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分析當前《機械設計》課程設計教學中存在的問題，從提高學生興趣，課程設計前的準備、設計過程以及答辯總結(jié)等方面提出了相應對策，以切實提高課程設計教學效果。
關(guān)鍵詞：機械設計；課程設計；問題；對策
引言
課程設計是機械類專業(yè)在完成機械設計或機械設計基礎課程后進行的一項重要的實踐教學環(huán)節(jié)，是學生首次接受較全面的工程設計訓練。該課程要求學生綜合運用已學過的多門基礎課程來解決工程問題，對學生樹立正確的設計思想、提高綜合分析能力、培養(yǎng)良好的工程素質(zhì)具有重要作用，學生在課程設計中的收獲會直接影響到后續(xù)專業(yè)課程的學習，甚至對以后的畢業(yè)設計和實際工作都有著重要的影響。
1. 當前課程設計中存在的問題
1.1 對課程設計興趣不高，不能積極地投入課程設計工作
部分學生認為課程設計就是畫圖，對課程設計認識不足，加之課程設計長期沿用減速器設計作為設計對象，使設計內(nèi)容陳舊、單一，設計過程太枯燥，學生興趣不高。
1.2 時間短，任務重；學生多，教師少
我校《機械設計》課程設計分三類：（1）一周，學生需要完成螺旋起重器設計和繪制螺旋起重器裝配圖一張（2 號圖），設計說明書計算說明書一份；（2）二周，學生需要完成減速器設計（單級）和繪制減速器裝配圖一張（1號圖）和零件圖二張，設計說明書計算說明書一份。（3）三周，學生需要完成減速器設計（雙級）和繪制減速器裝配圖一張（0號或1號圖）和零件圖二至三張，設計說明書計算說明書一份。課程設計的期間，學生每天要工作十個多小時，有時個別學生還需要熬夜加班。常有學生在完成課程設計后感嘆，這門課程是上大學以來學的最累的一門。由于繪圖工作量較大，繪圖占據(jù)了學生大部分的時間和精力，學生對設計理念、過程和方法的體會與思考相對較少，削弱了課程設計的教學效果。
另外，隨著招生規(guī)模的增大，教師數(shù)量相對偏少，經(jīng)常是一名教師指導一個班，甚至兩到三個班，教師很難在指導課程設計時照顧到每一個學生。
1.3 學生工程意識不強，對機械設計的過程和一般規(guī)律認識不足
在開始階段，學生面對課程設計題目往往心中一片茫然，不知道從何處入手；在課設中，少數(shù)學生對教師指導過于依賴，自主性差，遇到問題，即使對一些很容易就可以從設計指導書或手冊中直接查到的問題，也不能主動地通過查找手冊資料和獨立思考來尋求解決方案，而是一味地詢問指導教師，或互相抄襲。
1.4 相關(guān)課程基礎不夠扎實，直接影響了課程設計的效果和進度
課程設計要應用機械設計課程知識，還要用到工程圖學、理論力學、材料力學、工程材料、加工工藝以及公差和互換性等多門課程的知識，這些課程中任何一門基礎不牢固，都會在課程設計中表現(xiàn)出來，影響課程設計的教學效果。在這些先修課程中，工程圖學對設計的影響尤為突出。比如，課程設計時有相當一部分學生視圖投影概念不清，對螺紋連接、齒輪以及軸承等標準件的表達方法不能熟練運用，出現(xiàn)大量的制圖錯誤。另外，現(xiàn)行機械設計或機械設計基礎教材有關(guān)零件設計的內(nèi)容主要是圍繞零件的強度設計展開，對零件的結(jié)構(gòu)設計言之甚少，造成學生的結(jié)構(gòu)設計能力較弱， 而實際機械設計中結(jié)構(gòu)設計的工作量要遠大于強度設計的。
2. 提高課程設計教學效果采取的對策
2.1 做好學生的思想工作，提高學生對課程設計的興趣，充分調(diào)動其積極性
部分學生對課程設計興趣不高，在課程設計中不能積極主動地投入，最根本的原因是對課程設計的重要性和必要性認識不足，不清楚課程設計的作用、地位，以及對后續(xù)課程的影響，這就需要教師在布置任務時進行充分的說明和正確的引導， 使學生提高認識，端正態(tài)度，自覺地投入到課程設計工作中去。
在機械設計或機械設計基礎課程中，介紹各種常用機構(gòu)及通用零部件的設計方法，這些內(nèi)容一般自成章節(jié)，具有一定的相對獨立性，學生對各章節(jié)之間的聯(lián)系認識不夠明確。在此之前，學生已完成了基礎課程一系列先修基礎課程，如工程圖學、理論力學、材力力學、工程材料、加工工藝學等，但由于沒有進行綜合性的訓練，還不能熟練地應用這些知識解決工程問題。
2.2 強調(diào)對機械設計過程的理解與認識，培養(yǎng)學生的工程意識
課程設計的過程比結(jié)果更重要。課程設計最根本的目的是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識解決工程問題的能力，使其初步掌握解決工程問題的一般過程和方法。強調(diào)機械設計過程主要有幾個方面：
一是了解完成一項機械設計項目要經(jīng)過哪幾個階段，每個階段需要考慮哪些問題。學生在課程設計過程中之所以感到時間緊張，不完全是因為計算和繪圖的工作量太大，而在很大程度上是因為對機械設計的工作過程和一般規(guī)律理解不夠深刻，在拿到題目時一片茫然，不知道從何處著手，漫無目的的翻閱資料，或等待觀望，無謂地浪費時間；再者由于設計時考慮問題不全面，導致返工而浪費時間。學生若知道了機械設計的過程，也就明確了前進的方向，知道什么時候該干什么，每一步的前后有何關(guān)聯(lián)，做某項工作必須具備哪些條件，哪些是已知的，哪些是可以查到的，哪些是必須經(jīng)過必要的預先計算得到，這樣就可以有條不紊地展開設計工作，不會顧此失彼，避免無謂的返工，也就不會感到時間緊張。
二是要學會面對工程問題時的解決思路和方法。課程設計的一個重要目的，就是培養(yǎng)學生設計機械產(chǎn)品時對創(chuàng)意的實現(xiàn)能力，雖然課程設計一般僅設計傳動系統(tǒng)，但其內(nèi)容包含了機械設計過程的最關(guān)鍵部分：制定方案、工作能力設計計算、結(jié)構(gòu)設計和各部分的協(xié)調(diào)等。理論課程與實際工程中所要解決的問題的區(qū)別在于， 前者是要求明確、規(guī)范化了的，而后者往往是籠統(tǒng)、模糊的。如何將敘述模糊、概括的設計要求進行明確、細化，從而將一個復雜的工程問題分解為一系列條件明確易于求解的簡單問題，然后將這些問題逐個解決，最后再綜合起來，通過統(tǒng)一協(xié)調(diào)，得到一個系統(tǒng)完整的解決方案，并形成規(guī)范的圖紙和計算說明書等工程文件，學生必須在課程設計過程中認真實踐、體會，才能學到手，而掌握了這些思路和方法，對畢業(yè)設計和將來的實際工作都是非常有益的。
三是養(yǎng)成嚴謹細致、認真負責的工作作風。設計時要重視培養(yǎng)學生養(yǎng)成嚴謹細致、認真負責的良好工作作風，這也是工程技術(shù)人員的基本素質(zhì)。要求學生在課程設計過程中，每一個數(shù)據(jù)，每一條線都要有所依據(jù)，不能想當然地隨意定，或者盲目地照搬手冊或圖例中的數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)。要讓學生意識到，在自己完成的說明書和圖紙上簽下自己的名字，就代表要為所提交的材料負責。
2.3 進行課程設計前做好充分的技術(shù)準備工作
課程設計之前，指導教師應與學生互相配合，做好充分的準備工作，主要包括以下幾個方面：
（1）講課時復習和補充必要的相關(guān)知識，如機械制圖、公差與互換性、工程材料與機械加工工藝等。學生所提交的設計說明書和圖紙存在的問題主要包括兩類，一類是純粹的繪圖錯誤，另一類是由于對公差與互換性、加工工藝等課程相關(guān)知識理解不夠而導致的制圖錯誤，主要是標注錯誤，比如形位公差、精度等級、粗糙度的選擇與標注錯誤以及尺寸鏈閉合等。有的課程，比如機械制圖，一般在大一完成，由于在后續(xù)課程中應用較少，到課程設計時很多知識已經(jīng)淡忘，致使課程設計中出現(xiàn)過多的繪圖問題，即使一些最基本的標準件畫法（例如螺紋連接、齒輪、軸承等），都有不少同學畫錯。在機械設計課程中講到相關(guān)章節(jié)時， 附帶將一些課程設計中容易出現(xiàn)錯誤的問題回顧一下，這樣可以使學生加深印象，從而在課程設計中少犯繪圖錯誤，以便將主要精力放在設計上。比如講到螺紋聯(lián)接的類型時，結(jié)合每種聯(lián)接型式的特點回顧螺紋聯(lián)接的畫法，指出容易出現(xiàn)的錯誤；介紹齒輪結(jié)構(gòu)設計時，復習齒輪嚙合位置的表達方法和齒輪零件工作圖的內(nèi)容及常見問題；講解軸承類型時，結(jié)合軸承結(jié)構(gòu)特點，回顧各種軸承的規(guī)定畫法以及特征畫法等。
（2）對課程設計中的關(guān)鍵問題，通過作業(yè)和討論課的形式，加深學生的理解和認識。比如軸系結(jié)構(gòu)設計，是課設中學生感到的難點，教學中，可通過分析減速器各種軸系結(jié)構(gòu)設計，比較軸上零件的布置，固定與定位、裝拆、軸承的類型和安裝，與密封形式等，分析比較軸系結(jié)構(gòu)設計的正誤，引導學生通過討論來糾正設計中存在的問題，幫助其加深理解，提高認識，增進學生結(jié)構(gòu)設計的能力。
（3）熟練運用技術(shù)標準、規(guī)范、設計手冊等有關(guān)設計資料，是機械設計人員的一項基本技能。在平時的作業(yè)中應該注意加入這方面的訓練內(nèi)容，以提高學生查找設計資料的能力。
2.4 重視答辯與總結(jié)
答辯與總結(jié)是課程設計的最后一個重要環(huán)節(jié)。答辯是對學生設計成果的一種肯定，也是學生間、師生間相互交流的重要方式，是教師檢查設計質(zhì)量高低的有效手段，也是對暴露出來的共性問題進行的一次集中指正，答辯方式可以是單個學生或分小組答辯，由于教師時間緊，指導的人數(shù)多，采用小組答辯學生之間可以通過相互討論，培養(yǎng)學生的團隊精神，提高答辯效果。答辯時通過提問和質(zhì)疑可以引發(fā)學生思考，幫助學生提高對機械設計過程的理解和認識水平。
總結(jié)包括學生在完成設計后的個人總結(jié)和指導教師在答辯后所作的集體總結(jié)與點評。學生通過認真總結(jié)，剖析自己設計中的得失、成敗，有助于進一步掌握設計方法和步驟，找出今后設計中應注意的問題。教師也要認真地對學生整體設計情況有一個針對性的總結(jié)，指出設計的不足，要肯定成績并給予鼓勵。通過系統(tǒng)總結(jié)和答辯，可使學生進一步發(fā)現(xiàn)設計計算和設計中存在的問題，進一步搞清不甚理解的或未曾考慮到的問題，從而使學生有更大的收獲，圓滿地達到課程設計的目的與要求。需要特別說明的是，答辯之后教師的總結(jié)點評非常必要，學生經(jīng)過課程設計的實踐之后，對教師的點評會有更深的體會。對機械設計中有些問題的認識，學生在課程設計過程中感覺到了，但限于實踐經(jīng)驗和知識面，不能很清楚地歸納表達出來，這時教師進行總結(jié)和點評，常使學生有醍醐灌頂之感。
3. 結(jié)束語
課程設計在工科課程體系中承上啟下的特殊地位，決定了該課程對培養(yǎng)學生的工程意識、創(chuàng)新意識、使其形成初步機械設計能力和獨立處理工程問題的能力方面具有不可代替的作用。培養(yǎng)學生對機械設計的興趣是課程設計順利開展的前提，對機械設計過程的深刻理解與認識是學會解決工程問題的思路和方法的關(guān)鍵，充分的準備工作是基礎。只有這些工作都做好了，才能保證課程設計的教學效果。
[參考文獻]
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Abstract: Mechanical Design basic course design is an important practice teaching link of Mechanical Design course system, and it is the first more comprehensive, more systematic, highly engineering design integrated training for mechanical engineering students in the engineering colleges. This paper basd on the teaching requirements of training applied undergraduate personnel, in the mechanical design basic curriculum design training, conducted the teaching reform and exploration on the teaching methods, teaching focus and the showing form of design results and other aspects, which laid the foundation to improve teaching quality and methods, of practice, training applied undergraduate personnel who are in accordance with the time development needs.
