基于三維軟件的機構創(chuàng)新實驗教學改革研究

摘要：機械原理課程中的機構創(chuàng)新實驗教學對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力有重要作用，本文從教學的目標、要求、內(nèi)容、實施等方面介紹了開展基于三維軟件的機構創(chuàng)新實驗教學的必要性和可行性，為開放型實驗教學改革做了一些探索和實踐。

關鍵詞：三維軟件；機構創(chuàng)新；實驗教學

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 （2012） 24-0232-02

1 引言

機械原理是機械類專業(yè)中研究機械共性問題的一門主干技術基礎課程，是我校機械類各專業(yè)學生必修的技術基礎課，授課面廣，學生人數(shù)多。它的任務是使學生掌握機構學和機械動力學的基本理論、基本知識、基本技能，并初步具有確定機械運動方案，分析和設計機構的能力。它具有增強學生對機械技術工作的適應性，培養(yǎng)其開發(fā)創(chuàng)新能力的作用。

為了達到本課程的學習目標，實驗教學是一個不可缺少的重要環(huán)節(jié)。既使學生加深基本理論知識的理解和應用，又能使學生進行必要的基本操作和基本技能訓練，激發(fā)學生的學習熱情和求知欲望，從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，是實驗教學環(huán)節(jié)的主要任務。

2 機械原理創(chuàng)新實驗教學的現(xiàn)狀和改革趨勢

目前，國內(nèi)部分工科院校在保持機械原理傳統(tǒng)的實驗內(nèi)容的基礎上，加開了基于創(chuàng)新方案實驗臺的機構創(chuàng)新實驗，主要實驗內(nèi)容是完成預定方案的硬件搭接操作，作出簡單的方案分析和設計。通過搭接各種不同的平面機構，增加了對機構的直觀的認識，培養(yǎng)了學生的實踐動手能力。但基于機構創(chuàng)新實驗臺，受其結構和功能所限，只能搭接簡單的平面機構，而且機構分析和修改困難，所以不能完全適應學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的需要。

隨著計算機技術的不斷發(fā)展，國內(nèi)外優(yōu)秀的CAD/CAE軟件在我國工程領域和教育領域應用面的不斷擴大，主流的三維設計軟件，如Ug、SolidWorks，正在逐漸成為工程上普遍采用的設計工具，而且與其集成的三維動力學仿真分析軟件應用也越來越廣泛。隨著我校計算機設備的更新及三維設計軟件教學的展開，也為基于三維軟件的開放型機構創(chuàng)新實驗教學提供了平臺。

在機構創(chuàng)新實驗中引入三維設計及分析軟件，可以使機構創(chuàng)新實驗教學與先進的三維虛擬仿真分析技術相結合，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力有重要的實踐意義。

3 機構創(chuàng)新實驗教學的目標、要求和具體內(nèi)容

3.1 目標和要求。機構創(chuàng)新實驗教學的目標：提高機構創(chuàng)新實驗教學水平，在機械運動方案設計方面激發(fā)學生的創(chuàng)新意識，提高創(chuàng)新能力；使學生在應用三維設計及仿真分析軟件上得到充分訓練，掌握基本的機構分析和設計方法，增強實踐能力。

開展基于三維設計及仿真分析軟件的機構創(chuàng)新實驗教學改革，首先應做好以下兩個方面的工作：

（1）機構創(chuàng)新實驗項目的總體規(guī)劃。深入研究機械原理課程體系和實驗項目的開設情況，重新規(guī)劃實驗教學大綱和內(nèi)容，必要時對理論教學和實驗教學內(nèi)容和學時作適當調(diào)整，把基于三維仿真軟件的機構創(chuàng)新實驗教學貫穿于機械原理課程體系的每一個環(huán)節(jié)，為全面實施創(chuàng)新實驗教學創(chuàng)造條件。

（2）機構創(chuàng)新實驗項目的具體開發(fā)。結合機械原理教學大綱要求和生產(chǎn)生活實際確定命題方向，提出實驗目的，確定實驗內(nèi)容，制定實施方案。最終形成5-8個實驗命題方向，把握題目難度、范圍、工作量，建立完整的指導與評價體系，保證最終實驗教學項目的完成質(zhì)量。

