機械設計制造及其自動化專業本科生現代設計方法課程群建設的改革與建設

王桂從　李映君　王玉增　高常青++王濰

0 引言

現代設計方法是一門種類繁多、知識面廣、綜合性強的學科群，其課程體系包含計算機輔助設計、機械優化設計、有限元法、可靠性設計、疲勞設計、虛擬設計、創新設計、綠色設計、人機工程、并行設計等50多門課程。由于新知識、新技術的不斷涌現，現代設計方法課程群的內容涉及面將越來越廣。

機械設計制造及其自動化專業是最為普遍的高校機械類專業，目前開設此專業的高校全國有500多所。濟南大學機械設計制造及其自動化專業的培養目標在于培養德智體美全面發展，具備人文素質與科學素養，基礎扎實、實踐能力強、具有創新精神的高級復合型專門人才。由于科技的進步以及計算機技術的發展要求學生能夠盡快地掌握現代設計方法，為其以后從事生產設計工作奠定必要的理論基礎，在有限的教學學時下，圍繞專業人才培養目標要求，以基本素質培養和技術應用能力主線，以課程的邏輯關系為紐帶，以深化教學改革為動力，以市場需求為導向，構建合理的現代設計方法課程體系，選擇適宜的教學內容，改革和更新教學方法與手段，努力完善學生的知識、能力、素質結構。

1 確定課程體系，優化教學內容

由于現代設計方法涉及學科門類多、內容廣、理論深，既要牢固掌握相應的數學基礎、計算機基礎，又要掌握各種設計理論和方法，在有限的學時內，無論是對于教師還是學生來說，全面講授和學習各種現代設計方法都非易事[1]。經過多年的實踐與探索，結合我校實際情況，根據“重視基礎、強化能力、突出特色”的原則，合理設置現代設計方法課程群的課程體系，并結合人才培養目標，依據現代設計方法各分支的成熟程度、應用效果和社會需求，將該學科的主要知識通過數門課程和相應的實踐性教學環節來傳授與學生[2]。依據這一原則，我們精選優化設計、虛擬設計、計算機輔助機械設計、機械創新設計、有限元設計、機械設計學等六種國內外廣泛應用的現代設計方法作為課程群的主要教學內容， 根據“統籌兼顧，突出重點”的原則，以專業必修課、專業選修課構成機械設計制造及其自動化專業的兩層現代設計方法課程體系，如圖1所示。以機械設計學和機械優化設計作為專業必修課，其余課程作為選修課，在教師的指導下，學生根據個人的喜好選擇不同的課程。

教育的目的是要培養出具有創新能力的各類人才。因此創新設計也是現代方法課程群中不可或缺的一部分。結合我校教師的科研特長，開設機械創新設計、TRIZ創新理論兩門關于創新設計的選修課程。就目前來說，開設創新設計相關課程的高校不多，而涉及到TRIZ創新理論的更少。TRIZ創新理論是目前創新設計的主要方法之一，我校在TRIZ創新研究領域具有非常廣的影響力，目前是中國發明協會發明方法研究會常務理事單位、中國TRIZ研究會理事單位等，在TRIZ理論研究與應用推廣方面取得了豐碩的成果。作為我校的特色研究方向，開設了TRIZ創新理論選修課，旨在啟發學生的創新思維，提高學生的創新設計能力。

熟練掌握機械產品設計表達手段和方法是機械設計制造及其自動化專業學生必備的技能。在課程體系中，計算機輔助機械設計和虛擬設計是計算機圖形學的兩個重要分支，也是計算機圖形學在機械設計領域中的重要應用，同時也是產品設計方法從二維設計到三維設計再到虛擬設計的逐步提升。 通過這兩門選修課的學習，同學們可以掌握計算機輔助設計和虛擬設計兩種設計方法的基本原理。為了培養學生的應用能力，輔以計算機輔助繪圖和三維實體造型設計兩門選修課，這兩門課主要依托目前流行的計算機輔助繪圖工具，如AutoCAD、CAXA、Solidworks等，通過軟件的學習訓練學生的創新應用能力，同時也為以后的課外科技活動打下良好的基礎?？紤]到部分同學對圖形學技術的學習熱情，本專業還開設了計算機圖形學選修課程，使學生更深入理解和掌握圖形學的基本理論和算法，進一步提高圖形軟件的開發能力。

2 實踐教學的改革與完善

積極將“現代設計方法”技能引入“專業課程設計”、“畢業設計”、“課外科技活動”等實踐性教學環節，大力促進學生對產品現代設計技能的提高。畢業設計是高等學校培養人才的最后一個綜合性實踐環節，教師引導部分學生采用三維設計、優化設計、有限元設計、創新設計、虛擬設計等先進設計方法進行畢業設計，加深對現代設計方法等基本理論的認識，提高相關應用軟件的應用水平。近年來，本科畢業設計逐年增加與現代設計方法相關的畢業設計題目，如利用SOLIDWORKS、Pro/E、UG等現代企業常用的三維設計軟件進行產品的設計與仿真分析、采用ANSYS、ADAMS等軟件對簡單產品或機械系統進行有限元或機械動力學仿真、采用計算機輔助創新設計平臺Pro/Innovator按照TRIZ理論對系統進行創新設計實踐，提高學生的創新能力、利用MATLAB工具對機械零部件進行優化設計的畢業設計題目層出不窮。“教學相長”理念下，一方面本科畢業論文質量不斷提高，另一方面教師的教學潛力也不斷被發掘。

鼓勵學生踴躍參加課外科技活動，提高學生針對實際需求進行機械創新、設計、制作的能力。利用課外時間組織學生利用“現代設計方法”相關的知識與技能積極參加全國大學生各類競賽活動，如全國大學生數字化創新設計大賽、全國大學生機械設計創新大賽、“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽、全國“TRIZ”杯大學生創新方法大賽、CDN中國汽車設計大賽等國家級、省級比賽，培養了學生的創新設計能力，加強了工程實踐的訓練和學生對現代設計方法的認識。通過參加科創大賽等課外活動和畢業設計等實踐環節，更加細致的掌握設計思想、設計步驟和軟件操作能力，提高學生解決工程實際問題的能力。

3 總結語

為了提高機械設計制造及其自動化專業學生的工程設計能力，培養基礎更扎實、知識面更寬、創新能力更強的專門人才，以“重視基礎、強化能力、突出特色”為原則，從課程體系建設和實踐教學兩方面對現代設計方法課程群建設進行了探討。下一步我們在現有的課程體系的基礎上進一步完善網絡化教學資源，改善教學手段和教學方法，提高課程群建設水平。

【參考文獻】

[1]張鄂.“現代設計方法”省級精品課程的建設與改革.教育教學論壇，2015（51）：99-103.

[2]武蘭英，高勇偉，韓林山.機械類本科生《現代設計方法》課程教學研究. 華北水利水電學院學報（社科版），2011，27（2）：176-178.endprint