關(guān)鍵詞: 機械設計基礎課程設計;綜合性設計;教學方法;教學改革
Key words: mechanical design basic course design;comprehensive design;teaching methods;teaching reform
中圖分類號:G64文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)29-0201-02
0引言
機械設計基礎課程設計是機械設計課程體系中的一個重要的實踐教學環(huán)節(jié),它是工科院校機械類專業(yè)學生進行的第一次較全面、較系統(tǒng)、工程設計性很強的綜合性設計訓練。通過該環(huán)節(jié)的實踐訓煉,不僅能使學生鞏固加深擴展己學過的知識,并且能使其綜合應用這些知識去解決實際問題。機械設計基礎課程設計是理論和實踐相結(jié)合的第一次初探,是一次真正意義上的工程應用能力的培養(yǎng),是培養(yǎng)學生的工程創(chuàng)新設計思維方式在實踐中的驗證所邁出的真正意義上的第一步。
近幾年,隨著社會對人才需求類型的改變,進行教學改革改變?nèi)瞬诺呐囵B(yǎng)模式,培養(yǎng)應用型本科人才,作為我校培養(yǎng)人才方案的重點以成為必然,為實現(xiàn)這一人才培養(yǎng)目標的要求,相應的教學體系也在進行適應性調(diào)整。機械設計基礎作為工科院校的一門重要的技術(shù)基礎課,它將為這些專業(yè)的學生學習專業(yè)機械設備課程提供必要的理論基礎,使其在了解各種機械的傳動原理、設備的正確使用和維護及設備的故障分析等方面獲得必要的基本知識,機械設計基礎課程所占的教學比重在逐年增加。機械設計基礎課程設計是機械設計基礎課程最重要的綜合性與實踐性教學環(huán)節(jié),其在實踐教學中的意義越加顯現(xiàn)出了其重要性。我們圍繞著培養(yǎng)具有一定的實踐能力和創(chuàng)新設計理念的應用型本科人才的目標,從教學內(nèi)容、教學方法和手段、設計成果展現(xiàn)形式等方面進行了教學改革和探討,指導學生從工程應用的角度,結(jié)合創(chuàng)新設計思維,應用先進的現(xiàn)代設計方法及設計手段去解決工程實際問題,考慮相關(guān)的工程技術(shù)要求,逐步樹立正確的設計思想,增強設計創(chuàng)新意識和競爭意識。
1教學內(nèi)容的改革
長期以來減速器作為機械設計基礎課程的設計的經(jīng)典設計題目,這是由于減速器自身的特點決定的。減速器作為機器中一個相對獨立的部分,組成減速器的零部件覆蓋了機械設計基礎課程的絕大部分內(nèi)容,便于學生在設計實踐中應用檢驗所學的知識,實現(xiàn)理論和實踐的結(jié)合。另外,不同類型的減速器和參數(shù)的設計參數(shù)要求,所設計出的減速器的結(jié)果是不同的,因此, 選擇減速器作為機械設計基礎課程設計的題目是可行的。然而, 減速器只是一個部件, 每屆學生都重復同樣的設計內(nèi)容, 勢必會影響教師的創(chuàng)新設計的積極性。另外, 我校制圖課的測繪練習也選擇減速器, 這就使得課程設計的題目過于重復,使學生缺乏新奇感,勢必會影響學生的設計積極性,影響設計成果。因此,結(jié)合學生所學的相關(guān)專業(yè)和學生對本門課的掌握程度,適當?shù)赝貙捳n程設計的選題勢在必行。
鑒于我校的機械設計、材料成型、車輛工程、汽車服務、材料科學、機電一體化、工程機械、數(shù)控等專業(yè)的學生都要進行課程設計,其專業(yè)跨度大、學生人數(shù)多以及減速器涉及的設計問題的經(jīng)典性,故減速器齒輪減速器設計題目仍予以保留,但根據(jù)不同的專業(yè)特點適當?shù)卦黾恿嗽O計題目,例如,對于數(shù)控專業(yè)的學生可以設計普通機床的傳動系統(tǒng), 給出電動機的動力參數(shù), 通過帶傳動,帶動主軸箱的運動。在這樣的傳動設計中, 學生可以通過參觀相關(guān)機床,這樣既進行相關(guān)的帶傳動和減速器傳動設計,也結(jié)合學生的自身專業(yè)知識,增加了學生的設計興趣,使學生真正體會到什么叫學以致用。 對于汽車專業(yè)的學生,不再進行傳統(tǒng)的一級圓柱齒輪減速器設計,而是結(jié)合其專業(yè)特點,設計汽車用變速器,這樣,需要考慮的因素更多了,同時也符合專業(yè)培養(yǎng)的特色。實踐證明, 適當拓寬課程設計的選題不僅能夠讓學生得到更多的工程設計訓練, 而且能發(fā)揮學生的主觀能動性, 對于培養(yǎng)創(chuàng)新設計思維和進行創(chuàng)造性設計, 可起到事半功倍的效果。
對于機械專業(yè)等為期三周的機械設計課程設計,要求學生在提交一份裝配圖、一到兩張零件圖和一份設計說明書外,還要提交箱座和箱蓋的零件圖。這樣更能較全面地考查學生對《機械制圖》、《互換性與技術(shù)測量基礎》、《機械制造基礎》、《機械設計基礎》等幾門課的掌握程度。
2教學方法和手段的改革
現(xiàn)代的教育要求“以人為本”,學生是教學的主體,教師則是教學過程中的主導者。課程設計作為教學中的重要部分,在設計過程中也要充分激發(fā)學生設計的主動性和創(chuàng)造性。要達到以上教學目的,首先應重視實踐教學的環(huán)節(jié),實踐教學是學生獲得感性知識的重要手段,課程設計也是如此,為了讓學生在設計過程中能有一個整體的設計觀念,我們在進行課程設計之前,讓學生應用機械設計基礎理論課上所學的知識,自行設計一個具有一定創(chuàng)新性的實驗,來實現(xiàn)預定的運動規(guī)律。然后,讓同學進行減速器的拆裝實驗,通過這次實驗讓大家對減速器的常見類型有一個直觀的認識,使學生了解減速器內(nèi)部零部件的類型、結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系, 對加工制造的工藝過程形成初步的認識。裝拆的重點是軸系零部件的結(jié)構(gòu)及裝配關(guān)系, 再此基礎上讓學生應用已有零部件設計一個合理的軸系,使學生能在課程設計中結(jié)合實際的參數(shù)要求設計出合理的軸系結(jié)構(gòu)和尺寸。
在課程設計過程中也要重視老師的指導作用,一次成功的課程設計與教師的悉心指導是分不開的。為此應改變以前過于集中的指導方式,變“集中式指導”為“集中與分段相結(jié)合式指導”,設計前通過集中式的講解交待清楚所要完成的設計任務,針對具體的設計任務如何入手去做,通過教師已有的設計經(jīng)驗,引導學生解決設計初期的入手難得問題,對于設計中的主要注意事項應交待清楚避免在設計過程中學生走彎路,在設計過程中教師應經(jīng)常到教室中去,發(fā)現(xiàn)共性問題要及時地集中講解,對個別底子薄的同學應進行個別指導,及時解決存在的障礙性問題,便于設計的如期完成,在設計的后期主要是檢查與糾正細節(jié)。在具體的指導過程中要求教師要以學生的設計思想為主線,在不改變學生原有總體設計方案的前提下,進行指導完善此設計,讓學生能真正地進行應用所學的知識進行創(chuàng)造性設計,讓學生能夠真正成為設計的主體,在完成此設計的基礎上,讓學生能夠真正地領會完成一次設計的總體設計思路和收獲自己的設計成果的成就感。總而言之,課程涉及的改革方向應以培養(yǎng)學生的設計創(chuàng)新能力和解決實際問題的能力為出發(fā)點。
3設計成果的展現(xiàn)形式
采用現(xiàn)代先進的機械設計手段,改變傳統(tǒng)的純手工繪圖的方式。要求學生提交的設計成果為手繪的設計草圖,手寫版的設計說明書,以及電子版的設計總體裝配圖和典型的軸類、齒輪類和箱體類零件圖。隨著科技的進步,計算機在設計、生產(chǎn)、試驗各領域發(fā)揮越來越重要的作用。為了順應社會對人才的需求,必須重視學生的應用和掌握計算機的能力,在我院的機械設計專業(yè)率先試點要求總體裝配圖利用CAD完成。對于基礎較好的同學要求應用SolidWorks、CATIA等三維繪圖軟件完成齒輪、軸、箱體、端蓋等所有機械零件的結(jié)構(gòu)設計,完成整機的裝配,然后進行機構(gòu)的運動仿真和干涉檢驗。
設計成果的評定方式,改變原有的只看圖紙的評定方式,采用答辯與平時的設計表現(xiàn)相結(jié)合的方式,以圖紙、計算說明書和答辯成績?yōu)橹?兼顧設計態(tài)度、準備情況、出勤率、進度、協(xié)作、總結(jié)等表現(xiàn)。答辯過程中師生間的相互交流是教師評定設計質(zhì)量高低最有效的手段,通過答辯老師能夠發(fā)現(xiàn)總結(jié)設計過程中所存在的問題,同時也是學生自我檢驗的最有效的方式,通過答辯鍛煉了學生的語言組織和表達能力,有利于培養(yǎng)學生的宏觀地看待問題和總結(jié)能力,能夠強有力地督促學生及時地解決設計過程所存在的細節(jié)問題,防止懶散和懈怠現(xiàn)象的發(fā)生。
4結(jié)束語
機械基礎課程設計是機械類專業(yè)重要的實踐教學環(huán)節(jié)之一,對培養(yǎng)學生分析和解決工程實際問題的能力起著十分重要的作用。經(jīng)過全體機械設計基礎教師的努力,在課程設計過程中所進行的相關(guān)改革和實踐,在組織教學內(nèi)容方面加強專業(yè)特色適當?shù)馗淖兘虒W內(nèi)容,在設計手段上應用現(xiàn)代的設計方法,在成果的展現(xiàn)形式上突出了實時動態(tài)的考核方式,能夠全方位提高機械設計基礎課程設計的質(zhì)量,提高學生的綜合能力。隨著應用型本科教育改革的進一步深入,如何再提高教學質(zhì)量,保證應用性本科人才培養(yǎng)模式的實現(xiàn)是我們?nèi)w機械教師不斷努力地探索和奮斗的目標。
參考文獻:
[1]朱宗澤,羅圣國.機械設計課程設計手冊[M].北京: 高等教育出版社,2005,(11).
