“機械設計與制造”綜合工程訓練創新項目開發與教學實施

◆張井洋 錢金娟 吳復龍

(南京航空航天大學工程訓練中心)

“機械設計與制造”綜合工程訓練創新項目開發與教學實施

◆張井洋 錢金娟 吳復龍

(南京航空航天大學工程訓練中心)

結合工程訓練中心實踐教學平臺，開發建立實施以“無碳小車”為綜合工程訓練創新項目載體的教學模式，從而培養鍛煉并提高了學生的機械工程設計與制造能力及創新能力，使學生真正達到了學以致用的目的和效果，為培養卓越工程師創造了良好的條件。

工程訓練中心 無碳小車 工程訓練教學 機械設計與制造

機械設計與制造課程，是工科院校中很重要且實踐性較強的專業基礎課，對學生學習專業課程起著承上啟下的橋梁作用。該課程的綜合性和實踐性都很強，它要求學生不僅要掌握扎實的基礎理論知識，更重要的是理解那些從工程實踐中得來的知識經驗，還要具備將所學知識應用到工程實踐中去的能力。課程擔負著培養學生具有分析選用和設計常用機構、機械傳動裝置和簡單機械的能力，以及提高學生機械制造方法技能的能力為學生從事機械的研究開發和設計與制造打下必要的基礎。

多年來，各個工科院校一直以減速器的設計作為《機械設計基礎》課程設計題目。但從機械的整體設計角度以及從培養學生的工程創新精神與綜合工程實踐能力方面來看，僅僅以減速器的設計這一題目作為機械設計基礎課程設計題目，讓學生只了解減速器，顯得又太單一；同時培養學生的工程創新能力、動手操作技能與綜合工程實踐能力得不到很好的體現。因此，為了更好地滿足機械設計與制造課程培養的目標與任務以及培養學生的工程創新精神與提高綜合工程實踐能力，激發學生進行科學研究與探索的興趣，我們根據工程訓練中心實踐教學平臺提出實施“機械設計與制造”綜合工程訓練創新項目開發。工程訓練是一種以工程環境為背景，以工程內容為載體，以實際操作為手段，系統、全面的工程實踐訓練。學生通過進行工程訓練能夠大大提高學生的工程設計能力、工程創新能力、發現問題、分析問題、解決問題的能力以及動手實踐能力。目前逐漸成為高等學校工程教育必不可少的重要環節，發揮著其他課程不可替代的重要作用。通過實施“機械設計與制造”綜合工程訓練項目訓練開發以“項目驅動式”教學來彌補機械設計與制造在理論教學中的不足之處，從而培養學生具備良好的職業素養、敬業精神、工程素質、以此來提高學生的機械設計創新能力以及綜合工程實踐能力。

一、建立以無碳小車為“機械設計與制造”綜合工程訓練創新項目載體訓練教學模式

我們以全國大學生工程訓練綜合能力競賽主題“無碳小車越障競賽”作為“機械設計與制造”綜合機械工程訓練創新項目。設計一種小車，驅動其行走及轉向的能量是根據能量轉換原理，由給定重力勢能轉換而得到的。該給定重力勢能由競賽時統一使用質量為1Kg的標準砝碼(￠50×65 mm，碳鋼制作)來獲得，要求砝碼的可下降高度為400±2mm。標準砝碼始終由小車承載，不允許從小車上掉落。

無碳小車是一種可將重力勢能轉換為機械能并以此驅動小車行走的裝置。無碳小車要求具有轉向控制機構，且此轉向控制機構具有可調節功能，以適應放有不同間距障礙物的競賽場地。要求小車為三輪結構，具體設計，材料選用以及加工制作均有學生自主完成。

無碳小車是最具典型的“機械設計與制造”綜合訓練創新項目。該項目從學生對小車的結構方案設計、傳動系統的設計、零件的設計制造以及裝配調試、綜合集成運用了機械設計、機械原理、公差配合與技術測量、金屬切削原理與刀具、機械制造工藝學等專業課程理論知識體系以及零件各種不同加工方法基礎工程訓練平臺等完整的知識體系。從而鍛煉培養并提高了學生的機械工程設計與制造能力及創新能力使學生真正達到了學以致用的目的和效果，為培養卓越工程師創造了良好的條件。

二、采用“項目驅動法”實施工程訓練一體化實踐教學

結合無碳小車綜合工程訓練創新項目載體，先講授相關的基本理論知識及拓展知識。學生再以小組的形式分別對無碳小車進行方案優化設計。在方案設計過程中，各小組成員集思廣益 ，相互溝通交流、發表各自的見解完成項目最優的設計方案。這樣，使各組的每一位學生都能夠積極主動融入到項目學習當中去。同時，也培養了學生的團隊協作能力與溝通表達交流能力。在實踐項目載體制造環節，各小組在各加工訓練區分別獨自加工零件。在加工零件的過程中，指導教師親自指導其完成。通過這一項目載體的制造環節能夠培養學生的安全意識、質量意識、創新意識、提高學生的動手操作技能水平以及使學生具備良好的職業素養及敬業奉獻精神。在實踐項目載體裝配調試階段，各組分別對項目載體進行產品的裝配、調試。最后指導教師分別對各組的項目載體進行答辯評價、驗證實踐項目載體的科學、合理、正確性、并對所出現的問題現場給與指正，最后結合各組成員實施項目載體的設計環節、制造環節、裝配、調試環節進行成績考核。在項目載體實施的整個過程中，以學生為主體，指導教師巡回指導，改變了傳統教學以教為主灌輸式的教學方法，激發了每名學生的探索求知欲望，調動了每名學生的學習積極性，培養了學生的合作意識、競爭意識、團隊意識、同時也提高了學生發現問題、分析問題、解決問題的能力。

結合我校工程訓練中心實踐教學訓練平臺為該項目的建立實施提供了良好的基礎。我校工程訓練中心教師指導的學生曾在多屆省賽，國賽大學生工程訓練綜合能力競賽中取得了優異的成績。目前，我校工程訓練中心現已將“無碳小車”這一綜合工程訓練創新項目成功納入到常規綜合工程訓練教學以及卓越工程師的培養計劃工程訓練教學，并取得了很好的教學效果。

[1]成瓊，郝建平.培養綜合工程素質創新工程訓練模式[J].實驗室研究與探索，2010，29(08)：130-132.

[2]程光旭.工程坊：大學生實現創新夢想的訓練平臺[J].高等工程教育研究，2011，(03)：14-20.