石油類高校機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)教學(xué)探索

張杰 韓傳軍 莫麗

摘? 要 對傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)中存在的問題進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上，從課程設(shè)計(jì)的課前準(zhǔn)備、具體實(shí)施、最終考核三個(gè)大方面提出探索方法，并闡述課程設(shè)計(jì)的延伸與擴(kuò)展，旨在提升石油類高校機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)質(zhì)量以及學(xué)生的專業(yè)能力。

關(guān)鍵詞 石油類高校;機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ);課程設(shè)計(jì);翻轉(zhuǎn)課堂

中圖分類號：G642.3? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）10-0064-03

Abstract The problems existing in the traditional curriculum design are analyzed. The exploration method from pre-class preparation， specific implementation and final assessment of course design is put forward. And the extension and expansion of the course design are elaborated. This exploration can enhance the teaching quality of the Mechanical Design Foundation course design and the professional competence of students in petroleum universities.Key words petroleum universities; machinery design foundation; course design; flipped classroom

1 前言

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是一門研究機(jī)械裝置和機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性學(xué)科，是工程類專業(yè)學(xué)生的一門必修課。課程設(shè)計(jì)是機(jī)械類學(xué)生的一個(gè)必需環(huán)節(jié)，也是高等學(xué)校實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)重要組成部分，是強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐能力重要課程[1]。該課程要求學(xué)生能夠綜合運(yùn)用機(jī)械制圖、機(jī)械原理、材料力學(xué)等基礎(chǔ)課程知識，對動手能力和創(chuàng)新能力進(jìn)行一次全面訓(xùn)練與檢測[2]。通過本課程實(shí)施，可充分鞏固學(xué)生所學(xué)知識及運(yùn)用能力，鍛煉查閱資料、使用軟件及動手能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，最終能夠解決工程實(shí)際問題，達(dá)到學(xué)以致用。但傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)在實(shí)施過程中存在多種問題，嚴(yán)重影響了學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)和鍛煉。特別是對于石油類高校來說，課程設(shè)計(jì)的特色性對于培養(yǎng)行業(yè)類科研人才和工程技術(shù)人才至關(guān)重要。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)存在的問題

一般機(jī)械類專業(yè)應(yīng)安排機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)單獨(dú)授課，學(xué)時(shí)1～3周。教師可利用兩學(xué)時(shí)簡單復(fù)習(xí)相關(guān)知識，分發(fā)題目，分配任務(wù)，之后選擇讓學(xué)生單獨(dú)或幾人組隊(duì)的形式來完成設(shè)計(jì)任務(wù)。這種傳統(tǒng)的授課與設(shè)計(jì)模式存在問題。

題目單一，重復(fù)率過高? 現(xiàn)有機(jī)械類課程設(shè)計(jì)都是圍繞減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括一級、二級減速器等。無論設(shè)計(jì)題目參數(shù)如何改變，整個(gè)傳動系統(tǒng)方案只有幾種，這樣設(shè)計(jì)出來的結(jié)構(gòu)均較為類似，僅存在細(xì)微尺寸差別，嚴(yán)重制約學(xué)生創(chuàng)新能力，沒有發(fā)揮他們的主觀能動性。

設(shè)計(jì)手段落后? 現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法主要是查閱圖冊、手冊，依據(jù)常規(guī)齒輪傳動、傳動軸的相關(guān)公式進(jìn)行設(shè)計(jì)校核，然后手工繪制裝配圖和零件圖，編制說明書。整個(gè)設(shè)計(jì)過程中未涉及現(xiàn)代化工具和教輔手段，效率較低。

師生互動不活躍? 傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)主要是學(xué)生看書、繪圖，教師在整個(gè)過程中對學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中存在的問題進(jìn)行答疑和指導(dǎo)。大多數(shù)學(xué)生是完成硬性任務(wù)的狀態(tài)，對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本身缺乏興趣。同時(shí)，教師引導(dǎo)不夠，未能讓學(xué)生充分認(rèn)識該課程設(shè)計(jì)的重要性。

考核方式單一? 本課考核主要分為平時(shí)成績和期末成績，平時(shí)成績主要是考勤和設(shè)計(jì)進(jìn)度考核，期末主要是圖紙和說明書。根據(jù)多次課程設(shè)計(jì)閱卷發(fā)現(xiàn)，部分學(xué)生存在抄襲現(xiàn)象，圖紙畫法不標(biāo)準(zhǔn)，說明書千篇一律，僅數(shù)字有差別。最終成績未能較好反映學(xué)生的創(chuàng)新能力。

