機(jī)械設(shè)計(jì)類課程教學(xué)改革與創(chuàng)新人才培養(yǎng)

孫啟新++席平原

摘 要：本文分析了機(jī)械設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，結(jié)合當(dāng)前高等教育發(fā)展形勢(shì)，提出了基于三維CAD的項(xiàng)目式教學(xué)法的改革措施。對(duì)該類課程采用項(xiàng)目式教學(xué)的項(xiàng)目選擇、教學(xué)過(guò)程實(shí)施及評(píng)價(jià)進(jìn)行探討，充分發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體作用，全面提升學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì) 項(xiàng)目式教學(xué)法 三維CAD

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（b）-0175-02

實(shí)現(xiàn)以教為主（老師滿堂灌）向以學(xué)為主轉(zhuǎn)變，以課堂教學(xué)為主（過(guò)分重課堂）向課內(nèi)外結(jié)合轉(zhuǎn)變，以結(jié)果評(píng)價(jià)為主（過(guò)分重分?jǐn)?shù)）向結(jié)果和過(guò)程結(jié)合轉(zhuǎn)變，是中國(guó)高等教育發(fā)展到今天早已達(dá)成共識(shí)的三個(gè)改革目標(biāo)。如何實(shí)現(xiàn)這三個(gè)目標(biāo)，至今沒(méi)有成熟的方法。本文以機(jī)械設(shè)計(jì)類課程為例探討創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。

以知識(shí)傳授為基礎(chǔ)，以能力培養(yǎng)和素質(zhì)提升為目的是本課程教學(xué)改革的總體目標(biāo)。本文將項(xiàng)目式教學(xué)引入機(jī)械設(shè)計(jì)類課程教學(xué)中，將三維CAD造型軟件、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)等課程教學(xué)有機(jī)融合在一起，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性。

1 項(xiàng)目式教學(xué)法的實(shí)施原則

機(jī)械設(shè)計(jì)類課程主要包括：機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，是機(jī)械類專業(yè)重要的專業(yè)技術(shù)課程，課程具有很強(qiáng)的理論性和應(yīng)用性，特別是機(jī)械設(shè)計(jì)其課程內(nèi)容龐雜，各章自成體系，初學(xué)看似毫無(wú)聯(lián)系，采用傳統(tǒng)的“講授新課-布置作業(yè)-復(fù)習(xí)舊課”的課堂組織模式，很難調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，教學(xué)效果較差。

以工程項(xiàng)目為背景的教學(xué)方法是以學(xué)生、項(xiàng)目和能力培養(yǎng)為中心，而不是傳統(tǒng)的課堂、教材和書(shū)面作業(yè)、卷面考試。在具體的實(shí)施過(guò)程中一般要遵循以下原則。

（1）實(shí)施過(guò)程要具有可操作性，特別是要注重提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，既能全面提高學(xué)習(xí)效果，又不會(huì)過(guò)度增加學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。

（2）在教學(xué)過(guò)程中，以學(xué)生為中心，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)新精神，讓學(xué)生根據(jù)自身需求推動(dòng)學(xué)習(xí)過(guò)程的進(jìn)行；教師起輔助作用，負(fù)責(zé)整個(gè)教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)和組織。

（3）選取的工程項(xiàng)目要適合，既要滿足教學(xué)內(nèi)容要求，又能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。

（4）要具有供豐富的學(xué)習(xí)資源和良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境。

（5）以項(xiàng)目的完成情況來(lái)評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和成績(jī)。

2 項(xiàng)目的選擇

機(jī)械設(shè)計(jì)課程的培養(yǎng)目標(biāo)是傳授一般通用機(jī)械整機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程所需要的知識(shí)和技能，包括：運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力設(shè)計(jì)。要使學(xué)生學(xué)完此類課程后，只要提供工藝所要求的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和載荷譜，不管是何類機(jī)械都可進(jìn)行設(shè)計(jì)，徹底改變畢業(yè)設(shè)計(jì)“抄圖加校核”的現(xiàn)象。課程必須要完成一個(gè)簡(jiǎn)單整機(jī)設(shè)計(jì)全過(guò)程的訓(xùn)練，使學(xué)生具有純機(jī)械傳動(dòng)的原始創(chuàng)新能力。

所以，選用項(xiàng)目要能夠?qū)⒄麄€(gè)課程內(nèi)容串聯(lián)起來(lái)，使學(xué)生對(duì)整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)有一個(gè)整體認(rèn)識(shí)，而不是局限在單個(gè)零件上。通過(guò)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，讓學(xué)生主動(dòng)尋找解決問(wèn)題得方法，在實(shí)踐中去提高能力。同時(shí)，項(xiàng)目不能太復(fù)雜，使學(xué)生既學(xué)習(xí)了知識(shí)、鍛煉了能力，又不會(huì)太大的增加學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。

