机械设计基础在CDIO子项目中的教学设计.ppt

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机械设计基础在CDIO子项目中的教学设计,班玉成王俊伟,河北工业职业技术学院二一二年十二月,机电工程系,目录,适用专业：

机电一体化技术等专业人才培养目标：

本专业旨在培养拥护党的基本路线，适应钢铁冶金行业和机械制造行业新型工业化生产、建设、服务和管理第一线需要的，德、智、体、美等方面全面发展的，掌握从事冶金、机电设备操作、维修、维护和管理实际工作的基本能力和基本技能，具有必备的基础理论知识和专门知识，具有良好职业道德和敬业精神的高端技能型专门人才。

一、课程标准分析,1、专业背景分析,一、课程标准分析,xxxxxxxxxx,机电一体化专业职业岗位分析,yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy,wwwwwwwwwwwwwwwwwwwww,zzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz,1设备操作岗位,2设备技术服务岗位,4xx,3设备管理岗位,机电一体化专业职业岗位核心能力：

xxx、xxx、xxxn大部分组成,1、专业背景分析,一、课程标准分析,2、课程的定位,技术基础课本课程在三级项目中实施，隶属于二级目标抓料机械装置控制设计,前后续课程的衔接：

先修课程有：

机械制图和工程力学等课程，可与公差配合与技术测量课程同时开设；后续课程：

为机械制造工艺学、金属切削机床、模具设计、夹具设计等专业课打下基础。

课程进度：

（修改-56学时+1周课程设计）,一、课程标准分析,课程特点机械设计基础机械类各专业必修的技术基础课，起着“从理论过渡到实际、从基础过渡到专业”的承先启后的桥梁作用。

2、课程的定位,一、课程标准分析,3、课程目标,4、课程设计理念,以CDIO（构思-Conceive；设计-Design；实现-Implement；运作-Operate）工程教育理念为指导，以二级目标“抓料机械装置控制设计”为项目载体，组织课程内容；以学生为主体，设计教学系统，优化教学过程；以完成项目的创新设计为具体目标，全面培养学生机械零部件创新设计、工作计划优化、团队合作等工作能力。

帮助学生建立初步的系统思考、整体协调的思维能力，提高学生自主学习能力。

一、课程标准分析,教学场地多媒体教室理实一体化教室,教学资源基本资源：

电子教案、习题及答案、PPT、课程授课计划、考核评价标准等。

网络资源：

省级和国家级精品课程、电子书籍、期刊等。

5、对教学条件的要求，教学资源准备和利用情况,一、课程标准分析,将课程考核嵌入到学生学习过程，分阶段对课程进行考核测试，做到教学活动、学习活动、学习测评的有机结合。

课程最后综合成绩平时表现（考勤+课堂表现+作业）（30%）+各个项目单元的考核成绩（20%）期末综合考核（50%）。

6、课程考核与评价,一、课程标准分析,二、学情分析,高中后，高中知识比较扎实，生源质量好。

但学习的主动性较差，动手能力弱，工程实践少。

学习方法：

1）注重先修课程理论知识的应用2）熟悉本课程自身的系统性：

按工作原理、结构、强度计算、使用维护的顺序介绍的。

3）理论、经验、试验三者并重：

对于复杂的实际问题，常常采用经验公式、类比方法、简化计算、条件性计算等方法，以求得问题的解决。

4）培养将理论计算与结构设计、工艺等结合起来解决设计问题的能力,1、教材选取,选用胡家秀主编的机械设计基础，该教材是“十一五”国家级规划教材、高职高专规划教材。

既保证基本内容够用，又注重知识的工程实用性，培养学生分析问题和解决问题的能力，适应学生就业岗位群职业能力的要求。

每章后配有自测题和习题，且习题有一定余量，便于教师取舍和学生多练。

附有必要的数据和资料供查阅。

三、教学内容选取与组织,机械设计基础的课程内容共分四个学习项目：

基本理论、常用机构、常用机械传动和通用零部件设计。

各部分的具体内容、安排顺序及需用学时详见附表。

这种安排的主要特点是与先修课知识连贯，按学生的认知习惯，先机构后零件、先单件后组合，便于自学。

2、教学内容选取,三、教学内容选取与组织,理论授课主导性的教学环节。

主要传授基本理论、基本知识、基本技能及应用等方面的内容。

综合练习培养学生独立工作能力的教学环节。

课外答疑辅助性的教学环节。

考核检验教与学的教学环节，可以根据反馈信息及时调整教学、改进教学，提高教学质量。

3、教学组织,三、教学内容选取与组织,教学做一体。

演示法、启发式、讨论式等教学方法相结合,

（1）充分利用以多媒体技术为主的现代教学手段在授课过程中，充分利用多媒体、电子课件进行动画演示，丰富学生对常用机构、通用零件的感性认识，使学生更容易理解和接受基础知识。

