機(jī)械類專業(yè)基礎(chǔ)課一體化和連貫性課程設(shè)計(jì)改革

湯勃+蔣國璋+侯宇+鄒光明+王興東+李公法

[摘 要]機(jī)械類專業(yè)基礎(chǔ)課的課程設(shè)計(jì)是學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)課后的一個(gè)重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)，對(duì)于鞏固所學(xué)知識(shí)、培養(yǎng)學(xué)生的工程觀點(diǎn)、系統(tǒng)觀點(diǎn)和解決實(shí)際工程問題的能力具有非常重要的作用。現(xiàn)行機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)課的課程設(shè)計(jì)存在相互獨(dú)立的弊端。機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)系列課程應(yīng)進(jìn)行一體化、連貫性、遞進(jìn)式的課程設(shè)計(jì)。以注塑機(jī)為選題實(shí)例，闡述了機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)系列課程的課程設(shè)計(jì)一體化、連貫性、遞進(jìn)式的實(shí)施方法。這種改革，必將對(duì)機(jī)械專業(yè)學(xué)生知識(shí)的融會(huì)貫通、培養(yǎng)其工程觀、系統(tǒng)觀和創(chuàng)新能力產(chǎn)生重要作用。

[關(guān)鍵詞]機(jī)械類；課程設(shè)計(jì)；一體化；連貫性

[中圖分類號(hào)] G642.3 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2016）04-0130-03

一、現(xiàn)行機(jī)械類專業(yè)課程設(shè)計(jì)的主要弊端

機(jī)械類專業(yè)是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的學(xué)科，其基礎(chǔ)課程主要包括機(jī)械制圖、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造工藝學(xué)、液壓傳動(dòng)等。機(jī)械類專業(yè)基礎(chǔ)課的課程設(shè)計(jì)是學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)課后的一個(gè)重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)，對(duì)于鞏固所學(xué)知識(shí)、培養(yǎng)學(xué)生的工程觀、系統(tǒng)觀和解決實(shí)際工程問題的能力具有非常重要的作用。

目前各高校機(jī)械類業(yè)基礎(chǔ)課程的課程設(shè)計(jì)基本都是相互獨(dú)立的，很多教師也對(duì)各課程設(shè)計(jì)進(jìn)行了很好的指導(dǎo)和改革[1] [2] [3]，有的也僅就機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)一體化進(jìn)行過改革探索。[4]雖然這些相互獨(dú)立的課程設(shè)計(jì)任務(wù)在培養(yǎng)學(xué)生能力方面起到了重要的作用，但是現(xiàn)在機(jī)械基礎(chǔ)系列課程的課程設(shè)計(jì)任務(wù)的關(guān)聯(lián)性很弱，沒有將各課程知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行有效整合。造成此現(xiàn)象的重要原因是各課程是由不同的教師主講的，各課程的課程設(shè)計(jì)自然也由不同的教師指導(dǎo)完成，加上缺乏頂層設(shè)計(jì)，教師之間的溝通沒有在有效的框架下進(jìn)行，所以造成了各課程的課程設(shè)計(jì)各自為政，缺乏一體性和連續(xù)性的情況。因此，有必要將現(xiàn)有機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)系列課程（多課）的課程設(shè)計(jì)進(jìn)行整合，進(jìn)而建立遞進(jìn)式、一體化、貫通性的課程設(shè)計(jì)，尤其是對(duì)機(jī)械這種實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，更是如此。

二、建立遞進(jìn)式、一體化課程設(shè)計(jì)的原則和目標(biāo)

（一）頂層設(shè)計(jì)，統(tǒng)籌規(guī)劃

由于涉及機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)系列課程，要建立關(guān)聯(lián)度較強(qiáng)的課程設(shè)計(jì)，就必須從全局出發(fā)，綜合考慮各課程之間的內(nèi)在聯(lián)系，整合現(xiàn)有課程資源，從課程教材、實(shí)踐環(huán)節(jié)、人員安排、設(shè)計(jì)選題、設(shè)計(jì)內(nèi)容、實(shí)施時(shí)間等多方面進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)和統(tǒng)籌規(guī)劃。

