機械工程專業(yè)《工程機械設計》課程教學改革與研究

鄭建校，原思聰，張曉鐘，耿素花

(西安建筑科技大學機電工程學院，陜西西安710055)

《工程機械設計》課程，是高等院校工程機械類專業(yè)的重要專業(yè)技術必修課，是學生必備的專業(yè)技術知識。通過本課程的學習，使學生了解工程機械的基本參數(shù)確定和整機的設計方法及步驟，進一步掌握和應用先修課的知識，使學生具有工程機械設計的能力，進一步加強學生分析和解決問題的能力，使學生在畢業(yè)設計過程中能應用三維軟件，適應市場的需求。因此，構建課程教學的創(chuàng)新模式，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力和軟件的應用能力，已成為刻不容緩的任務。

1 課程內容體系結構

在課程安排上，注重與其他課程架構的聯(lián)系和銜接，如機械系統(tǒng)動力學、鋼結構、機械設計基礎、材料力學等。注重不同課程內容之間的相互整合，以及應用能力的融會貫通。在課程內容安排上，使學生將以前學過的知識應用到本課程之中，老師將起到引導的作用，通過下學期的畢業(yè)設計，將這種能力應用到其他不同類型的工程機械設計之中，這將為學生參加工作打下了一定的基礎。本課程的教學思想，采用循序漸進的方式，由局部到整體，由簡單及復雜，使學生逐步掌握零部件設計的關鍵技術和工程機械設計總體設計思想。因此，在本課程教學過程中，著重培養(yǎng)學生具有分析問題和解決問題的能力。

2 教學內容及組織方式

在《工程機械設計》教學活動中，密切聯(lián)系工程機械生產(chǎn)實踐，以及市場需求的人才，采取啟發(fā)式和討論式相結合的教學組織方式，根據(jù)不同層次的學生適當調整講課內容和深度，并將目前最新工程機械機型、最新研究成果和動態(tài)介紹給學生；通過課外答疑、網(wǎng)站輔導和工程機械模型(例如裝載機和液壓挖掘機模型等)等形式形成教與學的互動，激發(fā)學生的學習興趣、調動學生的學習積極性，培養(yǎng)學生的理解力、判斷力以及獨立發(fā)現(xiàn)問題、解決問題等多方面的能力。充分發(fā)揮學生的主體作用和教師的主導作用，充分調動學生學習的積極性和主動性。

(1)根據(jù)本課題的研究方法和目的，將教學內容分為課堂教學、多媒體課件演示、實際環(huán)境的錄像、實驗演示和學生自己動手實驗等教學方式。

(2)課堂教學主要講授基礎知識，重點講授課程要點和難點；多媒體課件主要演示基本教學理論、一些復雜的零部件結構及裝配關系；介紹學科前沿及最新研究進展。

(3)主要實踐教學環(huán)節(jié)：采用動畫、圖像、文字、聲音于一體的教學方式，幫助學生學習和掌握課程內容。通過動畫，視頻等計算機多媒體技術，形象地展示工程機械(例如輪式裝載機和液壓挖掘機等)工作原理與實際工作過程，還可動態(tài)顯示各部件之間的聯(lián)系和運動關系，既生動又形象，學生可直觀地、立體地和動態(tài)地學習所學知識，可取得傳統(tǒng)教學方法無法比擬的效果。激發(fā)學生主動學習的積極性，勇于在實驗中提出新問題。

3 教學方法

本課程具有很強的理論聯(lián)系實際和工程應用的特點，在繼承傳統(tǒng)教學方法優(yōu)點的同時，借鑒國內外優(yōu)秀的教學方法，把課堂講授、課堂討論、課外溝通等多種教學方式有機整合，采用靈活多樣的教學方式、顯著提高了教學效果，將抽象的概念具體形象地表現(xiàn)出來；對教學中的重點和難點問題，采用集體討論，觀摩教學等形式重點備課。

