“機械設(shè)計”課程設(shè)計教學(xué)改革研究與實踐

李軒

[摘 要] 課程設(shè)計是機械設(shè)計課程教學(xué)的重要組成部分。提高課程設(shè)計的教學(xué)質(zhì)量，對培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程設(shè)計問題的能力起著十分重要的作用。在實際當(dāng)中“機械設(shè)計”課程設(shè)計存在諸多不足之處，從而導(dǎo)致教學(xué)效果不佳，無法達到預(yù)期的人才培養(yǎng)目標。隨著教育改革的深入和持續(xù)發(fā)展，對機械設(shè)計課程進行教學(xué)改革與重新設(shè)計成為了必然的結(jié)果。就如何提高機械設(shè)計課程設(shè)計的教學(xué)質(zhì)量，從設(shè)計課題、實物操作、實施模式和績效評價等方面指出了教學(xué)改革的建議和舉措。

[關(guān)鍵詞] 機械設(shè)計;課程設(shè)計;教學(xué)改革;研究與實踐

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）10-0063-04 [收稿日期] 2021-06-26

引言

機械設(shè)計課程設(shè)計是機械專業(yè)和近機械類學(xué)生的必修課，在教學(xué)整個過程中起著非常重要的作用。通過計算機實現(xiàn)配件繪圖是一項基礎(chǔ)服務(wù)，為機械設(shè)計引入新形式和多樣化的理論。通過構(gòu)圖軟件設(shè)計進行機械設(shè)計，能夠?qū)σ曈X和對各式各樣的學(xué)生都會有針對性的教學(xué)方法。

一、課程發(fā)展的主要歷史轉(zhuǎn)變

1.對于課程的內(nèi)容來說，其實人們在很大程度上是圍繞機械設(shè)計項目設(shè)計的對象來進行探討的，甚至出現(xiàn)了爭吵幾十年來從未停止過的現(xiàn)象，但是依然一直沒有明確的定論。具體而言，在機械設(shè)計的課程中選擇設(shè)計目標至關(guān)重要，其中減速器恰好是機械設(shè)計課程設(shè)計中最廣泛的設(shè)計目標，而且相比于其他的設(shè)計目標來說，在現(xiàn)階段減速器被廣泛地應(yīng)用到機械領(lǐng)域當(dāng)中，所以在很大程度上值得我們進行探索學(xué)習(xí)。但是，對于這個設(shè)計目標來說，其實也存在一定的缺陷，比如，在內(nèi)容選擇上如果以減速器為設(shè)計對象，那么就會導(dǎo)致內(nèi)容過于簡單，難度較低，不利于學(xué)生進行深層次的學(xué)習(xí)及更好的成長?；诖?，各高校的機械教研組要針對實際存在的問題，及時采取相應(yīng)的措施進行改善和調(diào)整，尤其是改變以往“統(tǒng)一”的設(shè)計局面，促使設(shè)計可以朝著多元化的方向發(fā)展。比如，教師在實際的教學(xué)過程中可以通過網(wǎng)絡(luò)化、多元化的思維實踐方法，為學(xué)生設(shè)置相應(yīng)的“自助超市”，進而能夠使學(xué)生根據(jù)自己的興趣愛好做出選擇。

2.對于工具和方法而言，其實從傳統(tǒng)意義的角度去考慮，手工計算以及手工制圖是機械設(shè)計課程設(shè)計的原始技術(shù)，雖然隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，在一定程度上暴露其本來的局限性，但是對傳統(tǒng)的工具和方法來說，它們依然在高校的機械設(shè)計過程中發(fā)揮著重要的作用，因此不應(yīng)該被忽略。因為，近些年隨著計算機的普及和應(yīng)用，學(xué)生完全可以將自身豐富的想象力付諸實踐，通過網(wǎng)絡(luò)新形式、通過多元化的模式等將內(nèi)容更加生活化和新潮化，利用二維、三維技術(shù)進行整體設(shè)計，而且設(shè)計軟件進行配件計算已經(jīng)成為前衛(wèi)流行的方法。綜上所述，雖然這種將機械設(shè)計融入計算機技術(shù)中的設(shè)計方式，在很大程度上有利于學(xué)生提高設(shè)計效率以及豐富自身的想象力，但是如果從長遠的角度去考慮，該方式依然存著一定的弊端。比如，隨著這一技術(shù)在高校的全面推廣，無論是教師還是學(xué)生開始逐漸傾向于計算機設(shè)計，而忽視了傳統(tǒng)工具和方法的重要性，導(dǎo)致不斷的遭受人們的懷疑，甚至有人指出機械課程設(shè)計應(yīng)該全部采取手工技術(shù)，只有在這樣才能最大限度地促使學(xué)生認識和了解到機械設(shè)計的本質(zhì)。與此同時，還要引導(dǎo)學(xué)生認識如何極致達到原有技術(shù)與現(xiàn)代技術(shù)的融合，而不是只偏向于其中的一個方面，這才是人們應(yīng)該注重的內(nèi)容。

