基于“智能”技師培養(yǎng)的現(xiàn)代設(shè)計方法課程教學探討

錢曉平

摘要：現(xiàn)代設(shè)計方法是技師學院機械專業(yè)“本科+技師”應(yīng)用型人才培養(yǎng)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，課程內(nèi)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(nèi)容與方法，強化應(yīng)用和實踐，以提高學生學習積極性和教學質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：本科+技師;智能型;現(xiàn)代設(shè)計方法

技師是具備相關(guān)技術(shù)，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(xiàn)代社會的專業(yè)化、自動化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化程度越來越高，應(yīng)用越來越廣泛，從而對相關(guān)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(shè)計是把一種設(shè)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(shè)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(diào)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(yīng)當今基于知識經(jīng)濟發(fā)展趨勢的智能制造產(chǎn)業(yè)對技能人才的需求，無錫技師學院“本科+技師”應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式，在課程體系設(shè)置上開設(shè)了現(xiàn)代設(shè)計方法課程教學。

1課程定位與內(nèi)容選取

現(xiàn)代設(shè)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(nèi)容體系龐大。通過本課程的學習，可使學生了解現(xiàn)代設(shè)計方法的發(fā)展概況與趨勢，對常用現(xiàn)代設(shè)計方法理論、創(chuàng)新思維和技法、內(nèi)涵、特點、應(yīng)用領(lǐng)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(shè)計領(lǐng)域中的應(yīng)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(yīng)用實踐能力和創(chuàng)新設(shè)計能力，為將來從事相關(guān)工作打下一定基礎(chǔ)。

現(xiàn)代設(shè)計方法主要研究設(shè)計方法學的基礎(chǔ)理論，以及優(yōu)化設(shè)計、計算機輔助設(shè)計、可靠性設(shè)計、有限元法、動態(tài)設(shè)計、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、工程遺傳算法等現(xiàn)代設(shè)計理論與方法，課程內(nèi)容豐富、理論性強、復雜抽象，涉及數(shù)學建模、數(shù)值分析、模擬仿真等多方面的知識，對學生的工程數(shù)學基礎(chǔ)要求高。同時，該課程又具有很強的實踐性，研究的內(nèi)容直接面向工程中的優(yōu)化設(shè)計問題，與工程應(yīng)用緊密結(jié)合。

“本科+技師”應(yīng)用型人才培養(yǎng)開設(shè)的現(xiàn)代設(shè)計方法課程，是側(cè)重于工程應(yīng)用技術(shù)的教學，教學內(nèi)容重點應(yīng)該是解決實際工程問題中的常用技術(shù)，讓學生在了解基本概念、基本原理的基礎(chǔ)上，重點掌握應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計方法求解實際問題的方法和步驟。因此，課程教學內(nèi)容選取了理論上成熟并已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用的幾種現(xiàn)代設(shè)計方法，包括優(yōu)化設(shè)計、計算機輔助設(shè)計、有限元法和可靠性設(shè)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(xiàn)代設(shè)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(nèi)容上既突出現(xiàn)代設(shè)計方法的重點，又覆蓋現(xiàn)代設(shè)計方法的全貌。

現(xiàn)代設(shè)計方法主要以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，依靠不同層次的計算機應(yīng)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(xiàn)代設(shè)計應(yīng)用軟件有所了解并初步掌握。

2優(yōu)化設(shè)計方法

優(yōu)化設(shè)計方法是將工程設(shè)計目標轉(zhuǎn)化為求解最優(yōu)化問題，利用數(shù)學最優(yōu)化理論，借助于計算機處理技術(shù)，根據(jù)設(shè)計所追求的性能目標，建立目標函數(shù)，在滿足給定的各種約束條件下，尋求最優(yōu)的設(shè)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(chǔ)理論的枯燥乏味性。增加實際工程案例分析，選取相應(yīng)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(yīng)用于數(shù)值分析、工程優(yōu)化、數(shù)學建模等領(lǐng)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(jù)變分原理和插值法，借助計算機技術(shù)求解工程問題的一種現(xiàn)代數(shù)值計算方法。通過離散化將研究對象變換成一個與原始結(jié)構(gòu)近似的數(shù)學模型，再經(jīng)過一系列規(guī)范化步驟以求解應(yīng)力、應(yīng)變、位移等參數(shù)，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(jié)構(gòu)分析，是對結(jié)構(gòu)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(nèi)容教學中，除講述有限元法基本理論外，重點要向?qū)W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(yīng)用，對一些典型結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shè)計方法

可靠性設(shè)計即根據(jù)可靠性理論與方法確定產(chǎn)品零部件以及整機的結(jié)構(gòu)方案和有關(guān)參數(shù)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(shè)計方法。可靠性設(shè)計理論內(nèi)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(guān)知識，結(jié)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(shè)計。為增強學生的機械可靠性設(shè)計的實踐能力，借助ANSYS可靠性分析模塊把分析結(jié)果圖形化，使學生對所學內(nèi)容有一個生動、形象的認識。

5計算機輔助設(shè)計

計算機輔助設(shè)計技術(shù)是利用計算機強大的圖形處理能力和數(shù)值計算能力，輔助技術(shù)人員進行工程或產(chǎn)品的設(shè)計與分析。在現(xiàn)代設(shè)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(shù)字、文字、圖形的設(shè)計信息，進行圖形的編輯等。

工程數(shù)據(jù)處理的教學，播放相關(guān)視頻資料，使學生體會傳統(tǒng)設(shè)計與現(xiàn)代設(shè)計過程中查詢工程數(shù)據(jù)的不同手段和方法，從而理解對傳統(tǒng)紙質(zhì)記載的工程數(shù)據(jù)進行處理的必要性。零部件的三維模型建立，結(jié)合工程應(yīng)用軟件SolidWorks、Pro/E、UG熟悉產(chǎn)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(shù)時，可以結(jié)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(yīng)用意識。通過對工程實例的講解，可使學生對現(xiàn)代設(shè)計方法的綜合應(yīng)用能有更全面的認識。

6結(jié)論

現(xiàn)代設(shè)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(jié)合，實際應(yīng)用案例與探究式教學方法結(jié)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(xiàn)代設(shè)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(nèi)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(zhì)提高上來，著力技師學院機械專業(yè)“本科+技師”應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

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