3 課程設(shè)計(jì)改革現(xiàn)狀

針對現(xiàn)階段機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)在實(shí)施過程中出現(xiàn)的諸多問題，國內(nèi)高校許多教師對該課程進(jìn)行了一些教學(xué)改革。例如：將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)用在課程設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)踐中[3]，對傳統(tǒng)“先教后學(xué)”教學(xué)模式進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，并借助現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)手段實(shí)施教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)成就感、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力;針對不同層次的學(xué)生采用不同的培養(yǎng)方式[4]，更有針對性地對學(xué)生實(shí)施教學(xué);將多媒體等教學(xué)設(shè)備結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”的教學(xué)模式運(yùn)用起來，如將CAD、CAE計(jì)算機(jī)軟件的虛擬仿真、輔助分析等應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中[5];為了提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，結(jié)合生產(chǎn)生活實(shí)際中的工程問題，或從大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新項(xiàng)目中找尋靈感，進(jìn)行選題。

對于石油類高校人才培養(yǎng)來說，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)既要完成通用課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和基本設(shè)計(jì)能力，也要依托行業(yè)背景，以石油、天然氣工業(yè)發(fā)展過程中的重要技術(shù)和重大裝備需要為導(dǎo)向，將油氣裝備的內(nèi)容融入其中，為學(xué)生今后較快適應(yīng)工作要求打下基礎(chǔ)。

4 課程設(shè)計(jì)方法探索

課前準(zhǔn)備? 課前準(zhǔn)備是對整個(gè)課程設(shè)計(jì)開課前的一個(gè)準(zhǔn)備過程。首先，根據(jù)教學(xué)大綱，明確學(xué)習(xí)目的和培養(yǎng)目標(biāo)及教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)。然后，根據(jù)學(xué)生基礎(chǔ)課情況，確定學(xué)生設(shè)計(jì)核心部件。根據(jù)學(xué)生專業(yè)需求和油氣裝備工程實(shí)際，確定多組油氣裝備結(jié)構(gòu)備選，包括勘探裝備、鉆井裝備、采油裝備、儲運(yùn)裝備、煉化裝備等。每組裝備結(jié)構(gòu)題目要包含齒輪傳動、連桿設(shè)計(jì)、凸輪設(shè)計(jì)、帶傳動等內(nèi)容，具體參數(shù)則根據(jù)工程實(shí)際選取，然后根據(jù)各組裝備結(jié)構(gòu)編制設(shè)計(jì)任務(wù)書。最后，確定課程設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)知識內(nèi)容，并完成課件制作。

教學(xué)班人數(shù)較多時(shí)，要將學(xué)生分組，既可提高效率，也可培養(yǎng)他們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。學(xué)生分組采用教師分組和自由組合兩種方式相結(jié)合。教師分組可依據(jù)學(xué)號或姓名進(jìn)行，或根據(jù)學(xué)生前期績點(diǎn)進(jìn)行組合搭配。前期有協(xié)作基礎(chǔ)的學(xué)生可自由組合。各組人數(shù)要根據(jù)題目的任務(wù)分解而定。

選題前先向?qū)W生公布各個(gè)題目，讓學(xué)生仔細(xì)思考，再采用QQ或微信等進(jìn)行網(wǎng)上選題。有新想法的學(xué)生可與教師商量，自擬題目，或依托某科研課題進(jìn)行課程設(shè)計(jì)。選題完成后，教師可對每組題目進(jìn)行拆解，對各組員要完成的具體任務(wù)進(jìn)行分配確認(rèn);學(xué)生制訂自己的設(shè)計(jì)任務(wù)計(jì)劃并交由教師檢查，通過后可開題。在這個(gè)過程中，任課教師要做好監(jiān)督和指導(dǎo)工作，這一環(huán)節(jié)直接影響最后設(shè)計(jì)的成功與否與質(zhì)量好壞。

課程設(shè)計(jì)過程? 課程設(shè)計(jì)過程如圖1所示。

1）多重繪圖手段相結(jié)合。整個(gè)課程設(shè)計(jì)過程中采用草圖繪制、尺規(guī)作圖和計(jì)算繪圖相結(jié)合。學(xué)生完成方案設(shè)計(jì)以后，先進(jìn)行裝配圖草圖繪制，交由教師檢查，檢查通過后可進(jìn)行繪圖工作。學(xué)生先進(jìn)行裝配圖的繪制，可采用計(jì)算機(jī)制圖或者尺規(guī)作圖;再進(jìn)行零件圖繪制，可采用尺規(guī)作圖鍛煉基本作圖能力;最后完成計(jì)算機(jī)三維造型。每個(gè)小組都完成后，最后統(tǒng)一組裝成一個(gè)整體。

