基于“智能”技師培養(yǎng)的現代設計方法課程教學探討

錢曉平

摘要：現代設計方法是技師學院機械專業(yè)“本科+技師”應用型人才培養(yǎng)的一門重要專業(yè)基礎課，課程內容理論性強、涉及范圍廣、實踐性要求高。準對培養(yǎng)目標探討課程教學內容與方法，強化應用和實踐，以提高學生學習積極性和教學質量。

關鍵詞：本科+技師;智能型;現代設計方法

技師是具備相關技術，掌握或精通某一類技巧、技能的人員，傳統(tǒng)技師主要注重的是技能水平。隨著時代的發(fā)展、科技的進步，現代社會的專業(yè)化、自動化、數字化、網絡化、智能化程度越來越高，應用越來越廣泛，從而對相關人員的專業(yè)技能要求將逐漸下降，智能水平要求日益提升。智能是將感覺、記憶、回憶、思維、語言、行為的整個過程，設計是把一種設想通過合理的規(guī)劃、周密的計劃、通過各種感覺形式傳達出來的過程，設計是智能的核心。然而，當前作為我國高技能人才培養(yǎng)主陣地的技師學院，其技師培養(yǎng)方式與過程中，單純重視操作技能訓練，片面強調社會化考核的對口訓練，造成培養(yǎng)出來的技師存在技能單一、綜合能力弱等諸多問題。為適應當今基于知識經濟發(fā)展趨勢的智能制造產業(yè)對技能人才的需求，無錫技師學院“本科+技師”應用型人才培養(yǎng)模式，在課程體系設置上開設了現代設計方法課程教學。

1課程定位與內容選取

現代設計方法課程是機械類專業(yè)的一門重要專業(yè)課程，其綜合性和實踐性強、多元交叉性，涉及內容體系龐大。通過本課程的學習，可使學生了解現代設計方法的發(fā)展概況與趨勢，對常用現代設計方法理論、創(chuàng)新思維和技法、內涵、特點、應用領域有一定的認識，有助于開拓學生的視野;讓學生熟悉計算機在設計領域中的應用，擴大學生專業(yè)知識的廣度和深度，提高學生的理論認知能力、應用實踐能力和創(chuàng)新設計能力，為將來從事相關工作打下一定基礎。

現代設計方法主要研究設計方法學的基礎理論，以及優(yōu)化設計、計算機輔助設計、可靠性設計、有限元法、動態(tài)設計、人工神經網絡、工程遺傳算法等現代設計理論與方法，課程內容豐富、理論性強、復雜抽象，涉及數學建模、數值分析、模擬仿真等多方面的知識，對學生的工程數學基礎要求高。同時，該課程又具有很強的實踐性，研究的內容直接面向工程中的優(yōu)化設計問題，與工程應用緊密結合。

“本科+技師”應用型人才培養(yǎng)開設的現代設計方法課程，是側重于工程應用技術的教學，教學內容重點應該是解決實際工程問題中的常用技術，讓學生在了解基本概念、基本原理的基礎上，重點掌握應用現代設計方法求解實際問題的方法和步驟。因此，課程教學內容選取了理論上成熟并已經獲得廣泛應用的幾種現代設計方法，包括優(yōu)化設計、計算機輔助設計、有限元法和可靠性設計。通過學習，學生能夠解決工程實際中的一些基本問題。對于其它的現代設計理念和方法作為前沿知識介紹給學生，擴大學生的知識面。從教學內容上既突出現代設計方法的重點，又覆蓋現代設計方法的全貌。

現代設計方法主要以計算機技術為基礎，依靠不同層次的計算機應用軟件支撐來解決工程實際問題。在教學中不要過多地局限于知識的理論介紹，而是要注重對學生實際技能的培養(yǎng)，讓學生對常用現代設計應用軟件有所了解并初步掌握。

2優(yōu)化設計方法

優(yōu)化設計方法是將工程設計目標轉化為求解最優(yōu)化問題，利用數學最優(yōu)化理論，借助于計算機處理技術，根據設計所追求的性能目標，建立目標函數，在滿足給定的各種約束條件下，尋求最優(yōu)的設計方案。

