機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)教學(xué)探索

摘要：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)的理論知識(shí)和方法，掌握設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，培養(yǎng)解決機(jī)械工程中實(shí)際問(wèn)題的能力。鑒于目前課程設(shè)計(jì)中普遍存在學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)重視不夠、缺乏團(tuán)隊(duì)意識(shí)以及計(jì)算和畫圖能力不足等問(wèn)題，有必要從課程設(shè)計(jì)的選題、過(guò)程跟蹤、考核以及課程的教學(xué)方面加以改革，提出了理論授課與課程設(shè)計(jì)相結(jié)合、設(shè)計(jì)題目的多樣化、引入創(chuàng)新方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)以及考核方法的改進(jìn)等建議，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，提高課程設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 課程設(shè)計(jì) 創(chuàng)新 改革

中圖分類號(hào)：G420 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)1672-3791（2015）07（c）-0000-00

Exploration of teaching method on mechanical design basic practicum

HUANG Yongyu， LI Jiyuan

（School of mechanical engineering， Qinghai University， Xining 810016， China）

Abstract： Practicum of mechanical design basic is an important practical teaching link， through the practicum， it can enable students to use the theory and method of mechanical design more fully， to grasp the general rules， cultivate the ability to solve practical problems in mechanical engineering. There are some problems in practicum such as lacking awareness of the team， having no enough attention to the task， shortage of calculation and drawing power. In view of the problems in practicum， it’s necessary to carry out the reform from design topic， process tracking， assessment and curriculum teaching. Then the suggestions about synergy between teaching and practicum， topic diversification， innovation method， application of computer technology， improving evaluation method and so on were be recommended， in order to mobilize the enthusiasm of the students， improve the quality of practicum.

Key words： mechanical design basic ； practicum ；innovation； reform

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程是高等院校機(jī)械類、近機(jī)類專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程，通常機(jī)械類專業(yè)開設(shè)一學(xué)年，近機(jī)類專業(yè)開設(shè)一學(xué)期。課程是以研究常用機(jī)構(gòu)與各種機(jī)械傳動(dòng)裝置及通用機(jī)器的零部件結(jié)構(gòu)和工作原理、特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)計(jì)算方法為主要內(nèi)容的技術(shù)基礎(chǔ)課程。學(xué)習(xí)該課程之前必須先修工程制圖、互換性與技術(shù)測(cè)量、金屬工藝學(xué)和工程力學(xué)等課程。通常在修完課程之后要進(jìn)行2～3周的課程設(shè)計(jì)。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)的理論知識(shí)和方法，掌握設(shè)

計(jì)的一般規(guī)律，培養(yǎng)解決機(jī)械工程中實(shí)際問(wèn)題的能力；學(xué)會(huì)從機(jī)器的功能要求出發(fā)，合理選擇系統(tǒng)或零件的類型，制定設(shè)計(jì)方案，正確計(jì)算零件的工作能力，確定其尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)、材料，并考慮制造工藝、使用、維護(hù)、經(jīng)濟(jì)、安全等問(wèn)題，訓(xùn)練設(shè)計(jì)能力。同時(shí)，通過(guò)查閱、分析、計(jì)算、繪圖等過(guò)程，學(xué)習(xí)正確運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)等技術(shù)資料，訓(xùn)練設(shè)計(jì)的基本技能[1]。因此課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力是一個(gè)很好的鍛煉機(jī)會(huì)，并且對(duì)后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)乃至今后的工作都有及其重要的意義。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)題目一般都是齒輪減速器，要求學(xué)生完成傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)方案、電動(dòng)機(jī)的選型、計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)、傳動(dòng)零件、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算以及軸承、聯(lián)接件、潤(rùn)滑密封和聯(lián)軸器的選擇及校驗(yàn)計(jì)算；同時(shí)要進(jìn)行機(jī)體結(jié)構(gòu)及其附件的設(shè)計(jì)，繪制裝配圖及零件工作圖并編寫計(jì)算說(shuō)明書[2]。通過(guò)多年的教學(xué)，筆者發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)時(shí)存在下面一些問(wèn)題：

（1）學(xué)生對(duì)課程設(shè)計(jì)的重要性認(rèn)識(shí)不夠，對(duì)相關(guān)知識(shí)的了解欠缺，部分學(xué)生態(tài)度不端正，應(yīng)付差事，對(duì)參考資料不加仔細(xì)分析，盲目模仿甚至照抄。尤其是在繪制裝配圖時(shí)在結(jié)構(gòu)上完全模仿課程設(shè)計(jì)參考書中的圖例，并未考慮自己的設(shè)計(jì)任務(wù)書中的要求，創(chuàng)新當(dāng)然更是無(wú)從談起；

