基于CDIO融合現代設計方法的機械設計課程設計

邱雪松 周玉林 曾達幸 侯雨雷

摘 要 本文針對機械設計課程綜合性、實踐性強的特點，以課程設計為載體，引入CDIO工程教育理念，融合現代設計方法，采用三維建模、二維工程圖紙轉換，輔以分組討論等環節，進行了機械設計課程設計教學模式的改革與實踐，體現了CDIO教學模式要求達到工程知識和能力的雙重效果。

關鍵詞 機械設計課程設計 CDIO教學模式 三維設計

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

Mechanical Design Course Design Based on

CDIO Fusion of Modern Design Method

QIU Xuesong， ZHOU Yulin， ZENG Daxing， HOU Yulei

（College of Mechanical Engineering， Yanshan University， Qinhuangdao， Hebei 066004）

Abstract In this paper， for mechanical design courses comprehensive， practical and strong features， the curriculum is designed to support the introduction of CDIO engineering education philosophy， blending modern design methods， the use of three-dimensional modeling， conversion of two-dimensional engineering drawings， supplemented by group discussions and other sectors， be reform and practice of mechanical design course pattern reflects the CDIO teaching model required to achieve the dual effect of engineering knowledge and capabilities.

Key words mechanical design course design； CDIO teaching mode； three-dimensional design

1 機械設計課程設計傳統教學模式

機械設計課程設計的傳統教學模式是以各類減速器為設計目標，二維圖紙為結果的教學考評機制。在實施中，通常分為三個階段：理論計算、草圖繪制、工程圖及零件圖繪制。在以往的教學中上述傳統方式對于學生知識的整合及應用起到了良好的效果。其中，草圖繪制階段要求學生按1：1完成。對于初次進行設計的學生而言，這樣的方式及要求有助于學生對所設計目標的準確把握，對設計內容及方法產生宏觀且明晰的判斷。但是，其不足也十分明顯。僅憑二維圖形想象繪制，難免造成結構錯誤，尤其對于復雜的鑄造箱體外形，對于學生空間想象力提出了較高的要求。

由于機械設計過程中很多參數需多次修改，很多結構需要互相協調，這使得機械設計工作具有反復性的特點。而傳統的教學模式中，設計實施的主要工具和手段是丁字尺、圖板，這種二維平面設計方式無形中增大了學生重復性工作量，擠占了大量的對于結構合理性的思考時間。學生運用這樣的傳統方法進行課程設計，雖然對知識的把握沒有影響，但不利于學生掌握現代設計手段，易造成課堂訓練與設計實踐相脫節的現象，將降低學生職業生涯的起點。

2 機械設計課程設計的CDIO教學模式

2.1 CDIO模式教學方案

CDIO 工程教育模式下機械課程設計的改革，主要目的是實現學生對工程系統的構思、設計、實施和運行，訓練學生綜合運用知識、使用現代設計手段的技能，激發學生的學習興趣，轉變學生的學習態度，培養學生的團隊協作能力。

基于上述原則，機械設計課程設計教學方案如下：按方案分組，學生自主集中討論該設計方案的優缺點、該方案設備的適用范圍、參數及結構設計關鍵點等問題，而不是教師“耳提面命”地提示注意事項，進而提高學生學習的主觀能動性；引入現代設計手段，利用CAD繪圖軟件，經過三維模型設計到二維圖紙轉換的過程，完成工程圖紙；完成說明書等附加文件的撰寫，設計PPT的制作、關鍵零件的應力有限元分析等；引導學生在課程設計任務完成后，回顧自己在設計中遇到的工程問題、難以確定的設計問題，通過PPT演示、動畫演示等手段再現問題。最終，建立機械設計課程設計三維設計的有效運行模式，充分開發學生的工程設計能力、訓練工程設計思維，奠定職業生涯的基本技能訓練。

