高職機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和建模軟件融合的課程改革實(shí)踐

◎ 肖蘇華 陳建環(huán)

高職的“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程包含了理論力學(xué)、材料力學(xué)以及機(jī)械零件的基礎(chǔ)知識(shí)。課程特點(diǎn)是內(nèi)容繁多，枯燥乏味，學(xué)生普遍反應(yīng)該課程抽象難懂。

Pro/E軟件具備單一數(shù)據(jù)庫(kù)、參數(shù)化、基于特征造型、全相關(guān)的技術(shù)特點(diǎn),該軟件在國(guó)內(nèi)使用率較高。企業(yè)對(duì)應(yīng)用Pro/E軟件從事產(chǎn)品造型、工業(yè)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)人員需求量很大，因此該軟件也成為高職類院校三維CAD/CAM/CAE軟件的首選，并成為機(jī)械/機(jī)電/模具專業(yè)的核心課程。

為了提高學(xué)生的興趣，增加學(xué)生的參與度，將三維建模軟件Pro/E融合到“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的學(xué)習(xí)中,同時(shí)優(yōu)化“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程內(nèi)容，精選案例，采用教學(xué)做一體化的方法組織課程教學(xué)和實(shí)訓(xùn)。

一、合理選取教學(xué)內(nèi)容

“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程包含了靜力學(xué)、平面力系、空間力系、四種材料力學(xué)構(gòu)件變形、平面機(jī)構(gòu)、四桿、凸輪、齒輪、軸、聯(lián)結(jié)等豐富內(nèi)容。針對(duì)高職學(xué)生對(duì)理論不感興趣、喜歡動(dòng)手實(shí)訓(xùn)操作的特點(diǎn)，根據(jù)“理論夠用”的原則，盡量減免理論的推理計(jì)算內(nèi)容，抽取更多的課時(shí)為適合實(shí)訓(xùn)的內(nèi)容。如課程在講解平面四桿機(jī)構(gòu)模塊，用2個(gè)學(xué)時(shí)講解平面四桿機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)理論，用4個(gè)學(xué)時(shí)進(jìn)行Pro/E的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)訓(xùn)。通過學(xué)生的零件繪制、裝配及機(jī)構(gòu)仿真和動(dòng)畫制作，領(lǐng)會(huì)形成曲柄搖桿、雙曲柄、雙搖桿等機(jī)構(gòu)的幾何條件?！皺C(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程學(xué)時(shí)分配如表1。

從表1可以看出，課程的實(shí)訓(xùn)學(xué)時(shí)大大增加，達(dá)到了44.4%，學(xué)生可以通過Pro/E的實(shí)訓(xùn)來實(shí)現(xiàn)對(duì)枯燥理論的理解和強(qiáng)化，極大的提高了學(xué)習(xí)興趣。

表1 學(xué)時(shí)分配

二、精心挑選案例，教學(xué)做一體化

“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)，精心選取適合Pro/E三維軟件建模仿真的案例，結(jié)合基礎(chǔ)理論進(jìn)行實(shí)訓(xùn)。如在力學(xué)模塊，可以采用Pro/E里的機(jī)械模塊進(jìn)行非標(biāo)桿件的應(yīng)力應(yīng)變分析，開拓學(xué)生的視野，提高實(shí)際應(yīng)用能力。在平面四桿結(jié)構(gòu)模塊，可以建模、裝配四個(gè)桿件，設(shè)定電機(jī)和參數(shù)，達(dá)到四桿運(yùn)動(dòng)的仿真。在凸輪模塊，根據(jù)推桿的運(yùn)動(dòng)軌跡（如圖1），在Pro/E里繪制圖形基準(zhǔn)，結(jié)合可變截面掃描指令，繪制凸輪的外形輪廓三維圖形（如圖2）。通過借助3D建模軟件，凸輪的建模實(shí)訓(xùn)，比《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教材里描點(diǎn)法、解析法等原始的繪制凸輪方法精度、效率高的多，也符合當(dāng)前實(shí)際的設(shè)計(jì)情況。學(xué)生在訓(xùn)練中能充分理解到軌跡曲線的角度和凸輪外形輪廓的關(guān)系，同時(shí)也消化了遠(yuǎn)休止角、近休止角、推程等概念。

