構(gòu)建課程設(shè)計(jì)網(wǎng)站 促進(jìn)課程設(shè)計(jì)改革

陸鳳儀，岳一領(lǐng)，張志鴻，劉敬醫(yī)

(太原科技大學(xué) 機(jī)械電子工程學(xué)院，山西 太原 030024)

一、引言

機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是教學(xué)中非常重要的一個(gè)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。它可以鍛煉學(xué)生將所學(xué)課程知識(shí)綜合運(yùn)用于解決實(shí)際工程設(shè)計(jì)上，通過查資料、設(shè)計(jì)與分析運(yùn)算、機(jī)械制圖等實(shí)踐，使所學(xué)知識(shí)鞏固深化，對(duì)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的實(shí)踐動(dòng)手能力以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有至關(guān)重要的作用[1]。事實(shí)上，課程設(shè)計(jì)是機(jī)械類學(xué)生接觸“工程設(shè)計(jì)”的第一個(gè)環(huán)節(jié)。此時(shí)學(xué)生對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)所需的基本知識(shí)還沒有學(xué)完，多數(shù)學(xué)生還不能全面理解和把握什么叫設(shè)計(jì)，如何進(jìn)行設(shè)計(jì)，課程設(shè)計(jì)與課程作業(yè)有哪些區(qū)別，此外，傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)方法存在一些弊端和不足之處，因此，教師如何利用現(xiàn)有的資源、技術(shù)和方法指導(dǎo)學(xué)生做好機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。

與此同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，師生可以在學(xué)校的任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)上進(jìn)入校園網(wǎng)，利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交流和學(xué)習(xí)越來越便捷，加上教學(xué)改革實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，這些有利的因素為課程設(shè)計(jì)網(wǎng)站的制作及使用創(chuàng)造了條件。

二、課程設(shè)計(jì)改革的必要性和方法

機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)目前有圖解法和解析法兩種設(shè)計(jì)方法。圖解法誤差大、效率低，目前工程上應(yīng)用越來越少。解析法不僅準(zhǔn)確度和效率都高，而且能動(dòng)態(tài)顯示，便于與現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段結(jié)合起來，進(jìn)行方案優(yōu)化，生成虛擬樣機(jī)，能從工程的角度仿真，解決圖解法難以解決的問題。解析法的教學(xué)需要學(xué)生具有較強(qiáng)的編程計(jì)算能力，學(xué)生能建立數(shù)學(xué)模型、進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、處理計(jì)算結(jié)果。但多數(shù)學(xué)生沒有足夠的時(shí)間和能力做到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與編程計(jì)算的融會(huì)貫通。而這與當(dāng)前具有的較先進(jìn)的設(shè)計(jì)與分析手段和發(fā)展趨勢(shì)不相適應(yīng)，學(xué)生不必將過多的時(shí)間花在編程計(jì)算、可視化處理上，而應(yīng)將時(shí)間用于真正設(shè)計(jì)與結(jié)果分析上[2]。通過創(chuàng)建的網(wǎng)站，可運(yùn)用網(wǎng)站提供的連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真軟件進(jìn)行方案設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)分析，并能實(shí)現(xiàn)虛擬“組裝”，實(shí)現(xiàn)可視化動(dòng)態(tài)仿真與運(yùn)動(dòng)分析。網(wǎng)站為學(xué)生提供了豐富的程序庫，對(duì)于沒有編程經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生既節(jié)省編程時(shí)間，又保證主要任務(wù)——設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)、編制主程序模塊的順利完成。

機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)一般機(jī)械能力的實(shí)踐環(huán)節(jié)。它以機(jī)械傳動(dòng)為研究對(duì)象，綜合運(yùn)用已修課程知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)、分析能力和解決問題的能力。目前課程設(shè)計(jì)存在題目單一、僵硬死板，在教學(xué)上以傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)型設(shè)計(jì)為目標(biāo)，課程設(shè)計(jì)被多數(shù)學(xué)生錯(cuò)誤地理解為查手冊(cè)、套公式，機(jī)械地模仿描圖。此外，課程設(shè)計(jì)時(shí)間一般都安排在期末課程結(jié)束之后，由于學(xué)生忙于備戰(zhàn)期末考試，而且課程設(shè)計(jì)周期短，學(xué)生急于完成，沒有足夠思考的時(shí)間，過分依賴指導(dǎo)教師。教師如果不能及時(shí)輔導(dǎo)答疑，有的學(xué)生為趕進(jìn)度就胡編設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)或者照搬設(shè)計(jì)指導(dǎo)書上的設(shè)計(jì)例題，甚至有的學(xué)生看別人做好一點(diǎn)，就抄襲一點(diǎn)。這些現(xiàn)狀與當(dāng)今的科學(xué)技術(shù)發(fā)展很不適應(yīng)，與當(dāng)前市場(chǎng)需求也不相適應(yīng)。這種設(shè)計(jì)過程沒有體現(xiàn)出學(xué)生的設(shè)計(jì)能力，更談不上創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)[3]。