關(guān)鍵詞：機械設計；課程設計；指導方法；研究與實踐
中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）07-0171-02
一、引言
機械設計是機械類學生一門重要的技術(shù)基礎課[1]，而機械設計課程設計又是繼機械設計課程結(jié)束后的一項重要的實踐教學環(huán)節(jié)，同時是第一次對學生進行全面的設計訓練。它在培養(yǎng)學生核心技能方面，占有重要的地位。機械設計課程設計可以說是引導學生進入機械設計領域的環(huán)節(jié)，通過對通用機械（或其他簡單機械）的傳動裝置的設計，培養(yǎng)學生正確的設計思想和分析問題、解決問題的能力，特別是總體設計和零部件設計的能力，達到理論聯(lián)系實踐的初步能力[2]。本文結(jié)合我院三本學生的特點，對機械設計課程設計指導方法進行了一些有益的研究與實踐。
二、我院機械設計課程設計的背景
我院建校前幾年由于師資力量有限，主要依賴兼職教師指導課程設計，這些兼職老師大多來自一本院校，他們時間有限，指導方法基本沿襲一本院校的指導方法，每天集中一兩個小時在教室集中指導，而三本學院的學生依耐性強，老師走后基本是放鴨子，因此抄襲現(xiàn)象特別嚴重。此外，在教學指導過程中也存在一系列問題，比如必須掌握的知識點、知識群、關(guān)鍵內(nèi)容都沒有明確，指導過程因老師而異，隨意性較大，標準不統(tǒng)一。因此，進一步規(guī)范課程設計的內(nèi)容、指導方法、達到的目標、必須掌握的知識點和知識群，顯然是提高實踐教學質(zhì)量的重要內(nèi)容和措施。后來隨著一些青年教師的引進，我們對機械設計課程設計的題目、應該完成的內(nèi)容及進度要求、考核方法等進行了一系列的研究與實踐，使學生達到掌握知識點的目的。
三、針對機械設計課程設計題目、指導方法，進度安排及考核方法進行改革
（一）設計題目的改革
以前兼職老師給的課程設計題目是多樣化的，鑒于我院學生的基本條件，我們把課程設計的題目統(tǒng)一標準化了，傳動方案也已經(jīng)給定，目的是讓學生熟悉課程設計的一般方法，掌握應該掌握的知識點，并對機械設計的理論課的知識加以鞏固，并不要求他們創(chuàng)新設計。其設計題目、初始條件和傳動方案如下：設計題目：帶式運輸機的傳動裝置；初始條件：帶式運輸機可運送谷物、型砂、碎礦石、煤等。兩班制工作，連續(xù)單向轉(zhuǎn)動，有輕微振動，輸送帶的速度允許誤差為±5%，使用期限為10年。卷筒與輸送帶間傳動效率96%，減速器批量生產(chǎn)。傳動方案及原始數(shù)據(jù)如圖1和表1。
要求學生每人按學號順序依次選一組數(shù)據(jù)進行設計計算。
（二）指導方法改革
在課程設計之前，負責人對指導機械設計課程設計的老師集中在一起開個小會，對學生必須掌握的知識點、知識群、關(guān)鍵內(nèi)容都明確要求，要求指導老師每天的上午和下午至少在教室兩個小時，這樣學生有問題就能及時找到老師解決問題。還有學生課程設計進行到第一階段，尤其是課程設計的設計計算初步完成時候，要求指導老師對學生的計算數(shù)據(jù)進行初步的檢查，并要在草稿本上簽字，才可進行下一階段的工作。這樣就避免后面學生在畫草圖時候發(fā)現(xiàn)錯誤，又要反過來重新計算浪費大量的時間，并且可以避免了個別學生抄襲的現(xiàn)象。
（三）進度安排改革
以前兼職老師指導課程設計時候，一次把課程設計要求完成的內(nèi)容一個半天講完，這樣內(nèi)容太多，學生根本記不清楚。我們根據(jù)三本學生的特點，將機械設計課程設計分為六個階段。每個階段集中講解一次，學生按進度要求完成該完成的任務。第一階段，主要是動員和設計計算。學生在這一階段應該完成的內(nèi)容包括：選擇電動機；計算總傳動比和分配傳動比；傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算；傳動件計算；初算軸的最細處直徑；選擇聯(lián)軸器（型號、孔徑、孔長等）；初選滾動軸承及其相關(guān)參數(shù)，軸承蓋是否干涉等。要求學生按上述步驟嚴格進行，不要顛倒。第二階段是草圖繪制。設計計算完畢后，我們會帶學生到實驗室做一個減速器拆裝實驗，主要是對減速器有個感性的認識。然后在集中講解，其內(nèi)容包括：減速器的結(jié)構(gòu)；減速器的；設計裝配圖的準備；減速器鑄造箱體的結(jié)構(gòu)尺寸；減速器裝配草圖設計；軸和鍵的強度校核，滾動軸承的壽命計算。第三階段是正式繪制裝配圖，在完成減速器裝配草圖后，校核軸、鍵強度及滾動軸承壽命無任何問題時，在此基礎上繼續(xù)完成裝配圖。要求注意兩個方面的設計：軸系零件的結(jié)構(gòu)設計；減速器箱體及附件的結(jié)構(gòu)設計。第四階段是裝配圖的檢查。給學生主要講解的內(nèi)容包括：檢查裝配草圖；標注主要尺寸與配合；編寫減速器的技術(shù)特性；編寫技術(shù)要求；零件編號；編制零件明細表及標題欄。第五階段是零件圖的繪制。零件工作圖是零件制造、檢驗和制定工藝規(guī)程的技術(shù)文件，應包括圖形、尺寸及其極限偏差、表面粗糙度、形位公差、技術(shù)要求等。零件圖從裝配圖上測繪下來，形狀應與裝配圖一致。第六階段是編寫說明書。說明書的編寫我們也把格式基本給學生，學生按照步驟把草稿整理成冊就可以了。機械設計課程設計總共安排了三周的時間，周末時間不計，具體的進度安排我們設計了一個表，如表2。
（四）考核方法進行改革
課程設計結(jié)束后，我們會現(xiàn)場答辯，在答辯時候，會先給個預成績，這個成績非常重要，因為通過答辯，可以看出學生對課程設計掌握的情況，是否有抄襲，一問就基本可以得到答案。最后結(jié)合學生交上來的課程設計說明書、裝配圖、零件圖給每個學生單獨評定優(yōu)、良、中、及格和不及格的成績等級。
四、結(jié)束語
通過對機械設計課程設計題目、指導方法、進度安排、考核方法等改革與實踐，學生課程設計的質(zhì)量明顯體高，從學生課程設計的總結(jié)體會看到，每個學生都收獲頗多。不僅對《機械設計》課程的內(nèi)容有了更深入了理解，也為今后的學習和工作奠定了基礎。
參考文獻：
教學內(nèi)容不能突出其“工程實踐性”、“創(chuàng)新性”和“應用性”。教學中嚴重存在“重理論輕實踐、重傳授輕應用”現(xiàn)象，難以實現(xiàn)應用型本科學生“學以致用、學用結(jié)合”的教學要求，學生缺乏利用所學知識解決工程實際問題的能力。2.實驗教學實驗課程完全依附于理論教學，是理論教學的輔助。實驗教學的目的只是用于加深學生對理論知識的理解或?qū)碚摻虒W的驗證。驗證性實驗多，而綜合性、設計性及開放性實驗少，無法真正提高學生的動手能力和創(chuàng)新能力。實驗條件欠缺，實驗設備陳舊，實驗教學缺乏實用性、先進性及創(chuàng)新性。實驗往往都是孤立的，所涉及的知識面比較單一。各個實驗之間缺少系統(tǒng)性，缺乏知識學科的關(guān)聯(lián)，實驗內(nèi)容缺少內(nèi)在聯(lián)系和邏輯性，沒能形成一個比較完整的實驗教學體系。
課程設計課程設計的選題單一、內(nèi)容陳舊，設計過程缺少關(guān)于工藝、成本、環(huán)保、質(zhì)量、使用及維護等相關(guān)知識應用的鍛煉，無法提高學生進行工程實際應用的能力。課程設計的圖紙采用手工或CAD二維繪圖的設計手段已明顯落后于企業(yè)產(chǎn)品設計對應用型人才的要求。4.教學方法目前教學方法存在以下問題：授課內(nèi)容多，教學課時安排少；講述原理多，結(jié)合實際偏少；縱向論述多，橫向比較少；講述常規(guī)原理多，介紹行業(yè)最新技術(shù)成果少；課堂講授多，課堂課外討論少。[3]
“機械設計基礎”教學改革
對應用型機制本科學生教學的主要目標是在基本教學的基礎上加強對學生綜合運用知識進行機械設計的能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。“機械設計基礎”主要分為理論教學、實踐教學和課程設計三個教學環(huán)節(jié)。教學改革也應該在基本教學基礎上在教學的三個階段都進行學生創(chuàng)新能力和綜合運用能力的培養(yǎng)。主要改革措施詳述如下：
1.精簡理論教學環(huán)節(jié)為了與應用型人才的培養(yǎng)模式相適應，“機械設計基礎”教學課時安排上，根據(jù)本課程應用性和實踐性較強的特點，適當減少理論教學課時。因此授課內(nèi)容就要有所側(cè)重、有所刪減。課程講授內(nèi)容遵循“基本、實用”原則，主要培養(yǎng)學生機構(gòu)的分析能力，使學生掌握機械的基本設計方法。最后使學生從根本上掌握各種常用機構(gòu)的基本運行原理以及機械中常用的一般通用零件的設計要領。并注重在教學過程中將一些機械發(fā)展的最新成果和最新技術(shù)介紹給學生，開闊學生們的眼界，提高學習的積極性。
2.加強實驗教學實驗教學是“機械設計基礎”教學體系中不可缺少的一部分，主要培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際、分析及解決問題的能力，對學生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)起著非常重要的作用。實驗教學在教學內(nèi)容安排上，為了提高學生綜合認識機械設計及創(chuàng)新能力，應該加強一些綜合性和創(chuàng)新性的實驗。教學改革后開設的實驗主要有：機械零件認知實驗、機構(gòu)運動簡圖測繪實驗、漸開線齒輪參數(shù)測量實驗、漸開線齒輪范成實驗、帶傳動性能實驗、機構(gòu)創(chuàng)新試驗、軸系測繪實驗、減速器拆裝實驗、機構(gòu)運動方案創(chuàng)新組合實驗、平面機構(gòu)創(chuàng)意組合測試分析實驗、機械速度波動調(diào)節(jié)實驗、機械傳動綜合實驗等。通過這些實驗可以使學生的機械設計和創(chuàng)新能力得到提高。機械創(chuàng)新設計類實驗使學生的學習變被動為主動。通過自主設計實驗方式、方法及實驗步驟，學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新技能得到了鍛煉，增加了學習的趣味性。
3.提高課程設計質(zhì)量“機械設計基礎”課程最后進行的是課程設計，主要在理論教學中所學的機械零件基本設計知識基礎上，綜合考慮工程實際，進行實際傳動方案設計訓練。基于目前課程設計存在的問題，應用型機制本科課程設計的教學過程主要從以下幾個方面入手進行改革：
（1）拓寬課程設計題目。目前，各院校課程設計的題目都是減速器，每級學生都做著重復的設計內(nèi)容。另外，機械制圖課程中也選擇減速器進行測繪，因此就使得課程設計題目重復。因此，必須要拓寬課程設計選題范圍，增加題目的層次。題目的選擇應更靈活，更接近于實際，實現(xiàn)設計題目的多樣化。鼓勵學生自選題目，充分調(diào)動學生的積極主動性，更大程度上鍛煉學生們的設計及創(chuàng)新能力。