教學中對常用優(yōu)化方法的基本理論進行講解，輔以多媒體，采用圖像、動畫、聲音、視頻播放等手段，把抽象問題具體化、生動化，降低基礎理論的枯燥乏味性。增加實際工程案例分析，選取相應的實際工程案例進行分析，激發(fā)學生學習的興趣。

MATLAB具有強大的科技計算、圖形處理、可視化等功能，已廣泛應用于數值分析、工程優(yōu)化、數學建模等領域。采用MATLAB軟件作為課堂教學的輔助工具，將學生分組，對不同的優(yōu)化計算分別使用MATLAB 進行編程求解。引入工程優(yōu)化問題，讓學生選擇不同優(yōu)化方法求解，加強了對理論知識的理解，增強了對MATLAB軟件熟悉程度。

3有限元法

有限元法是根據變分原理和插值法，借助計算機技術求解工程問題的一種現代數值計算方法。通過離散化將研究對象變換成一個與原始結構近似的數學模型，再經過一系列規(guī)范化步驟以求解應力、應變、位移等參數，主要涉及靜力學分析、動力學分析、非線性分析以及復合材料結構分析，是對結構復雜件進行精確分析、計算的一種十分有效的方法。

在有限元法的內容教學中，除講述有限元法基本理論外，重點要向學生介紹工程中常用的ANSYS有限元分析軟件。通過輔助軟件的應用，對一些典型結構分析實例的學習，學生既學習了基本理論，熟悉了利用ANSYS軟件進行結構分析的求解過程，解決工程實際問題的能力也得到了提高。

4可靠性設計方法

可靠性設計即根據可靠性理論與方法確定產品零部件以及整機的結構方案和有關參數的過程，是保證機械及其零部件滿足給定的可靠性指標的一種機械設計方法。可靠性設計理論內容比較枯燥，為提高學生的興趣，通過案例來引出可靠性問題，讓學生認識學習可靠性的必要性，可靠性的重要性。 講解可靠性的相關知識，結合實例講解可靠性模型的建立， 如螺栓連接、軸、滾動軸承和圓柱彈簧等典型機械零件的可靠性設計。為增強學生的機械可靠性設計的實踐能力，借助ANSYS可靠性分析模塊把分析結果圖形化，使學生對所學內容有一個生動、形象的認識。

5計算機輔助設計

計算機輔助設計技術是利用計算機強大的圖形處理能力和數值計算能力，輔助技術人員進行工程或產品的設計與分析。在現代設計中用計算機對不同方案進行大量的計算、分析和比較，以決定最優(yōu)方案，快速檢索數字、文字、圖形的設計信息，進行圖形的編輯等。

工程數據處理的教學，播放相關視頻資料，使學生體會傳統(tǒng)設計與現代設計過程中查詢工程數據的不同手段和方法，從而理解對傳統(tǒng)紙質記載的工程數據進行處理的必要性。零部件的三維模型建立，結合工程應用軟件SolidWorks、Pro/E、UG熟悉產品建模方法。AutoCAD用于二維工程圖紙的繪制和二次開發(fā)。講解CAD技術時，可以結合完成的科研項目進行，穿插引用工程實際案例演示，以增強學生的應用意識。通過對工程實例的講解，可使學生對現代設計方法的綜合應用能有更全面的認識。

6結論

現代設計方法隨科技發(fā)展而不斷更新。不同類型的知識采用多種的授課方法，多媒體演示與實際操作訓練結合，實際應用案例與探究式教學方法結合，利于激發(fā)學生學習的興趣，增強學生對新知識的渴求，提高學習積極性及能動性，使學生對現代設計的思想、理論、方法和手段有所掌握。圍繞提高學生運用知識解決實際問題能力和創(chuàng)新能力，推動教學內容和教學方法的改革，使教學工作的重點真正落到學生能力培養(yǎng)和素質提高上來，著力技師學院機械專業(yè)“本科+技師”應用型人才的培養(yǎng)。

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