工程教育背景下大学生工程能力课程设计与实践.pdf
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1、模具技术2 0 2 3.No.5文章编号:10 0 1-49 34(2 0 2 3)0 5-0 0 7 3-0 773工程教育背景下大学生工程能力课程设计与实践胡小舰(西安工程大学乡工程训练中心,陕西西安7 10 6 0 0)摘要:在工程教育背景下,着眼于培养新时代大学生的工程素养与工程实践能力。本文以学生为中心,结合CAD/CAM数字化设计与制造工程实践课程设计,以全国大学生工程综合能力竞赛项目为教学案例,进行工程能力实践教学改革,将数字化、智能化制造引入教学环节,实施具有特色的项目化教学方法,通过对该课程教学改革方法的实施,不仅增强了学生的学习主动性,同时,又提升了学生的工程素养与综合实践
2、能力,课程整体教学质量得到显著提高。关键词:数字化制造;教学设计;工程素养;工程能力;中图分类号:G642.423Curriculum design and practice of college students engineering ability under(Xian Engineering University Engineering Training Center,Xian 710600,Shaanxi,China)Abstract:Under the background of engineering education,it focuses on cultivatingengi
3、neering literacy and engineering practice ability of college students in the new era.Thispaper focuses on students,combines CAD/CAM digital design and manufacturing engineeringpractice course design,takes the national college students engineering comprehensive abilitycompetition project as a teachin
4、g case,carries out engineering ability practice teachingreform,introduces digital and intelligent manufacturing into the teaching link,andimplements the characteristic project-based teaching method.Through the implementation ofthe course teaching reform method,It not only enhances students learning
5、initiative,but alsoimproves students engineering literacy and comprehensive practical ability,and the overallteaching quality of the course has been significantly improved.Key words:digital manufacturing;instructional design;engineering literacy;engineeringcapacity文献标识码:Bthe background of engineerin
6、g educationHU Xiaojian收稿日期:2 0 2 2-0 7-12作者简介:胡小舰,工程师,主要从事教学研究改革与管理方面的研究。740 引 言高等院校的职责是为国家培养人才。近年来,“中国制造2 0 2 5”“工程教育认证”等新标准、新理念的提出,使工程训练课程成为高等院校培养大学生工程实践能力与创新能力必不可少的环节。工程训练是机械类专业大学生将理论知识及专业知识进行具象化的重要平台1-41,也是培养该专业大学生具有工程意识、工程实践能力与创新能力的重要教学环节。目前,传统的工程训练实训环节的知识与操作技能学习已经不能满足培养综合实践、创新型人才的要求,传统的实训模式及教学
