三維軟件助力創(chuàng)新《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教學(xué)改革

李曉丹

摘 要：《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》是機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)的一門重要的專業(yè)必修課程，是一門綜合性、實(shí)踐性要求很高的課程，本文探討將三維軟件融入《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教學(xué)改革，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，同時(shí)也幫助學(xué)生培養(yǎng)實(shí)用創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；三維軟件；教學(xué)；機(jī)構(gòu)

在機(jī)械設(shè)計(jì)和制造類專業(yè)教學(xué)安排中，《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》是一門重要必備的課程，這門課程在整個(gè)專業(yè)培養(yǎng)方案中起著橋梁作用，承上啟下，給學(xué)生們后續(xù)學(xué)習(xí)夾具設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)等課程奠定必要的基礎(chǔ)。開設(shè)這門課程的意義在于培養(yǎng)學(xué)生把握機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的基本理論和基本途徑；使學(xué)生具有一般常用零部件設(shè)計(jì)的能力，提高學(xué)生對(duì)機(jī)械技術(shù)工作的適應(yīng)性，培養(yǎng)其開發(fā)創(chuàng)新能力，為后繼專業(yè)課程學(xué)習(xí)和今后從事設(shè)計(jì)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

我院以職業(yè)特點(diǎn)和專業(yè)發(fā)展的需要為出發(fā)點(diǎn)，打破原多門課程之間的清晰界限，將《理論力學(xué)》、《材料力學(xué)》、《機(jī)械原理》、《機(jī)械零件》、《工程力學(xué)》等課程整合成《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》一門課。刪減了從課程系統(tǒng)性和理論完整性考慮安排的傳統(tǒng)內(nèi)容，保留了實(shí)用的講授內(nèi)容。

本門課程的主要教學(xué)目標(biāo)是：

1）掌握常見機(jī)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)等基本知識(shí)，并初步具備分析、選取基本機(jī)構(gòu)的能力。

2）掌握通用機(jī)械零部件的原理特點(diǎn)、應(yīng)用和簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)計(jì)算方法，并初步具備分析和選擇簡(jiǎn)單機(jī)械傳動(dòng)裝置的能力。

3）具有應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖集以及其它相關(guān)技術(shù)資料的能力。

高等職業(yè)教育要求在教學(xué)過程中不必過于追求理論知識(shí)的完整性和系統(tǒng)性，只掌握本專業(yè)必備的理論知識(shí)即可，更加注重本專業(yè)技能的實(shí)用性、針對(duì)性以及所學(xué)的理論基礎(chǔ)知識(shí)在實(shí)際中的適用性。對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程，如果教師還采用以往的教學(xué)方式——以教師講授為主，學(xué)生被動(dòng)接受的傳統(tǒng)教學(xué)方法進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生在遇到實(shí)際待解決的問題時(shí)仍然手無足措，無法實(shí)現(xiàn)能力培養(yǎng)目標(biāo)要求。如何有效解決這些問題呢？本文針對(duì)這些問題提出將三維軟件融入課程教學(xué)改革中，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，提高學(xué)生的動(dòng)手能力。

一、課程改革要求

（一）突出學(xué)生主體，注重學(xué)生的能力培養(yǎng)

機(jī)械設(shè)計(jì)和制造類專業(yè)開設(shè)本門課程，培養(yǎng)中側(cè)重于機(jī)械設(shè)計(jì)理論、基本方法和基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)和工程素質(zhì)養(yǎng)成，學(xué)習(xí)中最大調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)熱忱，能夠在啟發(fā)、提示下自主地領(lǐng)會(huì)機(jī)械設(shè)計(jì)的必備理論以及設(shè)計(jì)思路，強(qiáng)化同學(xué)們的實(shí)踐能力，造就開創(chuàng)精神，使學(xué)生養(yǎng)成自我剖析和處理問題的習(xí)慣。

（二）尊重學(xué)生發(fā)展差異，重視教學(xué)過程評(píng)價(jià)，促進(jìn)學(xué)生能力擴(kuò)展

本課程在教學(xué)實(shí)踐中，倡導(dǎo)學(xué)生自我學(xué)習(xí)，在設(shè)計(jì)的已給定狀況下，激發(fā)學(xué)生積極思考、剖析，鼓勵(lì)多元思維辦法并將其表述出來，尊重學(xué)生能力差別。設(shè)立能鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)熱枕和自學(xué)能力的評(píng)價(jià)體系。最終評(píng)價(jià)應(yīng)該側(cè)重于測(cè)試同學(xué)們的知識(shí)運(yùn)用能力。評(píng)價(jià)應(yīng)有助于促進(jìn)同學(xué)們的知識(shí)應(yīng)用能力和健康人格的快速發(fā)展[ 1 ]。

