机械类核心实践课程项目式集成查抄袭率理工

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。
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。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。
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（Computer Aided Fixture Design，CAFD）、计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，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（Computer Numerical Control，CNC）加工工件。第三，在高校中，计算机工程分析（Computer Aided Engineering，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（Product Realization Process，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，

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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。

三、课程体系的分解

课程体系的分解是课程融合的逆过程，在这个过程中，一个完整的课程体系被分解为若干个支撑子体系，每个子体系在功能上支撑总体课程体系建设目标，子课程体系内部的运行逻辑流程应符合本体系整体最优的培养目标。每个子体系又是以项目化的流程组织管理方式控制整个体系的运行。

1.机械部件逆向设计实践课程项目

机械部件逆向设计课程项目是整个实践教学体系培养的起点，包括机械部件实物测绘、制造及设计优化三个环节，本体系对应的实践项目为图1的逆向设计综合训练项目，其基本运行流程如图2所示，将原来培养计划中的金工实习和测绘环节融为一个综合性的二级项目，实现机械部件拆装、测绘完成后，通过金工实习，对测绘图纸进行设计结构合理性和加工工艺性进行验证。这个二级项目的实践教学，使学生认识并亲自实践从实物（学校提供的）—图纸（测绘得到的）—实物（自己设计的）的全过程。在本项目实施过程中，注重设计软件工具的应用，多次进行设计成果的自我检测、反馈和优化，闭环控制整个设计过程，初步奠定学生机械设计制造系统工程的基本意识和基础技能。
实施本项目时，应注意与其他课程的协调，具体体现在如下两方面：一是在大学一年级第一学期工程制图开展之前，应以新生研讨课——“机械工程概论”的形式对新生进行机械系统及工程意识的培养，课程中应含有相当学时的校内外参观，因为工程图学是一门专业基础课而非类似高数、物理之类的基础课，因此之前应有专业入门基础知识；二是大学一年级第二学期学生在进行CAD制图和机械制图理论课程环节的同时，将本项目任务书下达，充分利用测绘实验室的平台，学

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生利用业余时间在老师指导下完成拆装与测绘环节的主要工作量，本学期后期的金工实习正好可以作为学生验证测绘图纸合理性的自然环节，整个项目实施的师资问题便迎刃而解。

2.机械设计原理与应用

机械设计原理与应用项目的实施是整个实践教学体系培养的进一步完善阶段，以“整机”系统设计为目标编排内容，以产品的设计实现过程为依据进行逻辑设计流程设计，基于三维设计平台，融入并行设计理念。图3表达了本项目的实施流程。首先选择一个与生产实际相联系又确实可行并且相对独立的机械系统作为设计题目，其次从原动机的选择到中间传动系统的设计，再到执行系统的分析设计，形成一个完整的运动方案设计，并提供给机械设计课程设计所必需的运动和动力分析以及各尺寸参数等充分条件，在动力设计中，学生只需通过强度计算，在考虑结构、工艺、成本等问题上把各种机构具体化，画出装配总图、零件图，完成整个设计。
此外，由于设计工作的各个局部都是与整体紧密关联的，所以图3所示流程各阶段的工作不可能截然分开，而是相互交叉反复进行。基于产品数据管理系统平台（Product data management，PDM）可以实现产品数据的管理、协同和共享。
本实践环节实施开始时间在大学二年级第二学期，在“机械原理”理论课程开始时即可下达立项计划书，同时开展选修课程——“机械系统动力学分析”（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems，ADAMS）课程，有了这两门理论课程的支持，学生在课外即可对本项目的运动方案进行设计。运动方案设计数据进入PDM系统归档；大学三年级第一学期开始“机械设计”课程，即可并行开展本项目的详细结构方案设计和承载能力设计，结合生产和使用条件，对关键重要零件进行强度分析。利用计算机辅助分析，不仅可得到精确的计算结果，而且可以调整参数，快捷地检验尺寸参数对机构运动和动力性能的影响，提高设计质量。