1、教学模式,四、教法分析,2、教学方法和手段,

（2）发挥板书、教具为辅的传统教学方法的作用根据不同的教学内容和需要，将板书、教具等传统的教学手段与现代化教学手段相结合，激发学生学习的积极性和主动性，从而提高教学质量和水平。

（3）配合理论教学，增强实践性教学环节组织参观实训车间，增强综合性设计训练，组织机构设计活动等，以培养学生的观察能力、动手能力。

2、教学手段和方法,四、教法分析,五、教学单元设计,物料抓取输送装置,以“平面机构的自由度计算”为例：

2学时1.本单元教学目标：

知识目标：

理解概念、正确计算自由度。

能力目标：

掌握机构具有确定运动的条件，解决二级项目抓料机械装置的运动问题。

2.本单元基本知识、重点和难点基本知识：

自由度、约束的基本概念重点：

平面机构自由度的计算、机构具有确定运动的条件难点：

复合铰链、局部自由度、虚约束的判定及处理方法。

五、教学单元设计,3.本节课的教学方法复习上节课的基本内容：

3（运动副及分类）通过多媒体演示引入新课：

基本知识：

20,概念,自由度,约束,构件的自由度,机构的自由度,五、教学单元设计,3.本单元教学方法,重点内容：

20通过推理的方法，引导学生推导出自由度的计算公式，并通过例题和练习，使学生在理解的基础上掌握。

介绍机构具有确定运动的条件。

难点内容：

40结合实例，提出问题，引导学生思考。

通过动画演示，促进学生对难点内容的理解。

结合实例问题的解决，掌握难点判断和处理方法。

五、教学单元设计,3.本节课的教学方法,课程小结、布置作业：

8本节课的基本思路是：

通过动画演示，引入问题；以基本概念入手，导出自由度的计算公式、机构具有确定运动的条件，最后落脚在解决机构能否有确定的运动。

五、教学单元设计,1.新课引入知识回顾为新课讲解做好铺垫。

3-5情境设计演示机构运动，激发学习兴趣。

诱导学生思考：

何谓自由度？

如何计算？

2-32.新课讲解平面机构的自由度由实例引出自由度和约束的概念。

2-3分析运动副的自由度和约束。

4-5,单元设计实例：

平面机构的自由度计算,2.新课讲解计算平面机构的自由度注意事项创设问题情境，引导学生主动探究问题。

1-2难点内容的分项讲解复合铰链2-3局部自由度3虚约束5-6,单元设计实例：

平面机构的自由度计算,实例练习工程实例1筛料机构自由度的计算。

2-3工程实例2牛头刨床机构自由度的计算。

2-3,2.新课讲解平面机构的自由度通过实例，练习计算构件和运动副的数目。

2-3引导学生思考：

机构自由度与构件数目、运动副数目及运动副类型的关系。

1运用逻辑推理方法，推导机构自由度计算公式。

3通过示例，演示计算步骤。

2应用计算公式，解决工程实际问题。

1-2,单元设计实例：

平面机构的自由度计算,3.内容小结1-24.布置作业2

（1）书面作业：

复习、预习和课后习题

（2）非书面作业（扩宽知识面）：

网络资源机械原理精品课程http:

/http:

/图书馆资料：

机械原理、机械设计手册,单元设计实例：

平面机构的自由度计算,一、平面机构的自由度,作平面运动,如：

机架（固定不动）,1.自由度构件相对于定参考系所具有的独立运动的数目,在平面中运动的一个构件有3个自由度：

沿x轴的移动沿y轴的移动沿轴线A的转动,A,x,y,o,返回,思考：

运动副的运动数目如何计算？

自由构件的自由度,一、平面机构的自由度5.想一想：

筛料机构的自由度如何计算？

思考点1,思考点3,思考点2,复合铰链,虚约束,局部自由度,返回,下面我们将逐一分析,F=3n-2PL-PH=33-23-1=2,F=3n-2PL-PH=32-22-1=1,滚子绕其中心的转动局部自由度。

