機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程體系的優(yōu)化與實(shí)踐

河北科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 陳青果 張君彩

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程體系的優(yōu)化與實(shí)踐

河北科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 陳青果 張君彩

本文基于機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程，從課程體系和實(shí)踐教學(xué)兩方面探討了機(jī)械設(shè)計(jì)系列基礎(chǔ)課程的建設(shè)，提出了以應(yīng)用型本科技術(shù)人才培養(yǎng)為對(duì)象，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程體系整體優(yōu)化整合，構(gòu)建課堂教學(xué)、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)與課外科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)一體化的教學(xué)模式，以提高學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、工程實(shí)踐能力。

機(jī)械設(shè)計(jì) 基礎(chǔ)課程 教學(xué)體系 創(chuàng)新設(shè)計(jì)

一、前言

機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程通常由總體設(shè)計(jì)開(kāi)始，然后進(jìn)行部件設(shè)計(jì)，最后是機(jī)械零件設(shè)計(jì)?？傮w設(shè)計(jì)階段主要考慮機(jī)器將要完成哪些功能，必須具備哪些動(dòng)作。部件設(shè)計(jì)階段研究部件所要承擔(dān)的一些功能及動(dòng)作。因此，總體設(shè)計(jì)與部件設(shè)計(jì)階段主要考慮的是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)的問(wèn)題，以及為了完成這些運(yùn)動(dòng)所需要的裝置。機(jī)械零件設(shè)計(jì)階段主要考慮各零件的具體結(jié)構(gòu)，保證零件受力后不致?lián)p壞，保證各零件具有一定壽命。因此，必須從材料強(qiáng)度的角度考慮選用各個(gè)零件的材料，以及零件結(jié)構(gòu)的形狀及尺寸大小。但這還不夠，必須進(jìn)一步考慮零件的精度設(shè)計(jì)問(wèn)題。因?yàn)橹圃炝慵r(shí)必然產(chǎn)生加工誤差，需要將加工誤差控制在一定范圍內(nèi)，使機(jī)器裝配后正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這就是零件精度設(shè)計(jì)的任務(wù)。

因此，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程體系包括機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)及互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)等課程?！皺C(jī)械原理”課程主要是研究機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)中的各種問(wèn)題，“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程主要是研究結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一些問(wèn)題，“互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)”則主要研究幾何量精度設(shè)計(jì)問(wèn)題，它們都是研究機(jī)械方面共性問(wèn)題的技術(shù)基礎(chǔ)課程，各門(mén)課程相對(duì)獨(dú)立又有密切的聯(lián)系。

這三門(mén)課程是高等工科教育的重要內(nèi)容，是完善素質(zhì)教育和大學(xué)人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要課程。以應(yīng)用型本科技術(shù)人才培養(yǎng)為對(duì)象，針對(duì)學(xué)生的實(shí)際情況，需要對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程體系進(jìn)行不同程度的教改和探索，使培養(yǎng)出的學(xué)生人盡其才，才盡其用。

二、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程體系的優(yōu)化整合

1.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)體系

優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，實(shí)施以設(shè)計(jì)為主線，分析與設(shè)計(jì)并重的理論體系。機(jī)械原理部分側(cè)重基礎(chǔ)分析、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)三大內(nèi)容；機(jī)械設(shè)計(jì)部分著重闡述機(jī)械設(shè)計(jì)的共性規(guī)律和分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的基本方法，淡化理論演繹、簡(jiǎn)化公式推導(dǎo)，不做繁瑣分析；互換性與測(cè)量技術(shù)部分重在應(yīng)用，主要闡述國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行尺寸精度、幾何公差、表面粗糙度等的設(shè)計(jì)與檢測(cè)。

課堂教學(xué)側(cè)重講授內(nèi)容輪廓、思想方法，采用啟發(fā)式、互動(dòng)式、討論式等教學(xué)方法加強(qiáng)引導(dǎo)和啟發(fā)，把本學(xué)科的新發(fā)展和相關(guān)科研成果融入課堂教學(xué)，開(kāi)闊學(xué)生視野，使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)有一個(gè)更全面、更深刻的認(rèn)識(shí)。課堂教學(xué)采用實(shí)體模型、黑板板書(shū)、多媒體等多種先進(jìn)的教學(xué)形式，突出對(duì)學(xué)生綜合運(yùn)用先修課程與本課程所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際的能力培養(yǎng)，注重學(xué)生個(gè)性和自學(xué)能力。