3.工艺装备数字化设计与制造

先进工艺装备设计与制造技术实践项目衔接机械设计原理与应用实践项目的成果，其项目输入为前一个项目所设计的产品零部件，如图4所示，主要完成零部件从三维模型到物理实体零件的转换工作，包括工艺流程设计、工艺装备设计制造、CAM工序设计及CNC加工仿真环节，是见证整个设计图学实践教学成果的环节，此阶段的训练可以印证前面设计模型的合理性、经济性和加工工艺性。较现有的实践环节，突出如下两个方面的特色：一是工艺装备如模具、夹具等的数字化设计；二是面向数控加工加强CAM编程与仿真的实训。
本项目安排在大学三年级的第二学期，与“机械加工工艺设计”、“数控加工工艺”和“CAD/CAM”等课程并行开展。在实施过程中，运用数字化设计制造最新成果，首先，工艺流程规划应采用三维工艺模型；[7]其次，工艺装备设计包括模具和夹具，模具设计应结合相关理论课程展开，夹具设计应体现组合夹具在生产实践中的广泛应用，不可清一色地设计专用夹具，以适应面向大规模写作的设计制造管理方式的需要；再次，CAM工序设计仿真和CNC加工应一体化，真正做到学以致用。

4.机械设计图学实践的综合提高

在经历了基于PRP的项目化机械图学类实践训练之后，学生的CAx集成应用能力已初步具备，大学四年级先后开展的“大学生创新实践”、“机械创新大赛”等课外实践活动和毕业设计，作为项目化实践教学的一级项目展开实施，这是学生机械设计图学实践能力的应用和提高阶段，也是充分挖掘学生创造力的重要平台。这个阶段学生已经可以根据自己的能力和兴趣爱好自主选题，团队协作实施综合性的项目。

四、体系运行实践

本实践教学体系在运行过程中，最大的难点在于师资建设，其指导老师需要具备工程专家能力，方可提出有相当综合性、创新性和实践性的项目，并在项目立项后的实施过程中给予学生指导和帮助。因此，在实践教学体系运行期间，对于指导老师的选择宁缺毋滥，在师资和项目都有限的情况下，采用学生和指导老师双向自主选项目的方式确定团队。
本实践教学体系首次引入是以“XX课程设计”（实训、实习）延伸课题的形式在第二课堂开展的，例如题目为“基于Adams的牛头刨床运动仿真实验研究”属于机械原理课程设计延伸课题，题目为“基于Inventor的减速器的干涉检查和应力分析实验研究”属于机械设计课程设计延伸课题，在课题项目的实践过程中，学生发现一个课题不仅带动了一个课程群知识的集成应用，而且三维图形表达、结构分析、承载能力验、复杂零部件数控编程、仿真及实际加工等等都自然而然得到提高，原有知识结构中的“短板”逐渐加长，能够独立处理产品设计制造全过程中的系列问题。此外，学生经过这些项目的训练后，对省部级、国家级的大学生创新设计实践项目具有相当强烈的积极性和自信心，客观上也具备了冲击这些高标准赛事的基本能力。
五、结论
机械设计制造及其自动化专业数控方向的核心实践课程包括“测绘”、“金工实习”、“机械设计课程设计”、“机械原理课程设计”、“机械工艺与夹具课程设计”和“数控加工实训”六个主要环节，通过设置一级项目、二级项目、项目可以将这六个环节的实践内容重新整合为一个纵向串通前后衔接的体系，实现机械工程实践教学环节的关联与互相印证。
参考文献：
舒宏,胡清泥,高菲.中日机械制图教材的比较及对教学改革的启示[J].工程图学学报,2010,(4):166-171.
江洪,张培耘,吴巨龙.美国工程图学教材对我国图学教育改革和精品课程建设的启示[J].工程图学学报,2006,(6):145-151.
[3]杨文通,李杨,皇甫平,等.以实践创新为主线的图学全程教学体系初探[J].工程图学学报,2006,(5):137-141.
[4]蒋亚南.优化“工程图学”课程体系,培养复合型设计人才[J].高等理科教育,2006,(2):100-103.
[5]张学昌,张旭,吴红兵.基于实践性教学的独立院校工程图学培养模式研究[J].现代企业教育,2009,(20):35-36.
[6]范彩霞.机械专业数字化设计制造能力培养的探索——以黄河科技学院为例[J].中国电力教育,2010,(19):32-34.
[7]范彩霞.基于DELMLA的三维数控工艺研究[D].兰州:兰州理工大学,2007.
（责任编辑：宋秀丽）