（2）在進(jìn)行軸的強(qiáng)度計(jì)算時(shí)將簡(jiǎn)化的力學(xué)模型圖畫錯(cuò)，或未進(jìn)行正確的受力分析，導(dǎo)致扭矩圖、彎矩圖錯(cuò)誤，從而直接影響到后續(xù)危險(xiǎn)截面的確定、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性；

（3）畫圖應(yīng)當(dāng)是和計(jì)算交叉進(jìn)行的，根據(jù)草圖建立力學(xué)模型，經(jīng)計(jì)算后要進(jìn)行必要的修改，反復(fù)校驗(yàn)，不斷完善。而部分學(xué)生卻將畫圖和計(jì)算孤立起來(lái)，甚至出現(xiàn)計(jì)算出的尺寸和圖紙中的尺寸是兩個(gè)結(jié)果的現(xiàn)象，失去了工程計(jì)算的意義，導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果流于形式；

（4）對(duì)圖樣的表達(dá)方法以及工程制圖中的相關(guān)標(biāo)注理解不夠，如在進(jìn)行表面粗糙度、尺寸公差和形位公差等的標(biāo)注時(shí)不針對(duì)自己的設(shè)計(jì)任務(wù)的工況要求，完全照抄樣圖中的標(biāo)注，并非查閱設(shè)計(jì)手冊(cè)之后確定的。在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)往往出現(xiàn)零件的裝拆、定位等結(jié)構(gòu)方面的問(wèn)題。這就說(shuō)明表明學(xué)生普遍缺乏對(duì)工程實(shí)際問(wèn)題的認(rèn)識(shí)深度，在運(yùn)用設(shè)計(jì)資料手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)的查閱方面的能力較為欠缺，尚未樹立技術(shù)法規(guī)意識(shí)。

（5）學(xué)生缺乏團(tuán)隊(duì)意識(shí)。小組成員之間不積極進(jìn)行交流和探討，沒有發(fā)揮學(xué)生的協(xié)作能力，更談不上團(tuán)隊(duì)合作精神，甚至有個(gè)別小組的課程設(shè)計(jì)成了組長(zhǎng)及部分組員的任務(wù)，其他人并未真正融入進(jìn)去，照抄組員的設(shè)計(jì)結(jié)果，坐享其成。

因此，針對(duì)上述存在的問(wèn)題，有必要對(duì)課程設(shè)計(jì)的選題、過(guò)程跟蹤、考核以及課程的教學(xué)方面加以改革，從而保證課程設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

2 課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革的建議

2.1 理論授課與課程設(shè)計(jì)相結(jié)合

鑒于課程設(shè)計(jì)與理論授課的脫節(jié)問(wèn)題，可以在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程開始之初就將后續(xù)的課程設(shè)計(jì)任務(wù)給學(xué)生布置，這樣可以使學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)和課堂教學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生足夠的關(guān)注，并且實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)與教學(xué)的同步。讓學(xué)生帶著任務(wù)聽課，不僅有利于學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容的理解，而且有利于理論聯(lián)系實(shí)踐的能力的培養(yǎng)[3]。并且在教學(xué)過(guò)程中充分發(fā)揮多媒體教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，多采用一些工程實(shí)例和動(dòng)畫、視頻等，使學(xué)生對(duì)課程產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣和強(qiáng)烈的求知欲望，從而增強(qiáng)了學(xué)習(xí)效果，為后續(xù)進(jìn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算奠定良好的理論基礎(chǔ)。學(xué)生在課余時(shí)間可以和教師就課程設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行交流和溝通，使其能夠?qū)λ鶎W(xué)知識(shí)的融會(huì)貫通，有助于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。這樣，課程設(shè)計(jì)中的相當(dāng)一部分問(wèn)題已經(jīng)在課程學(xué)習(xí)的過(guò)程中得到了解決，在后續(xù)的設(shè)計(jì)中就節(jié)省出了大量時(shí)間，克服了課程設(shè)計(jì)時(shí)間緊和任務(wù)量大的矛盾。利用這些節(jié)省的時(shí)間，學(xué)生可以在方案的優(yōu)化和創(chuàng)新等方面多做工作，使設(shè)計(jì)結(jié)果更加經(jīng)濟(jì)合理。也保證了教師有足夠的時(shí)間和精力與學(xué)生進(jìn)行探討交流，解答疑難問(wèn)題。同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和圖紙繪制階段可以有較多的時(shí)間對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，有助于減少結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤的出現(xiàn)，圖面質(zhì)量也可得以大幅度提高。

