機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)教學(xué)的探討與實(shí)踐

謝忠東+武立波+刁有明+馬先英+丁曉非

摘要：本文針對機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)實(shí)踐性和創(chuàng)新性的特點(diǎn)，從設(shè)計(jì)內(nèi)容、計(jì)算機(jī)應(yīng)用和考核方法等幾方面探討了提高機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)教學(xué)質(zhì)量的方法。通過課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，學(xué)生初步具有了綜合運(yùn)用知識分析問題、解決問題的能力，有效地激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：機(jī)械原理；課程設(shè)計(jì)；教學(xué)內(nèi)容；考核方法

中圖分類號：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）15-0092-02

一、引言

機(jī)械原理在機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程中占有非常重要的地位，其課程設(shè)計(jì)是學(xué)生較全面地進(jìn)行機(jī)械傳動系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)分析的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。具體來說，它就是根據(jù)給定機(jī)械的工作要求，確定機(jī)械的工作原理，擬定工藝動作和執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動形式，繪制工作循環(huán)圖，進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型與組合，對各種運(yùn)動方案進(jìn)行分析、比較和選擇，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，進(jìn)行機(jī)械動力性能分析與綜合。通過對該課程的設(shè)計(jì)，學(xué)生具有了初步的設(shè)計(jì)機(jī)械運(yùn)動方案的能力，增強(qiáng)了對機(jī)械設(shè)計(jì)中有關(guān)運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)的分析與設(shè)計(jì)的完整概念的理解，提高了學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力，使學(xué)生具備計(jì)算、制圖和使用技術(shù)資料的能力。

二、傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)中存在的問題

傳統(tǒng)的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)教學(xué)中多以機(jī)構(gòu)的分析為主，這并不利于學(xué)生設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力的訓(xùn)練與提高。該課程設(shè)計(jì)一般使用兩種類型的題目：一類題目是選用對典型機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析和動力分析；一類題目是根據(jù)某些功能，要求對確定的機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，并對機(jī)械中某一機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，兩類題目的側(cè)重點(diǎn)不同，前者偏于分析，后者注重設(shè)計(jì)。

如圖1所示為一插齒機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)；兩個(gè)指定位置的圖解法機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析；圖解法的讓刀凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。

圖2所示為顆粒糖果包裝的三種形式，即扭結(jié)式包裝（圖2a）、折疊式包裝（圖2b）和接縫式包裝（圖2c）。顯然，實(shí)現(xiàn)各種包裝型式的工藝動作不同，因此機(jī)械運(yùn)動的方案也有所不同。這類課程的設(shè)計(jì)一般集中安排在兩周內(nèi)完成，時(shí)間比較短，設(shè)計(jì)過程中學(xué)生很難一次性圓滿完成，一般需進(jìn)行修改，甚至修改多次，所以手工書寫、手工繪圖圖面質(zhì)量都將難以保證。

三、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容的充實(shí)與合理編排

如何有機(jī)整合分析與設(shè)計(jì)內(nèi)容是提高該實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵所在。它應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力為主，機(jī)構(gòu)分析為輔而開展的一次實(shí)踐性教學(xué)，如果以機(jī)構(gòu)的分析為主，將會削弱學(xué)生在方案設(shè)計(jì)方面的訓(xùn)練。機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)是整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)的第一步，也是最具創(chuàng)新性的一個(gè)環(huán)節(jié)，方案設(shè)計(jì)的好壞將直接影響到機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的性能優(yōu)劣及其在市場上的競爭力。機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)主要包括執(zhí)行系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。其中執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)是機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的核心，其重點(diǎn)是執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理的設(shè)計(jì)，執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動規(guī)律設(shè)計(jì)以及執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果可繪制出機(jī)械工作循環(huán)圖。如圖3所示，圖3a為某一金屬片沖制機(jī)的工藝動作分解（分別為送料、沖制、退回等），可得出其工作循環(huán)圖如圖3b所示，它以主軸為定標(biāo)件，沖頭和送料以主軸的轉(zhuǎn)動角度為基準(zhǔn)繪制而成。為提高生產(chǎn)率，各執(zhí)行構(gòu)件的工作行程允許局部重疊。

