创新型机械综合实验项目的开发及教学研究

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机械综合实验Ⅳ是为机械设计制造及其自动化专业四年制本科生开设的一系列综合实验课程之一，旨在利用先进制造技术，从学以致用的人才培养理念出发，培养学生的工程实践能力、综合应用能力、系统设计能力及创新实践能力。机械综合实验Ⅳ课程是适应卓越工程师教育新开设的实践教学环节[1]，实验做什么、如何做，如何实现课程教学目标是本课程亟待研究的课题。围绕上述问题，我们对课程教学内容、教学模式、实验项目设计等方面作了深入研究，并在07级、08级两届学生中成功开设相应实验项目，收到了预期教学效果。

一深化课程内容改革，提高学生综合应用能力

实验教学不是课程教学的一个附属环节，而是“提供获得知识的方法，培养学生研究、批判和反省的精神，使他们有自动追求知识和不断研究的能力”[2]的教学途径之一。机械综合实验Ⅳ是独立开设的综合性实践课程，安排在第七学期进行，机械设计、制造等专业课程已全部学完，尽管这时学生已初步具备了CAD产品结构设计能力、CAPP制造工艺设计能力和利用先进数控设备加工能力和基本的机电产品质量检测能力，但对于产品开发的全过程缺乏系统认识和实战经验，知识是离散的，能力也是支离破碎的。通过综合实验，以工程项目为主线组织教学，学生3～5人为单位组成多个工作团队，从产品设计开始经过工艺分析、编程制造、检测、安装调试等使每个学生亲历工程项目的全过程，把自己的设计通过规范的工程方式转化为产品，同时将所学专业知识串起来，综合运用设计、制造、检测等技能，完成完整的知识结构和综合能力的建构。

实验项目的设计体现三个重要特征：一是先进性，二是综合性，三是创新性。先进制造技术包括先进的设计方法、先进的制造工艺、机电一体化制造装备以及先进的设计和制造理念。

设置实验项目时为激发学生创新意识，培养学生的创新能力，将项目安排为学生自选项目和课程指定项目两大类。在指定项目（见表1，机械综合实验项目一览表，项目1～4）中将先进的设计、制造、检测技术贯穿项目的始终，确保项目符合先进制造技术的发展要求。指定项目要求学生采用逆向设计或正向设计的方法，教师提供复杂曲面产品原型，由学生用三坐标测量仪进行测量，用反求软件如Surface，Pro/E， UGⅡ，进行数据处理和曲面重构，并对产品结构进行改进设计，在此基础上选择数控加工或快速原型制造，完成零件加工；然后用三坐标测量仪进行精度检测，对测量结果进行分析，查找误差源。上述实验项目的设置无论是设计方法还是选用的软件及设备均符合当今制造技术的发展方向，具有先进性。制造技术本身具有综合化特征，学生实验过程中用到的CAD、CAPP、CAM、NC（数控）、RP（快速原型）、CMM（三坐标测量机）等先进设计、制造、检测精密设备都是多学科的研究成果，每个学生亲历工程项目的全过程，自身的综合能力得到提升。

二激发学生创新设计的热情，提高实践能力

创新能力培养是工程训练教学的精髓，质量为本，创新是魂[3]。因此在机械综合实验Ⅳ项目设置中给出了学生自选项目的空间，以学生为主导自选感兴趣的产品进行设计与制造，教师进行必要的引导，让学生进行自主创新实验。而对于自选项目既可以采用正向设计也可以采用逆向设计，要求学生运用先进的CAD软件如Pro/E，UGⅡ自行设计某一功能部件，完成零件图、装配图设计；根据设计的产品可选择数控加工或快速原型制造，编制工艺完成零件加工；用三坐标测量仪进行加工精度检测；在此基础上完成安装调试。学生根据自己的兴趣特长自行设计产品，指导教师组织全班同学参加创新项目立项评议，让每位自选项目同学通过答辩表达自己的创意，以此综合培养学生的创新能力、语言表达能力、考虑问题的周到性以及逻辑思维的严密性。对于公认有创意和价值的项目，经指导教师审核批准后进行实施。在教师指导下完成设计、加工、检测、安装、调试、评价等创新实践，激发了学生的学习兴趣和积极性。对于难度较大、课堂上完成不了的题目，学生可以在课后利用实验室开放的时间继续进行设计和实验。项目涉及的CAD中心、先进制造技术中心、检测中心等实验室不仅要做到时间开放，更要做到内容的开放，以方便学生开展设计性、综合性、创新性项目的选择和实施。

三以项目为主线，团队协作，培养学生的工程意识

针对机械综合实验项目的设计性、综合性特征，要求参与实验的学生根据各自特长自由组合，3～5人1组每组开发一套产品，要求各项目组的设计具有不同的结构形式。每组明确1名学生作为实验项目负责人，相当于一个总工程师和项目经理的角色，而每位组员就是一个开发工程师。项目责任人起组织协调作用，将任务进行分解，合理分工，组织全组精心制订实验方案，根据设备、场地、实验室开放时间与指导教师协调合理安排实验流程及进度并查阅相关资料，对可能遇到的问题制定相应的对策，通过这种相互协作，使学生学会团队合作，共同努力达成目标的工作方式，以适应将来在工程项目中的角色。指导教师与组长一起分析设计制造项目的全部流程，指导学生如何统筹协调制造环境如生产计划、使用设备的种类与时间、需要的毛坯与材料等，并与制造现场的主管老师协调。指导教师与组长一起审核设计、审核工艺，监督指导零件加工、检测、安装、调试，作为项目组长的后盾，参与指导项目实施全过程。

通过设置自选项目，以项目责任人负责的团队工作方式，给每个参与的学生一个创造的自由空间，同时赋予一份责任，以此激励兴趣、开拓思维、鼓励发问、启发创意。综合实验设计制造项目已实施两届，学生干起来爱不释手，相关实验室延长开放时间，甚至晚上加班为学生服务。实验结束后，实验小组要对实验过程出现的各种情况进行认真分析研究，相互交流，认真总结及时撰写实验报告。实验报告包括设计图纸、工艺规程、生产计划、质量检验报告、安装调试记录及总结[4]。通过机械综合实验，增强了学生的综合判断意识与能力，增强工程与技术素养，让学生体会自身知识、能力如何在工程实践中得到应用与发挥，进行学以致用的过渡。这种方式的实验有利于锻炼学生发现问题、分析思考问题、进而解决问题的能力，通过指定或自选创新项目把机械制图、机械设计、制造工艺、公差配合与技术测量、数控加工、快速成型等课程内容融会贯通，培养了学生综合运用所学知识解决问题和工程实施的能力。