局部自由度不影响整个机构的运动。

处理方法：

计算时，局部自由度应除去不计。

二、自由度计算注意事项,2.局部自由度与机构运动无关的构件独立运动。

返回,例2.练习计算牛头刨床机构的自由度,F=3n-2PL-PH=36-28-1=1,n=6PL=8PH=1,返回,运动副及其分类,运动副：

使两构件直接接触并能产生一定相对运动的可动联接类型：

1.低副两构件通过面接触而构成的运动副称为低副。

转动副两构件只能在一个平面内作相对转动,移动副两构件只能沿某一方向线作相对移动。

返回,引入研究平面机构自由度的目的使设计的机构能够运动。

2-3平面机构的自由度,该机构的自由度如何计算？

返回,一、平面机构的自由度,作平面运动,如：

机架（固定不动）,1.自由度构件相对于定参考系所具有的独立运动的数目,在平面中运动的一个构件有3个自由度：

沿x轴的移动沿y轴的移动沿轴线A的转动,A,x,y,o,思考：

运动副的运动数目如何计算？

自由构件的自由度,返回,一、平面机构的自由度,2.约束对构成运动副的构件之间相对运动的限制,低副,限制：

x和y方向移动2个约束保留：

转动1个自由度,限制：

转动,y方向移动2个约束保留：

x方向移动1个自由度,低副有：

2个约束、1个自由度,转动副,移动副,低副引入2个约束，减少了2个自由度,返回,机构的自由度机构相对于机架所具有的独立运动数目。

一、平面机构的自由度3.机构自由度的计算,F=3n-2PL-1PH,机构的构件数：

N个机架的数目：

1个，活动构件数：

n=N-1,低副的约束,高副的约束,式中：

PL低副的个数PH高副的个数,自由构件的自由度,原动件的数目（W）等于机构的自由度数（F）。

一、平面机构的自由度4.机构具有确定运动的条件,W=F=3n-2PLPH0,返回,一、平面机构的自由度5.计算实例,N=4n=4-1=3，PL=4，PH=0F=33-24=1,返回,1.复合铰链两个以上个构件在同一条轴线上形成的转动副。

二、自由度计算注意事项,组成的复合铰链构件数K（个）则其包含的转动副为K-1（个）。

F=3n-2PL-PH=35-27-0=1,返回,F=3n-2PL-PH=33-23-1=2,F=3n-2PL-PH=32-22-1=1,滚子绕其中心的转动局部自由度。

局部自由度不影响整个机构的运动。

处理方法：

计算时，局部自由度应除去不计。

二、自由度计算注意事项,2.局部自由度与机构运动无关的构件独立运动。

返回,二、自由度计算注意事项,3.虚约束重复而不起独立限制作用的约束。

（1）多个导路平行的移动副,处理方法：

计算时，去掉虚约束。

返回,三、自由度的计算实例,例1.筛料机构的自由度,F=3n-2PL-PH=37-29-1=2,n=7PL=9PH=1,返回,例2.练习计算牛头刨床机构的自由度,F=3n-2PL-PH=36-28-1=1,n=6PL=8PH=1,返回,平面机构的自由度内容小结,1.自由度,在平面中运动的一个构件有3个自由度：

低副有：

2个约束、1个自由度,高副有：

1个约束、2个自由度,3.机构自由度的计算,F=3n-2PLPH,复合铰链,局部自由度,虚约束,处理方法：

虚约束去掉,处理方法：

计算时，去掉局部自由。

处理方法：

转动副为：

K-1,返回,2.约束,作业：

课本第23页2-5；2-7；2-8,返回,1.复合铰链两个以上个构件在同一条轴线上形成的转动副。

二、自由度计算注意事项,组成的复合铰链构件数K（个）则其包含的转动副为K-1（个）。

F=3n-2PL-PH=35-27-0=1,返回,F=3n-2PL-PH=33-23-1=2,F=3n-2PL-PH=32-22-1=1,滚子绕其中心的转动局部自由度。