在此過程中，應(yīng)注重基礎(chǔ)性、多樣性和創(chuàng)新性。注重基礎(chǔ)性，即注重基礎(chǔ)知識(shí)、基本能力的訓(xùn)練，為學(xué)生奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；注重多樣性，即立足學(xué)校傳統(tǒng)學(xué)科優(yōu)勢和特色，給定選題和自主選題相結(jié)合，為學(xué)生多樣化發(fā)展需求提供多樣化課程設(shè)計(jì)選題、內(nèi)容和考核；注重創(chuàng)新性，即加強(qiáng)研究性環(huán)節(jié)，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)和積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。

（二）聯(lián)系實(shí)際，科學(xué)選題

為整合機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)系列課程的課程設(shè)計(jì)，科學(xué)選題是非常重要的。首先要聯(lián)系學(xué)校本學(xué)科的特點(diǎn)、優(yōu)勢及行業(yè)背景等因素，進(jìn)行廣泛討論和調(diào)研，強(qiáng)調(diào)選題的前后貫通，實(shí)現(xiàn)每門課程特定能力的培養(yǎng)。

作為系列課程的課程設(shè)計(jì)的選題應(yīng)是給定選題和自主選題相結(jié)合，給定選題應(yīng)是必修的內(nèi)容。給定選題對(duì)象應(yīng)相對(duì)固定，且貫穿于整個(gè)系列課程設(shè)計(jì)始終，這樣，就能讓學(xué)生對(duì)整個(gè)知識(shí)結(jié)構(gòu)的前后關(guān)系一目了然，也便于建立學(xué)生的工程觀和系統(tǒng)觀。同時(shí)，給定選題對(duì)象應(yīng)是機(jī)-電-液-控一體化的設(shè)備，這樣，就能使機(jī)械制圖、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造工藝學(xué)、液壓傳動(dòng)、控制原理等系列基礎(chǔ)課程均有合適的內(nèi)容可供設(shè)計(jì)。

（三）分工協(xié)作，融會(huì)貫通

針對(duì)給定選題對(duì)象，在統(tǒng)一規(guī)劃的框架下，將設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行分解，以特定的設(shè)計(jì)任務(wù)為目標(biāo)，分階段完成各課程的設(shè)計(jì)任務(wù)，促進(jìn)各科目的知識(shí)融合。

應(yīng)根據(jù)學(xué)校的行業(yè)背景和專業(yè)特色等選定綜合的、機(jī)電液控一體化的對(duì)象，然后在機(jī)械基礎(chǔ)系列課程設(shè)計(jì)中進(jìn)行任務(wù)分解，從而分工協(xié)作。

在多課程中進(jìn)行遞進(jìn)式、一體化、連貫性的課程設(shè)計(jì)，必將促進(jìn)各課程的知識(shí)融合，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)掌握能力、科學(xué)計(jì)算能力、工程實(shí)踐能力、軟件應(yīng)用能力、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、溝通協(xié)調(diào)能力的目的。

三、課程設(shè)計(jì)一體化的實(shí)施方法

（一）選題對(duì)象與設(shè)計(jì)內(nèi)容的分解

一體化課程設(shè)計(jì)的選題對(duì)象是非常重要的。本文以注塑機(jī)為選題對(duì)象探討多課一體化、連貫課程設(shè)計(jì)的實(shí)施方法，各學(xué)?？梢愿鶕?jù)自己的學(xué)科背景和傳統(tǒng)特色確定選題對(duì)象。

注塑機(jī)是塑料或熱固性塑料利用塑料成型模具制成各種形狀的塑料制品的主要成型設(shè)備，通常由注射系統(tǒng)、合模系統(tǒng)、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)等組成。[5]它是一個(gè)典型的機(jī)-電-液-控設(shè)備，所以用它作為機(jī)械專業(yè)特別是輕工機(jī)械專業(yè)的多課一體化課程設(shè)計(jì)是很好的選題對(duì)象。