二、課程的特殊教學(xué)流程

從機械設(shè)計課程設(shè)計的具體流程來看，課程主要涵蓋特殊簡單機械的設(shè)計過程，具體如下：（1）輸電方案分析與制定;（2）電機的選擇、傳動裝置的運動及動態(tài)參數(shù)的計算;（3）傳動部件的設(shè)計（齒輪或蝸桿傳動、皮帶傳動等）;（4）軸的設(shè)計;（5）軸承及其裝配的選擇和檢查;（6）關(guān)鍵連接和聯(lián)軸節(jié)的選擇和檢查;（7）箱體、潤滑及附件設(shè)計：裝配草圖繪制;（8）裝配圖和零件圖的設(shè)計和繪制;（9）編寫設(shè)計規(guī)范。在以上過程中，相關(guān)學(xué)科的流程按照設(shè)計方向進行整合和銜接。

作為一種與機械規(guī)劃或機械設(shè)計基本課程直接有關(guān)的實踐設(shè)計型流程，教師應(yīng)遵循設(shè)計作為課程實施的主線，帶領(lǐng)學(xué)生認識和熟悉機械設(shè)計的步驟、配件的結(jié)構(gòu)、加工手藝以及裝配等方面，只有這樣才能一方面促使學(xué)生可以深層次的理解設(shè)計在機械設(shè)計課程中的重要性，另一方面也能促使學(xué)生提高自身的機械設(shè)計能力?；诖耍處熢趯嶋H的教學(xué)過程中，應(yīng)該結(jié)合學(xué)生們自身的水平和興趣去針對性的開設(shè)機械設(shè)計實踐教學(xué)課程，培養(yǎng)學(xué)生們在設(shè)計方面的興趣以及可以自主進行設(shè)計的能力，進而確定學(xué)生的主體地位，相反教師在整個過程中只針對課程進行專業(yè)性的指導(dǎo)，以至于這樣將會為學(xué)生創(chuàng)造更多的發(fā)展空間，進而對他們的未來會產(chǎn)生積極的影響。但是，對于這種教學(xué)方式來說，其實依然沒有得到全面的推廣，而是僅僅被應(yīng)用在某些高校之中。比如，在很多的機械培訓(xùn)院校當(dāng)中，由于各種因素的影響導(dǎo)致他們在思維培訓(xùn)方面存在很大的缺陷。尤其是對于這些學(xué)校來說，本身師資力量就相對薄弱，而且思想認識能力和水平也達不到相應(yīng)的高度，這在很大程度上根本無法兼顧起學(xué)校教育主導(dǎo)支柱的重擔(dān)，進而直接影響著教學(xué)實踐的效果。如果從長遠的角度去考慮，對學(xué)生的發(fā)展以及成長是非常不利的，因此需要這些學(xué)校及時做出調(diào)整，從本質(zhì)上解決存在的問題。綜上所述，無論是高校的教師，還是一些培訓(xùn)學(xué)校的教師，都必須具備正確的教學(xué)理念，只有這樣才能更好地引導(dǎo)學(xué)生對機械設(shè)計的各個流程進行嚴格的把控，否則很容易使一系列的教學(xué)項目變得低效或無效，進而影響學(xué)生學(xué)習(xí)的進程[1]。