（2）案例設計。結(jié)合工程實際，給定功能要求，讓學生擬訂傳動方案。讓學生從功能分析出發(fā)，自己擬訂結(jié)構(gòu)及機械傳動方案，進行方案比較優(yōu)化，確定參數(shù)，完成從定性問題轉(zhuǎn)化為定量的設計工作，而后進行相應的計算、校核及完成相當數(shù)量的工作圖設計。
（3）引入三維軟件。為鼓勵學生在課程設計中應用3D技術(shù)，在開課之初就明確告訴學生，課程結(jié)束后要進行為期兩周的課程設計。設計內(nèi)容是機械的傳動裝置，要求學生必須采用三維軟件將所設計的傳動裝置表達出來，將課程設計提前布置，化整為零，并結(jié)合機械設計教學，引導學生應用三維技術(shù)。
（4）強化指導過程。在課程設計過程中，教師的指導非常關(guān)鍵。指導教師在課程設計中應該具有強烈的責任心，要對學生的整個設計過程進行檢查并及時糾正錯誤，尤其注意設計理念及三維圖形繪制的指導，使學生能真正從設計過程中受益。
（5）重視答辯。課程設計的最后一個環(huán)節(jié)是答辯，也是對兩周課程設計工作的考核。即使設計題目或者設計數(shù)據(jù)不同，每個學生都在教師的指導下參考手冊、教材進行設計。通過答辯可以使學生對設計有進一步的認識并認識設計的不足之處。因此，答辯也是一個答疑、總結(jié)提高的過程。
借助“創(chuàng)新大賽”進行知識綜合
基于目前企業(yè)對應用型人才創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要求。在“機械設計基礎”理論教學、實驗教學以及課程設計中都要注重對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。但是這些對于學生創(chuàng)新思維、工程實踐能力的培養(yǎng)還遠遠不能達到要求。因此可以將“機械設計基礎”的教學擴展至第二課堂。通過參加各種各類的機械創(chuàng)新設計大賽、機電大賽以及3D大賽，讓學生真正地將所學的各種機械的、電氣的基本理論知識、專業(yè)知識以及一些三維軟件類的知識進行綜合利用，能很好地鍛煉學生的綜合運用能力、創(chuàng)新能力、團隊合作能力以及競爭能力。
關(guān)鍵詞：機械設計;課程設計;教學;措施
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）41-0178-03
一、引言
機械設計課程設計是機械設計課程的一個十分重要的實踐教學環(huán)節(jié)，旨在培養(yǎng)學生運用機械設計及其他先修課程的相關(guān)知識解決工程實際問題的能力。通過課程設計這一環(huán)節(jié)的訓練，強化學生對機械設計課程的相關(guān)知識的理解，對一般機械零件設計的準則、方法和步驟有一個系統(tǒng)全面的掌握，充分培養(yǎng)學生的機械綜合設計能力、工程應用能力和創(chuàng)新能力，為后續(xù)的專業(yè)課學習和畢業(yè)設計奠定良好的基礎。隨著我國高校教育教學體系改革的不斷發(fā)展與深入，機械設計課程設計這一實踐教學環(huán)節(jié)也越來越受到重視[1]。機械設計課程設計教學改革已成為高校機械類專業(yè)教學改革的一項重要內(nèi)容。
二、機械設計課程設計教學現(xiàn)狀分析
隨著我國高校教育教學改革的不斷深入，機械設計課程設計的教學改革也受到了越來越多的關(guān)注。由于機械設計課程設計的改革成效不僅取決于其自身的改革，還受到機械設計課程教學改革的制約，雖然近年來不少專家學者進行了大量針對性的研究，但目前仍未能有效解決在設計內(nèi)容、教學模式、評價標準等方面的問題，難以充分發(fā)揮其在培養(yǎng)學生應用創(chuàng)新能力方面應有的功能，與當前應用創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的總體要求還有較大的差距。具體而言，目前的機械設計課程設計教學還存在以下幾個方面的問題。
1.設計題目單一，設計內(nèi)容雷同。目前的機械設計課程設計絕大多數(shù)為二級減速器的設計，原因在于減速器為典型的通用設備，包含了機械設計課程中介紹的幾何所有零件類型，對于學生掌握常用零件的設計方法有重要意義，但是，這種沿用了幾十年的單一設計主題模式，已難以適應現(xiàn)代人才培養(yǎng)模式的要求[2]。由于設計題目單一，導致學生的興趣大打折扣，難以調(diào)動其積極性。雖然是一人一題，但都只是在具體的設計參數(shù)上有所差別，在設計內(nèi)容、設計步驟方面無任何區(qū)別，因此，仍難以從根本上杜絕抄襲現(xiàn)象。同時由于設計過程過于程序化，相關(guān)教材與資料上都有詳細介紹，容易使學生感覺枯燥、乏味，不能充分發(fā)揮其創(chuàng)造性思維。
2.教學方法僵化，教學手段守舊。目前機械設計課程設計基本上是沿用傳統(tǒng)的教學方法，即在任課教師擬定設計題目后，學生按照課程設計指導書介紹的方法和步驟依次完成方案設計、零部件設計計算、裝配圖設計、零件圖繪制、設計說明書撰寫和答辯。由于這一套流程多年來已基本程序化，學生只需機械地照搬，依葫蘆畫瓢即可，難以展開創(chuàng)新性思維，而任課教師的指導工作主要是督促學生按照設計流程完成各項具體任務和解答學生設計過程中的細節(jié)問題，較少注重學生的獨立思考與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。雖然CAD技術(shù)等先進設計技術(shù)在機械設計領域已廣泛應用，但目前的機械設計課程設計大多仍采用圖板繪圖，雖然這樣做不僅可以培養(yǎng)學生的手工繪圖能力，還能減少學生相互投機抄襲的機率，但并不能因噎廢食，畢竟計算機繪圖已是目前機械設計的主流。
3.計劃安排不周全，評價標準不科學。機械設計課程設計一般與機械設計課程教學安排在同一學期，在授課結(jié)束后的學期末進行。由于考試科目較多，許多學生忙于應付考試，難以集中精力進行課程設計，因而課程設計質(zhì)量難以保證。部分高校為了便于管理，將學期的最后一周設為考試周，致使整個課程設計階段，學生的主要精力都用于準備考試，對課程設計不重視，甚至是敷衍應付，致使課程設計流于形式。此外，課程設計成績的評定也缺乏科學、規(guī)范的標準，基本上由任課教師自行確定。目前的機械設計課程設計考核主要從四個方面進行考核：平時考核，包括考勤、進度、態(tài)度和獨立完成能力等;圖紙考核，包括結(jié)構(gòu)正確性、整潔性和規(guī)范性;設計說明書考核，包括內(nèi)容完整性、正確性和規(guī)范性;答辯考核，包括回答問題的正確性和使用手冊的熟練性。雖然這種評價方式相對比較全面，但只是一種事后評價機制，缺失了對學生進行正確引導的功能，而且在實際執(zhí)行時缺乏量化指標，主觀性較強，受學生擴招的影響，一名教師往往指導多個班級的課程設計，每個班級學生多達40多人，教師很難把握每名學生的具體情況。此外，現(xiàn)有評價體系中對學生創(chuàng)新能力的評價尚未引起足夠重視，難以激發(fā)學生創(chuàng)造性思維與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
三、改革的具體措施
為了有效提高機械設計課程設計的教學質(zhì)量，強化學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，解決目前存在的上述問題，必須從設計內(nèi)容、設計模式、教學方法和考核評價等各個方面進行全面改革，建立一套系統(tǒng)高效的機械設計課程設計教學體系。總體而言，改革應從以下幾個方面進行。
1.優(yōu)選設計課題，強調(diào)應用與創(chuàng)新能力的結(jié)合。針對目前設計內(nèi)容單一、設計流程固化的問題，應結(jié)合課程教學要求與專業(yè)培養(yǎng)計劃精心選擇設計題目，優(yōu)化設計內(nèi)容，不僅要深化學生對課堂教學內(nèi)容的理解與消化，強化其工程應用能力的培養(yǎng)，還要兼顧學生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。傳統(tǒng)的減速器設計題目雖然單一，但其涵蓋了機械設計課程教學中涉及的幾乎全部零件，有助于學生掌握通用機械的設計方法，是其他任何類型的機械結(jié)構(gòu)都不可替代的。因此，應在保留減速器設計內(nèi)容的基礎上，選擇更加靈活、更富有創(chuàng)造性的設計題目，如搬運機器人、牛頭創(chuàng)床、糖果包裝機等。這些題目既涉及到機構(gòu)方案選擇與運動原理分析，又涉及到減速器等具體零部件的設計計算，在方案設計時可以培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維與創(chuàng)新意識，在詳細設計時則強化了學生對一般零部件設計的具體方法，有效實現(xiàn)了應用能力與創(chuàng)新能力的結(jié)合。同時，也深化了機械原理相關(guān)知識的掌握與應用，實現(xiàn)了機械原理與機械設計課程的有效結(jié)合。考慮到課程設計周期較短，上述課題難以單獨完成，應采用課題組形式，每個課題組2～3人，承擔一個設計課題。總體方案由小組全體成員共同完成，每個成員獨立完成一部分零部件的詳細設計。采用這種模式既可培養(yǎng)學生的團隊意識和協(xié)作意識，也能培養(yǎng)學生的獨立工作能力。
2.改進設計模式，由簡單模仿向深度思考轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)的課程設計雖然在形式上是一人一題，但除了具體參數(shù)有所差別以外，設計內(nèi)容、設計步驟及方法都是一模一樣的，且相應的課程設計指導書中均給出了相應的案例，學生只需簡單地模仿即可完成全部設計任務。許多學生在設計過程中依葫蘆畫瓢，生搬硬套，甚至在別人的設計結(jié)果基礎上修改參數(shù)變成自己的設計，導致課程設計的基本教學要求都難以保證。通過改進設計模式，采用分組設計模式，使設計題目真正做到差異化，總體方案與設計步驟必須通過團隊協(xié)作和個人深度思考完成，杜絕簡單模仿甚至抄襲的可能性，有效培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新意識。其次，為了防止課程設計與期末考試沖突，對有課程設計任務的學生，應在課程設計之前進行課程考試。對于目前實行小學期制的高校，將課程設計安排在小學期更為合理。此外，為了更好地促進課程設計效果，改變目前課堂教學與課程設計完全分離的模式，將兩者融為一體，即在課程開始時將課程設計的任務下達到每個學生，學生在課程學習過程中便開始構(gòu)思并不斷完善設計方案，熟悉設計方案中涉及的相關(guān)零部件的設計方法，不僅為后期的正式設計奠定了良好的基礎，也可激發(fā)學生的課堂學習興趣，真正做到有的放矢、學以致用。