（三）融合利用課程資源，改進(jìn)教學(xué)手段，發(fā)展多方面學(xué)習(xí)渠道

在《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教學(xué)實(shí)踐中，鼓勵(lì)學(xué)生觀察和思考日常生產(chǎn)生活中的各種表象，倡導(dǎo)他們結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)和生活中的各種案例發(fā)覺問題，在教師逐步引導(dǎo)下，學(xué)生自主獲取知識(shí)，通過剖析和推理，最終自我歸納、總結(jié)，通過使用三維軟件虛擬運(yùn)動(dòng)等方法，有效促進(jìn)學(xué)生扎實(shí)掌握基本設(shè)計(jì)理論，以培養(yǎng)他們的實(shí)際操作技能。通過三維軟件組織學(xué)生學(xué)習(xí)操作真實(shí)案例，使學(xué)生獲到模擬訓(xùn)練，加強(qiáng)學(xué)生提出問題、剖析問題、進(jìn)而自主處理問題的能力。

結(jié)合《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程要求，明確本課程的特點(diǎn)是以工作過程為主線的項(xiàng)目課程，將三維軟件融入整個(gè)教學(xué)過程中，設(shè)計(jì)貼近實(shí)際的工作項(xiàng)目，按照任務(wù)引入、任務(wù)分析、展開探索、任務(wù)完成、歸納提高的過程進(jìn)行教學(xué)改革。

二、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)改革實(shí)例

以往教學(xué)實(shí)踐模式無法使學(xué)生將《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程中學(xué)到的知識(shí)轉(zhuǎn)化為職業(yè)技能。學(xué)生通過老師單方面?zhèn)魇趯?duì)四桿機(jī)構(gòu)、螺紋連接、齒輪傳動(dòng)等只懵懂一點(diǎn)原理，被動(dòng)接受知識(shí)收效不好，在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中還是手足無措。

最有效的措施就是選用直觀的三維軟件幫助教學(xué)。通過軟件制作虛擬現(xiàn)實(shí)的沖床、凸輪機(jī)構(gòu)、帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、減速機(jī)等。課程變“黑板上畫機(jī)構(gòu)”為“電腦上驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)工作”，消除了理論與實(shí)踐之間的距離，以便日后實(shí)現(xiàn)“零距離”就業(yè)對(duì)接。

教學(xué)過程中，師生在三維軟件空間環(huán)境下展示機(jī)構(gòu)模型，可以隨時(shí)根據(jù)學(xué)生的掌握情況任意旋轉(zhuǎn)、平移、變色、縮放、剖開截面，彌補(bǔ)學(xué)生看圖能力差、想象力不足的缺陷，達(dá)到寓教于樂，事半功倍的教學(xué)效果。學(xué)生在做的過程中體會(huì)機(jī)構(gòu)的工作原理，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了在專業(yè)課中學(xué)軟件。可以說專業(yè)課與軟件課具有相輔相成的效果。

在減速器設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生對(duì)完成對(duì)齒輪軸的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算存在困難，單純理論計(jì)算讓學(xué)生無從下手，而且計(jì)算過程枯燥，很難調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。應(yīng)用UG軟件的分析功能中的“強(qiáng)度向?qū)А笨山鉀Q這一難題，“強(qiáng)度向?qū)А币徊揭徊降匾龑?dǎo)學(xué)生完成對(duì)構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度計(jì)算。首先選擇研究對(duì)象（已有的零件模型）和構(gòu)件的材料；給出載荷的類型、大小、方向和作用位置；然后確定約束的類型和位置，最后由計(jì)算機(jī)完成模擬計(jì)算。用云圖表明零件各部位的應(yīng)力、變形和結(jié)構(gòu)的合理性，最終生成一份計(jì)算說明書。學(xué)生在這個(gè)過程中，對(duì)自己設(shè)計(jì)的構(gòu)件強(qiáng)度分布情況一目了然，可有方向性的優(yōu)化構(gòu)件結(jié)構(gòu)，做到有的放矢。

將三維軟件引入機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)中，教學(xué)過程呈現(xiàn)出學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，教師只起引導(dǎo)作用，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下自主學(xué)習(xí)，邊做邊學(xué)，邊學(xué)邊做，完成教師制定的項(xiàng)目，取得項(xiàng)目成果。在此過程中，學(xué)生得到了真實(shí)的滿意感，培養(yǎng)出自覺探究問題的興趣，賦予創(chuàng)造力，教師在此過程中傳授給學(xué)生獲取知識(shí)解決問題的能力方法。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙志群，等.現(xiàn)代職業(yè)教育教師專業(yè)化發(fā)展叢書[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2013.

作者簡(jiǎn)介：

李曉丹（1982-），女，河北秦皇島人，碩士，副教授，主要研究方向：模具CAD/CAE應(yīng)用。