2.2 設(shè)計(jì)題目多樣化

目前課程采用的設(shè)計(jì)題目大多是齒輪減速器，基本上能夠符合對(duì)該教學(xué)環(huán)節(jié)的要求，使學(xué)生得到一定的設(shè)計(jì)訓(xùn)練。然而，設(shè)計(jì)題目并未考慮到各專業(yè)的特點(diǎn)，實(shí)際上，不同的專業(yè)學(xué)生接觸到的工程設(shè)備不同，各行業(yè)對(duì)于機(jī)械設(shè)備的使用也各有偏重[4]。因此在課程設(shè)計(jì)選題方面不再拘泥于減速器，提倡設(shè)計(jì)題目的多樣化、實(shí)用性、趣味性和挑戰(zhàn)性。無(wú)論學(xué)習(xí)還是工作，興趣是第一性的，而挑戰(zhàn)又是良好的催化劑。如果選題充分結(jié)合所學(xué)專業(yè)，更加貼近實(shí)際和注重應(yīng)用，勢(shì)必將有效地調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。如對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生可選用各類機(jī)床的傳動(dòng)裝置、卷?yè)P(yáng)機(jī)、捆鈔機(jī)等進(jìn)行設(shè)計(jì)。此外，題目的趣味性和實(shí)用性對(duì)調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性的作用也是非常顯著的。如食品機(jī)械、包裝機(jī)械、收獲機(jī)械等，這些都非常貼近日常生活，如果選用這些機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)，必將有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和設(shè)計(jì)欲望，而且這些機(jī)械的設(shè)計(jì)內(nèi)容通常也都包含了齒輪傳動(dòng)、撓性傳動(dòng)以及軸系零件和箱體類零件的設(shè)計(jì)。如此既保證了對(duì)先修課程知識(shí)的綜合應(yīng)用，也發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，變要我設(shè)計(jì)為我要設(shè)計(jì)，從而使課程設(shè)計(jì)的質(zhì)量能夠得到進(jìn)一步提高。

2.3 引入創(chuàng)新方法

眾所周知，創(chuàng)新是人類文明發(fā)展中的永恒主題，任何現(xiàn)代技術(shù)系統(tǒng)都是經(jīng)過(guò)許多發(fā)明之后才確立的。創(chuàng)新方法決定了創(chuàng)新效率，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法通常表現(xiàn)為“少慢差費(fèi)”，要實(shí)現(xiàn)“多快好省”，則離不開創(chuàng)新。筆者所在學(xué)校將《創(chuàng)新思維與方法》作為專業(yè)課程納入了機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)培養(yǎng)方案進(jìn)行常態(tài)化普及推廣，通過(guò)創(chuàng)新方法的普及，解決了省內(nèi)相關(guān)企業(yè)的很多技術(shù)難題，申報(bào)并獲批了多項(xiàng)專利，大大激發(fā)了大學(xué)生和工程技術(shù)人員的創(chuàng)新興趣，提高了創(chuàng)新思維能力和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。此外，機(jī)械工程學(xué)院部分畢業(yè)設(shè)計(jì)也結(jié)合了發(fā)明問(wèn)題理論，取得了良好的效果。通過(guò)創(chuàng)新方法的基本知識(shí)的介紹以及實(shí)例分析，有助于引導(dǎo)學(xué)生打破思維慣性，跳出固有的思維模式和圈子，以全新的思維和視角來(lái)看待、分析和解決問(wèn)題。大學(xué)生的課程設(shè)計(jì)與畢業(yè)設(shè)計(jì)是專業(yè)知識(shí)與理論的綜合訓(xùn)練，是應(yīng)用創(chuàng)新理論培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要載體。因此具體地對(duì)課程設(shè)計(jì)而言，可以靈活地指定題目，最好能結(jié)合工程實(shí)際案例，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而得到最佳的設(shè)計(jì)方案。

2.4 應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)

近年來(lái)，CAD技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械、建筑等需要設(shè)計(jì)和繪圖的領(lǐng)域。應(yīng)用CAD軟件進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)已是相關(guān)專業(yè)大學(xué)生必備的技術(shù)了。AutoCAD是功能強(qiáng)大的交互式繪圖軟件，是目前應(yīng)用最廣泛的工程繪圖軟件。功能強(qiáng)大的大型參數(shù)化CAD軟件有pro/Engineer、CATIA、UG、Solidworks等。這些軟件以其先進(jìn)的參數(shù)化設(shè)計(jì)理念和基于特征的實(shí)體造型而深受廣大工程設(shè)計(jì)人員的歡迎。其操作簡(jiǎn)潔清晰，符合工程技術(shù)人員的設(shè)計(jì)思想與習(xí)慣，操作方便。具有零件造型、裝配、生成二維工程圖及仿真分析等功能，成為了三維機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中廣泛使用的軟件。在進(jìn)行課程教學(xué)當(dāng)中，可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)和熟悉其中的一個(gè)軟件，為后面利用軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備，這對(duì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和培養(yǎng)其設(shè)計(jì)能力以及提高設(shè)計(jì)效果是一個(gè)很好的嘗試。采用這些CAD軟件設(shè)計(jì)將無(wú)論在設(shè)計(jì)質(zhì)量還是速度上大大優(yōu)于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。通過(guò)三維CAD軟件的應(yīng)用，在繪圖過(guò)程中會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的結(jié)構(gòu)有更加深入的了解，還可發(fā)現(xiàn)更多的問(wèn)題，從而提出改進(jìn)措施，確定更加優(yōu)化的方案，同時(shí)也避免了圖紙上常見的錯(cuò)誤。并且學(xué)生對(duì)這種設(shè)計(jì)手段更樂(lè)于接受，因此可以很好地調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性。

