面向設(shè)計能力培養(yǎng)的課程設(shè)計教學模式

摘要：機械設(shè)計課程設(shè)計是高校機械類專業(yè)學生的一個重要實踐教學環(huán)節(jié)。本文針對高校機械類專業(yè)學生機械設(shè)計能力的培養(yǎng)問題，從課程設(shè)計題目、教材建設(shè)、指導過程中采取的措施等方面闡述一種機械設(shè)計課程設(shè)計的教學模式。該教學模式對于培養(yǎng)和提高學生初步的機械設(shè)計能力很有幫助，具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：課程設(shè)計；機械設(shè)計；教學模式

中圖分類號：G642.3文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2012）06-0035-02

“機械設(shè)計課程設(shè)計”是機械設(shè)計課程最后的一個重要教學環(huán)節(jié)，也是高校機械類專業(yè)學生第一次較全面的機械設(shè)計能力訓練，肩負著培養(yǎng)學生初步機械設(shè)計能力的重任。西北農(nóng)林科技大學農(nóng)業(yè)機械化學科成立60多年以來，經(jīng)過數(shù)十年“機械設(shè)計課程設(shè)計”實踐教學積累，形成了具有一定特色的面向設(shè)計能力培養(yǎng)的課程設(shè)計教學模式。本文從設(shè)計題目、教材建設(shè)等方面對該模式進行闡述。

一、課程設(shè)計題目

教育部頒發(fā)的《工科本科基礎(chǔ)課程教學基本要求》指出：“每個同學必須獨立完成課程設(shè)計?！币虼耍n程設(shè)計的選題實行“一人一題”制。具體實施如下。

1.把課程設(shè)計題目編寫到《機械設(shè)計課程設(shè)計指導書》中，不同題目的區(qū)別在于：（1）電動機不同。有的題目采用常用的Y系列電動機，而有的題目采用冶金及起重用的YZ或YZR系列電動機。（2）執(zhí)行機構(gòu)不同。題目中的執(zhí)行機構(gòu)有皮帶運輸機、卷揚機等多種。（3）傳動機構(gòu)不同。題目采用“減速器+V帶傳動”、“減速器+開式齒輪”等多種方案。（4）減速器的類型和結(jié)構(gòu)形式不同。有二級圓柱齒輪減速器、圓柱圓錐齒輪減速器、齒輪蝸桿減速器等類型，有展開式、同軸式、分流式、剖分式、整體式、立式、臥式等多種形式。

經(jīng)過這樣的安排，題目達到一百多，可以保證“一人一題”。

2.指導教師在學生的任務(wù)書上簽字，當學生完成設(shè)計準備答辯時，教師檢查核對任務(wù)書，防止學生私自更改題目以杜絕抄襲。

經(jīng)過這樣的措施，喜歡抄襲作業(yè)的學生不得不認真對待并獨立完成自己的設(shè)計任務(wù)。

二、課程設(shè)計的教材建設(shè)

學校為學生征訂了部分課程設(shè)計教材，但其內(nèi)容不全面，不能完全滿足西北農(nóng)林科技大學課程設(shè)計的使用要求。根據(jù)西北農(nóng)林科技大學農(nóng)業(yè)機械化、機械設(shè)計制造及自動化等專業(yè)的培養(yǎng)目標和教學大綱，指導教師精心編寫了《機械設(shè)計課程設(shè)計指導書》。其內(nèi)容主要包括：（1）征訂的教材中沒有而在我們的課程設(shè)計中又要用到的內(nèi)容。例如，規(guī)律性非穩(wěn)定變載荷作用下電動機負荷能力的計算及選型問題。（2）以實例的形式講解設(shè)計過程中的難點——結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體方法。（3）緊密結(jié)合生產(chǎn)實際，講解一些在前修各門理論課程中都沒有涉及而設(shè)計過程中又經(jīng)常碰到的問題。（4）把工程圖學、機械精度設(shè)計、機械原理、機械設(shè)計四門課程緊密結(jié)合起來，具體講解怎樣正確運用圓柱齒輪、圓錐齒輪和蝸桿傳動精度的國家標準。（5）配合一些有較高要求的設(shè)計題目，講述行星齒輪傳動和圓弧圓柱蝸桿傳動的設(shè)計方法。（6）機械設(shè)計課程設(shè)計的題目。

