以就業(yè)為導(dǎo)向的《機(jī)械綜合設(shè)計》教學(xué)改革與實踐

夏紅梅 汪劉一 甄文斌

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院，廣州 510642）

0 引 言

《機(jī)械綜合設(shè)計》是機(jī)類專業(yè)必修的主干設(shè)計實踐性課程，是完成《機(jī)械原理》和《機(jī)械設(shè)計》理論課程學(xué)習(xí)后，為期3周的設(shè)計實踐綜合訓(xùn)練。傳統(tǒng)設(shè)計對象為運輸裝置上的減速器，采用手工方式計算，通過參照手冊、教材或設(shè)計實例進(jìn)行模仿設(shè)計。設(shè)計題目形式單一，學(xué)生興趣和積極性不高。在零件選用和校核過程中，需要多次反復(fù)試算修改，學(xué)生花費大量時間在繁瑣的重復(fù)計算中，缺乏主動思考，難以理解和體會計算的實際工程含義。由于在分析計算和強(qiáng)度校核方面已花費太多時間，同時還要應(yīng)付其它科目的考核，學(xué)生在繪制零部件圖紙時所剩時間不多，通常會以上屆同學(xué)的圖紙為基礎(chǔ)，稍作修改交差。設(shè)計結(jié)果容易繼承以前圖紙中存在的缺陷，造成圖紙多方面與說明書中的設(shè)計結(jié)果相矛盾，也難以達(dá)到鍛煉學(xué)生的工程表達(dá)和繪圖能力的目的。近年來，大學(xué)生就業(yè)形勢日益嚴(yán)峻，競爭壓力越來越大，如何以社會需求為導(dǎo)向，針對企業(yè)和市場實際需要，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生的就業(yè)能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力，成為當(dāng)前《機(jī)械綜合設(shè)計》課程教學(xué)改革與實踐的關(guān)鍵問題[1]。

1 改革內(nèi)容與方法

當(dāng)前珠三角企業(yè)正處在轉(zhuǎn)型關(guān)鍵時期，對有一定計算機(jī)繪圖、結(jié)構(gòu)設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計能力的學(xué)生有大量需求。以就業(yè)為導(dǎo)向，改革現(xiàn)有《機(jī)械綜合設(shè)計》教學(xué)模式，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法上進(jìn)行改革和探索，指導(dǎo)學(xué)生從工程應(yīng)用的角度，結(jié)合創(chuàng)新設(shè)計思維，應(yīng)用先進(jìn)的現(xiàn)代設(shè)計方法及設(shè)計手段去解決工程實際問題，適應(yīng)相關(guān)工程技術(shù)要求，逐步樹立正確的設(shè)計思想，增強(qiáng)設(shè)計創(chuàng)新意識和競爭意識。針對《機(jī)械綜合設(shè)計》課程教學(xué)存在的實際問題，結(jié)合市場就業(yè)需求，制定改革方案，具體內(nèi)容包括：

（1）針對不同專業(yè)特點，結(jié)合生產(chǎn)和生活實際，設(shè)置更多元化的機(jī)械綜合設(shè)計題目，增強(qiáng)題目適用性、知識性和趣味性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和熱情[2-3]。

減速器作為機(jī)器中一個相對獨立的部分，其主要零部件覆蓋了機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程的絕大部分內(nèi)容，便于學(xué)生在設(shè)計實踐中應(yīng)用檢驗所學(xué)的知識，實現(xiàn)理論和實踐的結(jié)合。另外，不同類型的減速器和設(shè)計參數(shù)要求，所設(shè)計出的減速器的結(jié)果是不同的，選擇減速器作為題目從教學(xué)內(nèi)容上來看是可行的。但每屆學(xué)生都重復(fù)同樣的設(shè)計內(nèi)容，我校制圖課的測繪練習(xí)也以減速器為對象，再次面對同樣問題，學(xué)生缺乏新奇感，勢必降低了學(xué)生的設(shè)計積極性和創(chuàng)新性。為此，可結(jié)合專業(yè)特點和學(xué)生對本門課的掌握程度，在保留部分減速器設(shè)計題目同時，結(jié)合不同的專業(yè)特點，設(shè)計增加更貼近生產(chǎn)和生活的題目。如機(jī)制專業(yè)的學(xué)生可將普通機(jī)床的傳動系統(tǒng)作為設(shè)計對象，引導(dǎo)學(xué)生參觀相關(guān)機(jī)床，這樣在進(jìn)行了相關(guān)傳動系統(tǒng)設(shè)計同時，增強(qiáng)了學(xué)生對專業(yè)知識的掌握，增加了設(shè)計興趣。對于車輛或汽車運輸專業(yè)的學(xué)生，結(jié)合其專業(yè)特點，設(shè)計汽車用變速器或差速器。對于機(jī)化專業(yè)的學(xué)生，可以設(shè)計農(nóng)用車輪行走驅(qū)動系統(tǒng)，或果蔬采摘機(jī)傳動系統(tǒng)。貼近生活方面的題目如：小型割草機(jī)傳動系統(tǒng)，果樹修剪裝置傳動系統(tǒng)，洗衣機(jī)傳動系統(tǒng)，脫水桶傳動系統(tǒng)設(shè)計等。適當(dāng)拓寬課程設(shè)計的選題不僅能夠讓學(xué)生得到更多的工程設(shè)計訓(xùn)練，而且能發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，對于培養(yǎng)創(chuàng)新設(shè)計思維，進(jìn)行創(chuàng)造性設(shè)計，起到事半功倍的效果。