7、体系急需改变。为了强化机械类大学生实践创新环节,本文探索实施了具有特色的项目化教学方法,凸显了工程实践创新的时代优势,以发掘学生的创新思维,提升学生的实践能力及解决工程实际问题的能力5-6 。1传统工程训练模式存在的主要问题Die and Mould Technology No.5 2023不能做到以学生为中心、以成果为导向,作品之间没有相互贯通,不能实现设计一制作一检测一装配一调试全闭环过程,不利于学生的主观能动性与创新性的发挥。1.3工程实践课程缺乏思政元素高校工程实践课程应首先对学生进行劳动教育、思政教育。目前大部分高校在创新课程设置中只注重项目导向、成果导向,注重学生工程能力培养。但在
8、核心课程建设中,多学科之间交叉融合较差,思政教学元素融人不够,不能很好地讲好中国制造、中国创造的家园情怀。因此,在创新课程中难以实现学生全方位能力的培养。工程训练中心作为工程技术人才的培养基地,同时也是本科高校工程教育的重要平台,为了更好地落实本科高校立德树人的根本教育任务,培养新时代大学生工程素养、工程能力、创新能力,传统的机械类本科生工程实践教学改革已经势在必行。2孝教学设计与实践方案工程训练实践是机械类本科生进行实践教2.1教学项目设计的意义学的重要环节,是培养机械类学生劳动情怀、基本职业技能、工程实践能力、创新能力的重要载体,但是传统实践教学模式存在着许多突出典型问题,在工程教育背景下
9、,不利于学生工程素养、工程能力、创新能力的全面培养7。1.1教研缺乏创新、教学案例单一目前,大部分高校工程训练一线教学模式仍以传统教学模式一师徒模式开展教学,这种模式教案单一、教学方式陈旧;同时大部分实践教师为工勤技术人员,在教学中不开展教研活动,实训案例陈旧、单一,这与工程教育背景下学科交叉、培养创新、复合型人才的目标不符。1.2实训项目未能实现闭环机械类学生在传统工程训练项目实训中,需要完成如小榔头、开瓶器、台阶轴、激光雕刻、子弹模型等实训作品,这些作品可以锻炼学生一定的实践动手能力,但是在工程教育背景下,在工程教育背景下,针对机械类课程开展工程实践创新课程建设与改革,在课程中融入思政元素
10、,并以学生为中心、以项目为导向,实现实训项目全闭环。在实践中,结合CAD/CAM数字化设计,进行工程能力实践教学改革,将数字化、智能化制造引入教学环节,在实践教学中将理论知识与工程实践、创新能力相结合,并针对项目中突出工程问题开展教研、教学、实践一体化,从而提升学生学习主动性,让学生以项目为基础自主得进行产品方案设计、工艺优化,结合数字化制造进行作品制作,并运用基础工程训练能力进行装配与调试,将理论知识在实践中具象化8-。2.2教学项目引入在教学项目引人方面,我们以全国大学生工程综合能力竞赛项目一一无碳小车等项目为实践案例。无碳小车是一个势能小车,以重力模具技术2 0 2 3.No.5势能驱动
11、小车沿固定路线(S环形或8 字环形)行走,如图1所示。该小车的重力势能通过一个质量为1kg的标准码来获得,码的可下降高度为(30 0 土2)mm。无碳小车的结构示意简图如图2 所示。发车线出发方向出发区隔板中心线出发区出发方向发车线(a)环形8 字无碳赛道示意图边界挡板中间隔板活动隔板发车出发方向发车线(b)环形S无碳赛道示意图图1无碳赛道示意图Fig.1 Schematic diagram of carbon free racetrack300mm图2 无碳小车结构示意简图Fig.2 Schematic diagram of carbon free trolley序号1机械工程知识2数控加工
12、编程指“一支小小圆珠笔通过数控加工工艺、编程指令及CAM讲解,结合“笔尖制造难令、加工工艺,背后的大国匠心”题”讲述中国制造业的现状与面临的问题,使同学们了解科技储CAD/CAM 数字故事分享化设计与制造75无碳小车竞赛要求学生自主设计一种通过重力势能驱动,以此检验学生对机械传动机构、凸轮转向机构、连杆机构的合理设计与优化,同时要求小车具备自行走、自转向功能,并能在自行走过程中精准地进行避障,最终以自主设计小车行走距离及避障数量作为比赛评判标准。因此,引入无碳小车项目主要是通过与工程训练教学相衔接,综合体现大学生机械创新设计能力、制造工艺能力、实际动手能力、工程管理能力和团队合作能力。目的在于
