“機(jī)械設(shè)計與制造”綜合工程訓(xùn)練創(chuàng)新項目開發(fā)與教學(xué)實施

◆張井洋 錢金娟 吳復(fù)龍

(南京航空航天大學(xué)工程訓(xùn)練中心)

“機(jī)械設(shè)計與制造”綜合工程訓(xùn)練創(chuàng)新項目開發(fā)與教學(xué)實施

◆張井洋 錢金娟 吳復(fù)龍

(南京航空航天大學(xué)工程訓(xùn)練中心)

結(jié)合工程訓(xùn)練中心實踐教學(xué)平臺，開發(fā)建立實施以“無碳小車”為綜合工程訓(xùn)練創(chuàng)新項目載體的教學(xué)模式，從而培養(yǎng)鍛煉并提高了學(xué)生的機(jī)械工程設(shè)計與制造能力及創(chuàng)新能力，使學(xué)生真正達(dá)到了學(xué)以致用的目的和效果，為培養(yǎng)卓越工程師創(chuàng)造了良好的條件。

工程訓(xùn)練中心 無碳小車 工程訓(xùn)練教學(xué) 機(jī)械設(shè)計與制造

機(jī)械設(shè)計與制造課程，是工科院校中很重要且實踐性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，對學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)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(qiáng)，它要求學(xué)生不僅要掌握扎實的基礎(chǔ)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(jīng)驗，還要具備將所學(xué)知識應(yīng)用到工程實踐中去的能力。課程擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)學(xué)生具有分析選用和設(shè)計常用機(jī)構(gòu)、機(jī)械傳動裝置和簡單機(jī)械的能力，以及提高學(xué)生機(jī)械制造方法技能的能力為學(xué)生從事機(jī)械的研究開發(fā)和設(shè)計與制造打下必要的基礎(chǔ)。

多年來，各個工科院校一直以減速器的設(shè)計作為《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程設(shè)計題目。但從機(jī)械的整體設(shè)計角度以及從培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新精神與綜合工程實踐能力方面來看，僅僅以減速器的設(shè)計這一題目作為機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計題目，讓學(xué)生只了解減速器，顯得又太單一；同時培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)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(xiàn)。因此，為了更好地滿足機(jī)械設(shè)計與制造課程培養(yǎng)的目標(biāo)與任務(wù)以及培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新精神與提高綜合工程實踐能力，激發(fā)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究與探索的興趣，我們根據(jù)工程訓(xùn)練中心實踐教學(xué)平臺提出實施“機(jī)械設(shè)計與制造”綜合工程訓(xùn)練創(chuàng)新項目開發(fā)。工程訓(xùn)練是一種以工程環(huán)境為背景，以工程內(nèi)容為載體，以實際操作為手段，系統(tǒng)、全面的工程實踐訓(xùn)練。學(xué)生通過進(jìn)行工程訓(xùn)練能夠大大提高學(xué)生的工程設(shè)計能力、工程創(chuàng)新能力、發(fā)現(xiàn)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(xué)校工程教育必不可少的重要環(huán)節(jié)，發(fā)揮著其他課程不可替代的重要作用。通過實施“機(jī)械設(shè)計與制造”綜合工程訓(xùn)練項目訓(xùn)練開發(fā)以“項目驅(qū)動式”教學(xué)來彌補(bǔ)機(jī)械設(shè)計與制造在理論教學(xué)中的不足之處，從而培養(yǎng)學(xué)生具備良好的職業(yè)素養(yǎng)、敬業(yè)精神、工程素質(zhì)、以此來提高學(xué)生的機(jī)械設(shè)計創(chuàng)新能力以及綜合工程實踐能力。

一、建立以無碳小車為“機(jī)械設(shè)計與制造”綜合工程訓(xùn)練創(chuàng)新項目載體訓(xùn)練教學(xué)模式

我們以全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽主題“無碳小車越障競賽”作為“機(jī)械設(shè)計與制造”綜合機(jī)械工程訓(xùn)練創(chuàng)新項目。設(shè)計一種小車，驅(qū)動其行走及轉(zhuǎn)向的能量是根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，由給定重力勢能轉(zhuǎn)換而得到的。該給定重力勢能由競賽時統(tǒng)一使用質(zhì)量為1Kg的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)換為機(jī)械能并以此驅(qū)動小車行走的裝置。無碳小車要求具有轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)，且此轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)具有可調(diào)節(jié)功能，以適應(yīng)放有不同間距障礙物的競賽場地。要求小車為三輪結(jié)構(gòu)，具體設(shè)計，材料選用以及加工制作均有學(xué)生自主完成。

