機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)本科生現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法課程群建設(shè)的改革與建設(shè)

王桂從　李映君　王玉增　高常青++王濰

0 引言

現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是一門種類繁多、知識(shí)面廣、綜合性強(qiáng)的學(xué)科群，其課程體系包含計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元法、可靠性設(shè)計(jì)、疲勞設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、綠色設(shè)計(jì)、人機(jī)工程、并行設(shè)計(jì)等50多門課程。由于新知識(shí)、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法課程群的內(nèi)容涉及面將越來越廣。

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)是最為普遍的高校機(jī)械類專業(yè)，目前開設(shè)此專業(yè)的高校全國(guó)有500多所。濟(jì)南大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)在于培養(yǎng)德智體美全面發(fā)展，具備人文素質(zhì)與科學(xué)素養(yǎng)，基礎(chǔ)扎實(shí)、實(shí)踐能力強(qiáng)、具有創(chuàng)新精神的高級(jí)復(fù)合型專門人才。由于科技的進(jìn)步以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展要求學(xué)生能夠盡快地掌握現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，為其以后從事生產(chǎn)設(shè)計(jì)工作奠定必要的理論基礎(chǔ)，在有限的教學(xué)學(xué)時(shí)下，圍繞專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)要求，以基本素質(zhì)培養(yǎng)和技術(shù)應(yīng)用能力主線，以課程的邏輯關(guān)系為紐帶，以深化教學(xué)改革為動(dòng)力，以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，構(gòu)建合理的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法課程體系，選擇適宜的教學(xué)內(nèi)容，改革和更新教學(xué)方法與手段，努力完善學(xué)生的知識(shí)、能力、素質(zhì)結(jié)構(gòu)。

1 確定課程體系，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

由于現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法涉及學(xué)科門類多、內(nèi)容廣、理論深，既要牢固掌握相應(yīng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)，又要掌握各種設(shè)計(jì)理論和方法，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，無論是對(duì)于教師還是學(xué)生來說，全面講授和學(xué)習(xí)各種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法都非易事[1]。經(jīng)過多年的實(shí)踐與探索，結(jié)合我校實(shí)際情況，根據(jù)“重視基礎(chǔ)、強(qiáng)化能力、突出特色”的原則，合理設(shè)置現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法課程群的課程體系，并結(jié)合人才培養(yǎng)目標(biāo)，依據(jù)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法各分支的成熟程度、應(yīng)用效果和社會(huì)需求，將該學(xué)科的主要知識(shí)通過數(shù)門課程和相應(yīng)的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)來傳授與學(xué)生[2]。依據(jù)這一原則，我們精選優(yōu)化設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)、有限元設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)等六種國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法作為課程群的主要教學(xué)內(nèi)容， 根據(jù)“統(tǒng)籌兼顧，突出重點(diǎn)”的原則，以專業(yè)必修課、專業(yè)選修課構(gòu)成機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的兩層現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法課程體系，如圖1所示。以機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)和機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)作為專業(yè)必修課，其余課程作為選修課，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生根據(jù)個(gè)人的喜好選擇不同的課程。

教育的目的是要培養(yǎng)出具有創(chuàng)新能力的各類人才。因此創(chuàng)新設(shè)計(jì)也是現(xiàn)代方法課程群中不可或缺的一部分。結(jié)合我校教師的科研特長(zhǎng)，開設(shè)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)、TRIZ創(chuàng)新理論兩門關(guān)于創(chuàng)新設(shè)計(jì)的選修課程。就目前來說，開設(shè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)相關(guān)課程的高校不多，而涉及到TRIZ創(chuàng)新理論的更少。TRIZ創(chuàng)新理論是目前創(chuàng)新設(shè)計(jì)的主要方法之一，我校在TRIZ創(chuàng)新研究領(lǐng)域具有非常廣的影響力，目前是中國(guó)發(fā)明協(xié)會(huì)發(fā)明方法研究會(huì)常務(wù)理事單位、中國(guó)TRIZ研究會(huì)理事單位等，在TRIZ理論研究與應(yīng)用推廣方面取得了豐碩的成果。作為我校的特色研究方向，開設(shè)了TRIZ創(chuàng)新理論選修課，旨在啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。