局部自由度不影响整个机构的运动。

处理方法：

计算时，局部自由度应除去不计。

二、自由度计算注意事项,2.局部自由度与机构运动无关的构件独立运动。

返回,二、自由度计算注意事项,3.虚约束,（4）运动轨迹重合,F=3n-2PL-PH=34-26-0=0,F=3n-2PL-PH=33-24-0=1,处理方法：

计算时，去掉虚约束。

返回,一、平面机构的自由度5.想一想：

筛料机构的自由度如何计算？

思考点1,思考点3,思考点2,复合铰链,虚约束,局部自由度,返回,下面我们将逐一分析,六、关于项目教学,1、职业教育技术应用人才培养的需要。

通过由浅入深、由低级到高级、由单一到综合的大量的、规范的、严格的实践（项目）才能有效培养技术应用型人才，也就是只有通过做才能完成。

2、学情的需要。

可以解决当前职业院校部分学生基础知识差，逻辑思维能力不强，上课听不懂、听不进，不预习不复习。

因为只有做（技能培养）是要具体完成东西。

在做学教一体化的教学模式，基于工作过程导向，以项目任务引领，能激发学生的兴趣，因为要学生具体做出东西来（完成实训项目），学生不懂，做不下去，便会学、便会问、便会听。

有目标才会有动力。

（一）、应用项目教学必要性,3、有效实现教学做一体。

学生可以做不一样的活，项目有大有小，有难有易，有利发挥各人的长处，有利因材施教，可发挥学生自己的主动性，自动适应性，树立起对自己的信心。

“做学教”不是先做、后学、再教，而是三者的有机结合，边做边学、边做边教。

对事来讲是做对学来讲是自己的进步对教来讲是对人的影响以做为中心，以做为主。

学生在做中学教师在做中教做是学的中心做是教的中心,做是学的一切和教的一切之基础只要在做学教的立场上，打定做的基础就是对了。

在做上教的是老师，在做上学的是学生,怎样学就是怎样教教的方法根据学生学的方法学的方法根据做的方法事是怎样做就是怎样学,

（二）几个问题,1、案例成为项目目前高职教学中的项目：

大多是企业中已有的项目或任务。

既然是已有的，其实质是一种案例。

通过调研企业，国际上一般把项目定义为“一种临时性的、创造惟一产品和服务的任务”。

案例是单门课程的教学载体，是工程中已有的成果，其承载知识、技能与素养的学习，是实施项目教学的前提，是培养高技能人才的重要基础。

案例学习注重实施和运行两个环节，实施侧重硬件和软件的过程、测试和验证，以及设计和管理的执行过程，而运行注重项目方案的优化、改进与维护。

由此可见，已果的是案例，未果的才是项目,2、“项目”学习不是“案例”操作。

当今的项目学习实际变成为一种案例操作，注重案例工作过程和技能的训练，对职业能力的培养起到了积极的作用，但与教育部所提倡的可持续发展能力的要求相比，忽视了一个完整项目的工作过程，使学生主动完成任务与做成事的能力（获取知识的能力、运用知识的能力、团队合作与沟通的能力）得不到发展。

3、注重“做事”，还是注重“做成事”？

工业经济时代是以流水线作业为典型生产方式的模式，只要求劳动者按照既定任务进行标准化的“规范”操作，达到做事的目的。

在知识经济时代，信息和知识正成为主要的生产要素，项目生产的周期越来越短，劳动技术人员不再局限于做事的能力，更注重主动完成项目和“做成事”能力。

4、CDIO是它是“做中学”和“基于项目教育和学习”的集中概括和抽象表达，它以工程项目从研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，使学生养成现代工程技术的职业素养。

构思与设计两个环节，对于学生主动完成任务和做成事的能力培养具有非常重要的作用。

5、项目教学操作在指导上，实行双导师制，由企业指导老师与学校指导老师共同实施；在选题上，由学生在企业寻找真实项目；在安排上，根据生产需要灵活调整，可以在岗前或岗后集中实施，也可以分布顶岗实习的各个时期；在阶段检查上，由校企共同制定阶段检查任务，由学院督导实施中期检查；在项目考核上，由校企共同组织，注重成果的应用价值，注重学生能力的考核。

6、项目评价在构思与设计后，形成了项目方案报告，便可进入方案的评价。

各项目小组负责进行项目设计汇报，由几名双师型教师（校企双方组成）团队负责评价，根据学生项目方案中的获取知识与运用知识的能力予以打分。

从实践情况看，此阶段，学生的主动性创新思维活跃，敢于构思和设计，有利于学生主动性创新能力的培养。

各项目小组通过项目总结交流，介绍项目制作过程；通过在教学工厂或企业中进行实际运行，展示项目的实践效果。

项目在实施后，其是否达到预期要求，需要通过运行进行检验。

请批评指正，谢谢！