3.豐富設計手段，熟練掌握多種現(xiàn)代設計方法。裝配圖與零件圖的繪制是機械設計課程設計的一項重要內(nèi)容，目前絕大多數(shù)高校仍要求學生采用手工繪圖，有多方面的原因：一是沒有足夠的機房和電腦供學生使用;二是為了鍛煉學生的手工繪圖能力;三是防止學生抄襲，因為不同學生圖紙內(nèi)容基本相同，僅參數(shù)不同，采用電子圖紙更易于修改抄襲。然而，CAD繪圖已成為目前制造領域的主流，計算機繪圖已成為大學生必須掌握的基本技能，因此高校教務部門和任課教師應積極創(chuàng)造條件，盡可能讓學生采用CAD繪圖，至少要做到部分圖紙采用計算機繪制。此外，虛擬仿真、有限元分析等現(xiàn)代設計技術(shù)在機械設計領域也得到了廣泛應用，為了使學生更好地適應社會需求，課程設計中應增加相應的訓練內(nèi)容，讓學生熟練掌握多種常用的現(xiàn)代設計技術(shù)，為后續(xù)的學習及就業(yè)奠定良好的基礎。
4.規(guī)范考核評價體系，激發(fā)學生學習興趣與潛能。考核評價體系是課程設計教學體系的一項重要內(nèi)容，既是檢驗學生課程設計完成質(zhì)量的標準，也是教師總結(jié)改進教學方法的依據(jù)。建立規(guī)范科學的考核機制不僅可以有效引導學生按照教學要求高質(zhì)量、高效率地完成課程設計，也可激發(fā)學生的學習興趣與自主思考的潛能。針對目前機械設計課程設計考核模式存在的弊端，將考核評價納入課程設計的全過程，實行分階段考核模式，依次進行設計方案考核、設計過程考核和設計結(jié)果考核。設計方案考核重點考核設計方案的創(chuàng)新性、合理性、實用性，激勵學生在實用背景下進行創(chuàng)新設計;設計過程考核側(cè)重考核學生結(jié)構(gòu)設計的合理性、設計手冊與設計軟件使用的熟練程度、完成設計任務的獨立性與積極性等;設計結(jié)果考核則是對設計圖紙、設計說明書進行考核，重點檢查設計計算的準確性、完整性和設計圖紙的正確性、規(guī)范性，對于手繪圖紙還應兼顧整潔性。為了檢驗學生對設計中相關(guān)知識的理解與應用，并及時解決出現(xiàn)的問題，將答辯考核分散到設計過程中，重點針對學生設計中出現(xiàn)的問題進行質(zhì)詢，使答辯不僅只是一種考核形式，更可作為解決學生設計中出現(xiàn)問題的一種手段，強化學生對相關(guān)知識點的理解與掌握。采取分段式考核方式，可將學生對設計結(jié)果的關(guān)注轉(zhuǎn)為對設計過程的重視，防止投機取巧和模仿抄襲等現(xiàn)象的發(fā)生，有效保證和提高課程設計質(zhì)量。
機械設計課程設計是機械類大學生重要的實踐環(huán)節(jié)，也是一項復雜的系統(tǒng)工程，不僅涉及設計選題、設計指導和考核評價等多個方面的內(nèi)容，還與教學計劃、軟硬件條件等因素有關(guān)。為了有效提高這一實踐環(huán)節(jié)的教學質(zhì)量，必須不斷深化教學改革，改革課程設計的教學模式，克服現(xiàn)有機械設計課程設計教學體系中存在的各種弊端，建立一套規(guī)范合理、行之有效的新的教學體系，并在不斷的教學實踐中進行改進與完善。
參考文獻：
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在傳統(tǒng)教學中，教師處于教學活動中的主導地位，教師講授理論知識，學生被動接受相應的知識。這樣只是對以往知識的繼承、積累和掌握，不利于培養(yǎng)學生現(xiàn)代工程技術(shù)人員的基本素質(zhì)。CDIO開放式教學相比于傳統(tǒng)的教學模式，它不僅要求教師在教學活動中角色進行轉(zhuǎn)變，更要求教師的教學理念與思想從根本上發(fā)生轉(zhuǎn)變。隨著我國教學規(guī)模的擴大，教師隊伍數(shù)量增大，教師隊伍的年齡結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。據(jù)統(tǒng)計，青年教師的數(shù)量占教師隊伍總數(shù)的62%，而且青年教師的學歷水平越來越高，這是一個很好的發(fā)展趨勢。但縱看青年教師的學習經(jīng)歷，他們雖然接受過一定的工程教育，并且參與過工程實踐訓練，可是，他們工程實踐的經(jīng)驗仍存在不足，因此不利于青年教師教學水平的提高與學生工程實踐能力的培養(yǎng)。CDIO工程教育理念告訴我們，只有把《機械設計》課程的教師培養(yǎng)成具有工程實踐理念的準工程師，才能在教學活動不斷地將工程實踐的理念滲透給學生。《機械設計》教師的工程實踐理念與能力的培養(yǎng)是一個長期的、不間斷的過程。為增加青年教師工程實踐培訓的機會，在青年教師上講臺前，他們要進行半年以上的工程實踐培訓或掛職工作，讓他們走入企業(yè)尤其是畢業(yè)學生的用人單位，了解行業(yè)的尖端技術(shù)與對人才素質(zhì)的實際需要，積累工程實踐的經(jīng)驗，從而在以后的教學活動中有的放矢地講授相關(guān)知識，做到工程實踐性與理論性相的結(jié)合。在實踐培訓結(jié)束后，由有經(jīng)驗的教授和企業(yè)工程師聯(lián)合考核青年教師水平，通過考核者方可正式走上講臺。完善學校與企業(yè)聯(lián)合培訓青年教師的制度，將實踐培訓活動不定期地進行下去，做到教師的工程教育教學理念與企業(yè)人才素質(zhì)需要不脫節(jié)，為培養(yǎng)青年教師CDIO工程教育理念與可續(xù)發(fā)展做好重要基礎。
二、理論課教學的改革與優(yōu)化
《機械設計》理論課教學通常包括課堂講授和實驗操作，內(nèi)容豐富而繁雜，初次學習者在學習過程中感到教材脈絡很難把握，各章內(nèi)容銜接性不強，不利于知識點的理解和掌握，因此，學生的學習興趣和主動性大打折扣。在后續(xù)的課程設計中，由于對知識點理解不透徹和遺忘，導致他們不能靈活地應用到工程實踐當中，出現(xiàn)生搬硬套的現(xiàn)象。
1.課堂教學方式的改革。
學習動力是興趣，學習的捷徑是實施。《機械設計》課程的最終目的是要培養(yǎng)學生將課堂學到的機械設計知識應用于工程實踐中，完成課程設計的設計項目。因此，我們可以在課程開始時，確定每名學生設計任務，從最終目的講起，激發(fā)學生學習的興趣與動力，很具象地告訴學生我們最終的目標，讓學生做到心中有數(shù)，學習時有的放矢，將所學的知識和設計任務有機地聯(lián)系起來。在課堂教學中，教師要充分利用多媒體教學手段，緊密結(jié)合專業(yè)特點，各有側(cè)重，注重講授內(nèi)容的新穎性，把握專業(yè)前沿，做到講授內(nèi)容廣泛新穎，突出重點和難點，啟發(fā)學生的思考和想象。階段性的設置討論課，要增加教師與學生之間的交流。教師總結(jié)前一段學習內(nèi)容，針對課程設計題目，讓學生進行分組討論，聽取學生的構(gòu)思與設計想法，并給予學生指導與評價。教師要減少固定模式計算的習題作業(yè)，可以針對工程實際內(nèi)容，增加開發(fā)式創(chuàng)新型作業(yè)題目，努力培養(yǎng)學生解決工程實際問題的能力。
2.開放式實驗課改革。
受傳統(tǒng)教育模式的束縛，我國高等教育存在重理論輕實驗的現(xiàn)象，實驗課所占課時比例比較少，它往往作為理論課的“附屬品”存在。而且，實驗模式單一，實驗題目固定，實驗方法陳舊，與理論課及課程設計的聯(lián)系不強。學生感覺實驗課完全是在教師的指導下被動完成，這忽視了學生個性思維與動手能力的發(fā)展。然而，CDIO工程教育理念強調(diào)實驗課對學生綜合素質(zhì)提高的重要性。為了更好地將實驗課與理論課有機地結(jié)合起來，做到理論課是實驗課的指導，實驗課不僅僅是理論課的驗證，筆者認為可以采取以下措施。①整合學校實驗室資源，為學生設立開放式實驗室，全天為學生開放。鼓勵學生利用學生課余時間在開發(fā)性實驗室完成CDIO教學項目中的三級項目，將這種開放性的實驗室變成學生的“實驗課自習室”。②增加實驗課課時數(shù)量，在保證一定數(shù)量的理論驗證性實驗外，增加一定數(shù)量的設計性實驗，充分發(fā)揮學生的主動構(gòu)思和設計的能力。③將一部分理論課教學與實驗課相接相結(jié)合了，采用現(xiàn)場教學方式，直觀為學生講授機械設計理論在工程實際中的應用。這種方式可加深學生對相關(guān)知識點的理解和掌握。機械設計實驗課的改革，充分發(fā)揮實驗課培養(yǎng)未來機械類人才的作用，必將會全方位地提高學生的綜合素質(zhì)。
三、機械設計課程設計改革思路與措施
目前，我國大部分高等院校的《機械設計》課程設計題目以帶式輸送機傳動裝置為主。課程設計題目比較單一，設計任務和數(shù)據(jù)多年未變，教師教學時程式化現(xiàn)象比較嚴重。這忽略了機械類各專業(yè)之間發(fā)展的差異，限制了學生個性思維的發(fā)展，不能夠充分調(diào)動學生設計研究的主動性與激發(fā)學生學習相關(guān)知識的興趣，易造成抄襲現(xiàn)象，影響課程設計的教學效果。
1.課程設計題目多樣化、自主化。
為了培養(yǎng)學生的工程實踐能力，避免設計題目的單一，激發(fā)學生的學習熱情與興趣，加強學生獨立思考的能力，機械設計的題目可以適當?shù)囟鄻踊⒆灾骰９P者認為，課程設計題目可以結(jié)合教師的科研項目或工程實際中包含機械設計課程所講內(nèi)容的典型機械部件。但是，由于學習機械設計的學生大多是在大三階段，其知識的儲備有限，并且課程設計的時間基本在3～4周左右，要注意題目的難度和復雜程度。能力突出的同學也可以通過查閱相關(guān)文獻或在工程實際中所發(fā)現(xiàn)的問題向教師提出自主化的機械設計題目，機械設計教師掌握好題目的難度與深度。教師將每班學生分成若干小組，讓學生自己選擇有興趣的題目編成3～5人的團隊。團隊成員間的設計方案相同但是數(shù)據(jù)不同，并要求學生互相監(jiān)督，檢查對方的設計思路與計算過程，督促學生養(yǎng)成自查互查的習慣，增進了學生團隊協(xié)作的意識和能力。
2.加強現(xiàn)代設計手段與方法的應用。