無碳小車是最具典型的“機(jī)械設(shè)計與制造”綜合訓(xùn)練創(chuàng)新項目。該項目從學(xué)生對小車的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計、傳動系統(tǒng)的設(shè)計、零件的設(shè)計制造以及裝配調(diào)試、綜合集成運用了機(jī)械設(shè)計、機(jī)械原理、公差配合與技術(shù)測量、金屬切削原理與刀具、機(jī)械制造工藝學(xué)等專業(yè)課程理論知識體系以及零件各種不同加工方法基礎(chǔ)工程訓(xùn)練平臺等完整的知識體系。從而鍛煉培養(yǎng)并提高了學(xué)生的機(jī)械工程設(shè)計與制造能力及創(chuàng)新能力使學(xué)生真正達(dá)到了學(xué)以致用的目的和效果，為培養(yǎng)卓越工程師創(chuàng)造了良好的條件。

二、采用“項目驅(qū)動法”實施工程訓(xùn)練一體化實踐教學(xué)

結(jié)合無碳小車綜合工程訓(xùn)練創(chuàng)新項目載體，先講授相關(guān)的基本理論知識及拓展知識。學(xué)生再以小組的形式分別對無碳小車進(jìn)行方案優(yōu)化設(shè)計。在方案設(shè)計過程中，各小組成員集思廣益 ，相互溝通交流、發(fā)表各自的見解完成項目最優(yōu)的設(shè)計方案。這樣，使各組的每一位學(xué)生都能夠積極主動融入到項目學(xué)習(xí)當(dāng)中去。同時，也培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力與溝通表達(dá)交流能力。在實踐項目載體制造環(huán)節(jié)，各小組在各加工訓(xùn)練區(qū)分別獨自加工零件。在加工零件的過程中，指導(dǎo)教師親自指導(dǎo)其完成。通過這一項目載體的制造環(huán)節(jié)能夠培養(yǎng)學(xué)生的安全意識、質(zhì)量意識、創(chuàng)新意識、提高學(xué)生的動手操作技能水平以及使學(xué)生具備良好的職業(yè)素養(yǎng)及敬業(yè)奉獻(xiàn)精神。在實踐項目載體裝配調(diào)試階段，各組分別對項目載體進(jìn)行產(chǎn)品的裝配、調(diào)試。最后指導(dǎo)教師分別對各組的項目載體進(jìn)行答辯評價、驗證實踐項目載體的科學(xué)、合理、正確性、并對所出現(xiàn)的問題現(xiàn)場給與指正，最后結(jié)合各組成員實施項目載體的設(shè)計環(huán)節(jié)、制造環(huán)節(jié)、裝配、調(diào)試環(huán)節(jié)進(jìn)行成績考核。在項目載體實施的整個過程中，以學(xué)生為主體，指導(dǎo)教師巡回指導(dǎo)，改變了傳統(tǒng)教學(xué)以教為主灌輸式的教學(xué)方法，激發(fā)了每名學(xué)生的探索求知欲望，調(diào)動了每名學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的合作意識、競爭意識、團(tuán)隊意識、同時也提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。

結(jié)合我校工程訓(xùn)練中心實踐教學(xué)訓(xùn)練平臺為該項目的建立實施提供了良好的基礎(chǔ)。我校工程訓(xùn)練中心教師指導(dǎo)的學(xué)生曾在多屆省賽，國賽大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽中取得了優(yōu)異的成績。目前，我校工程訓(xùn)練中心現(xiàn)已將“無碳小車”這一綜合工程訓(xùn)練創(chuàng)新項目成功納入到常規(guī)綜合工程訓(xùn)練教學(xué)以及卓越工程師的培養(yǎng)計劃工程訓(xùn)練教學(xué)，并取得了很好的教學(xué)效果。

[1]成瓊，郝建平.培養(yǎng)綜合工程素質(zhì)創(chuàng)新工程訓(xùn)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(xué)生實現(xiàn)創(chuàng)新夢想的訓(xùn)練平臺[J].高等工程教育研究，2011，(03)：14-20.