三、課程的教學(xué)轉(zhuǎn)變研討與實踐

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國的教育開始發(fā)生質(zhì)的改變，逐漸從傳統(tǒng)的教育過渡到優(yōu)質(zhì)的教育，并且逐步地走向大眾化，趨勢明顯?；诖?，機械方面的教育也在這個過程中得到了充足的發(fā)展，而且逐漸在高校的教育中占據(jù)著主要的地位，擔(dān)負起了向國家輸送有用人才的重要任務(wù)，由此可見，在未來對于機械方面的教育來說，無論對高校還是對社會將會在其中扮演著越來越重要的位置。因此，在這樣的背景下，改進機械課程的教學(xué)實踐教學(xué)系統(tǒng)的舉措受到了各行各業(yè)的廣泛重視，具體實施舉措如下。

（一）傳統(tǒng)形式專題與工程機械形式專題相結(jié)合，課程設(shè)計與創(chuàng)新競賽

1.在我國的各高校當(dāng)中，對于大多數(shù)機械系的學(xué)生來說，減速器仍然是他們設(shè)計課程中首選的設(shè)計對象。而且，減速器作為一種設(shè)計目標有著許多年的演變過程，當(dāng)然這其中一定有很多因素存在，比如參考文獻多、過程易于控制以及基本滿足結(jié)構(gòu)綜合設(shè)計的要求等，這些都是其主要的因素，同時也是其主要的特點。因此，對于各高校廣大的學(xué)生來說，如果能夠準確無誤地完成這一目標，在一定程度上就可以達到基層的設(shè)計訓(xùn)練要求，進而為之后的設(shè)計學(xué)習(xí)奠定堅實的基礎(chǔ)。

2.教師在實際的教學(xué)過程中應(yīng)該針對學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，為他們精心準備一些工程機械或是其他典型機械，當(dāng)然要求應(yīng)該簡單，需要在學(xué)生理解認知的范圍之內(nèi)，而且選題也不要求太過于深，但是要求必須要保證實用，否則只能停留在理論階段，對之后的實踐不會產(chǎn)生任何積極的影響。除此之外，在滿足上述要求之后還要明確學(xué)習(xí)的目標，讓學(xué)生有清晰的研究方向，不過需要注意的是教師在這個過程中不需要為學(xué)生準備過多的相關(guān)資料，而是應(yīng)該注重培養(yǎng)學(xué)生獨自查閱手工資料的能力，為他們將來的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。比如，對于一些學(xué)生來說，我們可以以典型的液壓元件為設(shè)計對象，如外嚙合齒輪泵的設(shè)計。這種設(shè)計類似于減速機的設(shè)計，但是應(yīng)用的領(lǐng)域大不相同，存在著較大的差異[2]。

3.對于很多的機械培訓(xùn)院校來說，由于各種因素的影響，使得他們過分地強調(diào)了文化知識教學(xué)的重要性，甚至在實際的教學(xué)中完全以理論課程為主，這其實在很大程度上已經(jīng)嚴重忽視了實踐指導(dǎo)的作用，對學(xué)生的成長以及發(fā)展將會是非常不利的。雖然文化知識是學(xué)生學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，但是如果不能及時將所學(xué)知識付諸實踐，那么長時間下去就會導(dǎo)致知識間斷性的缺失。由此可見，必須要重視學(xué)生的綜合素質(zhì)和實踐能力的提高，做到理論與實踐并重，只有這樣才能為學(xué)生創(chuàng)造更多的發(fā)展空間。而且，隨著實踐內(nèi)容逐步由易到難過渡，機械課程理論知識點也開始變得越來越復(fù)雜，這無疑增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的壓力，需要學(xué)生在這個過程中付出更多的努力。對于機械專業(yè)的學(xué)生來說，如果想要取得更好的成績，提升自我的水平，第一，必須要系統(tǒng)、準確地學(xué)習(xí)和掌握機械圖紙的理論知識，理解并剖析其中的重難點，進而將其掌握;第二，在理論知識達到要求之后，開始逐步地進行相應(yīng)的實踐，一方面可以鞏固所學(xué)的知識，另一方面也可以提高機械與實物的實踐能力，進而可以最大限度地促進學(xué)生發(fā)展?；诖耍瑢W(xué)校必須要加強人才培養(yǎng)，然后根據(jù)學(xué)校的實際情況制定科學(xué)有效的人才培養(yǎng)計劃，加強機械專業(yè)的綜合素質(zhì)培訓(xùn)，積極為機械學(xué)生提供和搭建學(xué)習(xí)培訓(xùn)機會的平臺。而且在必要的時候，學(xué)校還應(yīng)該選擇合適的鼓勵方式，鼓勵學(xué)生不斷地進行學(xué)習(xí)和突破，為自己創(chuàng)造更多的發(fā)展空間。而對于學(xué)生本身來說，可以在學(xué)習(xí)的過程中通過自身的努力得到學(xué)校的鼓勵，進而達到個人的需求，最終實現(xiàn)共同的目標[3]。

