關于機械設計課程實驗改革的探討

摘要：創新教育和創新能力的培養是當前高等職業教育的一個重要課題，機械設計課程是培養創新人才的平臺，機械設計課程的實驗是培養創新人才的重要手段。文章對機械設計課程實驗的現狀進行了分析，提出了機械設計課程實驗改革的具體構思。

關鍵詞：機械設計；實驗；設計性實驗；計算機輔助實驗；發明實驗室

隨著市場競爭的日趨激烈，社會對機電類專業人才的素質和能力提出了很高的要求。市場的競爭實際上已經是人才的競爭，只有具有創新設計能力的人才，才能不斷設計出更新的能滿足市場日新月異需求的優質產品，從而在市場競爭中立于不敗之地。從這個意義上講，市場經濟既對人才的素質和能力提出了挑戰，又對人才培養的模式也提出了更高的要求。

近幾年來，我國高職高專院校的發展非常迅速，都非常重視學生創新設計能力的培養，把培養并提高學生的創新設計能力提到了重要的議事日程。很多大學（學院）就提出了把以培養學生創新設計能力和工程實際能力為主要目標的教學研究和實踐貫穿于教材、講課、設計、實驗等各個環節，培養出既有扎實的理論基礎，又有較強動手能力的復合型人才。如西安航空技術高等?？茖W校通過精品課的建設，改變過去以往的課程設計內容，讓學生獨立自主地設計各種新的機構，使學生的創新設計能力和動手能力得到了進一步的加強。

在高職高專機電類專業中均開設有《機械設計基礎》，該課程的教學對增強學生從事機械技術工作的適應能力和開發創造能力具有至關重要的作用，最能體現出學生的創新意識和創新能力的開發。因此，我們不僅要研究培養學生創新能力的一般規律，更需要在機械設計課程的實驗教學中付諸實踐。目前各院校在機械設計課程實驗教學中已進行了許多嘗試，培養學生素質能力的實驗已經設計出來并投入使用。比如動平衡試驗中利用微型計算機對數據進行采集和處理，齒輪范成和凸輪輪廓曲線檢測等計算機輔助實驗。實踐證明，這些實驗能夠激發學生的創新思維，增強學生的創新能力。但是，我們認為僅此還顯得不夠，還需通過進一步對實驗進行改革，才能充分地增強學生的創新設計能力?；谶@一目的，本文對高職高專機械設計課程試驗改革的設想進行初步探討。

機械設計實驗的現狀及實驗改革應考慮的因素

機械設計課程是機電類各專業中研究機械共性問題的主干課程，屬專業基礎課。它的任務是使學生掌握常用機構的工作原理、基本理論、并初步具有分析和設計機械零件的能力。它在培養和增強學生對機械技術工作的適應能力方面具有舉足輕重的作用。

機械設計課程實驗課是機械設計課中重要的實踐環節。以前的機械設計課程實驗大多是驗證性的試驗，只偏重于一些幾何參數、運動參數、動力參數的測定和分析。如機械運動簡圖測繪與分析、齒輪范成及幾何參數的測定、回轉件的平衡、機械運動參數測定和分析、機械效率的測定等。這些實驗對學生掌握課堂中所學的基本概念，加深理解一些基本原理具有顯著的效果，但這些實驗作為課程教學的一部分，在培養學生初步具有擬定機械運動方案，分析和設計新機構的能力方面還遠遠不夠。因此，提高學生理論學習融會貫通的能力，分析問題和解決問題的能力以及綜合運用基本理論、基本原理的能力是課程教學的最終目標。下面從兩個方面對機械設計課程創新試驗改革時應考慮因素進行分析：

機械設計課程實驗應有別于其他課程《機械設計基礎》是一門綜合性課程，需要《機械制圖》、《金屬工藝與材料》、《工程力學》及《公差與配合》等知識，學生必須具有扎實的基礎理論和綜合運用這些知識的能力，而這些課程的實驗都有其獨立性，實驗的方法和操作要求也各不一樣，這些實驗既不能互相代替又不能重復。實驗的內容應根據課程的重點和難點而定。根據高職高專的課程特點，具體試驗的內容見下表：

機械設計課程的實驗應能激發學生的創新意識機械設計課程的實驗應成為開發學生創新能力的平臺。實驗室應成為學生創新能力培養的重要場所。不能為實驗而試驗，而應通過試驗激發學生的求知欲和創造欲。

