基于工程化模式的“機械原理課程設計”教學改革

陳東 王銳昌 劉春麗 唐萍 李媛

摘 要：針對目前機械原理課程設計中存在的問題，對其在選題方式、設計形式、設計方法上進行工程化教學改革。教師應基于科研和教學實踐，實現(xiàn)課題來源的工程化、多元化，改變課題單一的問題；基于多元化的課題，建立完善的“機械原理課程設計”素材庫；基于科研工作流程，實現(xiàn)課程設計過程的工程化。另外，設計要突出創(chuàng)新性和主觀能動性，并鼓勵應用現(xiàn)代工程設計手段，實現(xiàn)課程設計和工程實踐的緊密結(jié)合，以期取得較好的教學效果。

關鍵詞：工程教育模式；機械原理課程；教學改革

機械原理課程是機械類專業(yè)中一門重要的專業(yè)基礎課，在整個課程體系中具有重要地位，通常安排在基礎課和專業(yè)課之間，起著承前啟后的作用。機械原理課程設計是機械專業(yè)學習中首個接觸工程的環(huán)節(jié)，因此，廣泛地利用科研實踐相關資源，開展相應的工程化改革，對于培養(yǎng)學生的工程意識和創(chuàng)新能力有重要的作用。

一、目前機械原理課程設計中存在的問題

目前，在我校的“機械原理課程設計”教學中，有固定模式的“機械原理課程設計指導書”。學生可以按照固定的設計流程，先進行系統(tǒng)方案的選擇，再進行傳動比分配，然后設計系統(tǒng)運動循環(huán)圖，設計系統(tǒng)方案中的凸輪和連桿等機構(gòu)并繪制機構(gòu)運動簡圖，可采用圖解法和解析法對機構(gòu)進行運動分析和力分析，最后編寫課程設計說明書。而機械原理課程設計中還存在一些問題。

1.設計題目陳舊、單一

目前經(jīng)常采用的題目有薄板沖壓機構(gòu)設計、牛頭刨床連桿機構(gòu)設計、插床連桿機構(gòu)設計等，多年來題目并沒有大的改變。無論是用圖解法還是解析法，設計中都是側(cè)重理論計算，偏重知識積累，設計題目陳舊、單一，導致學生學習興趣不高。

2.全班同做一個題目，沒有考慮個體差異性

例如，學生的設計題目連續(xù)兩年都是“薄板沖壓機構(gòu)設計”，區(qū)別只是設計行程、生產(chǎn)阻力、生產(chǎn)效率等幾個參數(shù)的不同；而且學生并沒有自己擬定傳動方案，只是按照設計說明書走一個過程，因此該題目沒有起到設計新型機構(gòu)和鍛煉創(chuàng)新能力的目的。很多學生的設計目的僅僅是通過考核，并沒有主動參與的熱情，更體會不到學習的樂趣，且抄襲和模仿現(xiàn)象嚴重，更不具備創(chuàng)新能力。

3.設計內(nèi)容單一，缺乏整機設計理念

一部機器由原動機、中間傳動系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)三部分組成，但目前該課程設計中，學生只對其中的執(zhí)行系統(tǒng)進行分析設計，缺乏整機設計理念和系統(tǒng)訓練。沒有機械系統(tǒng)的方案設計和機構(gòu)的選型設計，學生處于一種被動的狀態(tài)，自主設計和發(fā)揮主觀能動性的內(nèi)容非常少，無法激發(fā)學生的創(chuàng)造力，也不利于對學生創(chuàng)新思維和工程實踐能力的培養(yǎng)與訓練。

二、教學改革內(nèi)容

針對目前“機械原理課程設計”中存在的問題，筆者擬在選題方式、設計形式、設計方法上進行改革。

1.基于科研項目，實現(xiàn)課題來源的“工程化、多元化”

課程設計題目的選擇直接關系到整個課程設計所能取得的訓練效果，對學生“工程化”素養(yǎng)、設計能力和創(chuàng)造精神的培養(yǎng)起著至關重要的作用。

因此，教師要改變目前的單一題目方式，從生產(chǎn)、生活實際出發(fā)，讓學生真刀真槍地做一個實際題目；將學生課外科技創(chuàng)新活動、學科競賽以及教師的教學、科研等多方面的主題引入課程設計中，讓學生在教師的指導下自主選擇題目、設計題目，這樣才能使內(nèi)容不再單一，從而提高學生的研究興趣。其題目來源于生產(chǎn)、生活實際，部分題目見表1。

2.基于科研課題，建立完善的“機械原理課程設計”素材庫

在進行改革的過程中，教師應持續(xù)地對設計題目和素材進行積累和總結(jié)，建立“機械原理課程設計”素材庫，將課題按照設計類型、設計難度、設計工作量和檢驗標準等進行歸納和總結(jié)，以方便學生進行選取、模仿、改進和創(chuàng)新。

3.基于科研工作流程，實現(xiàn)設計內(nèi)容的“工程化”

改變現(xiàn)行的按照設計指導書的固定步驟、固定內(nèi)容進行設計的模式。擬選取的題目是生產(chǎn)、生活中的某一實際需求。學生為了設計出真正的產(chǎn)品，必須發(fā)揮自身的主觀能動性，進行自主學習與研究。教師可在設計環(huán)節(jié)中增加文獻資料檢索、方案分析、可行性論證及答辯環(huán)節(jié)，以鍛煉學生的分析能力和綜合能力，同時，教師在評分標準中要注重學生的設計過程而非設計結(jié)果，以強化對學生創(chuàng)新能力和自主學習能力的培養(yǎng)。

4.鼓勵應用現(xiàn)代工程設計手段

圖解法和解析法是目前課程設計中的兩種常用方法。圖解法的幾何運動概念清晰直觀，便于理解，但存在做圖復雜、工作量大、精度低、效率低等缺陷；解析法答案精確、可求整個過程完整參數(shù)，但存在過程抽象、建模過程復雜、理解困難等弊端。

圖解法是課堂教學中的主要方法，課程設計中應將重心調(diào)整到精度更高、實用性更強的解析法上來；鼓勵學生在課程設計中采用計算機三維軟件進行設計和分析，使各構(gòu)件的運動變化及運動形式形象地顯示出來，使原來二維的抽象問題直觀化、形象化，以便學生更快地掌握現(xiàn)代機械工程設計的手段和方法。

三、結(jié)語

為全面提升應用型人才的培養(yǎng)質(zhì)量，充分發(fā)揮科研和實踐對課程的促進作用，筆者對機械原理課程設計進行了工程化的教學改革。首先，通過建立“基于科研項目的研究式學習方法”，提高學生自主學習的能力，讓學生積極地進行探究與發(fā)現(xiàn)，自主地進行知識的整合與建構(gòu)，使項目完成的全過程變成學習者學習活動的全過程。其次，基于科研工作，實現(xiàn)課題來源的“工程化、多元化”，使設計過程與工程實踐緊密結(jié)合，激發(fā)學生的積極性和創(chuàng)造性，使其建立工程意識，培養(yǎng)工程應用能力，鍛煉解決工程實際問題的能力。最后，基于科研課題，建立了完善的“機械原理課程設計”素材庫。

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（責任編輯：王 瑜 莊 源）