隨著電子計算技術(shù)的發(fā)展與國家制造業(yè)信息化進程的迅速推進，現(xiàn)代化的機械制造企業(yè)已經(jīng)完全摒棄了復雜、冗長的手工制圖，而采用更為高效、高質(zhì)量的計算機輔助制圖CAD技術(shù)。但是，機械設計課程設計的教學環(huán)節(jié)中，部分高校仍要求學生采用手工制圖，工作強度大，工作效率低，不利于學生空間思維的形成，更不利于掌握現(xiàn)代設計方法與設計手段，不能很好地為學生在畢業(yè)設計階段打下計算機輔助制圖的基礎。為了更好與國際先進的CDIO工程教育理念接軌，作為專業(yè)基礎課《機械設計》的實踐環(huán)節(jié)，課程設計的改革已經(jīng)迫在眉睫。我們建議放棄機械設計課程中的手繪制圖階段，要求學生采用AutoCAD或CAXA作為二維圖紙繪圖工具；提倡學生應用Solidwork、creo、UG等三維設計軟件進行結(jié)構(gòu)設計和運動仿真，鼓勵學生運用ANSYS、COSMOS、ABQUS等CAE軟件進行機械零件的力學性能的分析計算以及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設計。我們將CAD/CAE相結(jié)合的設計技術(shù)應用于實戰(zhàn)，能深化學生課堂所學到的計算機輔助設計相關(guān)內(nèi)容的理解。在設計計算階段，《機械設計課程設計指導書》和《機械設計手冊》是必不可少的工具。但是，利用工具書查詢相關(guān)數(shù)據(jù)進行設計計算極其煩瑣，效率較低，且易錯選相關(guān)數(shù)據(jù)。現(xiàn)代化的設計手段要求我們培養(yǎng)學生利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)檢索查閱相關(guān)文獻，利用計算機強大的數(shù)據(jù)庫功能簡潔快速地查閱相關(guān)數(shù)據(jù)。教師可以鼓勵學生采用軟件版《機械設計手冊》快捷方便查詢各種數(shù)據(jù)，運用Matlab、VB等編程軟件進行零件設計計算與校核分析。這極大縮短手工設計計算所用的時間，提高設計效率，給學生留出充裕的時間去思考學習三維軟件的應用，為學生出色地完成畢業(yè)設計打下堅實的基礎。
3.考核方式改革與激勵創(chuàng)新。
機械設計課程設計的考核與答辯是對學生課程設計階段所取得成果的一種總結(jié)與肯定。考核主要包括圖面成績50%、平時成績30%和答辯成績20%。圖面成績和平時成績評分標準完全由教師主觀的判斷給出，答辯成績的給出通常是由老師提出問題，每名學生逐一進行答辯。因此，教師需要在有限度的課程設計時間內(nèi)擠出大量時間給答辯環(huán)節(jié)，而且每個同學的問題各不相同，這樣老師需要花費大量時間準備相關(guān)問題，而且很難做到全體學生難易程度相近。這忽略了老師與學生之間信息的相互交流。采用將題目相同的學生分成一組的方式，要求學生在結(jié)構(gòu)設計與計算階段、制圖階段互相監(jiān)督彼此發(fā)現(xiàn)存在的問題。教師定期進行小組討論，解決小組成員中的個、共性問題。這樣大大增強了同學間的團隊協(xié)作能力與交流溝通的能力，而且節(jié)省了老師和學生的時間，提高了設計的效率。答辯環(huán)節(jié)可以采用很自由的方式。評分時，每位同學的成績由組內(nèi)其他成員根據(jù)評分標準給出，最終由教師綜合給出該名同學的最終分數(shù)，讓學生既是“運動員”，又是“裁判員”。這樣，學生通過總結(jié)他人設計中的得失和成敗，能夠提高自己的設計實戰(zhàn)經(jīng)驗。在這種討論式答辯中，它能激發(fā)學生的創(chuàng)新意識，鼓勵學生將討論時產(chǎn)生的新的創(chuàng)新想法應用于實踐，引導學生進行課外創(chuàng)新活動的競賽，給學生更為廣闊的發(fā)展平臺。
四、結(jié)語
一、目前教學中存在的問題
(1)培養(yǎng)目標對于高職學生而言,將來所從事的職業(yè)大多是面向生產(chǎn)第一線。所以,學生應具有解決生產(chǎn)實際問題并在實際工作中應用的能力,而不需要象本科生那樣,重點培養(yǎng)學生的創(chuàng)新和綜合設計能力。因此,在教學中應加強學生對工程實際中常用機構(gòu)、零件等知識的學習和結(jié)構(gòu)的拆裝等動手能力的培養(yǎng)。
(2)教學內(nèi)容及教學時數(shù)目前,課程所選用的教材普遍存在內(nèi)容不符合必須與夠用的原則,有的教材重理論分析,輕實際應用,而與工程實際結(jié)合的相關(guān)內(nèi)容偏少,且實例少;有的教材則是在本科教材基礎上的壓縮和刪繁就簡,而導致所含內(nèi)容不夠或教學時數(shù)較少與教學內(nèi)容多的矛盾。高等職業(yè)技術(shù)教育培養(yǎng)的是高等技術(shù)應用型人才,必須要求實踐性教學環(huán)節(jié)的課時數(shù)高于理論教學課時數(shù)。
(3)教學方法注入式教學與高職教育的教學特點不相適應。注入式教學在教育目標上,重知識的傳授而忽視學生能力的培養(yǎng),往往采用的是單向填鴨式的強制灌輸,這樣,既不利于學生個性的發(fā)展,也不利于學生創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。
(4)教學手段傳統(tǒng)的教學手段與現(xiàn)代教育的大信息量、高要求相互矛盾。《機械設計基礎》課程的特點是四多,即講授的機構(gòu)多、零件多、圖表多及設計計算多,僅靠一塊黑板、一支粉筆的陳舊教學手段顯然會影響教學的效果和知識的傳遞。
二、教學改革的原則及基本思路
《機械設計基礎》課程內(nèi)容有較強的理論性和實用性。本著理論必須與夠用及注重培養(yǎng)學生解決工程實際問題和創(chuàng)造性思維能力的原則來實施教學改革。具體思路如下:
(1)更新舊的教材體系,優(yōu)化重組課程內(nèi)容將《機械設計基礎》課程體系調(diào)整為:機械的組成及特性聯(lián)接機械傳動支承零部件機械設計綜述。這樣安排就將以往的機械原理和機械設計兩門單列的技術(shù)基礎課程有機地融為一體,形成了課程新體系。課程新體系首先從機械的整體出發(fā),從宏觀上使學生了解機械整體的基本知識和要求,把握零件和整體的關(guān)系。從簡易的聯(lián)接入手,到各種機械傳動、支承結(jié)構(gòu),以機械傳動(除帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動外,還包括連桿傳動機構(gòu)、凸輪傳動機構(gòu)、棘輪傳動機構(gòu)和槽輪傳動機構(gòu))為課題重點,把握各種機械傳動的特點,為培養(yǎng)學生機械安裝和調(diào)試能力打下良好基礎。機械設計綜述一章,強化了整機設計的內(nèi)容,對機械設計的一些共性問題進行綜合闡述,為兩周的課程設計做準備。
優(yōu)化重組課程內(nèi)容。如齒輪傳動部分盡可能減少繁瑣的理論推導而直接引用,以突出工程實用。同時,將同一知識點的內(nèi)容融合在一起,以增強知識的系統(tǒng)性和教學的連貫性。如齒輪傳動與齒輪設計,帶傳動與鏈傳動。另外,適當補充有關(guān)新知識與新技術(shù),以擴大學生的視野,開拓學生的思路。在螺紋聯(lián)接中增加介紹滾動螺旋傳動,帶傳動部分增加同步帶傳動等新知識。
(2)提高教師的綜合素質(zhì)和工程素質(zhì),增強教師的敬業(yè)精神教師的綜合素質(zhì)應包括兩個方面:一方面要有高度的責任心和敬業(yè)精神,另一方面要有較高的教學水平。青年教師其理論水平不比老教師低,能滿足高職教育的教學需要。但由于市場經(jīng)濟等各種因素的影響,青年教師對教育工作的責任心和敬業(yè)精神,往往不如老教師,另外,大多數(shù)青年教師沒有機會參加真正的機械工程設計,因此實踐經(jīng)驗相對不足,工程意識相對單薄,在教學中往往照本宣科,不能做到理論聯(lián)系實際,舉一反三,難以激發(fā)學生的學習積極性。針對這些問題,應該要求青年教師上崗前便通過學校組織的崗前培訓外,還可采取如下措施:一是青年教師在上講臺前要過好三關(guān):即聽課、備課和試講關(guān)。二是通過聽青年教師的課,并了解學生對青年教師教學的反映,及時對青年教師的教學工作加以總結(jié),肯定其成績,指出其不足之處。
(3)充分利用多種教學手段,改進教學方法,達到最佳教學效果隨著教學改革的深入和課程體系的調(diào)整,機械設計基礎課程的教學時數(shù)越來越少,但隨著科學技術(shù)的進步和機械設計學科的發(fā)展,需要向?qū)W生講授的內(nèi)容卻越來越多。如何在有限的教學時數(shù)內(nèi)完成規(guī)定的教學內(nèi)容,同時取得比較好的教學效果,除了要精選教學內(nèi)容,講授時突出重點、難點,縮短課堂講授與板書的時間外,應充分利用有利于改善教學效果的多種教學手段,特別是現(xiàn)代化的教學手段。在教學實踐中,我們可充分利用實物和模型在課堂上給學生演示,增加學生的感性認識;通過播放錄像帶使學生對各種機構(gòu)和零件的結(jié)構(gòu)、工作原理和在各種機械中的實際應用有深入的了解,提高學生的工程意識,激發(fā)學生的學習興趣;通過引入CAI教學,特別是計算機動畫可使學生更形象地理解課堂上不易講清楚的機構(gòu)工作原理等,使課堂教學更生動、直觀。總之,行之有效的多種教學手段的應用,不但可以改變傳統(tǒng)的教學方式,使課堂教學變得生動活潑,提高學生的學習興趣與熱情,使教師在同樣的時間內(nèi)向?qū)W生傳達更多的知識和信息,教學效果與質(zhì)量都得到提高。因此,現(xiàn)代化的教學手段必須與傳統(tǒng)的教學方法有機地結(jié)合起來,才能充分發(fā)揮教的主體教師和學的主體學生的主觀能動性,對提高教學質(zhì)量起到事半功倍的效果。
(4)改進實驗教學,提高課程設計的質(zhì)量機械設計基礎實驗是機械設計基礎課程教學的實踐環(huán)節(jié),是學生學習該課程進行工程實踐的主要途徑,對于培養(yǎng)學生的工程實踐素質(zhì)、鞏固理論知識、提高實踐動手能力,具有不可替代的作用。對課程原有的實驗進行了更新,淘汰了一些內(nèi)容陳舊、驗證性的實驗。如:漸開線齒廓范成實驗,而代之以帶領學生到專業(yè)的齒輪加工廠參觀,如泰隆減速機股份公司、飛船廠等,全面了解齒輪的加工過程,從毛坯、鍛造、機加工、熱處理等全過程。另外,為了配合課程設計,培養(yǎng)學生動手能力,增加減速機的拆裝和軸的測繪兩個實驗。
機械設計基礎課程設計是機械設計基礎課程教學的最后一個重要教學環(huán)節(jié),它的實踐性、綜合性和整體性都比較強。課程設計的目的是使學生能綜合運用機械設計基礎及有關(guān)課程的理論和生產(chǎn)知識進行設計實踐,使理論知識和實踐密切結(jié)合起來,并在設計實踐中學習和運用基本理論進行傳動裝置或簡單結(jié)構(gòu)的設計。通過課程設計培養(yǎng)學生分析問題和解決機械設計問題的能力,使學生在計算、結(jié)構(gòu)設計和構(gòu)思、運用并熟悉設計資料、標準、規(guī)范等方面必備的機械設計基本技能。