2.2 課程設計具體實施

（1）分組討論，設計計算；三維結構設計，參數計算。給定每個同學設計方案，按設計方案的原理分成四組，每組雖然方案相同，但設計參數不同，這樣同學既可以相互交流，又必須獨立完成自己方案的設計計算任務。最后學生整理數據，老師確認參數的可行性。時間約兩天；結構設計必須是邊設計、邊計算、邊修改的過程。（2）二維圖紙繪制，動畫制作；零件圖繪制，參數計算。完成三維設計圖后指導學生利用CAD軟件自身功能，轉化A0草圖一張。由指導教師審核結構錯誤，簽字確認。修改結構錯誤，重新轉化二維圖紙，修正二維表達，完成A0正式圖一張，簽字確認；為完成機械設計的全過程，在有限時間內，要求學生繪制典型零件齒輪、軸、端蓋的零件圖，共三張3張。并進行相應需校核參數計算，完成時間節點為第二十二天。（3）說明書撰寫，PPT；閱讀參考資料，答辯。整理設計資料，完善相應計算，整理設計計算說（下轉第150頁）（上接第102頁）明書。制作答辯PPT。匯總設計中遇到的困難與問題。完成時間節點為第二十四天；閱讀參考資料準備答辯，時間節點為第二十五天。采用PPT形式進行最終設計答辯，最后一天，結束課程設計。

2.3 課程設計成績評定

機械設計課程設計的成績主要由3個部分組成：設計成績、報告成績及答辯成績。其中，設計成績包含三維模型結構建立的準確性、二維工程圖紙中各視圖表達是否清楚、標注是否符合規范等內容，具體由指導教師及同組同學共同給出。指導教師主要考核學生調研及查閱資料的能力，整體設計方案可行性、結構的合理性，學生繪圖工具運用能力，分析問題及解決問題的能力占設計成績的70%；同組同學主要考核小組中每位同學在整個設計過程中所做的努力與貢獻，占設計成績的30%。報告成績，涉及了設計計算的準確性、有限元應力分析的可靠性、裝配動畫的合理性。答辯成績由PPT制作、問題匯總、問題回答等部分組成，由教師給出相應成績。

2.4 CDIO模式課程設計的特點

采用基于CDIO的三維課程設計教學模式，讓學生以課程設計為依托，在進行機械設計工程訓練的同時，運用現代設計方法及手段實施課程設計，不僅有效保證了學生通過綜合設計來實現理論知識的綜合應用，真正做到學以致用，通過綜合設計答辯來查漏補缺，使學生認識到自己的不足，扎實掌握所學知識，從而切實提升實踐設計能力，同時提高了學生運用工具軟件的能力。

（1）學生初次全面整合知識進行機械設計，缺乏工程概念。三維設計過程中，各零件間的尺寸配合，不再二維圖紙那樣直觀容易確定。故要求教師增加工作量，從設計的細節上全面指導學生，確定各相關零部件的結構、尺寸、標準件的選取；同時，同一方案學生應多次組織討論，找出設計中易出現的共性問題，提高設計效率和質量。（2）所實施的從三維設計著手，二維圖紙轉換完成最終設計的設計過程、方法及理念，符合現代工程設計實際。雖然在實施過程中，由于軟件不熟練等原因，導致部分同學感到一定的困難，但最終大家都克服了困難，順利完成課程設計。（3）在三維設計工具培訓到位，學生運用熟練的基礎上，實施三維課程設計，摒棄圖版繪圖是可行、并值得推廣的。

3 結束語

通過將分組討論、三維軟件直接介入設計、歸總設計中的難點等教學手段引入機械設計課程設計，既鍛煉了學生的工程設計能力，又促進了學生學習的主觀能動性，體現了CDIO教學模式要求達到工程知識和能力的雙重效果。而教師考評與學生自評相結合，設計圖、報告、答辯等多角度的考核機制對學生學習產生直接的導向作用，即多元（知識+能力）考核項目達到多元的培養目標。實現了學生在專業知識的獲取、把握，個人學習能力、人際交往能力、產品、過程和系統建造能力等方面的培養與鍛煉。

參考文獻

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