13、激发大学生进行科学研究与探索的兴趣,加强大学生工程实垂直中心线践能力、创新意识和合作精神的培养。在教学与实践过程中,首先,通过机械工程发展案例融入社会的变化与发展、社会的改革发车线与进步,将机械工程发展史渗人到专业知识学赛道出发方向中心线发车区垂直中心线表1课程思政Tab.1 Curriculum ideology and politics教学内容课程思政元素机械工程发展史习中,使学生既有家国情怀、又有环球视野。其次通过对无碳小车项目介绍,让学生通过了解无碳小车发展、结构原理与演变,从而借鉴历史、温故知新,探索工程实践的发展规律。最后通过前几届大赛案例教学成果的回顾与展示,加深学生对工程实践与
14、创新能力培养过程的了解,使学生在胸中升起一股追寻实践真理的强烈愿望,并激发学生创造发明的冲动。2.3教学项目组织及准备为确保教学目标的成功实现,将教学环节分为项目引人、教学演示、任务实施、任务评价4个阶段,同时在课程绪论中融人了新时代工匠事迹,通过学习工匠精神、培养学生实践求真能力1-12 1,通过课堂案例教育来感染学生,培养大学生敬业守信、有责任担当的职业精神,其中教学内容与思政元素详见表1。具体内容结合机械工程发展史的讲解,将知识延展到机械产品的创新设计与智能制造,教育学生以史为鉴,激发学生工程实践意识与创新意识,培养学生担当意识和进取精神备、制造工艺是一个国家的硬实力。培养学生在工程实践
15、及工程创新中严谨认真、一丝不苟的精神,树立科技报国的志向76序号3工程加工实践操工匠人物故事分数控加工实践操作步骤讲解,结合学校西安工匠“张立昌”“魏同作讲解享,典型事故案例学”等技师成长的故事,激励学生“干一行、爱一行,专一行、精一解析行”,培养新时期的工匠精神;并收集实际生产事故,从正反两方面教育学生,增加学生的安全意识和责任感4无碳小车装配、调改进意识、团队协融入高风林为火箭焊心脏的事迹,引导学生学习中国载人航天精试,设备维护与作、劳动精神保养5成果展示Die and Mould Technology No.5 2023续表教学内容课程思政元素理想信念与探索项目成果:各组相互交叉对加工零
16、件进行检测,并分析加工中存在精神的问题;各组对小车进行装配调试,形成总结汇报。通过设定目标、修正自身,培养学生创新意识、树立可持续发展观念具体内容神,刻苦奋进、锲而不舍,树立科技报国的志向,培养学生不怕苦、不怕累的劳动情怀按照项目内容,,结合我校现有实训环节及设备,合理安排项目所需设备等资源。加工环节设备采用数控铣床、数控车床、激光雕刻,以及量具、附具等;材料为YL12铝块、铝棒、高碳项目过程项目引人(2课时)教学演示(4课时)创新设计(4课时)任务实施(8课时)任务评价(4课时)项目答辩路演(2课时)钢、亚克力板;根据每组学生设计小车零件的加工特点、关键工序,预估项目完成所需时间,由学生进行
17、分组实施任务,每组学生为56 人,项目实施方案如表2 所示。表2 项目实施方案Tab.2Project organization学生实施内容1.阅读项目任务书2.阅读引导文案3.查阅相关学习资料4.分组讨论1掌握对刀方法并练习2.掌握程序DNC传输3掌握CAD/CAM数字设计与制造方法4.进行零件设计及装配设计1.凸轮转向机构设计与优化2连杆机构设计与优化3.创新设计头脑风暴1.仿真虚拟操作加工2.零件程序DNC传输3.零件加工4.设备维护保养1.零件质量测量分析2.小车装配、调试3.小组学生互相检查、点评1.撰写项目任务书2.制作答辩PPT3.无碳小车运行路演教师指导内容1下达项目工作任务书
18、2.讲述完成项目任务的流程3引导学生搜集相关工艺信息资料1.演示数控铣床操作2.讲授CAD/CAM软件3.讲授程序DNC传输4.指导学生进行练习及设计5对学生提出的问题进行讲解及指导1.无碳小车工作原理讲解2.典型机械传动机构讲解3.凸轮转向机构讲解4.连杆机构讲解1引导学生进行零件加工前准备工作2对学生实际操作加工规范进行示教1.组织学生进行互评2.组织学生进行成果展示3.在总结时提出改进方法4.通过总结发现创新设计1引导学生根据答辩、路演结果继续完善作品2.通过路演环节选一批优秀作品、建立更完善的设计及制作理念,参加校赛、省赛每组人数565656565656教学组织安排,实训项目设计制作的
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