最终方案。机床夹具设计，学生应用PRO/E软件对夹具进行三维实体建模，对零件及其装配关系进行动态仿真，直观地观察各零件的运动状态，通过实体模型和动态仿真，使学生直接进入真实的三维工程实际中，直观分析夹具设计的合理性，然后严格按照机械制图标准，简捷、清晰、规范化地描述零件装配关系和零件结构，并根据产品精度加工要求，正确提出夹具装配技术要求和零部件技术要求。（4）典型零件的数控程序在校实训中心验证，并加工件。（5）最后完成设计和答辩交流。整个课程设计过程中本着“鼓励探索、失败重来”的原则。

三、形成“基础知识+综合训练+工程应用+创新能力”的课程设计教学基本框架

第一，基础知识。注重专业基础知识和专业理论各课程之间的相互联系，形成综上所述合性的知识体系，而不是每门课程是孤岛，学一门丢一门。第二，综合训练。采用项目教学手段进行综合性课程设计，进行专业理论与实践的密切结合，使学生掌握专业技术基础理论和基本实践动手能力，培养学生分析问题和解决实际问题的能力，全面拓展学生的相互协作及各方面的综合素质。第三，工程应用。综合性课程设计课题源于企业生产实际，学生将自己的设计转化为生产力，在真实工程环境中训练工程意识和工程能力，全面提高学生的工程综合运用能力。第四，技术创新。学生通过综合性课程设计训练，发现问题，思考问题，解决问题，在分析工程问题的同时，学生就会进行一些新技术、新工艺应用，激发学生的学习兴趣和热情，挖掘和发挥学生的创造力，提高解决工程实际技术问题的能力。

四、实践效果

教学实践表明，构建以真实工程项目环境下的综合性课程设计作为专业课课程设计教学模式，学生摆脱了按课程指导书教条设计的模式，激发学生进行实际设计和创造性设计的欲望，发挥了主观能动性，得到了工程综合能力和创新思维方式的培养与训练，将课程设计转化为生产力，学生具有强烈的成就感和责任感，真正实现了“做中学、学中做”。实实在在提高了学生基本知识的综上所述应用能力和工程能力。

参考文献：

[1]刘玉梅，袁文华.卓越工程师培养目标下应用型本科专业课程教学模式构建[Z].北京：机械工业出版社，2012.

[2]刘玉梅.在课程设计中培养工程能力和创新能力[Z].2005年机械设计教学研究会.北京：机械工业出版社，2005.

基金项目：湖南省普通高校教改项目（湘教通[2012]401号；序号399）。

作者简介：刘玉梅（1967-），女，山西大同，硕士，教授，研究方向：机械设计与制造。