此外，對(duì)減速器而言，除箱體之外，其它零件的計(jì)算均有成熟的公式，可以在已知它們的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，因而變手工計(jì)算為計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算是完全可行的。在進(jìn)行傳動(dòng)件的計(jì)算時(shí)可以采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的理念，即以體積最小等作為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行零件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定最佳參數(shù)。經(jīng)過(guò)計(jì)算確定齒輪的各個(gè)參數(shù)，再完成軸的設(shè)計(jì)計(jì)算及軸承的計(jì)算和選型等。

2.5 完善考核體系，改進(jìn)考核方法

課程設(shè)計(jì)的考核是一項(xiàng)比較困難的工作，制定科學(xué)和統(tǒng)一的考核標(biāo)準(zhǔn)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性的提高有著重要的作用。目前，多數(shù)高校的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)考核時(shí)要求學(xué)生提交減速器的裝配圖、軸和齒輪的零件圖以及課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書，之后對(duì)這些文檔進(jìn)行評(píng)閱打分，再結(jié)合學(xué)生的答辯成績(jī)給予綜合評(píng)定。但實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中由于時(shí)間有限，教師不能對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行全程監(jiān)控和指導(dǎo)，其中也不乏依賴別人，坐享其成者，導(dǎo)致評(píng)定的成績(jī)?nèi)狈胶凸@在一定程度上打擊了學(xué)生的積極性。因此，應(yīng)當(dāng)制定一套相對(duì)公平、客觀的考核體系，探索建立教學(xué)質(zhì)量的長(zhǎng)效評(píng)價(jià)和監(jiān)管體系。指導(dǎo)教師可隨時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行提問(wèn)和指導(dǎo)，盡力營(yíng)造讓學(xué)生發(fā)揮主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)新精神，對(duì)每個(gè)問(wèn)題都應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)分析和比較，并提出自己的見解，反對(duì)盲從，杜絕照搬照抄，從源頭上摒棄依賴組員的思想，使學(xué)生發(fā)揚(yáng)合作精神，樹立團(tuán)隊(duì)意識(shí)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中要求學(xué)生必須做到：（1）正確利用現(xiàn)有設(shè)計(jì)資料，勤于思考，敢于創(chuàng)新；（2）正確使用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；（3）設(shè)計(jì)是邊計(jì)算、邊畫圖、邊修改的交叉過(guò)程，要養(yǎng)成有錯(cuò)必改，精益求精的科學(xué)態(tài)度；（4）按照預(yù)定的計(jì)劃完成設(shè)計(jì)任務(wù)。

3 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是課程的一個(gè)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，也是學(xué)生第一次較為全面的設(shè)計(jì)活動(dòng)。對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，旨在使學(xué)生全面了解機(jī)械設(shè)計(jì)的流程，掌握和熟練應(yīng)用課程的知識(shí)。通過(guò)課程設(shè)計(jì)的實(shí)施，使學(xué)生能夠利用已有的設(shè)計(jì)資料，認(rèn)真分析現(xiàn)有方案的特點(diǎn)，吸取合理部分，開拓設(shè)計(jì)思路，以充實(shí)和完善自己的設(shè)計(jì)方案。針對(duì)課程設(shè)計(jì)中存在的一些問(wèn)題，可以采取相應(yīng)的措施，如選題的多樣化、創(chuàng)新理論的應(yīng)用以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用等，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)的創(chuàng)新意識(shí)和能力，教育學(xué)生樹立團(tuán)隊(duì)意識(shí)。同時(shí)改進(jìn)考核方法，建立科學(xué)、公正的考核體系，這樣必定能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)設(shè)計(jì)的欲望，提高課程設(shè)計(jì)的質(zhì)量，也有助于培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的高素質(zhì)的人才，切實(shí)增強(qiáng)學(xué)生解決工程問(wèn)題的能力。

參考文獻(xiàn)

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