熟練掌握機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)表達(dá)手段和方法是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生必備的技能。在課程體系中，計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)和虛擬設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的兩個(gè)重要分支，也是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的重要應(yīng)用，同時(shí)也是產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法從二維設(shè)計(jì)到三維設(shè)計(jì)再到虛擬設(shè)計(jì)的逐步提升。 通過這兩門選修課的學(xué)習(xí)，同學(xué)們可以掌握計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和虛擬設(shè)計(jì)兩種設(shè)計(jì)方法的基本原理。為了培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力，輔以計(jì)算機(jī)輔助繪圖和三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)兩門選修課，這兩門課主要依托目前流行的計(jì)算機(jī)輔助繪圖工具，如AutoCAD、CAXA、Solidworks等，通過軟件的學(xué)習(xí)訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新應(yīng)用能力，同時(shí)也為以后的課外科技活動(dòng)打下良好的基礎(chǔ)。考慮到部分同學(xué)對(duì)圖形學(xué)技術(shù)的學(xué)習(xí)熱情，本專業(yè)還開設(shè)了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)選修課程，使學(xué)生更深入理解和掌握?qǐng)D形學(xué)的基本理論和算法，進(jìn)一步提高圖形軟件的開發(fā)能力。

2 實(shí)踐教學(xué)的改革與完善

積極將“現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法”技能引入“專業(yè)課程設(shè)計(jì)”、“畢業(yè)設(shè)計(jì)”、“課外科技活動(dòng)”等實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，大力促進(jìn)學(xué)生對(duì)產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計(jì)技能的提高。畢業(yè)設(shè)計(jì)是高等學(xué)校培養(yǎng)人才的最后一個(gè)綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)，教師引導(dǎo)部分學(xué)生采用三維設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)等先進(jìn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，加深對(duì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法等基本理論的認(rèn)識(shí)，提高相關(guān)應(yīng)用軟件的應(yīng)用水平。近年來，本科畢業(yè)設(shè)計(jì)逐年增加與現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，如利用SOLIDWORKS、Pro/E、UG等現(xiàn)代企業(yè)常用的三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與仿真分析、采用ANSYS、ADAMS等軟件對(duì)簡(jiǎn)單產(chǎn)品或機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行有限元或機(jī)械動(dòng)力學(xué)仿真、采用計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新設(shè)計(jì)平臺(tái)Pro/Innovator按照TRIZ理論對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、利用MATLAB工具對(duì)機(jī)械零部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目層出不窮。“教學(xué)相長(zhǎng)”理念下，一方面本科畢業(yè)論文質(zhì)量不斷提高，另一方面教師的教學(xué)潛力也不斷被發(fā)掘。

鼓勵(lì)學(xué)生踴躍參加課外科技活動(dòng)，提高學(xué)生針對(duì)實(shí)際需求進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新、設(shè)計(jì)、制作的能力。利用課外時(shí)間組織學(xué)生利用“現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法”相關(guān)的知識(shí)與技能積極參加全國(guó)大學(xué)生各類競(jìng)賽活動(dòng)，如全國(guó)大學(xué)生數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、全國(guó)大學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽、“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽、全國(guó)“TRIZ”杯大學(xué)生創(chuàng)新方法大賽、CDN中國(guó)汽車設(shè)計(jì)大賽等國(guó)家級(jí)、省級(jí)比賽，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，加強(qiáng)了工程實(shí)踐的訓(xùn)練和學(xué)生對(duì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的認(rèn)識(shí)。通過參加科創(chuàng)大賽等課外活動(dòng)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)，更加細(xì)致的掌握設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)步驟和軟件操作能力，提高學(xué)生解決工程實(shí)際問題的能力。

3 總結(jié)語

為了提高機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)基礎(chǔ)更扎實(shí)、知識(shí)面更寬、創(chuàng)新能力更強(qiáng)的專門人才，以“重視基礎(chǔ)、強(qiáng)化能力、突出特色”為原則，從課程體系建設(shè)和實(shí)踐教學(xué)兩方面對(duì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法課程群建設(shè)進(jìn)行了探討。下一步我們?cè)诂F(xiàn)有的課程體系的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)資源，改善教學(xué)手段和教學(xué)方法，提高課程群建設(shè)水平。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張鄂.“現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法”省級(jí)精品課程的建設(shè)與改革.教育教學(xué)論壇，2015（51）：99-103.

[2]武蘭英，高勇偉，韓林山.機(jī)械類本科生《現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法》課程教學(xué)研究. 華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)（社科版），2011，27（2）：176-178.endprint