机电产品设计课程实践环节的理念与实施路径
设计教育是工程教育的核心[1]。机电产品设计(I~IV)是江南大学君远学院所属机械电子工程专业为适应人才培养需要,以强化机电产品创新设计能力为导向,以重建课程目标、调整课程内容、优化课程结构为主要手段而设置的系列课程。该课程涵盖传统机械类的“工程制图”“机械原理”“机械设计”和“机电一体化系统设计”内容,并辅以“机器人创新实践”“机电一体化系统课程设计”“机电综合实践”等综合性实践环节,打破了传统的独立设课界限,对各门课程的内容与衔接关系进行顶层设计和规划,重新制定各门课程的衔接关系,构成了机电专业核心课程群,凸显了机电产品设计在知识、能力和素质培养过程中的主线地位。
系列课程中的机电产品设计(III)在内容上基本与机械专业机械设计课程对接,主要进行机械设计理论知识讲解,也进行机电一体化基础内容的讲授。该课程的课内、实验和实践学时数分别为56、6和2,即通过设置课内实践环节与机械设计课程设计相对应。本文对该环节的理念和实施路径进行了探讨。
一、机械设计课程设计环节存在的问题
机械设计课程设计是机械类专业的必修课程,也是学生工程实践能力及素养养成过程中的重要环节,这也是机电产品设计(III)课程设置对标课内实践环节的初衷。但当前机械设计课程设计存在一些问题,具体表现在以下几方面。
1.课时安排不充裕。在短学时的大趋势下,机械设计理论教学学时进一步受到限制。课程设计又一般安排在考试前完成,且实施时间较短。由于临近期末,学生需复习多科目的期末考试,导致无法集中精力完成课程设计任务,无法保证课程设计质量。
2.设计题目陈旧。国内大部分高校的课程设计环节都是设计齿轮减速器。这是机械设计中的经典问题,对能力的培养也较为全面。尽管给每个学生提供不同的初始数据,实现一人一题避免抄袭,但设计套路大都相同,区分度不大,年级间的继承性太强,不能激发学生创造力。
3.缺乏团队合作。在实际工程实践中,个人单打独斗完成设计几乎是不可能的,必须要求团队成员分工合作,共同实现设计目标。现有机制下,学生或者基本没有交流,各做各事,或者直接借鉴抄袭他人的设计思路甚至文档,在学生能力素质培养上存在薄弱之处。
4.考核模式单一。整个课程设计过程中,师生间缺乏交流与互动。最终考核时,由于学生提交成果的雷同性较强,教师在答辩考核中通常只能根据简单印象进行评判,考核标准的统一性存疑,反过来也影响了学生的积极性。
二、机电产品设计课程实践环节的理念与具体措施
机电产品设计(III)课程的实践环节仅有2学时,却要完成机械设计课程设计1—2周的设计内容,这在如何合理安排时间上是一个挑战。同时,该课程同样面临着设计题目陈旧、考核方式单一等机械设计课程设计存在的问题。
针对上节提到的若干问题,国内多所高校进行了改革尝试。如南京工程学院王建等探索了基于OBE的机械设计课程设计“1234”模式[2];胡蓉在课程设计中采用了项目教学法[3];汤晓明等采用的目标引导、任务驱动的教改尝试[4]等。总体而言,机械设计类课程设计改革必须在大工程观的基础上引入CDIO的相关理念,而采用任务驱动式教学的方式是改革的必由之路。为此提出机电产品设计课程实践环节的总体思路如下。
1.实施项目驱动式教学的模式。倡导研究性、项目驱动式教学,推广和应用“四环节”教学法,即项目设置—项目实施—交流展示—评价激励,以强化培养学生综合能力。由于课时限制,不可能有充裕的课上时间提供给学生完成设计任务,因此强调教师授课与学生自学同步、课堂教学和课外训练并重的理念。简言之,学生应在课外投入更多时间完成相关任务,而在课上主要以讨论、答辩为主。
2.合理安排理论授课与课程设计的时间。尽早下达设计任务,使学生带着问题和任务前来上课。在理论课内容安排方面,做出合理调整,先讲总体,后讲细节,力求理论课章节安排和课程设计任务所需知识点顺序尽量一致。从而使学生在任务的驱动下进行学习,将知识和动手解决问题更加紧密地结合在一起,把所学到的知识随时转化为解决问题的主动思考,从而解决学时数减少以及理论实践相脱节的问题。
另一方面,由于设计任务下达较早,学生可有充裕的时间查找资料、进行方案设计和论证、进行技术设计阶段的各种计算,师生之间也有较多机会和时间进行互动,解决设计过程中存在的各种问题,从而避免时间压力导致的设计质量下降。由于课程设计前期,已经分时段完成了方案设计、总体设计和技术设计计算,在最后期末阶段,学生只需做简单校核和出图即可,从而分解了课程设计的任务量,降低了学生的学习压力。