1.注射系統(tǒng)及課程設(shè)計(jì)選題。注射系統(tǒng)由塑化裝置和動(dòng)力傳遞裝置等組成，其中，螺桿式注塑機(jī)塑化裝置主要由加料裝置、料筒、螺桿、過膠組件、射嘴組成，動(dòng)力傳遞裝置包括注射油缸、注射座移動(dòng)油缸以及螺桿驅(qū)動(dòng)裝置（熔膠馬達(dá)）。根據(jù)注射系統(tǒng)的特點(diǎn)，可以主要作為機(jī)械制圖與CAD、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造工藝學(xué)等課程的課程設(shè)計(jì)的選題對(duì)象。

2.合模系統(tǒng)及課程設(shè)計(jì)選題。合模系統(tǒng)的作用是保證模具閉合、開啟及頂出制品。合模系統(tǒng)主要由合模裝置、機(jī)絞、調(diào)模機(jī)構(gòu)、頂出機(jī)構(gòu)、前后固定模板、移動(dòng)模板、合模油缸和安全保護(hù)機(jī)構(gòu)組成。合模系統(tǒng)可以作為機(jī)械制圖與CAD、機(jī)械原理、機(jī)械制造工藝學(xué)等課程的課程設(shè)計(jì)的選題對(duì)象。

3.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及課程設(shè)計(jì)選題。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的作用是為注塑機(jī)按工藝過程所要求的各種動(dòng)作提供動(dòng)力，并滿足注塑機(jī)各部分所需壓力、速度、溫度等的要求。它主要由各自種液壓元件和液壓輔助元件所組成，其中油泵和電機(jī)是注塑機(jī)的動(dòng)力來源，其液壓系統(tǒng)可以作為液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)的選題對(duì)象。

4.控制系統(tǒng)及課程設(shè)計(jì)選題?？刂葡到y(tǒng)與液壓系統(tǒng)合理配合，可實(shí)現(xiàn)注射機(jī)的工藝過程要求（壓力、溫度、速度、時(shí)間）和各種程序動(dòng)作，其主要由電器、電子元件、儀表、加熱器、傳感器等組成?？刂葡到y(tǒng)可以作為控制原理、PLC等課程的課程設(shè)計(jì)的選題對(duì)象。

作為機(jī)械基礎(chǔ)多課一體化、連貫課程設(shè)計(jì)的對(duì)象——注塑機(jī)，其組成部分與多課課程設(shè)計(jì)內(nèi)容框圖如圖1所示。

（二）基礎(chǔ)系統(tǒng)課程的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容

1.機(jī)械制圖與CAD課程設(shè)計(jì)（測繪）。其目的是使學(xué)生熟練運(yùn)用、掌握一種計(jì)算機(jī)輔助繪圖軟件的應(yīng)用，鞏固學(xué)生的識(shí)圖能力、繪圖能力和空間形體的想象能力。為此，將現(xiàn)在典型注塑機(jī)的注射系統(tǒng)或是合模系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行測繪，運(yùn)用CAD軟件進(jìn)行二維繪圖、三維建模。

2.機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)。機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容安排如下：針對(duì)注塑機(jī)的合模系統(tǒng)，制定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，構(gòu)建合模功能的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理，綜合出符合工藝要求的合模機(jī)構(gòu)方案;對(duì)方案中的機(jī)構(gòu)進(jìn)行理論上的運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力分析，并與現(xiàn)有典型合模系統(tǒng)進(jìn)行比較;針對(duì)設(shè)計(jì)方案，借助工程軟件建立機(jī)構(gòu)的三維模型，進(jìn)行方案驗(yàn)證;運(yùn)用ADAMS軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，并與理論計(jì)算進(jìn)行對(duì)比。另外，可以將合模機(jī)構(gòu)的多目標(biāo)性能優(yōu)化研究作為研究性和選修性內(nèi)容。

3.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)。機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是在上述基礎(chǔ)上完成機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)械傳動(dòng)裝置和機(jī)械零件的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行必要的強(qiáng)度校核，繪出裝配圖和零件圖，以使學(xué)生掌握通用機(jī)械零件的知識(shí)，具備查閱、運(yùn)用有關(guān)資料的能力。