例如，“機(jī)械設(shè)計(jì)”中有軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核，要完成各軸段直徑、長(zhǎng)度及其他細(xì)節(jié)尺寸在內(nèi)的全部結(jié)構(gòu)尺寸，實(shí)現(xiàn)支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件、保證轉(zhuǎn)動(dòng)零件定位和傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的功能。而在“互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)”中需要對(duì)這樣的階梯軸進(jìn)行尺寸、幾何公差、表面粗糙度等精度方面的設(shè)計(jì)，保證裝配要求。這就需要我們對(duì)這兩部分進(jìn)行優(yōu)化整合處理，將減速器模型帶到課堂演示，詳細(xì)講解軸的結(jié)構(gòu)特征和功能要求，哪個(gè)是定位軸肩，哪個(gè)是過(guò)渡軸肩；哪個(gè)圓周表面是安裝滾動(dòng)軸承的，哪個(gè)圓周表面是安裝齒輪、帶輪的……實(shí)際與抽象結(jié)合，多個(gè)知識(shí)點(diǎn)融會(huì)貫通，既能同時(shí)完成階梯軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和幾何精度設(shè)計(jì)，又能有效地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，課堂氛圍活躍。機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程相互滲透，理論知識(shí)與實(shí)踐密切結(jié)合，學(xué)生在學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，避免“教師講得汗流浹背，學(xué)生卻在騰云駕霧”的尷尬狀況，在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中起到事倍功半的效果。

2.完善網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源共享

更新、完善“機(jī)械原理”“機(jī)械設(shè)計(jì)”網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，鼓勵(lì)學(xué)生利用開(kāi)放環(huán)境與教學(xué)資源自主學(xué)習(xí)，為學(xué)生提供不受時(shí)間、地點(diǎn)限制的輔助學(xué)習(xí)環(huán)境。

學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)查閱教師信息，了解任課老師的基本情況；通過(guò)課程描述、教學(xué)大綱、學(xué)習(xí)要求等信息了解機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程整體概況；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)精講課件和視頻錄像學(xué)習(xí)相關(guān)機(jī)械知識(shí)；通過(guò)學(xué)習(xí)指導(dǎo)、課程練習(xí)、模擬試題等信息，復(fù)習(xí)、鞏固、加深理解所學(xué)知識(shí)，檢測(cè)自己的學(xué)習(xí)效果；通過(guò)積極參加熱點(diǎn)問(wèn)題討論或通過(guò)電子郵件提出對(duì)實(shí)際工程問(wèn)題的質(zhì)疑，與老師進(jìn)行網(wǎng)上互動(dòng)交流，加深對(duì)問(wèn)題的思考、理解，提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的實(shí)際能力。優(yōu)良網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)使整個(gè)教學(xué)內(nèi)容生動(dòng)形象，教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的高信息量性、全方位性、滲透性、超時(shí)空性和互動(dòng)性極大促進(jìn)了教與學(xué)的積極性和主動(dòng)性，有力提升了教學(xué)效果。

三、完善實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力

1.課程設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)是高等工科學(xué)校相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的全面設(shè)計(jì)訓(xùn)練，是教學(xué)任務(wù)的最后一次系統(tǒng)優(yōu)化，是對(duì)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析、解決問(wèn)題能力的訓(xùn)練、檢驗(yàn)和培養(yǎng)。

例如，“機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)”的實(shí)施要求是：結(jié)合一個(gè)機(jī)械傳動(dòng)裝置，綜合應(yīng)用所學(xué)的理論和方法，使學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握一般機(jī)械設(shè)計(jì)的基本方法和程序，培養(yǎng)獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。