課程設(shè)計指導書幾經(jīng)修訂和補充，為提高西北農(nóng)林科技大學學生課程設(shè)計的質(zhì)量、培養(yǎng)學生的設(shè)計能力作出了積極貢獻。

三、設(shè)計前講授整機設(shè)計的一般過程

機械設(shè)計課程設(shè)計的設(shè)計對象一般不是一臺完整的機器，只是機器的傳動部分，而專業(yè)是要培養(yǎng)學生具備整機設(shè)計的能力。因此，在做課程設(shè)計之前，首先要采用案例教學法給學生講解整機設(shè)計的一般過程，并要求學生在計算說明書中對自己的設(shè)計任務(wù)及設(shè)計方案給出評價。這樣就以課程設(shè)計為契機，培養(yǎng)了學生整機設(shè)計的理念和系統(tǒng)設(shè)計的思想，也為學生后續(xù)專業(yè)課程的學習打下堅實的基礎(chǔ)。

四、實物拆裝與3D造型展示相結(jié)合

在課程設(shè)計開始階段，要求學生針對自己設(shè)計減速器的類型和形式親自動手拆裝減速器實物，以加強感性認識。此外，指導教師利用軟件對典型減速器進行3D造型，包括零件圖、裝配圖、爆炸圖和動態(tài)仿真，在大屏幕上給學生進行啟發(fā)式講解。通過這一環(huán)節(jié)，有效地培養(yǎng)學生結(jié)構(gòu)設(shè)計的能力，并大大提高了學生設(shè)計、繪圖的進度。

五、設(shè)計中應(yīng)處理好的四個關(guān)系

為培養(yǎng)學生的設(shè)計能力，在課程設(shè)計中始終強調(diào)要處理好下面四個關(guān)系。

（一）參考資料和創(chuàng)新的關(guān)系

機械設(shè)計是一項復雜細致的工作，要在前人經(jīng)驗的基礎(chǔ)上進行，設(shè)計質(zhì)量是長期積累而逐漸提高的。熟悉和利用設(shè)計資料，既可以減少重復工作、加快設(shè)計進度，也可以繼承和發(fā)展前人的經(jīng)驗和成果，提高設(shè)計質(zhì)量。另一方面，任何新的設(shè)計任務(wù)又是根據(jù)特定的設(shè)計要求和具體的工作條件提出的，必須要具體分析和創(chuàng)造性地進行設(shè)計，而不能盲目地抄襲資料[1]。所以，參考資料和創(chuàng)新兩者要很好地結(jié)合起來，才能不斷提高設(shè)計質(zhì)量。

（二）理論計算與結(jié)構(gòu)、工藝等要求的關(guān)系

任何機械零件的形狀和尺寸，都不可能完全由理論計算確定，理論計算只能為零件提供基本的數(shù)據(jù)和參數(shù)，在此基礎(chǔ)上，要考慮結(jié)構(gòu)、加工、裝配和使用維修等要求，才能確定零件的全部形狀和尺寸[2]。因此，只有把理論計算和結(jié)構(gòu)、工藝等要求結(jié)合起來，才能圓滿地完成一個機械設(shè)計任務(wù)。

（三）理論計算與繪圖的關(guān)系

有一些零件由理論計算得到基本尺寸和參數(shù)后，再通過一些經(jīng)驗公式和進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，就可畫出零件草圖。但有些零件只能在初步估算的基礎(chǔ)上，通過畫裝配草圖，對零件進行結(jié)構(gòu)設(shè)計；畫出零件的草圖后，才能得出力學模型，然后進行精確的校核計算。因此，整個設(shè)計過程是個“邊計算、邊繪圖、邊修改”的交叉過程[3]。零件尺寸以圖紙上最后確定的尺寸為準，而且零件圖和裝配圖應(yīng)一致，要一同修改。

（四）結(jié)構(gòu)設(shè)計與工藝性的關(guān)系

制造費用在機器成本中占相當大的比例，設(shè)計出的零件應(yīng)具有良好的工藝性。零件既要能滿足使用的要求，又要使制造工藝簡單、制造成本低廉。零件的工藝性應(yīng)當從選擇合理的毛坯種類和形狀，充分結(jié)合生產(chǎn)批量和生產(chǎn)條件等方面來考慮。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)力求使零件的形狀簡單，便于加工、裝配和拆卸[4]。

六、堅持“二學會”與“三注意”