（二）手工制圖與計算機繪圖相融合，二維平面圖與三維立體圖相結(jié)合

手工制圖與計算機繪圖相融合。從以上機械設(shè)計課程設(shè)計的成長過程可以明顯地看出，在手工制圖與計算機繪圖之間仍然存在著一定的爭議，所以在這個過程中我們不能盲目選擇，而是應(yīng)該理性地看待兩種制圖方式的優(yōu)缺點。一方面，越來越多的科研產(chǎn)品開始引領(lǐng)時代潮流，并且影響著人們生活、工作以及學(xué)習(xí)的方方面面。比如，通過構(gòu)建虛擬仿真平臺和電腦制圖軟件設(shè)計，如AutoCAD、CAXA、Solidworks、UG等制圖軟件為教師和學(xué)生承擔(dān)機械學(xué)科領(lǐng)域的縱向和橫向課題提供了有力的保障，不僅可以大幅度的提高制圖的效率，還可以將學(xué)生豐富的想象力付諸實踐。因此，對于機械專業(yè)的學(xué)生來說，必須要掌握電腦制圖技術(shù)，這是能夠順利進行機械設(shè)計課程的關(guān)鍵所在，否則將會對學(xué)生的學(xué)生產(chǎn)生嚴重的影響。另一方面，對于手工制圖來說，其依然有自身的優(yōu)勢所在，而且對于培養(yǎng)學(xué)生的基本技能和工程素質(zhì)非常重要，所以機械專業(yè)的學(xué)生應(yīng)該具備手工制圖的能力。除此之外，手工制圖對工程圖的全面鞏固和溫習(xí)也有很大的作用，不僅可以加強學(xué)生對制圖規(guī)則和機械實物的印象，還可以防止相互重復(fù)的情況發(fā)生[4]。

（三）實驗與三維實體造型相結(jié)合

1.將平面圖和立體圖的實物教學(xué)設(shè)計的立意，通過新課堂運用實物直接呈現(xiàn)出來給每個學(xué)生，使他們建立起了探究的意識，不再完全依靠教師，選擇自己感興趣的機械項目。作為機械設(shè)計專業(yè)，學(xué)生務(wù)必了解它。但僅僅訓(xùn)練學(xué)生的實物觀念是遠遠不夠的。機械課程教學(xué)課堂上，每個學(xué)生的學(xué)習(xí)起跑線和標準水平都不一樣，所以他們對實物的疑惑也不一樣。通過實物實踐新資源進行教學(xué)，可以利用不同角度的不同知識，真正實現(xiàn)分層教學(xué)，根據(jù)自己的實際情況協(xié)助學(xué)生進行學(xué)習(xí)。將二維和三維應(yīng)用到教學(xué)中，通過學(xué)生的想象，構(gòu)思出配件的大概輪廓，然后利用電腦進行制圖。因此，機械類院校應(yīng)注重機械教學(xué)產(chǎn)品的研發(fā)，充分展現(xiàn)教育的特色。讓學(xué)生能夠通過軟件直接觀察整個配件的各個結(jié)構(gòu)和零件之間的相連關(guān)系，方便學(xué)生從實物的概念構(gòu)思機械產(chǎn)品。

2.機械課程考核與成績質(zhì)量和答辯相融合。對于問答辯論來說，通過機械制圖的主題以輪流提問的形式擺在學(xué)生面前，然后學(xué)生通過自己所學(xué)的知識組織語言進行回答。在這個過程中問答的形式并不確定，教師可以根據(jù)實際的情況做出選擇，可以是口頭問答的形式，也可以是書面問答的形式。當(dāng)然學(xué)生還可以采取輪流回答的方式進行，而且在實際過程中比較推薦該方式。因為這種方式在很大程度上可以促使學(xué)生將之前所學(xué)的機械課程的相關(guān)理論知識進行鞏固，還可以全方位的觀察以及掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，發(fā)現(xiàn)不同學(xué)生之間所存在的疑問，以便在后續(xù)的教學(xué)中有針對性地進行教學(xué)[5]。