2）計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用。設(shè)計(jì)初期，學(xué)生要依據(jù)手冊和資料進(jìn)行基本參數(shù)確定，根據(jù)基本強(qiáng)度理論進(jìn)行強(qiáng)度、壽命、穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)與校核。由于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法較為保守，完成三維圖后需要對裝備的工況和工作狀態(tài)進(jìn)行分析，然后對其運(yùn)動學(xué)或強(qiáng)度進(jìn)行分析。該部分采用計(jì)算機(jī)軟件來實(shí)現(xiàn)。基于前期三維模型，將其導(dǎo)入相應(yīng)軟件完成運(yùn)動學(xué)和強(qiáng)度仿真模型建立，通過計(jì)算完成裝備結(jié)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)分析和強(qiáng)度校核，對不合理處進(jìn)行結(jié)構(gòu)修改。由于該部分工作量較多，采用團(tuán)隊(duì)協(xié)作方式完成。

3）翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式運(yùn)用到課程設(shè)計(jì)過程中，指導(dǎo)教師梳理制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)知識，講解課程設(shè)計(jì)中可能用到的校核公式、受力分析過程、課程設(shè)計(jì)制作流程等，讓學(xué)生對整個(gè)設(shè)計(jì)過程有大致思路，存在問題可以利用微信、QQ等軟件進(jìn)行在線討論和答疑。組長收集典型問題，由教師統(tǒng)一講解，能夠較好地緩解學(xué)生進(jìn)度不一、問題差異、教師無法統(tǒng)一講解的問題。

4）集中安排，加強(qiáng)過程管理。在課程設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生必須到機(jī)房或者專門教室做設(shè)計(jì)，便于答疑以及檢查進(jìn)度。由于學(xué)生在寢室完成課程設(shè)計(jì)的效率、質(zhì)量不高，教師必須定期到教室檢查每個(gè)小組完成情況，進(jìn)行簡要指導(dǎo)以及臨時(shí)答辯檢測，避免學(xué)生自律性太差，導(dǎo)致最后完不成設(shè)計(jì)任務(wù)。同時(shí)，要求學(xué)生合理安排時(shí)間，確保設(shè)計(jì)順利完成。該部分要重視過程管理，對于節(jié)奏較慢者需要加以督促。

考核方式

1）現(xiàn)場答辯。學(xué)生完成設(shè)計(jì)后，需根據(jù)實(shí)際情況安排小答辯，由指導(dǎo)教師擔(dān)任主審。以小組為單位，首先由小組對整個(gè)設(shè)計(jì)做簡要介紹，然后每個(gè)組員對自己單獨(dú)完成部分做出詳細(xì)闡述，指導(dǎo)教師適當(dāng)提問并對學(xué)生圖紙完成情況等做出考核與評價(jià)。

2）課程設(shè)計(jì)期末成績采用教師評議與學(xué)生評議相結(jié)合方式完成。其中，教師評議占80%，主要依據(jù)學(xué)生的設(shè)計(jì)圖紙和說明書文件;學(xué)生評議占20%，主要通過各個(gè)小組成果展示，由其他小組給出分?jǐn)?shù)。對于自行設(shè)計(jì)的題目，完成效果較好者可獲得3%的附加成績。

3）多重考核方式結(jié)合。根據(jù)每組學(xué)生平時(shí)做設(shè)計(jì)的積極程度、態(tài)度、完成進(jìn)度等平時(shí)表現(xiàn)進(jìn)行平時(shí)考核，對于平時(shí)幫助教師解答組員疑問、分擔(dān)答疑任務(wù)的，應(yīng)該給予一定的辛苦獎勵加分。

5 課程設(shè)計(jì)延伸與擴(kuò)展

學(xué)生完成機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)以后，由指導(dǎo)教師和學(xué)生評議出優(yōu)秀作品，在課程教學(xué)網(wǎng)站上進(jìn)行公開展示，以供其他學(xué)生觀摩學(xué)習(xí)。對于創(chuàng)意較好的油氣裝備結(jié)構(gòu)，對作品進(jìn)一步優(yōu)化，可推薦參加全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、全國大學(xué)生過程裝備實(shí)踐與創(chuàng)新大賽、全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽等，從而進(jìn)一步提升學(xué)生的創(chuàng)新能力、思維能力和實(shí)踐能力。對于部分創(chuàng)意較好作品，可指導(dǎo)學(xué)生參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等，將點(diǎn)擴(kuò)展到線，再擴(kuò)展到面。特別優(yōu)秀的產(chǎn)品可以申請資助，進(jìn)行進(jìn)一步科學(xué)研究。

6 結(jié)語

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的綜合實(shí)踐性很強(qiáng)，是建立在許多機(jī)械類基礎(chǔ)課程之上的一門最接近現(xiàn)實(shí)機(jī)械生產(chǎn)的課程。通過機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)來鞏固學(xué)生的機(jī)械基礎(chǔ)知識，訓(xùn)練學(xué)生將書本知識靈活運(yùn)用到實(shí)際工程問題上的能力。文中提出傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的不足，并提出一些改進(jìn)建議。

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