為培養(yǎng)學生的設(shè)計能力，在課程設(shè)計過程中要求學生要堅持 “二學會”與“三注意”。

（一）學會正確使用標準和規(guī)范

進行機械設(shè)計時，應(yīng)充分了解有關(guān)標準，盡可能遵守標準。只有當標準和設(shè)計要求之間有矛盾，并有充分理由說明不能采用標準時，才可放棄標準服從設(shè)計要求。設(shè)計中采用的標準零部件，有些應(yīng)當外購，這時應(yīng)按標準中的標記示例進行標注；有一些應(yīng)當自己制造，這時應(yīng)根據(jù)標準中的主要尺寸設(shè)計，并畫出圖紙，以備加工。

（二）學會進行工程計算

工程計算和理論計算有不同的特點和要求，在進行工程計算時應(yīng)注意：計算書寫的格式；應(yīng)附有必要的插圖和表格；計算要按照“擺公式—代數(shù)據(jù)—寫結(jié)果”三步進行；對所引用的重要公式和數(shù)據(jù)應(yīng)注明來源；對應(yīng)當圓整的數(shù)據(jù)進行圓整；對計算結(jié)果應(yīng)有簡短的結(jié)論等。

（三）要注意鍛煉獨立工作的能力

在課程設(shè)計中提倡獨立思考、深入鉆研的精神[5]。在設(shè)計過程中肯定會碰到許多問題，這時應(yīng)獨立思考，查閱設(shè)計資料，當自己不能解決時再向指導教師和同學提問。提問時先談自己對這個問題的看法，不能單純向教師索取答案，堅決反對自己不查閱資料，把教師當成“活資料”的做法。

（四）要注意復習和運用先修課程的有關(guān)知識

進行課程設(shè)計時要用到多門先修課程中學過的理論知識解決工程設(shè)計問題，從而使這些知識得到鞏固和發(fā)展，并使理論知識和生產(chǎn)實踐緊密地結(jié)合起來，使設(shè)計者具有解決工程實際問題的能力。當碰到問題時，首先應(yīng)想到運用學過的理論知識來解決問題，當理論知識忘記時，應(yīng)進行相應(yīng)的復習。

（五）要注意記錄設(shè)計過程中的有關(guān)內(nèi)容

設(shè)計過程要經(jīng)歷若干階段，從設(shè)計一開始就應(yīng)準備一個筆記本，把設(shè)計過程中所考慮的主要問題和計算過程記在本子上，把從設(shè)計資料中查閱的有關(guān)資料以及自己的心得體會也記在本子上。隨著設(shè)計進程的發(fā)展，要不斷地修改和整理這些記錄。這對于學生設(shè)計能力的培養(yǎng)和后續(xù)計算說明書的編寫很有幫助。

七、設(shè)計過程中組織學生互查互問

為及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的問題，減少不必要的返工和修改，在設(shè)計的每個階段要求學生用10分鐘時間進行互查互問。多年的實踐表明，這項措施對減少課程設(shè)計中的錯誤、保證設(shè)計進度，以及培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力都有幫助。

八、鼓勵結(jié)構(gòu)創(chuàng)新及采用3D設(shè)計技術(shù)

根據(jù)經(jīng)驗，總有一些善于動腦思考的學生，針對自己的設(shè)計任務(wù)提出一些新的見解。在這種情況下指導教師要善于鼓勵和引導，即鼓勵結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，并在考核時給予一定的加分。

在進行課程設(shè)計之前，已經(jīng)為學生開設(shè)過Pro/E等3D設(shè)計軟件課程，因此，對于進度較快和對此有興趣的學生，鼓勵他們嘗試采用3D設(shè)計軟件進行造型，在考核時給予一定的加分。

九、課程設(shè)計的考核

學生完成課程設(shè)計以后，指導教師組織學生進行答辯，所有學生都要通過答辯，答辯成績單獨計分。學生最終的成績包括：考勤成績、裝配圖、零件圖、說明書成績、答辯成績和加分因素成績。

以上闡述西北農(nóng)林科技大學面向設(shè)計能力培養(yǎng)的“機械設(shè)計課程設(shè)計”教學模式，該課程設(shè)計模式對農(nóng)業(yè)機械化、機械設(shè)計制造及自動化等專業(yè)學生設(shè)計能力的培養(yǎng)發(fā)揮了重要的作用。

參考文獻：

[1][2][3][4][5]龔溎義.機械設(shè)計課程設(shè)計指導書[M].北

京：高等教育出版社，1992：2-4.