機械設計課程設計教學改革初探

[摘要]機械設計課程設計是機械工程類學生一門重要的實踐課程，提高其教學質量對學生綜合素質的培養起著十分重要的作用。本文針對目前機械設計課程設計過程中存在的問題，從課程設計與教學過程的融合、題目的選擇、計算機輔助設計、分組與考核方式、與機械創新大賽接軌等幾個方面提出了教學改革思路和措施。

[關鍵詞]課程設計；機械設計；教學改革

[中圖分類號]G642.4 [文獻標識碼] A [文章編號] 1005-4634(2011)03-0051-04

0 引言

機械設計是機械工程類學生的一門主干技術基礎課，而機械設計課程設計是機械設計課程重要的實踐環節，通過課程設計能使學生綜合運用機械設計課程以及《機械制圖》、《互換性與測量技術基礎》、《金屬工藝學》等其它先修課程的理論和實踐知識，掌握機械設計的一般規律，培養機械設計的能力和機械設計的技能，樹立正確的設計思想。

隨著科學技術飛速發展，特別是以大規模集成電路和微電子計算機為代表的微電子技術的飛躍發展，極大地推動了不同學科之間的交叉與滲透。信息科學、材料科學、生命科學和現代控制科學等與機械科學不斷交叉融合，使傳統的機械科學發生了深刻的變革，機械的概念和機械設計過程相對過去有了很大的改變，對工程設計人員也提出了更高的要求。而當前機械設計課程設計的教學模式還相對比較陳舊，存在很多問題，還不能適應科學技術發展的需要，無法培養出符合要求的工程設計人員。因此，機械設計課程設計的改革勢在必行。

1 機械設計課程設計過程中存在的問題

1.1教學與課程設計脫節

機械設計課程設計是學生進行的第一次比較正規而全面的設計，由于其涉及課程多，知識面廣，且要求學生在有限的時間內完成較大的工作量，因此對學生的能力和素質有較高的要求。

以往機械設計課程設計是機械設計課程的后續，是在將機械設計課程完全授完之后再進行課程設計。一方面這樣使得學生對機械設計課程中某些知識點的理解、記憶產生了斷續：另一方面，由于單純針對授課，學生對課程設計與實際工程中很重要的知識點理解的不夠透徹，從而使課程設計花費了太多的時間和精力在不必要的復習上。同時，由于課程的斷續，在課程設計開始階段，需要學生根據自己的題目從最開始進行重復式的機械設計基本計算，又花費了一般2～3天的時間。加上事先對設計題目沒有一個大致的認識和思考，學生自身又有一定的惰性，臨時抱佛腳，缺乏系統思維，亂抄亂設計。這都使得設計過程時斷時續，時間緊張，問題層出不窮，直接影響畢業設計乃至畢業后的社會工作，給學生和社會造成了很不必要的浪費與困擾。

1.2設計題目單一化

傳統的課程設計重點是鞏固和加強所學的理論知識，設計題目和給定數據多年不變，只需要按設計任務中給定的數據、方案及規定的設計方法完成一定的工作量即可，形成相互抄襲的后果“’。學生缺乏主動性、積極性，教師缺乏新思維，師生同受其害。同時，傳統課程設計題目與專業、畢業設計相關度不大，使得學生所學專業課程無用武之地，缺乏學習興趣，設計與專業課程學習不同步，達不到學以致用的目的和充分培養學生理論聯系實際的能力。

1.3計算機繪圖欠普及

傳統機械課程設計，手工繪圖貫穿始終，工作強度大、效率低。加上空間想象力不足和缺乏工程設計經驗，學生面對二維設計圖紙難以想象出機器的整體結構，導致學生對設計缺乏全面認識，似懂非懂，極大地影響了設計的積極性和質量”’。同時，隨著計算機技術的發展，CAD技術及Solid—work、Pro／Engineer三維設計軟件在機械制造中的應用日趨廣泛，使機械設計思想、設計方法與設計手段都發生了極大變化，這些變化對面向新世紀的高校機械類專業學生的計算機能力培養提出了許多新的要求。

1.4協作與團隊意識差，缺乏創新意識

以往的機械設計課程設計，每個學生一個題目，題目類似而參數不同。學生在設計過程中各自為政，互不往來，缺乏溝通與交流，雖然能夠鞏固單個學生對所學課程內容的理解，卻難以充分發揮學生的協作能力，更談不上培養學生的團隊精神。而現實生產中，任何一個機械設備不可能單靠一個人就設計完成，也不可能單靠某一個人的設計方法就能完善所需要的功能，必須集思廣益、廣泛討論。因此，必須在學生階段就開始培養學生的協作能力與團隊意識，使其逐步與社會接軌。

以往的課程設計由于時間緊張，工作量大，老師往往忽略或不明顯鼓勵學生的創新設計，從而局限了學生創新能力的培養。而對于學生單一的、互不協作的課程設計，時間緊張，思維狹窄而受限，就更難以充分發揮學生的創新才能。即便是學生有好的想法，也因為沒有充裕的時間考慮，沒有老師的認真點撥和嚴密的思考論證而流產。