進(jìn)行減速器設(shè)計(jì)時(shí)，首先讓學(xué)生到模型教室動(dòng)手拆裝各種減速器，認(rèn)識(shí)減速器內(nèi)外部結(jié)構(gòu)，特別是減速器內(nèi)部軸承的結(jié)構(gòu)、軸的結(jié)構(gòu)和各種齒輪結(jié)構(gòu)，增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，提高他們的設(shè)計(jì)興趣，鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)提出自己的想法，讓他們主動(dòng)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中計(jì)算、畫(huà)圖、修改交替進(jìn)行，“互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)”課程的精度設(shè)計(jì)也無(wú)處不在，切實(shí)鍛煉學(xué)生的思維和實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考和創(chuàng)新能力。機(jī)械設(shè)計(jì)工作基本技能的訓(xùn)練包括計(jì)算、繪圖、查閱參考文獻(xiàn)、技術(shù)資料、標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范等諸多方面，設(shè)計(jì)計(jì)算、選型、工程圖可借助計(jì)算機(jī)完成，把計(jì)算機(jī)的快速計(jì)算能力和學(xué)生的創(chuàng)造思維結(jié)合起來(lái)，既鞏固和提高了所學(xué)理論知識(shí)又適應(yīng)了信息社會(huì)發(fā)展的需要，為今后的學(xué)習(xí)和工作奠定了良好基礎(chǔ)。

2.課程實(shí)驗(yàn)

課程實(shí)驗(yàn)的主要目的是讓學(xué)生更加直觀地理解課堂上所講的內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作能力、創(chuàng)新開(kāi)發(fā)和科研能力的主要課堂。

為了培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，使學(xué)生加深對(duì)所學(xué)理論的理解，同時(shí)獲得實(shí)驗(yàn)技能的基本訓(xùn)練，我們與生產(chǎn)單位聯(lián)合開(kāi)發(fā)了“HKZB-II型機(jī)構(gòu)組合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)臺(tái)”，為創(chuàng)新設(shè)計(jì)奠定良好的基礎(chǔ)，使用該裝置可拼接連桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)等。同時(shí)，可以由它們組成性能各異的組合機(jī)構(gòu)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，有利于培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)能力，使學(xué)生即開(kāi)闊視野，又增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力。

3.課外科技活動(dòng)

為促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，在各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)心和支持下，建立了大學(xué)生科技創(chuàng)新基地及大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)中心，構(gòu)建開(kāi)放式實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，為培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)實(shí)踐能力提供了外部環(huán)境。

培養(yǎng)創(chuàng)新性人才是大學(xué)教育的目標(biāo)和責(zé)任。重視課程設(shè)計(jì)和課程實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，積極引導(dǎo)大學(xué)生參加科技活動(dòng)，充分發(fā)揮“全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新大賽”等各級(jí)各類(lèi)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)比賽在該門(mén)課程教學(xué)中的作用，鼓勵(lì)學(xué)生參加國(guó)家級(jí)、省級(jí)各類(lèi)機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽，指導(dǎo)學(xué)生完成“自行車(chē)一體化鏈?zhǔn)匠錃馔病薄捌矫嫠臈U機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)及速度原理示教儀”等多項(xiàng)獲獎(jiǎng)競(jìng)賽項(xiàng)目。學(xué)生積極參加各類(lèi)機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽，有利于提高主動(dòng)實(shí)踐的意識(shí)和能力，強(qiáng)化主動(dòng)實(shí)踐能力、綜合設(shè)計(jì)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，從而激發(fā)學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)興趣。

四、結(jié)論

本文從課程體系和實(shí)踐教學(xué)兩方面探討了機(jī)械設(shè)計(jì)系列基礎(chǔ)課程的建設(shè)，提出了以應(yīng)用型本科技術(shù)人才培養(yǎng)為對(duì)象，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程體系課程整體優(yōu)化整合，構(gòu)建課堂教學(xué)、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)與課外科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)一體化的教學(xué)模式，以提高學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、工程實(shí)踐能力。課堂理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，培養(yǎng)了適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的機(jī)械類(lèi)創(chuàng)新型人才。

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（此文系基金項(xiàng)目:河北科技大學(xué)理工學(xué)院資助項(xiàng)目，編號(hào): 2008Y06）

ISSN2095-6711/Z01-2015-09-0024