同時，現(xiàn)代化教學手段對提高課程教學質量有重要作用。本課程充分利用多媒體課件進行輔助教學，增大了課堂的信息量，開闊了學生的視野，幫助學生掌握課程的重點、難點及具體的結構內容，提高了教學效率和教學質量。由于多媒體教學也存在一定的弊端，也就是說一切都是虛擬的，無法觸摸，難以讓學生建立對事物的感性認識。為此，針對這門課程的實際性和工程應用特點，將現(xiàn)代化教學手段和三維動態(tài)仿真軟件及虛擬樣機技術應用到本課程的教學之中。

(1)直觀教學法。充分運用圖畫、模型、實物等直觀性教具，通過結構分解和實際操作，例如購買裝載機實物模型，通過實際動作，加深學生對理論、概念和結構的理解。以便在課堂教學時，既能體現(xiàn)實際零部件的結構，又能產(chǎn)生“真情實感”，使老師教得便捷，又能增加學生的興趣。

(2)觀摩制作錄像。到工程機械(例如輪式裝載機和液壓挖掘機等)實際環(huán)境中去，觀摩工程機械的主要零部件裝配、施工、維修等，制作成錄像。一方面使學生直觀地了解了復雜的工程機械生產(chǎn)過程，又一方面能夠理論聯(lián)系實際，使學生聯(lián)系自己以前學過的知識，提高學生的興趣，增強學生對實物的理解，不再是紙上談兵。這些實際環(huán)境，在課堂教學中的展示，顯著地增強了教學效果。因而，在教學過程中，配置這樣實際環(huán)境工程機械制造、安裝和施工等現(xiàn)場的錄像播放，使學生有更為逼真的感受，達到了一定的教學目的。這樣，既可以節(jié)省課時又可以節(jié)省參觀聯(lián)系費用。

(3)采用虛擬樣機技術。虛擬樣機技術，是隨著計算機技術的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一項計算機輔助工程(CAE)技術。在計算機上建立樣機模型，對模型進行各種動態(tài)仿真和性能分析，然后改進樣機設計方案，用數(shù)字化形式代替原來的實物樣機，也就是在三維設計環(huán)境中，可以進行產(chǎn)品的模擬裝配，以獲得機器或零部件的三維實體，在一個可視化的環(huán)境中，實現(xiàn)工程機械機構運動仿真、產(chǎn)品有限元分析、計算機輔助制造與動畫生成。虛擬樣機技術融合了許多相關技術，包括幾何形體的計算機輔助設計(CAD)軟件和技術、有限元分析(FEA)軟件和技術、模擬各種各樣作用力的軟件編程技術、利用試驗裝置的試驗結果進行某些構件的建模等。以學生為本，充分運用現(xiàn)代化的教學手段，激發(fā)學生的學習興趣。讓學生直觀、立體地學習現(xiàn)代工程機械，增加了教學的信息量，培養(yǎng)學生運用所學知識解決實際問題的能力。同時讓學生掌握等多的CAD/CAM/CAE等技術，為以后畢業(yè)打下基礎，適應將來的市場需求。

在充分運用實際環(huán)境、仿真模擬、情境教學等多種教學形式中，形成一種動態(tài)教學方法，通過比較，使學生正確理解，弄清概念，加深記憶。能夠將教材靜態(tài)文字、圖形與工程實際環(huán)境、三維動態(tài)仿真三個方面的關聯(lián)、配置、銜接、互補等關系加以處理、合成，來提高學生的理解力，加大課堂信息量。

4 結束語

本研究課題就是針對《工程機械設計》這一重要的學科方向專業(yè)課，結合學校機制專業(yè)的實際情況，提出一種動態(tài)教學方法。將教材靜態(tài)文字、圖形與工程實際環(huán)境、三維動態(tài)仿真合成，以提高學生的理解力、加大課堂信息量，提高該課程的教學水平與教學效果。隨著當前科技發(fā)展的新動態(tài)和新技術的更新，改變相應的教學內容，以拓寬學生的知識面，對學生將來的畢業(yè)有很大幫助，特別是提高學生的就業(yè)率和加快創(chuàng)新頻率，具有重要的理論意義和實踐意義。

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