實驗改革的具體構思

基于以上考慮，對機械設計課程的實驗改革有以下幾點構想：

將部分原有的實驗改造為設計性實驗機構運動簡圖和機構運動示意圖是機械工程中一種常用的圖形，它是用符號和線條清晰簡明地表達機器或機構的運動情況，是機構運動分析、動力分析以及設計新機構一種基本工具，在機械設計課程教學中貫穿始終。機構運動簡圖測繪實驗原是讓學生對照機構實物畫簡圖后，再計算自由度檢驗機構運動簡圖或機構運動示意圖的正確性。這樣進行實驗與學生的習題作業并沒有實質性區別，只是培養學生依照實際機構繪制機構運動簡圖的能力，熟悉常用機構及運動副的代表符號，加深對自由度計算方法的印象，而不能讓學生發揮自己的想象力，感覺它在設計新機構中的用途。對這個實驗，可以通過增加構思設計機構這一環節來彌補上述的不足。在實踐中可以為學生提供一些常用的不同種類的構件和運動副，讓學生自己組裝出各種各樣的機構。然后依照自行設計組裝的機構繪制其機構運動簡圖或示意圖，最后通過計算自由度檢驗運動鏈的運動是否確定。這樣能夠激發學生的創新思維，培養學生的創新能力。

加強計算機輔助實驗計算機輔助試驗是近幾年來發展比較快的實驗手段，在減少實驗成本的同時，既能較快地開發學生的智力，又能提高學生計算機的應用水平。在這方面，很多院校已經進行了成功的嘗試，例如“平面低副機構實驗法綜合”的計算機輔助實驗。在實驗中，首先讓學生從圖譜庫中逐一調看11類近200種連桿點曲線的動態形成過程。然后讓學生自定義一個曲柄連桿機構，通過輸入不同的連桿點坐標，即可觀察到同一機構上不同的連桿點所能形成的各類不同的連桿點曲線的影響，不同的連桿點所形成的連桿點曲線的差異及其變化規律，最后一步是綜合設計，要求學生根據預定軌跡設計出該機構的幾何尺寸。他們可以根據計算機的圖譜庫中同類形狀的圖譜與之對照，找出連桿點曲線形狀與預定軌跡最為接近的機構尺寸進行適當的改變后，在計算機上動態地演示出連桿點曲線，直到所形成的連桿點曲線與預定軌跡形狀基本吻合為止。這樣就能設計出能實現給定連桿點曲線軌跡的幾何尺寸了。實踐證明計算機輔助實驗提高了學生對課程學習的興趣，可引導學生進行創新思維，加深對所學知識的直觀認識和理解，拓寬知識面，培養學生的創新意識和綜合設計能力，是一種較好且有效的現代化實驗方法。

建立機械設計與制造實驗室一直以來，由于理論課教師在課堂教學中注意引導啟發學生的創新思維，在課程設計中，有一些學生表現出很好的設計創意，但由于沒有條件把學生的創意變為現實。學生的設計只能停留在紙上談兵的低級階段，難以使學生的創造熱情持續并向更高的層次發展。如果能為學生建立一個具有小型車床、刨床、銑床、鉆床等設備的機械設計與制造實驗室，讓學生有機會自己動手將自己的設計構思加工成為可動的實驗模型，使學生的創意付諸實踐，將進一步激發學生創新的熱情。這樣的實驗室能讓學生進行工藝編程、加工制作等成套作業，從而形成良好的創新發明氣氛，使實驗室真正成為學生創新能力的培養基地，成為學生創新設計的樂園。

機械創新設計是一個具有創造性活動的過程，它可以及早地在學生中樹立工程設計的理念，激發創新精神，培養主動學習能力，獨立工作能力和創造能力。當前，對學生進行創造性教育，培養學生創新設計能力將成為高等職業教育的一個永恒主題，需要教師和學生共同努力，為社會培養創新型人才。

參考文獻：

[1]陳立德.機械設計基礎[M].北京：高等教育出版社，2004.

[3]丁洪生.機械設計基礎[M].北京：機械工業出版社，2000.

作者簡介：

黃璦昶（1952—），男，副教授，研究方向為機械設計與現代制造技術。