基于三維仿真和分析軟件的機(jī)械原理課程改革

張雪雁　馮立艷

摘要：隨著中國制造2025不斷加快的步伐要求和專業(yè)發(fā)展的需要，機(jī)械原理課程作為機(jī)械基礎(chǔ)骨干課程，面向工程能力的教學(xué)改革刻不容緩。本文介紹了應(yīng)用型本科院校機(jī)械原理課程的教學(xué)改革及成果，將課設(shè)與現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合，開發(fā)了基于項(xiàng)目的課程設(shè)計(jì)題目，將授課內(nèi)容與課程設(shè)計(jì)結(jié)合，激發(fā)了學(xué)生的實(shí)戰(zhàn)潛力。

關(guān)鍵詞：機(jī)械原理課程；教學(xué)改革；基于項(xiàng)目

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）04-0123-02

一、前言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和各類機(jī)械設(shè)計(jì)分析應(yīng)用軟件的不斷進(jìn)步，機(jī)械工程師越來越離不開各種應(yīng)用軟件的輔助。而機(jī)械原理作為機(jī)械技術(shù)基礎(chǔ)課，面對(duì)中國制造2025的強(qiáng)國目標(biāo)，也迎來了與時(shí)俱進(jìn)的挑戰(zhàn)。如何將機(jī)械原理的教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合，建立“服務(wù)制造”的教學(xué)理念，已成為應(yīng)用型本科一線教師重要的研究課題。課程組全體教師在全局規(guī)劃、分段攻克、寬嚴(yán)結(jié)合的原則指導(dǎo)下，對(duì)機(jī)械原理課程進(jìn)行了整合和改革。

二、改革授課內(nèi)容，與課程設(shè)計(jì)并軌

隨著多媒體教學(xué)手段的應(yīng)用，大幅的文字板書，受學(xué)時(shí)壓縮的限制，學(xué)生無暇去記錄，漸漸失去對(duì)學(xué)習(xí)的興趣。如何調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，充分利用課余時(shí)間，變被動(dòng)教學(xué)模式為自主學(xué)習(xí)模式，顯得尤為重要。

1.調(diào)整教學(xué)內(nèi)容順序。課程組在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，根據(jù)課程設(shè)計(jì)所需，調(diào)節(jié)教學(xué)內(nèi)容和授課重點(diǎn)，向解析法傾斜。制作生動(dòng)的案例進(jìn)行講授，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.改革大作業(yè)，承接課程設(shè)計(jì)。將課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容分解，融于大作業(yè)題目，解決課設(shè)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)。如講解連桿機(jī)構(gòu)的綜合時(shí)，給出課程設(shè)計(jì)原始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，按要求對(duì)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)；講齒輪機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，布置機(jī)構(gòu)尺寸計(jì)算、零件圖繪制、齒輪嚙合圖的繪制等任務(wù)。這一舉措，不僅解決了課設(shè)學(xué)時(shí)不足的問題，而且提升了學(xué)生的成就感。

三、課后訓(xùn)練與建模、分析軟件有機(jī)結(jié)合

課后作業(yè)要求學(xué)生采用解析法編程實(shí)現(xiàn)。因此，學(xué)生需要課外自學(xué)或選修一種三維建模軟件和一種分析軟件，教師對(duì)其進(jìn)行編程指導(dǎo)。結(jié)合授課內(nèi)容，布置各種常見機(jī)構(gòu)三維建模訓(xùn)。教師負(fù)責(zé)講授機(jī)構(gòu)裝配時(shí)在三維軟件中所需連接的類型和模擬適用條件，并與原理教材中的運(yùn)動(dòng)一一對(duì)應(yīng)，為機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析和仿真奠定基礎(chǔ)。對(duì)有能力的學(xué)生額外增加零件靜力有限元分析的任務(wù)。