由于機械課程教師在教學(xué)方法和教學(xué)能力上的差異，通過電腦模型制圖等新模式引入的新課程所達到的震撼力是不同的。網(wǎng)絡(luò)資源豐富，形式多元化，對各式各樣的學(xué)生都會有針對性的教學(xué)方法，面對的不再是無止境的數(shù)字和課本教學(xué)。學(xué)校在培養(yǎng)學(xué)生機械方面實踐能力的同時，更要豐富同學(xué)課余生活和精神生活，是完善和提高自己的重要渠道。在嚴格把控流程的同時，對成績考核系統(tǒng)進行了轉(zhuǎn)變，考核體系改成：設(shè)計流程中的功能和平時表現(xiàn)占15%，設(shè)計手冊占15%，配件圖和組裝圖占50%，辯論能力占20%。制圖完整性分為素描和CAD繪圖，素描繪圖部分占60%，CAD繪圖占40%。通過實物運用或者答辯等新形式可以節(jié)省機械課程教學(xué)時間，快速吸引學(xué)生的眼球，使機械教學(xué)內(nèi)容多樣化。從視覺和生動的內(nèi)容中輕松帶領(lǐng)學(xué)生進入狀態(tài)，學(xué)生通過新形式進行繪圖學(xué)習(xí)，主動并認真思考問題，從而達到教育的目的。深入融合多種機械制圖教學(xué)方法。

3.加強各個課程的合作，實現(xiàn)相關(guān)內(nèi)容的合理交集，使機械課程的設(shè)計與前提課程息息相關(guān)。教師必須深入挖掘機械課程的設(shè)計內(nèi)容，結(jié)合自己的教學(xué)實踐經(jīng)驗，區(qū)分哪些知識點是大多數(shù)學(xué)生難以掌握的，哪些知識點可以透徹理解。（1）在機械設(shè)計課程的設(shè)計中，將主要的減速器配件作為設(shè)計主導(dǎo)，對整體設(shè)計給予了一定的重視，節(jié)省了機械課程設(shè)計的計算運行周期（節(jié)省1/3～1/4）。（2）完善制圖課程的理論知識。在繪圖過程中，零件檢測實驗主要由一級減速器等與課程設(shè)計密切相關(guān)的實物進行，使學(xué)生在課程設(shè)計過程中對設(shè)計對象不陌生。

結(jié)語

近些年來，隨著我國經(jīng)濟發(fā)展持續(xù)騰飛，我國的科技力量也逐漸變得越來越強大，而且不斷地被應(yīng)用到生活中的各個方面，進而從本質(zhì)上改善了我們的生活狀態(tài)?；诖?，本文主要分析了“機械設(shè)計”課程背景下教學(xué)技術(shù)應(yīng)用，深入研究了機械教學(xué)改革技術(shù)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，提出了“機械設(shè)計”課程教學(xué)變革的構(gòu)建對策，對設(shè)計課題的篩選、學(xué)生實物觀念的設(shè)立以及學(xué)生分數(shù)評價與課程的銜接進行了摸索和研討，取得了良好的教學(xué)效果。

參考文獻

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Research and Practice on Teaching Reform of “Mechanical Design” Course

LI Xuan

（School of Mechanical and Electrical Engineering， Soochow University， Suzhou，

Jiangsu 215137， China）

Abstract： Curriculum design is an important part of Mechanical Design teaching. Improving the teaching quality of curriculum design plays a very important role in cultivating students ability to analyze and solve engineering design problems. In practice， there are many deficiencies in the course of Mechanical Design， which leads to poor teaching effect， which is unable to achieve the goal of the expected talent training. With the deepening and sustainable development of educational reform， the teaching reform and redesign of Mechanical Design has become inevitable. On how to improve the teaching quality of Mechanical Design， this paper puts forward the suggestions and measures of teaching reform from the aspects of design topic， physical operation， implementation mode and performance evaluation.

Key words： Mechanical Design; course design; teaching reform; research and practice