基于工程化模式的“機(jī)械原理課程設(shè)計”教學(xué)改革

陳東 王銳昌 劉春麗 唐萍 李媛

摘 要：針對目前機(jī)械原理課程設(shè)計中存在的問題，對其在選題方式、設(shè)計形式、設(shè)計方法上進(jìn)行工程化教學(xué)改革。教師應(yīng)基于科研和教學(xué)實踐，實現(xiàn)課題來源的工程化、多元化，改變課題單一的問題；基于多元化的課題，建立完善的“機(jī)械原理課程設(shè)計”素材庫；基于科研工作流程，實現(xiàn)課程設(shè)計過程的工程化。另外，設(shè)計要突出創(chuàng)新性和主觀能動性，并鼓勵應(yīng)用現(xiàn)代工程設(shè)計手段，實現(xiàn)課程設(shè)計和工程實踐的緊密結(jié)合，以期取得較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：工程教育模式；機(jī)械原理課程；教學(xué)改革

機(jī)械原理課程是機(jī)械類專業(yè)中一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在整個課程體系中具有重要地位，通常安排在基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間，起著承前啟后的作用。機(jī)械原理課程設(shè)計是機(jī)械專業(yè)學(xué)習(xí)中首個接觸工程的環(huán)節(jié)，因此，廣泛地利用科研實踐相關(guān)資源，開展相應(yīng)的工程化改革，對于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和創(chuàng)新能力有重要的作用。

一、目前機(jī)械原理課程設(shè)計中存在的問題

目前，在我校的“機(jī)械原理課程設(shè)計”教學(xué)中，有固定模式的“機(jī)械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書”。學(xué)生可以按照固定的設(shè)計流程，先進(jìn)行系統(tǒng)方案的選擇，再進(jìn)行傳動比分配，然后設(shè)計系統(tǒng)運動循環(huán)圖，設(shè)計系統(tǒng)方案中的凸輪和連桿等機(jī)構(gòu)并繪制機(jī)構(gòu)運動簡圖，可采用圖解法和解析法對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動分析和力分析，最后編寫課程設(shè)計說明書。而機(jī)械原理課程設(shè)計中還存在一些問題。

1.設(shè)計題目陳舊、單一

目前經(jīng)常采用的題目有薄板沖壓機(jī)構(gòu)設(shè)計、牛頭刨床連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計、插床連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計等，多年來題目并沒有大的改變。無論是用圖解法還是解析法，設(shè)計中都是側(cè)重理論計算，偏重知識積累，設(shè)計題目陳舊、單一，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。

2.全班同做一個題目，沒有考慮個體差異性

例如，學(xué)生的設(shè)計題目連續(xù)兩年都是“薄板沖壓機(jī)構(gòu)設(shè)計”，區(qū)別只是設(shè)計行程、生產(chǎn)阻力、生產(chǎn)效率等幾個參數(shù)的不同；而且學(xué)生并沒有自己擬定傳動方案，只是按照設(shè)計說明書走一個過程，因此該題目沒有起到設(shè)計新型機(jī)構(gòu)和鍛煉創(chuàng)新能力的目的。很多學(xué)生的設(shè)計目的僅僅是通過考核，并沒有主動參與的熱情，更體會不到學(xué)習(xí)的樂趣，且抄襲和模仿現(xiàn)象嚴(yán)重，更不具備創(chuàng)新能力。

3.設(shè)計內(nèi)容單一，缺乏整機(jī)設(shè)計理念

一部機(jī)器由原動機(jī)、中間傳動系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)三部分組成，但目前該課程設(shè)計中，學(xué)生只對其中的執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計，缺乏整機(jī)設(shè)計理念和系統(tǒng)訓(xùn)練。沒有機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計和機(jī)構(gòu)的選型設(shè)計，學(xué)生處于一種被動的狀態(tài)，自主設(shè)計和發(fā)揮主觀能動性的內(nèi)容非常少，無法激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，也不利于對學(xué)生創(chuàng)新思維和工程實踐能力的培養(yǎng)與訓(xùn)練。

二、教學(xué)改革內(nèi)容

針對目前“機(jī)械原理課程設(shè)計”中存在的問題，筆者擬在選題方式、設(shè)計形式、設(shè)計方法上進(jìn)行改革。

1.基于科研項目，實現(xiàn)課題來源的“工程化、多元化”