圖1 推桿運(yùn)動(dòng)軌跡

圖2 凸輪Pro/E 3D建模

講授齒輪章節(jié)的時(shí)候，融合Pro/E軟件，首先講解齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的尺寸公式和計(jì)算方法，然后在Pro/E軟件里參數(shù)進(jìn)行如圖3所示的設(shè)置。再在軟件里結(jié)合漸開線方程、陣列等進(jìn)行三維建模，效果如圖4所示。學(xué)生可以在建模完成后，通過修改參數(shù)的m和z等參數(shù)，直接生成不同尺寸的齒輪，非常直觀的理解齒輪的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法。

圖3 圓柱直齒齒輪參數(shù)

圖4 齒輪3D造型

“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”和3D建模軟件的融合，在實(shí)訓(xùn)進(jìn)行時(shí)，一般采取教學(xué)做一體化的方式進(jìn)行。通過 “理論引入→學(xué)生學(xué)習(xí)→教師示范→學(xué)生跟做→任務(wù)布置→學(xué)生獨(dú)立完成→教師歸納總結(jié)”的流程進(jìn)行教學(xué)。

如在凸輪Pro/E建模實(shí)訓(xùn)中，學(xué)時(shí)和教學(xué)設(shè)計(jì)如表2所示。

Pro/E凸輪設(shè)計(jì)項(xiàng)目為3個(gè)學(xué)時(shí) （120分鐘），比起單純的理論講解3個(gè)學(xué)時(shí)，效果更佳。

三、改革效果

經(jīng)過幾年持續(xù)的改革實(shí)踐，該課程的建設(shè)取得了一定的效果，學(xué)生對(duì)課程教學(xué)評(píng)價(jià)多為 “優(yōu)秀”、“良好”。在就業(yè)方面，本專業(yè)學(xué)生有33%畢業(yè)生工作崗位與機(jī)械設(shè)計(jì)有直接或間接關(guān)系，崗位包括繪圖員，裝模，修模，設(shè)計(jì)助理等職位。在近幾年來的職業(yè)技能比賽中，本專業(yè)學(xué)生取得了優(yōu)異成績(jī)，1名學(xué)生獲得2009年廣東省挑戰(zhàn)杯三等獎(jiǎng)獎(jiǎng)，6名學(xué)生參加2009年全國(guó)數(shù)控技能比賽廣東選拔賽之產(chǎn)品造型及快速原型比賽，其中兩名學(xué)生獲得模具設(shè)計(jì)單項(xiàng)三等獎(jiǎng)，1名學(xué)生參加2008年全國(guó)“發(fā)明杯”比賽，采用軟件設(shè)計(jì)的作品“旋轉(zhuǎn)機(jī)械臂”獲得金獎(jiǎng)。

表2 教學(xué)設(shè)計(jì)

“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程歷來是機(jī)械專業(yè)難學(xué)、難教的一門課程。實(shí)踐證明，通過融合Pro/E軟件，精心挑選案例，進(jìn)行教學(xué)做一體化的教學(xué)設(shè)計(jì)，能極大提高學(xué)生學(xué)習(xí)“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”和Pro/E課程的興趣，促進(jìn)對(duì)基礎(chǔ)理論和知識(shí)點(diǎn)的消化吸收。同時(shí)也鞏固了Pro/E軟件的使用技能，推動(dòng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，取得了良好的效果。

[1]肖蘇華，李俊送，陳建環(huán).高職機(jī)械類專業(yè)Pro_ENGINEER軟件課程教學(xué)改革探索和實(shí)踐[J].廣州城市職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，(4).