（2）為能使學(xué)生在短短3周內(nèi)高質(zhì)量的完成機(jī)械綜合設(shè)計，在前期的機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)中實施機(jī)械綜合設(shè)計選題工作，將設(shè)計題目內(nèi)容分散到課堂講解中，使學(xué)生通過聯(lián)系分析設(shè)計目標(biāo)載體，增強(qiáng)理論知識的理解、消化和應(yīng)用能力[4]。

在教學(xué)初始下達(dá)機(jī)械綜合設(shè)計題目，利用CAI輔助下達(dá)后續(xù)機(jī)械綜合設(shè)計任務(wù)，使學(xué)生能對設(shè)計目標(biāo)有一定的感性認(rèn)識，對設(shè)計內(nèi)容有初步的認(rèn)識和理解，對設(shè)計應(yīng)注意的問題有大概了解和認(rèn)知。在理論教學(xué)過程中，以綜合設(shè)計課題為導(dǎo)向，以任務(wù)為驅(qū)動，圍繞題目將綜合設(shè)計內(nèi)容“化整為零”進(jìn)行教學(xué)。結(jié)合設(shè)計課題有目的地進(jìn)行引導(dǎo)，通過批改有關(guān)計算部分作業(yè)和答疑輔導(dǎo)，適時發(fā)現(xiàn)學(xué)生在計算中的錯誤，讓學(xué)生帶著任務(wù)主動學(xué)習(xí)，利用整個學(xué)期的課余時間進(jìn)行準(zhǔn)備、思考，充分醞釀。在機(jī)械綜合設(shè)計開始后，學(xué)生能有較充裕的時間繪制圖紙，編寫設(shè)計說明書。結(jié)合理論教學(xué)，開設(shè)減速器拆裝實驗，通過拆裝、調(diào)試，完成相應(yīng)的測繪和分析，讓學(xué)生掌握傳動系統(tǒng)的零部件結(jié)構(gòu)、形狀、裝配關(guān)系，對主要零件的制造的工藝過程有初步的了解，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識。

（3）指導(dǎo)學(xué)生選用最新電子版機(jī)械設(shè)計手冊軟件，通過軟件查詢和計算功能，輔助學(xué)生查詢常規(guī)資料，實施傳動件的設(shè)計計算，標(biāo)準(zhǔn)零部件的選擇與校核，將學(xué)生從枯燥的計算中解脫出來，提高設(shè)計效率和質(zhì)量[5-6]。

傳統(tǒng)機(jī)械綜合設(shè)計過程中，學(xué)生往往把設(shè)計理解為理論計算加繪制圖紙，根據(jù)書本公式得出計算結(jié)果，最后繪出圖紙，把大量的精力和時間用在設(shè)計計算和圖紙繪制上，沒有時間去考慮更好的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案和一些標(biāo)準(zhǔn)手冊、資料的查找和使用，也沒有認(rèn)真分析有關(guān)的數(shù)據(jù)是由類比法或由經(jīng)驗得來。為此，可讓學(xué)生采用機(jī)械設(shè)計手冊軟件進(jìn)行一些常見資料的查詢，零件的結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計、典型傳動的設(shè)計與計算，使學(xué)生既不會盲目抄襲，又能從枯燥的計算中解脫出來，節(jié)省大量的時間，為學(xué)生的傳動方案選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計繪圖提供充足的時間，調(diào)動學(xué)生的設(shè)計積極性。

（4）指導(dǎo)學(xué)生選用現(xiàn)代企業(yè)流行的計算機(jī)輔助繪圖軟件，繪制表達(dá)設(shè)計結(jié)果，采用從三維到二維的思路，使學(xué)生進(jìn)一步加深圖形的空間理解和表達(dá)能力[7]。

隨著計算機(jī)輔助設(shè)計方法在企業(yè)中應(yīng)用推廣，人才市場對熟練掌握3D設(shè)計軟件的技術(shù)人員需求量越來越大。學(xué)生在機(jī)械綜合設(shè)計之前已經(jīng)完成了PRO/E、UG、SOLIDWORKS，及AUTOCAD等軟件的學(xué)習(xí)。在圖紙繪制方面，可要求學(xué)生選用合適的軟件完成齒輪、軸、箱體、端蓋等所有機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)3D設(shè)計，通過屏幕展現(xiàn)來評估和交流設(shè)計結(jié)果。再進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運動仿真和干涉檢驗，最后轉(zhuǎn)成二維工程圖紙。使學(xué)生在掌握設(shè)計基礎(chǔ)知識同時，提高軟件應(yīng)用技能，樹立現(xiàn)代設(shè)計理念。