由于學生在課程設計過程中是第一次較全面的設計訓練,尤其是結(jié)構(gòu)設計和工藝設計問題。為了加強這一薄弱環(huán)節(jié)可采用多元化教學手段,從三個方面進行努力:1)在課堂教學中加強結(jié)構(gòu)設計的教學內(nèi)容。如聯(lián)接、齒輪傳動、帶傳動、軸等章節(jié)各上一次結(jié)構(gòu)課,讓學生增加感性知識。在課程設計之前,安排學生做減速器拆裝實驗,使每個學生自己動手把幾種典型減速器拆開,了解各部分的結(jié)構(gòu)以及其各附件作用,并完成一張軸系結(jié)構(gòu)圖,從中了解到結(jié)構(gòu)設計要考慮的問題。2)利用現(xiàn)代教學手段使學生在課程設計前充分了解設計內(nèi)容和常見錯誤。零件的加工是學生的一個薄弱環(huán)節(jié),不了解這方面內(nèi)容,學生難以設計出合理結(jié)構(gòu)。針對這一情況,通過教學錄像帶,使學生了解箱體、軸、齒輪等常用零件的加工過程,并通過正確的結(jié)構(gòu)和錯誤的結(jié)構(gòu)進行對比,讓學生加深印象。此外,還可以在多媒體教室利用課程設計CAI軟件對學生進行任務布置,利用軟件中動畫功能和交互性能使學生全面了解設計內(nèi)容和步驟的全過程(總體介紹、設計計算、裝配圖設計、零件圖設計、編寫設計說明書),收到了教師在黑板上講解難以達到的效果。3)嚴格把關(guān),規(guī)范課程設計全過程。課程設計共分六個階段,即設計計算、裝配草圖設計、完成正式裝配圖、零件工作圖設計、編寫設計計算說明書、課程設計答辯。每個階段,指導教師必須嚴格把關(guān)。通過嚴格的訓練,學生不僅掌握簡單機械的設計方法,而且對機械設計課程的內(nèi)容又有更深的理解,對其他課程的有關(guān)內(nèi)容也進行了一次全面的復習,同時也為以后的畢業(yè)設計打下了堅實的基礎。
(5)規(guī)范課程教學的各個環(huán)節(jié),加強對教學質(zhì)量的監(jiān)控規(guī)范課程教學的各個環(huán)節(jié)即對該課程的課堂教學,課程設計教學及實驗教學的各個實施環(huán)節(jié)均要制訂規(guī)范,提出詳細要求,并要求教師在實踐中遵照執(zhí)行。同時,對考試和考核也進行規(guī)范,建立試題庫和習題集,實現(xiàn)同一課程,同一試卷,教考分離,共同閱卷和同一評分標準,對學生的試卷及課程設計圖紙及時存檔。嚴格執(zhí)行學校的教學管理制度,完善聽、評課制度,加大教研室、系領導隨機聽課的頻率,抽查學生作業(yè),聽取學生對任課教師的意見并及時反饋給任課教師,通過對課程教學全過程的監(jiān)控,從而有效地保證教學質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：機械設計；教學模式；CAD技術(shù)
作者簡介：徐靜（1963-），女，浙江紹興人，紹興文理學院元培學院，副教授；董雁（1964-），男，浙江舟山人，紹興文理學院工學院，教授。（浙江 紹興 312000）
基金項目：本文系2012年紹興市高等教育教學改革重點課題的研究成果。
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）03-0102-01
“機械設計”是機械類專業(yè)的一門主干技術(shù)基礎課，該課程的作用在于培養(yǎng)學生掌握機械設計的基本知識、基本理論和基本方法，具備一定的機械設計基本技能，為后續(xù)專業(yè)課程學習和今后從事設計工作打下堅實的基礎。但“機械設計”傳統(tǒng)教學模式通常從分析各種通用零部件的失效形式開始，討論設計準則，總結(jié)設計方法，推導設計公式，熟悉和運用手冊、圖冊、標準和規(guī)范等設計資料。設計過程一般以計算器和繪圖板為設計工具，計算和繪圖過程繁雜，工作量很大。
隨著CAD技術(shù)的突飛猛進，機械產(chǎn)品設計的傳統(tǒng)模式發(fā)生了深刻變革，改變了工程界的設計思想及思維方式，成為現(xiàn)代企業(yè)必不可少的設計手段。如何適應這種設計方法和思維模式的變革，培養(yǎng)掌握現(xiàn)代設計方法的新型機械設計人才，是一個急待深入研究和解決的問題。因此，筆者一直致力于將機械類專業(yè)先修的C語言程序設計、計算機繪圖及三維實體建模技術(shù)等課程知識，與“機械設計”課程的教學內(nèi)容有機地融合在一起，探索并實踐基于CAD技術(shù)的“機械設計”課程教學新的模式。
一、基于CAD技術(shù)的“機械設計”教學模式
“機械設計”是一門綜合性、實踐性很強的課程，涉及到畫法幾何及機械制圖、AutoCAD、機械工程材料、制造技術(shù)基礎、公差及技術(shù)測量、理論力學、材料力學、機械原理等多門先修課程的知識。不同的老師擔任不同的課程，傳統(tǒng)的教學目標只著眼于某一課程基礎知識的掌握，容易忽視課程之間的交叉和聯(lián)系。基于CAD技術(shù)的“機械設計”教學模式，打破傳統(tǒng)的機械設計、C語言程序設計、計算機繪圖等課程的界限，在理論教學中穿插機械零部件的程序設計教學環(huán)節(jié)，在課程設計中引入計算機輔助設計實踐環(huán)節(jié)。通過教學，不僅使學生掌握機械設計所必需的基礎知識，更為重要的是使學生將所學的計算機知識融會貫通，掌握先進的現(xiàn)代CAD技術(shù)手段，充分利用計算機強大的信息存儲與檢索功能、數(shù)據(jù)分析與計算功能、圖形作圖與文字處理功能，極大地提高機械設計的效率和質(zhì)量，以適應信息技術(shù)飛速發(fā)展的時代需求。
1.CAD技術(shù)與課堂教學內(nèi)容有機融合
“機械設計”課程是以一般通用零部件設計為核心的設計性課程。在傳統(tǒng)的教學過程中，對于某一種零件設計，要求學生掌握零件的失效形式和設計準則，能夠合理地選擇零件的材料及熱處理方式，掌握零件的設計計算理論和結(jié)構(gòu)設計方法，能夠正確地選用設計過程中的各設計參數(shù)，確定零件的各結(jié)構(gòu)尺寸，繪制出零件工作圖。采用傳統(tǒng)人工設計，由于在設計過程中需要檢索大量技術(shù)信息，如各種線圖、數(shù)表、數(shù)據(jù)和資料，并根據(jù)相關(guān)的設計公式進行計算，不僅費時費力，而且設計精度不高，而計算機強大的數(shù)據(jù)計算功能可以幫助解決這些難題。因此，在學生已學過“C語言程序設計”并具有一定編程能力的基礎上，根據(jù)“機械設計”教學要求和教學進程，將機械CAD技術(shù)融入相應的課堂教學環(huán)節(jié)中，積極引導學生利用先進的CAD技術(shù)解決工程實際問題。
（1）設計資料的程序化處理。要實現(xiàn)機械CAD，首先要解決的問題是設計資料的計算機處理。設計資料或列成數(shù)表，或繪制成線圖，常用的處理方法有直接編入設計的程序、編成獨立的數(shù)據(jù)文件、建立數(shù)據(jù)庫等。為此，筆者將“數(shù)表和線圖的程序化處理”作為一個教學單元融入“機械設計”課堂教學中。在教學過程中，對于數(shù)表，要求學生應用C語言編程將其轉(zhuǎn)化為數(shù)組，再利用查找法中的順序法、二分法、分塊法等，根據(jù)輸入變量得到數(shù)組的下標獲得相應的數(shù)據(jù)，最后根據(jù)精度要求通過線性插值、二次插值等方法計算得到所需要的設計參數(shù)。對于線圖，有公式化和數(shù)表化兩種處理方法，公式化處理要求學生根據(jù)線圖的變化趨勢、直線線圖直接求出直線方程，曲線線圖通過多項式擬合得到近似方程。數(shù)表化處理則采取等分坐標在曲線上取值轉(zhuǎn)化為數(shù)表再進行程序處理。通過這一教學環(huán)節(jié)，學生不僅感受到程序設計在數(shù)據(jù)信息處理中的優(yōu)越性，而且激發(fā)了學生應用計算機技術(shù)的興趣。
（2）常用零部件的計算機輔助設計。在機械設計中，經(jīng)常會涉及到螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接、帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動以及滾動軸承等各種零部件的設計計算，手工計算工作量很大，而且容易出錯。為此，筆者在教學計劃中設置了計算機輔助設計大作業(yè)教學環(huán)節(jié)。編寫了《機械零件CAD編程大作業(yè)》指導書，要求學生在掌握數(shù)表和線圖程序化處理的基礎上，根據(jù)指導書給定的任務和要求，獨立地完成一種零件或部件的計算機輔助設計程序，包括各子程序及源程序流程圖、數(shù)表或線圖處理程序、設計計算程序及源程序編制、程序調(diào)試及實際算例驗證，以及設計說明書的編寫。一般學生要求使用C語言編制僅輸出設計結(jié)果的簡單程序；對編程能力較強且學有余力的學生，鼓勵他們使用Visual Basic和Visual C++等語言編制具有人機交互功能的輔助設計軟件。通過這一實踐環(huán)節(jié)，學生利用所編設計程序，根據(jù)輸入的參數(shù)就能計算出繪圖所需的尺寸，減輕了學生的手工計算工作量，提高了設計的準確性和高效性。
2.CAD技術(shù)在課程設計中的應用
機械設計課程設計是配合“機械設計”課程理論教學的一個重要實踐教學環(huán)節(jié)。絕大多數(shù)工科院校一般都選擇由“機械設計”課程所學過的大部分零部件所組成的機械傳動裝置或結(jié)構(gòu)較為簡單的機械作為課程設計題目。傳統(tǒng)的教學方法對課程設計的要求還停留在人工計算、手工繪圖階段，由于設計過程繁瑣、重復工作量大，教學效果一直不夠理想。因此，為了將學生從枯燥、重復的手工設計中解脫出來，集中時間和精力用于方案設計、結(jié)構(gòu)設計等創(chuàng)造性思維訓練上，筆者在機械設計課程設計中全面引入CAD技術(shù)，利用機械設計課程設計輔助設計軟件在AutoCAD環(huán)境下完成零部件的計算機輔助設計并輸出零件工作圖，繼而完成裝配圖。
減速器設計是“機械設計”課程設計最常用的設計題目。筆者選用的減速器課程設計輔助設計軟件是嵌套在AutoCAD設計軟件中，是一組在AutoCAD環(huán)境下運行的應用程序，主要功能包括：典型零部件的設計計算及校核計算；典型零部件及典型結(jié)構(gòu)的設計與繪圖；典型零部件的標準數(shù)據(jù)查詢等。該應用程序通過復制、添加到AutoCAD設計軟件中，則AutoCAD界面上方下拉式菜單可產(chǎn)生新的選項“機械零件設計”按鈕。使用時，只要用鼠標單擊所需設計零部件的菜單，即可進入此零部件的設計計算程序，完成設計、校核、繪圖等設計任務，為學生進行方案對比、參數(shù)優(yōu)化等創(chuàng)新設計提供了有力的CAD技術(shù)支持，充分調(diào)動了學生的學習積極性，極大地提高了課程設計的教學效果。