鑒于此，創(chuàng)建機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)網(wǎng)站，并在學(xué)期一開始就將設(shè)計(jì)任務(wù)布置給學(xué)生，讓學(xué)生做到心中有數(shù)，帶著自己課程設(shè)計(jì)中的問題有目的聽課，邊聽課邊學(xué)習(xí)邊設(shè)計(jì)。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生自己定題目，將想好的題目及時(shí)上傳網(wǎng)站，教師及時(shí)指導(dǎo)回復(fù)；自己定不了題目的可以從網(wǎng)站題目庫中選擇。題目確定后，隨著課程的講解進(jìn)程，學(xué)生從擬訂方案、分析傳動(dòng)設(shè)置到設(shè)計(jì)計(jì)算等也不斷的推進(jìn)，等到了課程設(shè)計(jì)專用周時(shí)，學(xué)生只需要理清思路，整理前期的工作，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，完成裝配圖和編寫設(shè)計(jì)說明書等設(shè)計(jì)任務(wù)。這樣，整個(gè)設(shè)計(jì)周期拉長(zhǎng)，學(xué)生遇到困難有足夠的時(shí)間思考，鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)、思考、分析和解決問題的能力，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中指導(dǎo)教師也可以有更靈活的時(shí)間指導(dǎo)學(xué)生。利用網(wǎng)站師生能及時(shí)溝通交流，及時(shí)解決在設(shè)計(jì)過程中存在的問題。

三、開發(fā)工具與平臺(tái)

網(wǎng)站的制作涉及多項(xiàng)計(jì)算機(jī)技術(shù)，系統(tǒng)服務(wù)器端軟件采用PHP開發(fā)，數(shù)據(jù)庫采用MYSQL，操作系統(tǒng)Windows/Linux/Unix均可。

四、網(wǎng)站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和功能

網(wǎng)站體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。該網(wǎng)站是機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)，為學(xué)生課程設(shè)計(jì)提供一個(gè)數(shù)字化的平臺(tái)。系統(tǒng)主要包括：課程設(shè)計(jì)題目管理模塊、學(xué)生設(shè)計(jì)作品管理模塊、學(xué)生問題庫管理模塊、設(shè)計(jì)知識(shí)庫管理模塊等。

圖1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

課程設(shè)計(jì)題目模塊以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力為目標(biāo)，擴(kuò)大題目的類型和數(shù)量，題目庫由教師和學(xué)生共建，教師可以從日常生活、科研和工程實(shí)際中廣泛搜集合適的課程設(shè)計(jì)題目直接上傳網(wǎng)站；學(xué)生登陸后可以推薦設(shè)計(jì)題目或自選題目，但要通過教師審核其難度、工作量后才能發(fā)布和采用。這在一定程度上給學(xué)生以充分的想像和發(fā)揮的空間，特別是設(shè)計(jì)前期調(diào)研過程中，運(yùn)用網(wǎng)站相關(guān)知識(shí)集中的特點(diǎn)，促使學(xué)生學(xué)會(huì)獨(dú)立思考、積極創(chuàng)新。學(xué)生選定題目后利用網(wǎng)站提供或建議的虛擬設(shè)計(jì)手段對(duì)方案進(jìn)行快速驗(yàn)證。

學(xué)生上傳優(yōu)秀的設(shè)計(jì)作品，管理員審核后發(fā)布，供學(xué)生學(xué)習(xí)交流；學(xué)生可以發(fā)布課程設(shè)計(jì)中存在的問題，進(jìn)行網(wǎng)上討論。設(shè)計(jì)知識(shí)庫管理模塊包括機(jī)構(gòu)庫、程序庫和課程設(shè)計(jì)必備知識(shí)等內(nèi)容。機(jī)構(gòu)庫中有大量的機(jī)構(gòu)動(dòng)畫，供師生觀摩研究；程序庫中有師生共同編好調(diào)試過的子程序，學(xué)生可以直接下載調(diào)用。這些既起到培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)解決工程實(shí)際問題的能力，又不把課程設(shè)計(jì)變成單純的計(jì)算機(jī)編程課，減輕對(duì)學(xué)生編程技術(shù)的要求。課程設(shè)計(jì)時(shí)學(xué)生只需建?；蚓幹鞒绦?，子程序由機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)程序庫給出。這些能夠節(jié)省學(xué)生編寫和調(diào)試程序的時(shí)間，把精力真正放在機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)上[4]。課程設(shè)計(jì)必備知識(shí)給學(xué)生提供課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中必備的知識(shí)，包含常用機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的介紹(例如ADAMS、Pro-E、SolidWorks等)、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法、《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(軟件版)》的使用介紹以及機(jī)構(gòu)創(chuàng)新知識(shí)和案例，用以指導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生做好課程設(shè)計(jì)。此外，系統(tǒng)提供了全面的內(nèi)容檢索功能，能夠針對(duì)本網(wǎng)站所包含內(nèi)容進(jìn)行檢索，也可針對(duì)不同內(nèi)容類別進(jìn)行檢索，方便知識(shí)點(diǎn)的查找。為便于網(wǎng)站管理和安全性考慮，系統(tǒng)管理角色分為超級(jí)管理員、普通管理員和學(xué)生。

五、結(jié)束語

在對(duì)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，提出改革課程設(shè)計(jì)的措施和方法，構(gòu)建服務(wù)于課程設(shè)計(jì)的功能型網(wǎng)站。網(wǎng)站既涵蓋了課程設(shè)計(jì)所涉及的相關(guān)知識(shí)面和具體方法，又體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與分析的特點(diǎn)。該網(wǎng)站目的在于實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化、抽象問題直觀化、靜態(tài)問題動(dòng)態(tài)化、理論問題實(shí)踐化，課程設(shè)計(jì)的教學(xué)改革要為進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力奠定基礎(chǔ)[3]。目前該網(wǎng)站運(yùn)行在實(shí)驗(yàn)室局域網(wǎng)內(nèi)，網(wǎng)站主頁如圖2所示。

圖2 網(wǎng)站主頁

參考文獻(xiàn)：

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