2 實踐方案

項目具體實施按以下思路組織開展：

（1）資料收集，人才市場調(diào)研，確定企業(yè)對機(jī)械設(shè)計類專業(yè)人才的需求方向。分析各專業(yè)目前學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，明確學(xué)生的相關(guān)專業(yè)知識基礎(chǔ)。以人才需求為導(dǎo)向，結(jié)合各專業(yè)特點，制定機(jī)械綜合設(shè)計題目，撰寫設(shè)計任務(wù)書。

（2）指導(dǎo)學(xué)生依據(jù)個人興趣特點選題，準(zhǔn)備機(jī)械綜合設(shè)計過程中所需的資料，并能熟練應(yīng)用所需設(shè)計軟件。

（3）采用目標(biāo)教學(xué)方法，指導(dǎo)學(xué)生在機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)理論教學(xué)過程中，結(jié)合設(shè)計對象任務(wù)要求，對各傳動環(huán)節(jié)主要參數(shù)進(jìn)行設(shè)計計算。

（4）指導(dǎo)學(xué)生在機(jī)械綜合設(shè)計期間完善初步設(shè)計方案，進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。應(yīng)用現(xiàn)代計算機(jī)輔助設(shè)計軟件繪制設(shè)計目標(biāo)三維模型，將三維模型轉(zhuǎn)成二維模型，完善二維圖紙的繪制和標(biāo)注。撰寫設(shè)計任務(wù)書，并對整個設(shè)計過程進(jìn)行總結(jié)。

（5）開展公開答辯，要求學(xué)生能較好表述設(shè)計過程，通過提問點評，指出設(shè)計中尚存在的問題和不足，指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)答辯結(jié)果對設(shè)計說明書和圖紙做進(jìn)一步的改進(jìn)。在設(shè)計評價方面，采用答辯與平時的設(shè)計表現(xiàn)相結(jié)合的方式，以圖紙、計算說明書和答辯成績?yōu)橹鳎骖櫾O(shè)計態(tài)度和出勤率等表現(xiàn)。

3 實施效果分析

以機(jī)制、機(jī)化、車輛及汽車運輸專業(yè)學(xué)生作為改革實踐對象，按上述教學(xué)改革思路和方案對《機(jī)械綜合設(shè)計》課程教學(xué)進(jìn)行改革和實踐。兩年的改革實踐結(jié)果表明，設(shè)計題目的應(yīng)用實踐性極大提高了學(xué)生的熱情和創(chuàng)新意識，約有45%的學(xué)生選擇傳統(tǒng)的減速箱題目，35%的學(xué)生選擇了與專業(yè)相關(guān)的實踐性題目，20%專業(yè)基礎(chǔ)知識掌握較好，對自身要求較高的學(xué)生，結(jié)合專業(yè)特點和生活實際自主提出了一些沒有實際參考，應(yīng)用性和創(chuàng)新性強(qiáng)的題目，如：多功能健身椅、家用輔助健身裝置、單車自動打氣筒、環(huán)保型垃圾桶、糖果包裝機(jī)構(gòu)的設(shè)計等。通過充分利用計算機(jī)輔助資料查詢、強(qiáng)度分析設(shè)計計算、輔助繪圖等軟件工具，學(xué)生的設(shè)計結(jié)果在方案合理性、計算速度和圖紙表達(dá)效果等方面相對以前有明顯進(jìn)步和提高。

4 結(jié)束語

《機(jī)械綜合設(shè)計》課程教學(xué)改革和實踐以突出本專業(yè)領(lǐng)域的新知識、新技術(shù)、新方法，提高學(xué)生的就業(yè)能力，培養(yǎng)具有創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力的專業(yè)人才為目標(biāo)，通過設(shè)計更有專業(yè)特色和趣味型的題目，激發(fā)學(xué)生設(shè)計興趣和創(chuàng)新意識；將設(shè)計題目融入前期機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程理論教學(xué)中，以問題為目標(biāo)，將理論與實踐相結(jié)合，在提高理論教學(xué)效果的同時，為機(jī)械綜合設(shè)計的開展贏得寶貴時間；應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計理論和方法，采用現(xiàn)代企業(yè)常用的計算機(jī)輔助設(shè)計手段，縮短資料查詢時間，提高設(shè)計效率、質(zhì)量和創(chuàng)新性。改革的實施使學(xué)生能在較短的學(xué)習(xí)周期內(nèi)了解、熟悉和掌握機(jī)械設(shè)計的基本方法和步驟，做出符合實際要求、質(zhì)量較高的設(shè)計，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)和將來就業(yè)從事實際工程工作打下良好基礎(chǔ)。

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