3.2 具體實驗內(nèi)容。根據(jù)機構創(chuàng)新實驗的總體目標和要求，確定以下具體實驗內(nèi)容：根據(jù)工作原理確定機構運動方案，并作必要設計計算；手繪或用二維繪圖軟件繪制總體布局圖；三維建模，驗證機構的運動方案；按要求對機械進行運動分析或力分析；對設計做出評價和修改；整理完整的設計計算說明書。

4 機構創(chuàng)新實驗教學的組織實施

機構創(chuàng)新實驗要求學生以“個體-團隊”形式開展，分組后每組成員獨立完成、獨立考核，擇優(yōu)推進實驗進程。比如：運動方案擬定階段，團隊內(nèi)每個學生都要出獨立方案，擇優(yōu)完善后進入建模階段；建模階段再獨立工作，擇優(yōu)完善后進入分析階段。鼓勵每個組作出最優(yōu)結果，再由指導教師或答辯組老師綜合評價。該實驗模式保證了學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的普遍性和基礎性。

機構創(chuàng)新實驗教學實施環(huán)節(jié)的幾點注意事項：

4.1 機構創(chuàng)新實驗的內(nèi)容包括運動方案設計、驗證、分析、評價、優(yōu)選等，占用時間多，應該注意機構創(chuàng)新實驗教學環(huán)節(jié)與理論教學、課程設計環(huán)節(jié)的融合和統(tǒng)籌?？梢圆捎脛?chuàng)新實驗教學任務提前布置，在理論教學中間完成方案擬定和部分實驗，在課程設計階段作最終的分析和設計，分階段考核評價的方法來實施。

4.2 學生課內(nèi)三維設計軟件學習內(nèi)容及掌握程度還不能獨立使用三維設計軟件進行仿真實驗，所以實驗期間要有針對性地加強軟件應用的輔導工作。另外，采用團隊實驗模式，通過合理分工，優(yōu)勢互補，保證實驗順利進行。

4.3 基于三維仿真軟件的機構創(chuàng)新實驗采用新模式、新手段，相對組織實施經(jīng)驗少，所以還不能在擬開課班級全面展開，先在試點專業(yè)、試點班級組織實施，積累一定組織經(jīng)驗后再全面推開。

5 我校實施機構創(chuàng)新實驗教學的一點經(jīng)驗

目前我校確定的機構創(chuàng)新實驗教學的命題領域及方向共有8個：環(huán)保/環(huán)衛(wèi)、家用/廚衛(wèi)、輸送/倉儲、農(nóng)業(yè)收獲/加工、包裝/拆解、玩具/娛樂、助殘/健身、特定工藝加工機械等。

為了保證學生的工作量和難度適中，要求在機械設計中主要突出機構運動方案的擬定和機械傳動與執(zhí)行部分的設計，要求傳動方案中至少含有兩種常用機構且有4-8個傳動構件，要求有必要的設計計算（不包括強度分析）和結構設計。

評價內(nèi)容主要有選題評價（實用性、創(chuàng)新性）、設計評價（方案可行性、結構合理性、進度把握性、計算嚴謹性、經(jīng)濟性）、答辯效果（功能演示、講解、答辯）、入檔資料（計算說明書、方案草圖、模型及仿真分析結果）等。

通過兩個專業(yè)8個試點班教學實踐，使學生在機械運動方案設計、三維設計及仿真分析軟件應用以及團隊合作攻關方面，得到了較高水平的訓練，激發(fā)了創(chuàng)新意識，增強了實踐能力。目前正在進行教學改革成果的進一步推廣，使之具有可持續(xù)性，逐步把我校全部機械類學生納入的教改范圍。

6 機構創(chuàng)新實驗教學改革的意義

基于三維軟件的機構創(chuàng)新實驗教學不僅豐富了教學內(nèi)容，拓寬了機械原理教學體系，而且培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新實踐能力，增強了學生的團隊合作意識和學習能力。同時，在教學改革中激發(fā)了教師求真務實的工作熱情，調(diào)動了學生的學習積極性，取得了很好的教學效果。

基于三維軟件的機構創(chuàng)新實驗教學改革符合機械原理課程的建設目標和發(fā)展要求，把握了高等工科院校培養(yǎng)高素質(zhì)、高技能人才的總體目標，為培養(yǎng)學生專業(yè)方面的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力做出了一定的探索和實踐。

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