基于以上目的，在教學(xué)過(guò)程之中選用步進(jìn)式工件輸送機(jī)作為項(xiàng)目式教學(xué)的工程案例。該機(jī)由電動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)裝置、工作機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)滑架往復(fù)移動(dòng)。通常步進(jìn)式工件輸送機(jī)傳動(dòng)裝置常由減速器和一級(jí)開(kāi)式齒輪傳動(dòng)組成，也可由帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)組成。工作機(jī)構(gòu)可選用曲柄搖桿系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)輸送，也可以采用其它機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，如導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)等。所以該項(xiàng)目涵蓋了機(jī)械原理和機(jī)械零件的所有基本內(nèi)容，符合教學(xué)內(nèi)容要求。既充分可鍛煉學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，又可充培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

3 項(xiàng)目教學(xué)法的實(shí)施步驟

以學(xué)生較熟悉的齒輪減速器、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等為設(shè)計(jì)內(nèi)容，將工件輸送機(jī)的設(shè)計(jì)貫穿到每一章的教學(xué)中。第一步，每一章的教學(xué)以工件輸送機(jī)特別是減速器對(duì)應(yīng)的零部件為主體，引出該章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容；第二步，通過(guò)老師講解和學(xué)生自學(xué)去尋找解決問(wèn)題的方法；第三步，學(xué)生提出可行的設(shè)計(jì)方案，經(jīng)分組討論后確定最終方案；第四步，參考教材設(shè)計(jì)步驟和方法進(jìn)行相關(guān)參數(shù)及尺寸計(jì)算；第五步，用三維軟件進(jìn)行建模仿真，有必要的可生成工程圖；第六步，將計(jì)算和模型提交老師進(jìn)行作業(yè)評(píng)價(jià)。在教學(xué)中將學(xué)生分組進(jìn)行，每組3～4人，大家協(xié)同作戰(zhàn)，教師就參與討論，把握設(shè)計(jì)方向。第四、五步學(xué)生在課下完成，其他步驟根據(jù)課程安排和學(xué)生掌握情況合理分配課上和可課下時(shí)間，主要原則是以學(xué)生為主，教師為輔。

例如，在講到連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，老師用工件輸送機(jī)的視頻引出何為連桿機(jī)構(gòu)及其在工程中的應(yīng)用；然后用少量時(shí)間介紹完連桿機(jī)構(gòu)的學(xué)習(xí)內(nèi)容；接下來(lái)提出設(shè)計(jì)項(xiàng)目，讓學(xué)生在解決工件輸送機(jī)工作機(jī)構(gòu)的過(guò)程中進(jìn)一步熟悉教學(xué)內(nèi)容，提出自己的設(shè)計(jì)方案并分組加以討論；選定方案后經(jīng)初步計(jì)算，便可用三維CAD軟件進(jìn)行建模，并進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真分析；根據(jù)分析結(jié)果修改方案和參數(shù)，直到滿意為止；最后上交設(shè)計(jì)分析材料，教師對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

三維CAD建模是機(jī)械類學(xué)生必須掌握的基本技能，學(xué)校都設(shè)有UG、Pro/Engineer等軟件的教學(xué)部課程。將引其引入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一方面將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法相結(jié)合，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；另一方面可減少學(xué)生課下作業(yè)量。學(xué)生只需完成零部件的三維模型，而不是去畫(huà)工程圖。這樣可大大提高項(xiàng)目是教學(xué)模式的可行性。

同時(shí)將三維CAD軟件的學(xué)習(xí)應(yīng)用與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)性相結(jié)合，也可解決CAD軟件教學(xué)中的一些弊病。傳統(tǒng)的CAD軟件教學(xué)只注重建模的基本命令和操作流程，老師給出圖形學(xué)生去建模，這樣學(xué)生只能機(jī)械的接受，不能靈活運(yùn)用。CAD軟件的最大優(yōu)勢(shì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這一點(diǎn)被課堂教學(xué)完全忽略了。將CAD軟件融入項(xiàng)目是教學(xué)可大大彌補(bǔ)這一點(diǎn)。

4 項(xiàng)目教學(xué)法實(shí)施后的成效與反思

機(jī)械設(shè)計(jì)類課程應(yīng)用性較強(qiáng)，圖表、公式較多，內(nèi)容相對(duì)枯燥繁雜，學(xué)生掌握起來(lái)較困難。通過(guò)項(xiàng)目式教學(xué)，可將零散的內(nèi)容串聯(lián)起來(lái)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性；同時(shí)將學(xué)生所學(xué)的CAD軟件應(yīng)用到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，真正做到學(xué)以致用。不但能有效的提高本課程的教學(xué)質(zhì)量，而且為學(xué)生將來(lái)走向工作崗位打下較好的基礎(chǔ)。真正讓學(xué)生做設(shè)計(jì)而不只是學(xué)設(shè)計(jì)。在今后的教學(xué)實(shí)踐中對(duì)于這種教學(xué)方法的應(yīng)用還需要我們不斷地加以探索和研究，進(jìn)一步選用更多合適的設(shè)計(jì)項(xiàng)目案例應(yīng)用到教學(xué)中。

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