創新是科技和經濟發展的動力，現代企業產品和技術的不斷發展，需要更多有創新能力的人才去推動。機械設計課程設計作為機械類學生第一次比較系統而全面的設計訓練，必須充分利用其契機，激發和培養學生的創新潛能，為社會創新人才的培養奠定基礎。

1.5考核制度不完善

傳統機械設計課程設計分二、三、四周三種模式，所布置設計任務根據時間不同稍有區別。在這幾周的課程設計過程中，大多數同學都很認真，能夠腳踏實地地進行設計，因此對自己最后辛苦所得的成績也比較在意。而機械設計課程設計的考核主要包含了三個部分：圖面成績50％(包含草圖和抄正圖成績)、平時成績30％和答辯成績20％。但圖面成績和平時成績實際上是一個比較籠統的成績，老師們各憑印象標準，自行決斷，并不能像正式考試那樣給出一個讓學生一目了然、欣然接受的成績，考核缺乏標準性和透明度。這既有可能造成學生成績評定的不公，又可能挫傷學生的積極性。即便是答辯成績學生相對心里有數，但倘若老師們在答辯過程中所問問題難易有所偏頗，也極易造成學生心理上的不平衡，對學生今后的學習和畢業設計產生不好的影響。

2 機械設計課程設計教學模式改革措施

2.1課程設計與理論教學過程相融合

改變課程設計與教學脫節的問題，就必須在機械設計課程開始階段將課程設計任務布置給學生，使課程設計與教學相同步，把課程設計分部、分階段穿插在教學過程中，使學生分步完成課程設計的基本內容。帶著設計任務聽課，既有利于學生充分理解課程內容，又有利于培養學生理論聯系實際的能力。同時，學生可以充分利用課余時間思索自己設計任務中的若干問題，有充足的時間和精力與老師交流、溝通，既充分調動了學生的積極性、學習興趣，增強了學習效果，逐步培養了學生發現問題、解決問題的能力，同時也為學生創新意識、創新能力的培養提供了較為寬廣的空間。

在最近兩年的機械設計課程中，將課程設計與教學相融合，取得了良好的效果。學生對課程的學習有了更大的積極性和更好的課堂效果，而課程設計過程中又減少了很多不必要的重復工作。與以往相比，單最開始的方案設計和基本計算就節省了3天時間。由于課堂講授與課程設計同步進行，課程設計中的常見問題、難點、重點大部分學生已經心中有數，遇到問題大都能自己解決，或在書本中隨手就能翻到，既節省了學生自己的時間，也節省了老師的時間，使老師有充分的時間和精力解答設計中個別的疑難問題。而最后的答辯，學生對常見問題的掌握程度由以往的63％增加到了85％，引申問題的掌握程度由50％增加到75％，疑難問題的掌握程度由33％增加到50％。圖面質量也大幅度提高，常見繪圖錯誤減少二分之一，局部結構錯誤減少三分之二，沒有發生整體結構錯誤。

可見，無論是設計過程中對遇到問題的解決能力，還是最后的繪圖效果和答辯結果，都取得了比以往更好的效果。這表明，將課程設計融入教學過程中是非常可行的。

2.2題目的多樣化和實用性

興趣是最好的老師，挑戰是最好的催化劑。選擇一些多樣化、具有實用性和挑戰性的題目，加強專業特色，既可以鍛煉學生的實踐能力，調動學生的積極性、主動性，又可以培養其工程設計的理念。例如，機械設計專業學生可布置機床傳動裝置、石油工程系學生可布置鉆井和抽油機中的機械傳動裝置、機電專業的學生可布置六自由度機械手等方案。

信息社會，交流是共同提高的重要手段。參考其他院校引入一些新的題目，從題目的質量和數量上提高設計的質量。也可結合機械廠所擁有的設備，選擇合適樣機進行現場教學后，指導學生進行設計、改進。例如，各類傳統和數控車床、銑床等傳動裝置的設計。這既有助于學生后期的畢業設計，也有助于與學生工作后的工作相接軌。

2.3改革設計手段，加強計算機的運用能力

機械設計課程設計多在三年級進行，學生已經學完了計算機技術基礎課程，對CAD有了一定程度的掌握和了解。同時，由于在機械設計課程開課的同時，已經布置了設計任務，可以要求學生針對自己的興趣學習某一種設計軟件。早期的CAD技術已經發展的相當成熟，而Solidwork和Pro／En—gineer是參數化的三維CAD／CAM軟件包，具有零件三維造型功能、裝配設計功能、工程圖功能以及仿真分析功能等，正逐漸成為先進制造技術的核心技術。學習和掌握某一種或多種設計軟件對于提高學生的學習興趣和設計能力、設計效果是一個全方位的嘗試。

