《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》改革的探索與實(shí)踐

摘要：《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》為工科機(jī)械類專業(yè)本科生的一個(gè)重要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。為加強(qiáng)學(xué)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，課題組嘗試將該課程設(shè)計(jì)由以往的“分析為主”改變?yōu)椤霸O(shè)計(jì)為主”。實(shí)踐表明，此項(xiàng)課程設(shè)計(jì)在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)獨(dú)立解決有關(guān)本課程的實(shí)際工程問題的能力和創(chuàng)新能力等方面效果顯著。

關(guān)鍵詞：機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)；機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)；機(jī)構(gòu)尺度綜合；機(jī)構(gòu)仿真

《機(jī)械原理》是高等工科院校機(jī)械專業(yè)必修的一門重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課[1，2]，《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》則是使學(xué)生較全面系統(tǒng)地掌握及深化機(jī)械原理課程的基本原理和方法，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，提高分析和解決工程實(shí)際問題的能力的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。

一、問題的提出

我校《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》所選用的設(shè)計(jì)題目以往多為針對不同類型的連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析及動(dòng)態(tài)靜力分析。機(jī)構(gòu)的類型機(jī)構(gòu)及尺寸由教師指定，一般為平面六桿機(jī)構(gòu)。班級各學(xué)生所需分析的機(jī)構(gòu)類型或機(jī)構(gòu)的尺寸不同。

隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，對高等教育的要求也在不斷提高。培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的人才，提高工科學(xué)生的綜合能力已成為機(jī)械工程教育工作者的共識(shí)。在此大環(huán)境下，對《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》進(jìn)行改革，將以分析為主的《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》改變?yōu)椤皺C(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)[3，4]——型綜合——尺度綜合——運(yùn)動(dòng)動(dòng)力分析”的設(shè)計(jì)型《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》，勢在必行。

二、設(shè)計(jì)型《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》

課題組首次在大三詹天佑班及車輛專業(yè)部分學(xué)生中試點(diǎn)，進(jìn)行了設(shè)計(jì)型《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》的探索與實(shí)踐。

課題組在充分調(diào)研查閱的基礎(chǔ)上，選用文獻(xiàn)[5]作為主要參考教材，并自編了與之配套的任務(wù)書等教學(xué)資料。

1.設(shè)計(jì)的目的及任務(wù)。設(shè)計(jì)型《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》的目的在于：使學(xué)生鞏固理論知識(shí)，并使其對于機(jī)械的組成結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)學(xué)以及動(dòng)力學(xué)的分析與設(shè)計(jì)建立較完整的概念；掌握機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容、方法和步驟，培養(yǎng)機(jī)構(gòu)選型與組合和確定運(yùn)動(dòng)方案的能力；培養(yǎng)學(xué)生表達(dá)、歸納、總結(jié)和獨(dú)立思考與分析的能力。其任務(wù)為：針對某種簡單機(jī)器（它的工藝動(dòng)作過程比較簡單）進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡圖設(shè)計(jì)，包括機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)與評定，機(jī)構(gòu)尺度綜合等。

2.設(shè)計(jì)題目。本次《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》選擇了“圓盤型自動(dòng)包本機(jī)進(jìn)本系統(tǒng)”、“水稻插秧機(jī)”等六種機(jī)械系統(tǒng)作為設(shè)計(jì)與分析的對象。各個(gè)機(jī)械系統(tǒng)由多個(gè)能夠完成具體工作的機(jī)構(gòu)組成，其各組成機(jī)構(gòu)必須動(dòng)作協(xié)調(diào)，方能實(shí)現(xiàn)預(yù)期要求的功能。教師根據(jù)各機(jī)械系統(tǒng)所包含的具體工作機(jī)構(gòu)的數(shù)目，將學(xué)生分為2～4人一組，每位學(xué)生在完成所要求的整體機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的前提下，還須獨(dú)立完成該機(jī)械系統(tǒng)中的指定工作機(jī)構(gòu)的型綜合、尺度綜合及其運(yùn)動(dòng)分析（動(dòng)力分析部分為選作）。因此，任意一名學(xué)生的工作均需各自完成，不可能“拷貝”他人成果。