針對(duì)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)綜合出來的合模機(jī)構(gòu)，進(jìn)行詳細(xì)的合模系統(tǒng)及其典型機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定其尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)及材料，并考慮制造工藝、維護(hù)、經(jīng)濟(jì)和安全等因素;對(duì)典型零件進(jìn)行必要的強(qiáng)度校核;對(duì)其調(diào)模功能采用帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)進(jìn)行比較;借助CAD軟件進(jìn)行二維工程圖的表達(dá)及三維實(shí)體建模。另外，可以將注塑機(jī)合模裝置主要構(gòu)件的有限元分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化作為研究性和選修性內(nèi)容。

4.機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)。機(jī)械制造工藝課程設(shè)計(jì)要求運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械制造工藝知識(shí)，進(jìn)行機(jī)械零件制造工藝的制定，訓(xùn)練學(xué)生根據(jù)實(shí)際加工條件，正確編制機(jī)械零件加工工藝的能力;同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用工藝、工裝基本理論和實(shí)際知識(shí)。

在上述課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，針對(duì)注射系統(tǒng)和合模系統(tǒng)完成注塑機(jī)的裝配方案，制定典型零件的加工手段和加工工藝;設(shè)計(jì)典型零件的制造夾具。

5.液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)。注塑機(jī)的合模、注射過程是借助液壓系統(tǒng)來完成的，這就為以注塑機(jī)為對(duì)象進(jìn)行液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)提供了良好的一體化選題對(duì)象。液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是針對(duì)工作參數(shù)和負(fù)載進(jìn)行注塑機(jī)液壓系統(tǒng)的原理設(shè)計(jì)，繪制注塑機(jī)合模系統(tǒng)、注射系統(tǒng)、調(diào)模系統(tǒng)等裝配圖，進(jìn)行液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算和元件選擇。

6.機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大作業(yè)。以注塑機(jī)為對(duì)象，完成上述課程設(shè)計(jì)以后，能為創(chuàng)新設(shè)計(jì)奠定良好的基礎(chǔ)。針對(duì)合模機(jī)構(gòu)、注射裝置等均進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，提出新的機(jī)構(gòu)方案或是結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)，以此培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

除此之外，以注塑機(jī)為對(duì)象，還可以對(duì)機(jī)械工程控制基礎(chǔ)、機(jī)械工程測試技術(shù)和可編程控制器課程進(jìn)行理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐。

上述系統(tǒng)課程的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容見表1。

四、結(jié)束語

現(xiàn)行的各課程考試基本上是相互獨(dú)立、各自為政的，即考試選題和內(nèi)容沒有直接的相關(guān)性，這樣就會(huì)造成學(xué)生學(xué)習(xí)的各門課程的知識(shí)難以在短期內(nèi)融會(huì)貫通。為此，應(yīng)根據(jù)學(xué)校的行業(yè)背景和專業(yè)特色等構(gòu)建綜合的、機(jī)-電-液-控一體化的教學(xué)對(duì)象，然后在機(jī)械基礎(chǔ)系列課程設(shè)計(jì)中進(jìn)行任務(wù)分解，進(jìn)行多課程遞進(jìn)式、一體化、連貫性的課程設(shè)計(jì)改革。這種改革，可以快速促進(jìn)學(xué)生對(duì)機(jī)械基礎(chǔ)各課程知識(shí)的融會(huì)與鞏固，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的工程觀、整體觀和創(chuàng)新能力是非常有用的。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 銀光球，張寧，劉斌彬.機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)樹在機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)中的運(yùn)用[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2012（2）：119-121.

[2] 齊繼陽.“機(jī)械制造工藝學(xué)”教學(xué)模式的探索[J].中國大學(xué)教學(xué)，2012（2）：42-44.

[3] 夏會(huì)芳，蘇秀芝.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)方法研究與實(shí)踐[J]教育教學(xué)論壇.2015（7）：171-173.

[4] 陳樹昌，陳偉，沈兆光.機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)一體化改革的探索與思考[C].全國機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)研討會(huì)議論文集，2004.

[5] 王興天.注塑技術(shù)與注塑機(jī)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[責(zé)任編輯：陳 明]