四、借助課程設(shè)計(jì)契機(jī)，轉(zhuǎn)換自主學(xué)習(xí)模式

傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)題目為某種六桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析電算程序編制，而這些程序在網(wǎng)上可以方便的獲取，難以達(dá)到挑戰(zhàn)的目的。為此，以最常用的三維建模軟件Creo作為建模平臺(tái)，將機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)與具體機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有效結(jié)合，對(duì)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)進(jìn)行改革。采取雙向選擇，對(duì)機(jī)械非常感興趣的學(xué)生和能夠熟練使用應(yīng)用軟件的學(xué)生，自主確定適合的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)題目，并進(jìn)行嘗試性設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性。

課設(shè)題目多樣、更貼近實(shí)際需要，給了學(xué)生更多選擇的空間。采取小組打分的策略，激勵(lì)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，結(jié)合自身特點(diǎn)選擇不同類型和難易程度的題目。鼓勵(lì)自主學(xué)習(xí)模式，勇于承擔(dān)設(shè)計(jì)任務(wù)。要求學(xué)生充分發(fā)揮創(chuàng)新意識(shí)，采用機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，獨(dú)立完成系統(tǒng)多種設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)。如在“臥式下肢康復(fù)機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析”中，學(xué)生自行提出的運(yùn)動(dòng)方案分析和報(bào)告如圖1所示。對(duì)各運(yùn)動(dòng)方案進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析模擬，并制作成運(yùn)動(dòng)仿真動(dòng)畫在答辯會(huì)上進(jìn)行演示，作為評(píng)價(jià)課設(shè)成績的判據(jù)之一。該項(xiàng)改革強(qiáng)化了自主學(xué)習(xí)能力的訓(xùn)練，培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立解決工程問題的能力和創(chuàng)新能力。

五、工程案例教學(xué)，培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才

教師結(jié)合實(shí)際課題，進(jìn)行機(jī)構(gòu)簡圖與實(shí)物轉(zhuǎn)換訓(xùn)練，同時(shí)布置學(xué)生進(jìn)行零部件有限元分析訓(xùn)練，以期達(dá)到與現(xiàn)場(chǎng)相結(jié)合、綜合提高工程素質(zhì)的目的。如圖2所示專用汽車部件托圈的強(qiáng)度分析。學(xué)生既了解了實(shí)際工程結(jié)構(gòu)，又對(duì)工程分析模型結(jié)構(gòu)和受載等問題的簡化方法有了初步認(rèn)知。學(xué)生以課后現(xiàn)場(chǎng)題目訓(xùn)練為契機(jī)，在課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中優(yōu)先選擇該類題目，既可以節(jié)省調(diào)研的時(shí)間，順利切入，又可以借助課后實(shí)訓(xùn)的研究成果，深入探索，獲得高質(zhì)量的畢業(yè)設(shè)計(jì)，提高解決工程問題的能力。將學(xué)生所做的課設(shè)或畢業(yè)設(shè)計(jì)整理成工程案例，說明設(shè)計(jì)的背景、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用等情況，掛在校園網(wǎng)上供學(xué)生學(xué)習(xí)和借鑒，讓更多人受益，為應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才奠定了工程基礎(chǔ)。

六、結(jié)論

以機(jī)械原理課程為平臺(tái)，以Cro/E軟件為工具，以方案設(shè)計(jì)、零部件設(shè)計(jì)、裝配、運(yùn)動(dòng)和有限元分析為終極目標(biāo)的課程教學(xué)改革與一系列探索，使學(xué)生對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工程問題有了切身的了解，初步擁有了機(jī)械工程設(shè)計(jì)與研究能力，為應(yīng)用型本科學(xué)生適應(yīng)社會(huì)實(shí)際需求，盡快與社會(huì)接軌奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和工程基礎(chǔ)。

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Abstract：With the rapid step of the Made in China Plan and the development of the need of major，Mechanical theory which is the core course of mechanical base，it's urgent to be reformed facing on the engineering application ability. The paper mainly introduces the teaching reform and the achievements of mechanical theory in applied undergraduate colleges and universities. Connect curriculum design with engineering，explore some curriculum design subject driven by project，and connect curriculum design with teaching，inspire the combat potential of students.

Keywords：mechanical theory；teaching reform；project driven