兩年多以來，教研室已在多個班級的機械設計課程設計中鼓勵學生采用計算機繪圖，結果表明學生對CAD技術軟件有很好的掌握，同時對Sloid—work和Pro／Engineer三維軟件具有很強的學習興趣和學習能力。所有采用計算機繪圖的同學在進度上都比手工繪圖的同學快，且在繪圖過程中出現的問題也較少。尤其是采用三維軟件繪圖的同學，繪圖過程中對設計對象的結構有了更深一步的理解，能發現更多問題，提出更多更好的結構方案。這無疑一方面加強了學生的計算機技能，另一方面又激發了其學習興趣和創新意識。

2.4分組設計、分組考核，加強團隊意識

課程設計任務布置過程中，有意識地將設計題目比較類似但又不同的幾個學生分為一組，組成一個團隊。設計過程中要求學生除了自己的課程設計之外，也了解同組其他同學的設計內容、設計方法及設計思路，拓展學生設計的知識面。同時要求學生積極為其他同學在設計過程中存在的問題出謀劃策，檢查并指出設計過程中存在的設計方法和結構設計問題，督促學生培養團隊協作精神。

以往老師們要逐一檢查每個學生的設計計算、結構方案和設計進度，結構方案類似的學生所犯錯誤有很多類似或雷同之處，需要花費老師大量的時間去糾正和講解。分組設計可以指定小組長除督促同小組成員的設計進度外，定期集體檢查設計過程中存在的基本問題，將大多數問題查閱資料后自己解決，部分疑難問題討論后不能解決得，等待和老師討論。這既有利于鍛煉學生自身發現問題、解決問題的能力，又有利于加強溝通，培養團隊協作和團隊創新的能力，同時還節省了老師和同學的時間。如此分組之后，學生課程設計的進度大幅度提前，以前那種等待老師講解和等待老師解決問題的現象基本消失，所有同學都能在指定時間內完成規定的工作量，學生由于完不成任務而二次答辯的現象也不復存在。

加強課程設計過程的監督，考核制度透明化是提高設計質量的重要手段。考核制度透明化，可以在設計伊始就向學生公布考核過程中老師主要的考核標準，評分依據，同時接受同學的監督，鼓勵同學提出好的意見、建議。這將使得學生心中有數，做到心態平和地將所有精力放在設計任務上。

以往課程設計的考核與答辯是單個學生逐一進行，既浪費時間，又不能充分體現學生掌握知識的全面性。學生分組設計之后，將考核與答辯均分組進行。考核過程中注重小組的整體進度與表現，同時兼顧個人。這有利于督促小組成員之間互相激勵，共同進步。而答辯過程中除共性問題外，注重個性問題的問答，將問題普及到每一個人，不再是針對個人的設計。這有助于督促學生加強與小組成員間的溝通、交流，培養其團隊意識，拓展其知識面。這都使得學生掌握了更多的設計知識內容，拓寬了其知識面，同時也培養了其團隊協作的能力和其團隊意識。

2.5課程設計與機械創新大賽相結合，注重后續培養

機械設計課程設計與機械創新大賽相結合，作為提高大學生創新能力的一個新平臺，注重學生的后續培養。機械設計課程設計的目標之一即為培養學生的創新能力，但課程設計的時間畢竟很有限，最長的不超過一個月，而學生創新能力的培養是一個持續、漫長的過程。課程設計之后，繼續引導有較強創新思維的學生進行創新活動，將是一個更加重要的過程。

燕山大學創新基地是機械學院為眾多機械愛好者提供的學習和交流場所，有許多經驗豐富的指導教師，每年學生都有機會參加多種創新競賽，例如機創杯“機械爭霸賽”、科技制作大賽、滑翔機航模比賽、小型智能機器人比賽等。而由教師們指導的學生科技作品在全國大賽中也取得了優異成績，例如學生科技作品《健康節能飲水機》在第三屆全國大學生機械創新設計大賽天津賽區比賽中獲得第五名及二等獎的好成績。

為提高學生對課程設計興趣，把大賽作為一種標桿，引導學生創新潛能的開發。本著以學生為本，知識傳授、能力培養、素質提高、協調發展的教育理念和能力培養為核心的后續教育，有利于多樣化創新人才的培養，滿足國家對社會緊缺的復合型拔尖創新人才和應用人才的需要。

3 結束語

21世紀是科技、信息高度發達的社會，需要的是“能力型、素質性”人才。為了適應人才發展的需要，機械設計課程設計將逐漸從培養設計型人才為主向培養具有創新精神的、綜合性高素質人才的目標發展。課程設計教學過程中也必將越來越注重學生設計能力、自學能力、團隊協作能力、創新意識和能力的培養。

多元化的教學手段、多樣化和實用性的設計題目為提高學生的學習興趣、效果提供前提。改革設計手段，把學生作為設計的主體，為其提供廣闊的學習環境，自由的討論空間，相互協作的友好模式，合理、完善的考核制度，積極引導其創新思維，激發其創新潛能，必將逐步推進教學質量的穩步提高和學生綜合素質的加強。