3.設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求。設(shè)計(jì)型《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》要求學(xué)生根據(jù)教師下達(dá)的任務(wù)書完成：①全組討論及提出兩個(gè)以上系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案；②經(jīng)比較、選優(yōu)，確定系統(tǒng)最終方案；③每個(gè)學(xué)生設(shè)計(jì)分析總體系統(tǒng)中的一個(gè)機(jī)構(gòu)；④每個(gè)學(xué)生對自己設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)運(yùn)用解析法完成機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析；運(yùn)用解析法選作機(jī)構(gòu)受力分析；⑤每個(gè)學(xué)生運(yùn)用軟件選作機(jī)構(gòu)的仿真與驗(yàn)證；⑥完成設(shè)計(jì)說明書。

三、《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》指導(dǎo)方法的改革

1.《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》前期工作。《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》為期兩周，為使學(xué)生能夠有充分的時(shí)間消化理解《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》的內(nèi)容，做好先期準(zhǔn)備工作，我們提前一周半進(jìn)行《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》授課。許多學(xué)生聽課后即開始查閱資料，重溫課程設(shè)計(jì)中所用到的相關(guān)先修課程的知識(shí)，討論方案，主動(dòng)找老師答疑等，教師也插空到班級輔導(dǎo)，收到良好的效果。

2.集思廣益，確定機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案。各組學(xué)生擬定出兩個(gè)以上機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方案。所有參加設(shè)計(jì)型《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》的六十多名學(xué)生一起進(jìn)行討論，集思廣益，優(yōu)選機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案。具體做法為：每組選派一名學(xué)生主講，其他學(xué)生補(bǔ)充，借助PPT介紹本組初定的幾種設(shè)計(jì)方案，指出各方案的優(yōu)缺點(diǎn)及篩選原因，其他學(xué)生提出問題及建議。通過討論，學(xué)生對許多概念、基本理論有了新的認(rèn)識(shí)和理解，鞏固了課堂教學(xué)中學(xué)到的知識(shí)，并且各組學(xué)生取長補(bǔ)短，相互學(xué)習(xí)，開闊了思路，對本組原有的設(shè)計(jì)方案又有了許多新的設(shè)想。

3.理論聯(lián)系實(shí)際，完成機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。由于所承擔(dān)的任務(wù)不同，每個(gè)學(xué)生必須獨(dú)立完成總體系統(tǒng)中一個(gè)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，難度較大。指導(dǎo)教師與實(shí)驗(yàn)室老師一道，帶領(lǐng)學(xué)生參觀各類機(jī)構(gòu)模型，演示各類機(jī)構(gòu)動(dòng)畫，講解各類機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)及適用場合，一一解答學(xué)生的各種問題。指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用solidworks軟件對自己設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真與驗(yàn)證。

4.綜合運(yùn)用知識(shí)，對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和力分析。教師對運(yùn)用解析法對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)態(tài)靜力分析進(jìn)行了較為詳細(xì)的講解，對運(yùn)用solidworks軟件和ADAMS軟件進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析和力分析的方法及常見問題的解決進(jìn)行了輔導(dǎo)，使得學(xué)生在求解機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程中即“知其然”又“知其所以然”。

5.在課程設(shè)計(jì)的各環(huán)節(jié)中強(qiáng)化學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。教師在課程設(shè)計(jì)整個(gè)過程中注重對學(xué)生查閱文獻(xiàn)、基礎(chǔ)理論知識(shí)的掌握、各科知識(shí)的融會(huì)貫通、理論聯(lián)系實(shí)際、獨(dú)立思考、綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題、動(dòng)手能力、克服困難、創(chuàng)新意識(shí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神等多方面的能力進(jìn)行培養(yǎng)，并在對每位學(xué)生單獨(dú)進(jìn)行答辯的過程中加以考核。強(qiáng)化了對學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，效果較為理想。許多學(xué)生感慨，這次課設(shè)雖經(jīng)歷了許多困難，但收獲了知識(shí)，獲得了成功的喜悅。

四、結(jié)束語

開展“設(shè)計(jì)型《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》”，收效明顯：

1.使學(xué)生進(jìn)一步鞏固和加深了對理論知識(shí)的理解，并逐步掌握了工科學(xué)生應(yīng)具備的理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)習(xí)方法。

2.調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，使學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作精神和綜合素質(zhì)得到了提高。

3.促進(jìn)了師資的培養(yǎng)，教師自身的業(yè)務(wù)水平得到提高，隊(duì)伍得到了鍛煉。

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基金項(xiàng)目：2012年遼寧省教改立項(xiàng)項(xiàng)目（遼教發(fā)[2012]130號(hào)），2011年大連交通大學(xué)教改立項(xiàng)項(xiàng)目，2011年大連交通大學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究與開發(fā)立項(xiàng)項(xiàng)目