二、結(jié)論
隨著計算機技術(shù)的廣泛應用，同行們致力于將CAD技術(shù)的應用和開發(fā)與“機械設計”教學模式的改革和創(chuàng)新結(jié)合起來，意識到在“機械設計”課程教學中引入CAD技術(shù)的必要性和可行性。將CAD技術(shù)融入“機械設計”的課程教學，既有利于提高學生計算機應用能力和運用知識解決工程實際問題的能力，又有利于培養(yǎng)學生先進的設計思想和創(chuàng)新的設計理念，對提高課程教學質(zhì)量將起到積極的推動作用。
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關(guān)鍵詞：《機械設計》 課程設計 方案 成績評定
中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（a）-0235-02
《機械設計》是機械類專業(yè)學生一門重要的專業(yè)基礎課，隨之三周的課程設計是一次綜合性與實踐性相結(jié)合的重要的教學環(huán)節(jié)。通過課程設計不僅可以提高學生綜合應用所學知識提出問題分析問題解決問題的能力，還可以加強學生的技能訓練，因此激發(fā)學生喜歡課程設計的興趣提高設計積極性，樂作《機械設計》課程設計，對于搞好課程設計非常重要。
《機械設計》課程設計一般以傳統(tǒng)的減速器為設計題目，它涵蓋了《機械設計》課程的大部分內(nèi)容。主要包括：（1）傳動部分有帶傳動（或鏈傳動）、齒輪傳動（或蝸桿傳動））；（2）軸系零部件有軸、軸承、聯(lián)軸器等；（3）連接部分有螺紋連接、鍵（或花鍵）連接、銷連接等；另外還有箱體等輔助零件的設計，有很強的綜合性，是比較好的選擇。設計中用到的知識涉及《制圖基礎》、《制圖基礎應用》、《理論力學》、《材料力學》、《機械原理》、《機械設計》、《互換性與技術(shù)測量》等多門課程，也是對前面所學知識的一次綜合應用。為了充分調(diào)動學生的設計積極性，讓他們樂作《機械設計》課程設計，本論文從方案選擇、技術(shù)設計說明書以及成績評定四方面對課程設計的指導進行了詳細的介紹[1-3]。
1 方案選擇
在授課的過程中，布置課程設計的內(nèi)容，促使學生在學習過程中自覺地重視設計用到的知識。為了激發(fā)學生的學習積極性和自覺性，建議學生利用學校已建設好的在線學習系統(tǒng)，提前了解課程設計的目的、任務、要求、設計條件及設計的順序過程。在學完機械傳動部分，把每個同學的設計條件和設計數(shù)據(jù)下發(fā)下去，利于他們提前開始設計計算。為了培養(yǎng)同學們的團結(jié)協(xié)作能力，5～6位同學設計一類題目，避免有些同學投機取巧，每人的數(shù)據(jù)都不相同。這樣同學們既不會覺得束手無策，又有一定的自由和約束。要求選用一級遠距離傳遞，兩級齒輪傳動組成的三級減速傳動來滿足已知運動條件的執(zhí)行構(gòu)件。于是，從原動機的選型、聯(lián)軸器的選型、遠距離傳遞類型的選擇、齒輪傳動的選擇，可匯總出很多種方案。僅僅兩級齒輪傳動組成的減速器類型就有齒輪減速器、蝸桿減速器和行星減速器等類型。齒輪減速器中兩齒輪對又可以設計成直齒輪、斜齒輪或錐齒輪，另外還可以有軟齒面和硬齒面之分，齒輪是否變位傳動等等，布置形式也有展開式、分流式或同軸式的不同。指導學生正確處理借鑒和創(chuàng)新的關(guān)系，相互交流學習，比較各種方案優(yōu)缺點，從經(jīng)濟性、可靠性方面考慮擇優(yōu)選擇。同學們通過網(wǎng)上的在線學習系統(tǒng)對課程設計有了初步了解，然后再通過交流學習，提出并最終選定適合的方案，同時明白任何一個問題的解決總是會有很多種方法，知識越多，解決的方案越多。明白知識的重要性，從而學習熱情會更高，樂作課程設計。
2 技術(shù)設計
技術(shù)設計階段的主要工作是確定各部件的外形及其基本尺寸，包括各部件之間的連接，并繪制出裝配圖和零件圖。
首先是按照給定的材料，確定執(zhí)行構(gòu)件的功率和轉(zhuǎn)速；然后按照三級減速中每級減速允許的傳動比和效率回推選擇合適的原動機；再確定出總傳動比和分配各級傳動比；再進行詳細設計并確定出實際各級的運動及動力參數(shù)，并匯總結(jié)果。為減少學生走彎路，對于可能遇到的問題加以提示，并分階段進行指導，及時發(fā)現(xiàn)問題解決問題，為后一階段的設計打下良好的基礎。在指導中不斷的提出問題，引導他們思考。例如：如果給定兩人同樣的數(shù)據(jù)最終要求他們交出不一樣的設計結(jié)果該怎么辦？如果是兩人來設計一個方案如何最快速度拿出設計結(jié)果？鼓勵他們提出問題，并找出盡可能多的可行的解決方法，在設計過程中得到快樂并提高設計的興趣。
通過授課過程中的多媒體課件提前介紹減速器的作用、外形、結(jié)構(gòu)以及運動傳遞過程，然后組織學生進實驗室，動手拆裝減速器，熟悉減速器結(jié)構(gòu)，并通過查閱資料熟悉加工、制造、裝配等方面的相關(guān)知識，使學生對減速器有一個直觀、感性的認識，然后開始具體設計。
2.1 機器的運動學設計
根據(jù)確定好的結(jié)構(gòu)方案，選擇原動件的參數(shù)（功率、轉(zhuǎn)速等），然后做運動學設計。選擇原動機時，要考慮實際的工作情況和經(jīng)濟性，電動機是最常用的原動機。選用已經(jīng)標準化的電動機時，要考慮其工作載荷（包括大小、特性和變化情況）、工作要求（包括轉(zhuǎn)速的大小、是否調(diào)速、是否反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)的頻繁程度等）、工作環(huán)境（是否高溫、潮濕、易燃易爆、塵土等）、安裝要求、尺寸大小、重量等。要考慮其經(jīng)濟性，同時還要考慮其外廓尺寸和總傳動裝置的尺寸，一般是在考慮總結(jié)構(gòu)盡可能緊湊的前提下初步分配傳動比，然后確定各運動構(gòu)件的運動參數(shù)（速度、加速度、功率等）。
2.2 機器的動力學設計
結(jié)合各部分的結(jié)構(gòu)和運動參數(shù)，初步計算各部件上所承受的載荷。由于零部件材料、尺寸尚未完全確定，不能精確驗證是否合格。
2.3 主要零部件的工作能力設計
首先根據(jù)傳動的特點，確定傳動的順序；然后按照初步分配的傳動比設計前兩級傳動，并計算出實際傳動比；再將總傳動比除以這兩級的實際傳動比，用求出的數(shù)值設計第三級傳動；實際傳動比，求出各級軸的實際轉(zhuǎn)速和功率，列表以備進行軸的設計。設計高速軸時應注意比較安裝齒輪處的軸徑和齒輪齒根圓的大小，是否用齒輪軸，如果是齒輪軸，則軸的材料和齒輪的材料必須一致。還要考慮軸的伸出端直徑和長度，要和安裝的帶輪轂孔直徑或電動機處的聯(lián)軸器的轂孔直徑要一致。低速軸是否會和中間軸的齒輪齒頂發(fā)生干涉，安裝帶輪（或鏈輪）的軸線應和電動機、減速器的軸線高度相一致。設計軸的同時，選擇適合的聯(lián)軸器、軸承、鍵等標準件。主要零部件設計完成后，用類比法確定其他零部件尺寸。在設計過程中需要很好地協(xié)調(diào)各零件的結(jié)構(gòu)和尺寸，全面考慮他們的結(jié)構(gòu)工藝性，對所有零部件的外形和尺寸進行結(jié)構(gòu)化設計。在這一階段設計之初，指導老師先把往年出現(xiàn)的頻率多的問題講解清楚，提醒同學們重視，盡量避免設計過程中再出現(xiàn)類似問題。像軸上零件的定位、軸承的、配置方式等都需要考慮清楚。這些工作如果在上課過程中進行，設計周就可以有比較充足的時間繪制圖形。
2.4 裝配圖的繪制
繪制裝配圖是整個設計過程中最重要的環(huán)節(jié)。為了布局合理，繪制裝配圖前必須確定裝配圖總體尺寸（總長、總寬和總高），然后根據(jù)圖紙的幅面選用合適的比例尺。指導老師提前強調(diào)合理布局的必要性，指導他們查閱資料，熟悉裝配圖上面應包括的內(nèi)容：一組全面反映各零部件裝配關(guān)系的圖、總體尺寸和裝配尺寸、技術(shù)要求、標題欄和明細表等。允許同學們用他們熟悉的三維造型軟件構(gòu)件三維模型，對自己的設計有一個直觀認識，然后用CAD軟件繪制裝配圖草圖。為提高他們的手工繪圖能力，統(tǒng)一要求上交手工繪制裝配圖和主要的零件圖。在同學們繪制裝配圖的過程中，指導老師多去設計教室指導，把共性錯誤在黑板前講解后，再由他們自己找錯誤，然后幾人相互找錯誤，最后指導老師組織一組組的同學圍成一圈，針對某位同學繪制的圖形一起找問題。同學們在不斷改正錯誤的過程中鞏固所學知識，逐漸喜歡上設計。
2.5 主要零件的校核
裝配圖繪制完成后，所有的零部件的具體尺寸完全確定。這時要對主要零部件（軸承、鍵等）進行強度校核，驗證其是否符合要求。對于外形復雜的零件，一般還要進行精確的強度校核。根據(jù)校核的結(jié)果，反復的修改零件的結(jié)構(gòu)和尺寸，直到符合要求為止，裝配圖要做相應修改。然后根據(jù)設計最后結(jié)果，繪制非標準件的零件圖。
隨著課程設計步步深入，同學們之間的協(xié)作能力得到提高，知識運用能力得到增強，設計能力繪圖能力都得到提升，自然學生的設計興趣也會越來越濃，越來越樂作課程設計。
3 設計說明書
一份完整的設計，必須有條理清晰的設計說明書。通過說明書說明設計任務、設計目的、設計過程、設計結(jié)果以及設計中的所參考的資料。由于設計過程中的設計數(shù)據(jù)往往會有調(diào)整和修改，所以，設計說明書通常是設計的最后一個總結(jié)的環(huán)節(jié)，要求說明書按照統(tǒng)一格式書寫，字體認真格式規(guī)范內(nèi)容全面，說明建立一個好習慣的重要性，訓練學生按要求書寫。
4 成績評定
在設計過程中，公開設計成績的考核辦法是同時注重過程和結(jié)果的綜合考慮多方面的因素：在全部完成設計工作量的前提下，看設計說明書中計算過程是否正確，計算結(jié)果是否與圖紙零件尺寸相符，圖形繪制、尺寸標注等是否有錯誤，圖面是否整潔，布局是否合理，書寫是否認真規(guī)范完整，在設計中態(tài)度是否認真等，給定一定的條件約束他們。在指導中，隨時和他們交流。通過交流看他們的設計主動性、積極性和應用所學知識解決問題的能力，隨時對每個學生的完成情況給予評定，及時發(fā)現(xiàn)問題解決問題，并及時總結(jié)，以便他們在今后的設計中揚長避短，不斷提高。
5 結(jié)語
機械設計課程設計是機械類專業(yè)重要的一次實踐教學，對學生后續(xù)的設計和以后的工作具有重要意義。培養(yǎng)他們通過設計過程中的進步和設計能力的提高得到快樂，樂在設計過程中。
參考文獻
[1] 張建中.機械設計基礎課程設計[M]，中國礦業(yè)大學出版社，2003.
[2] 濮良貴，陳國定，吳立言.機械設計[M].9版.高等教育出版社，2013.