在課程設(shè)計(jì)教學(xué)中，為了使所有的學(xué)生都能基本完成設(shè)計(jì)任務(wù)，題目難度應(yīng)具有一定的開放性和伸縮性。在內(nèi)容上可以擴(kuò)展，進(jìn)一步延伸至后續(xù)教學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，凸顯出教學(xué)的連續(xù)性，使學(xué)生得到更系統(tǒng)，更完整的實(shí)踐訓(xùn)練。學(xué)生通過收集資料、方案設(shè)計(jì)和課堂討論等方法，能夠得到一次較為全面的創(chuàng)新設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練。如設(shè)計(jì)題目可以只給出機(jī)器需實(shí)現(xiàn)的功能要求，老師可以提供一種實(shí)現(xiàn)該功能的典型機(jī)構(gòu)，讓學(xué)生對此機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上，要求每個(gè)（組）學(xué)生再提供一種新的方案，可以是執(zhí)行系統(tǒng)的方案，也可以是傳動系統(tǒng)的方案，以此激發(fā)學(xué)生，充分發(fā)揮其主觀能動性，使其認(rèn)真查閱資料，獨(dú)立思考，積極創(chuàng)新。最后匯總方案，評選出幾種較好的方案，通過討論與比較方案的優(yōu)與劣，達(dá)到提升學(xué)生分析與創(chuàng)新能力的目標(biāo)。如在牛頭刨床中實(shí)現(xiàn)刨頭的慢進(jìn)快退功能可采用連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)。連桿機(jī)構(gòu)中可采用各式各樣的滑塊機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)可以采用平面或空間凸輪機(jī)構(gòu)，還可以采用組合機(jī)構(gòu)。由此將衍生出很多傳動機(jī)構(gòu)，再從實(shí)現(xiàn)功能的難易、傳動性能的好壞、結(jié)構(gòu)的合理性以及經(jīng)濟(jì)性等方面給予評價(jià)。

四、合理利用計(jì)算機(jī)技術(shù)

在當(dāng)前的教學(xué)中，課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)一般要求手工書寫計(jì)算說明書和手工繪圖。但是，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)根本離不開計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，所以在課程設(shè)計(jì)中，應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)技術(shù)也是將計(jì)算機(jī)理論知識得以實(shí)際應(yīng)用的一次實(shí)踐活動。因此，要積極鼓勵學(xué)生努力將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到課程學(xué)習(xí)當(dāng)中，提高其學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)避免手工書寫、繪圖慢且不容易保證質(zhì)量的弊端。在上述方案確定之后，機(jī)構(gòu)的尺寸參數(shù)、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析、工作循環(huán)圖繪制、飛輪設(shè)計(jì)及繪圖等應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)之后，可以得到精確的計(jì)算結(jié)果，分析或設(shè)計(jì)修改較為方便，可以較快地得到修改后的結(jié)果。如改變某一機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)，此改變參數(shù)對機(jī)構(gòu)運(yùn)動性能和動力性能的影響可以通過計(jì)算機(jī)技術(shù)分析快速獲得。同時(shí)，還可以進(jìn)一步利用計(jì)算機(jī)仿真對整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行演示和研究。當(dāng)然，做到這一步是需要較為扎實(shí)的計(jì)算機(jī)功底，所以應(yīng)用計(jì)算機(jī)完成工作量的比例應(yīng)給予認(rèn)真考慮，因材施教，避免造成以計(jì)算機(jī)應(yīng)用為主的實(shí)踐性教學(xué)。

五、考核方法

一般理論考試每題每個(gè)步驟都有得分計(jì)算，但是課程設(shè)計(jì)沒有，最終成績也幾乎都是五分制計(jì)，即優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格等五個(gè)檔。這就使成績的評定容易帶有一定的主觀性和隨意性，從而失去可信度，這將在學(xué)生中產(chǎn)生很不好的影響，一定程度上打擊了認(rèn)真學(xué)生的積極性，又助長了不主動學(xué)習(xí)學(xué)生的惰性。所以考核要有其合理性、科學(xué)性?？己朔纸虒W(xué)過程和課程設(shè)計(jì)成果兩部分進(jìn)行。教學(xué)過程是指從學(xué)生拿到設(shè)計(jì)題目開始，到整個(gè)設(shè)計(jì)過程結(jié)束，指導(dǎo)教師應(yīng)掌握每個(gè)學(xué)生的具體進(jìn)行情況，并作簡略的記錄，做到評定有據(jù)可查。課程設(shè)計(jì)成果是指學(xué)生最后上交的材料，可組織2～3名教師組成的答辯小組進(jìn)行答辯，這樣可以檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的扎實(shí)度，也可一定程度上檢查出學(xué)生是否有抄襲行為，同時(shí)還可以作為學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯的一次簡單訓(xùn)練。

六、結(jié)束語

提高機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的教學(xué)質(zhì)量可以從很多個(gè)環(huán)節(jié)著手，由于課程設(shè)計(jì)既是實(shí)踐性較強(qiáng)同時(shí)又具有一定創(chuàng)新性的教學(xué)活動，編排課程和設(shè)計(jì)題目應(yīng)都能使學(xué)生基本完成，同時(shí)又要給學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)、基礎(chǔ)知識較扎實(shí)的學(xué)生一個(gè)提升設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力的空間。通過課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，可以提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

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