機械設計類課程教學改革與創(chuàng)新人才培養(yǎng)

孫啟新++席平原

摘 要：本文分析了機械設計類課程的教學現(xiàn)狀和存在的問題，結合當前高等教育發(fā)展形勢，提出了基于三維CAD的項目式教學法的改革措施。對該類課程采用項目式教學的項目選擇、教學過程實施及評價進行探討，充分發(fā)揮學生在學習中的主體作用，全面提升學生的實踐能力、創(chuàng)新能力。

關鍵詞：機械設計 項目式教學法 三維CAD

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（b）-0175-02

實現(xiàn)以教為主（老師滿堂灌）向以學為主轉變，以課堂教學為主（過分重課堂）向課內外結合轉變，以結果評價為主（過分重分數(shù)）向結果和過程結合轉變，是中國高等教育發(fā)展到今天早已達成共識的三個改革目標。如何實現(xiàn)這三個目標，至今沒有成熟的方法。本文以機械設計類課程為例探討創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。

以知識傳授為基礎，以能力培養(yǎng)和素質提升為目的是本課程教學改革的總體目標。本文將項目式教學引入機械設計類課程教學中，將三維CAD造型軟件、機械原理、機械設計和機械設計課程設計等課程教學有機融合在一起，充分調動學生學習積極性、主動性。

1 項目式教學法的實施原則

機械設計類課程主要包括：機械原理、機械設計和機械設計課程設計，是機械類專業(yè)重要的專業(yè)技術課程，課程具有很強的理論性和應用性，特別是機械設計其課程內容龐雜，各章自成體系，初學看似毫無聯(lián)系，采用傳統(tǒng)的“講授新課-布置作業(yè)-復習舊課”的課堂組織模式，很難調動學生學習積極性，教學效果較差。

以工程項目為背景的教學方法是以學生、項目和能力培養(yǎng)為中心，而不是傳統(tǒng)的課堂、教材和書面作業(yè)、卷面考試。在具體的實施過程中一般要遵循以下原則。

（1）實施過程要具有可操作性，特別是要注重提高學生學習興趣，既能全面提高學習效果，又不會過度增加學生學習負擔。

（2）在教學過程中，以學生為中心，充分發(fā)揮學生的主動性和創(chuàng)新精神，讓學生根據自身需求推動學習過程的進行；教師起輔助作用，負責整個教學過程的設計和組織。

（3）選取的工程項目要適合，既要滿足教學內容要求，又能充分調動學生的積極性。

（4）要具有供豐富的學習資源和良好的團隊協(xié)作學習環(huán)境。

（5）以項目的完成情況來評價學生的學習效果和成績。

2 項目的選擇

機械設計課程的培養(yǎng)目標是傳授一般通用機械整機設計過程所需要的知識和技能，包括：運動設計、結構設計和工作能力設計。要使學生學完此類課程后，只要提供工藝所要求的運動參數(shù)和載荷譜，不管是何類機械都可進行設計，徹底改變畢業(yè)設計“抄圖加校核”的現(xiàn)象。課程必須要完成一個簡單整機設計全過程的訓練，使學生具有純機械傳動的原始創(chuàng)新能力。

所以，選用項目要能夠將整個課程內容串聯(lián)起來，使學生對整個機械設計有一個整體認識，而不是局限在單個零件上。通過項目設計，提高學生學習積極性，變被動學習為主動學習，讓學生主動尋找解決問題得方法，在實踐中去提高能力。同時，項目不能太復雜，使學生既學習了知識、鍛煉了能力，又不會太大的增加學生學習負擔。

基于以上目的，在教學過程之中選用步進式工件輸送機作為項目式教學的工程案例。該機由電動機通過傳動裝置、工作機構驅動滑架往復移動。通常步進式工件輸送機傳動裝置常由減速器和一級開式齒輪傳動組成，也可由帶傳動、鏈傳動組成。工作機構可選用曲柄搖桿系統(tǒng)實現(xiàn)步進輸送，也可以采用其它機構實現(xiàn)，如導桿機構、凸輪機構、棘輪機構等。所以該項目涵蓋了機械原理和機械零件的所有基本內容，符合教學內容要求。既充分可鍛煉學生的學習能力，又可充培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

3 項目教學法的實施步驟

以學生較熟悉的齒輪減速器、曲柄搖桿機構、凸輪機構等為設計內容，將工件輸送機的設計貫穿到每一章的教學中。第一步，每一章的教學以工件輸送機特別是減速器對應的零部件為主體，引出該章節(jié)的教學內容；第二步，通過老師講解和學生自學去尋找解決問題的方法；第三步，學生提出可行的設計方案，經分組討論后確定最終方案；第四步，參考教材設計步驟和方法進行相關參數(shù)及尺寸計算；第五步，用三維軟件進行建模仿真，有必要的可生成工程圖；第六步，將計算和模型提交老師進行作業(yè)評價。在教學中將學生分組進行，每組3～4人，大家協(xié)同作戰(zhàn)，教師就參與討論，把握設計方向。第四、五步學生在課下完成，其他步驟根據課程安排和學生掌握情況合理分配課上和可課下時間，主要原則是以學生為主，教師為輔。

例如，在講到連桿機構時，老師用工件輸送機的視頻引出何為連桿機構及其在工程中的應用；然后用少量時間介紹完連桿機構的學習內容；接下來提出設計項目，讓學生在解決工件輸送機工作機構的過程中進一步熟悉教學內容，提出自己的設計方案并分組加以討論；選定方案后經初步計算，便可用三維CAD軟件進行建模，并進行機構運動仿真分析；根據分析結果修改方案和參數(shù)，直到滿意為止；最后上交設計分析材料，教師對結果進行評價。

三維CAD建模是機械類學生必須掌握的基本技能，學校都設有UG、Pro/Engineer等軟件的教學部課程。將引其引入結構設計中，一方面將傳統(tǒng)設計方法與現(xiàn)代設計方法相結合，提高學生學習興趣；另一方面可減少學生課下作業(yè)量。學生只需完成零部件的三維模型，而不是去畫工程圖。這樣可大大提高項目是教學模式的可行性。

同時將三維CAD軟件的學習應用與結構設計性相結合，也可解決CAD軟件教學中的一些弊病。傳統(tǒng)的CAD軟件教學只注重建模的基本命令和操作流程，老師給出圖形學生去建模，這樣學生只能機械的接受，不能靈活運用。CAD軟件的最大優(yōu)勢是結構設計，這一點被課堂教學完全忽略了。將CAD軟件融入項目是教學可大大彌補這一點。

4 項目教學法實施后的成效與反思

機械設計類課程應用性較強，圖表、公式較多，內容相對枯燥繁雜，學生掌握起來較困難。通過項目式教學，可將零散的內容串聯(lián)起來，充分調動學生的學習積極性和主動性；同時將學生所學的CAD軟件應用到結構設計中，真正做到學以致用。不但能有效的提高本課程的教學質量，而且為學生將來走向工作崗位打下較好的基礎。真正讓學生做設計而不只是學設計。在今后的教學實踐中對于這種教學方法的應用還需要我們不斷地加以探索和研究，進一步選用更多合適的設計項目案例應用到教學中。

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