課程設(shè)計題目的選擇直接關(guān)系到整個課程設(shè)計所能取得的訓(xùn)練效果，對學(xué)生“工程化”素養(yǎng)、設(shè)計能力和創(chuàng)造精神的培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用。

因此，教師要改變目前的單一題目方式，從生產(chǎn)、生活實際出發(fā)，讓學(xué)生真刀真槍地做一個實際題目；將學(xué)生課外科技創(chuàng)新活動、學(xué)科競賽以及教師的教學(xué)、科研等多方面的主題引入課程設(shè)計中，讓學(xué)生在教師的指導(dǎo)下自主選擇題目、設(shè)計題目，這樣才能使內(nèi)容不再單一，從而提高學(xué)生的研究興趣。其題目來源于生產(chǎn)、生活實際，部分題目見表1。

2.基于科研課題，建立完善的“機(jī)械原理課程設(shè)計”素材庫

在進(jìn)行改革的過程中，教師應(yīng)持續(xù)地對設(shè)計題目和素材進(jìn)行積累和總結(jié)，建立“機(jī)械原理課程設(shè)計”素材庫，將課題按照設(shè)計類型、設(shè)計難度、設(shè)計工作量和檢驗標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行歸納和總結(jié)，以方便學(xué)生進(jìn)行選取、模仿、改進(jìn)和創(chuàng)新。

3.基于科研工作流程，實現(xiàn)設(shè)計內(nèi)容的“工程化”

改變現(xiàn)行的按照設(shè)計指導(dǎo)書的固定步驟、固定內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計的模式。擬選取的題目是生產(chǎn)、生活中的某一實際需求。學(xué)生為了設(shè)計出真正的產(chǎn)品，必須發(fā)揮自身的主觀能動性，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)與研究。教師可在設(shè)計環(huán)節(jié)中增加文獻(xiàn)資料檢索、方案分析、可行性論證及答辯環(huán)節(jié)，以鍛煉學(xué)生的分析能力和綜合能力，同時，教師在評分標(biāo)準(zhǔn)中要注重學(xué)生的設(shè)計過程而非設(shè)計結(jié)果，以強化對學(xué)生創(chuàng)新能力和自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

4.鼓勵應(yīng)用現(xiàn)代工程設(shè)計手段

圖解法和解析法是目前課程設(shè)計中的兩種常用方法。圖解法的幾何運動概念清晰直觀，便于理解，但存在做圖復(fù)雜、工作量大、精度低、效率低等缺陷；解析法答案精確、可求整個過程完整參數(shù)，但存在過程抽象、建模過程復(fù)雜、理解困難等弊端。

圖解法是課堂教學(xué)中的主要方法，課程設(shè)計中應(yīng)將重心調(diào)整到精度更高、實用性更強的解析法上來；鼓勵學(xué)生在課程設(shè)計中采用計算機(jī)三維軟件進(jìn)行設(shè)計和分析，使各構(gòu)件的運動變化及運動形式形象地顯示出來，使原來二維的抽象問題直觀化、形象化，以便學(xué)生更快地掌握現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計的手段和方法。

三、結(jié)語

為全面提升應(yīng)用型人才的培養(yǎng)質(zhì)量，充分發(fā)揮科研和實踐對課程的促進(jìn)作用，筆者對機(jī)械原理課程設(shè)計進(jìn)行了工程化的教學(xué)改革。首先，通過建立“基于科研項目的研究式學(xué)習(xí)方法”，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，讓學(xué)生積極地進(jìn)行探究與發(fā)現(xiàn)，自主地進(jìn)行知識的整合與建構(gòu)，使項目完成的全過程變成學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)活動的全過程。其次，基于科研工作，實現(xiàn)課題來源的“工程化、多元化”，使設(shè)計過程與工程實踐緊密結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性，使其建立工程意識，培養(yǎng)工程應(yīng)用能力，鍛煉解決工程實際問題的能力。最后，基于科研課題，建立了完善的“機(jī)械原理課程設(shè)計”素材庫。

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（責(zé)任編輯：王 瑜 莊 源）