前言:一篇好文章的诞生,需要你不断地搜集资料、整理思路,本站小编为你收集了丰富的机械设计课程设计主题范文,仅供参考,欢迎阅读并收藏。
一、机械设计课程设计存在的问题
目前,我国大多数高校机械类学生通常在第5学期进行机械设计课程设计,该设计是学生学完工程制图、工程力学、机械原理、机械设计课程后完成的一门较为综合的课程设计,同时,这也是为学生毕业设计和今后工作后机械设计能力培养奠定一定基础。但是长期一成不变的课程设计时间和题目,以及传统的教学模式,早已不能满足现代信息快速发展的今天。
1.传统的课程设计时间短。机械设计课程设计通常是在《机械设计》课程结束以后的3周内进行,在期末的这3周中学生考试科目较多,很难集中精力集中时间做好课程设计。由于目前招生人数的增加,而指导老师的数量并没有增加,这就造成了老师精力不足,最终导致课程设计的质量越来越低。学生没有足够的时间保证,导致学生思考问题不认真、不周全,照搬照抄,计算绘图盲目仓促,难以达到课程设计所设置的目的要求。课程设计由于时间紧张,工作量大,老师不能及时地鼓励学生的创新设计,从而限制了学生创新能力的培养。而对于学生单一的、不协作的课程设计,时间紧张,思维狭窄而受限就更难以充分发挥学生的创新才能。虽然有一些学生有好的想法,但是没有充足的时间考虑,加上老师对学生的监管不到位,没有老师的认真点拨和指导导致学生的创新能力受到限制。
2.课程设计题目陈旧、缺乏创新。机械设计课程设计通常选择一般用途的机械传动装置或简单机械。通常以齿轮减速器或蜗杆减速器为主体的机械传动装置作为设计课题。因为减速器包括了机械设计课程的大部分零件,具有典型的代表性。传统的课程设计重点是巩固和加强所学的理论知识,设计题目和给定数据多年不变,只需要按设计任务中给定的数据、方案及规定的设计方法完成一定的工作量即可,这就导致了相互抄袭的后果。学生缺乏主动性、积极性,教师缺乏新思维,师生同受其害。同时,传统课程设计题目与专业、毕业设计相关度不大,使得学生所学专业课程无用武之地,缺乏学习兴趣,设计与专业课程学习不同步达不到学以致用的目的和充分培养学生理论联系实际的能力。
3.考核方式较为传统死板,没有调动学生的积极性。教师对课程设计的考核方式也过于简单,学生最后提交的是图纸说明书等纸质材料,由于学生考试的穿插,加上期末老师的年终总结任务较多,用于集中指导的时间少,教师只凭印象批阅说明书和图纸,自行决断,确定最终得分。整个课程设计过程前期组织动员工作准备不充分,缺乏师生的交流与互动,对学生的监督与管理不严,部分学生的抄袭很难评判。考核缺乏标准性和透明度,助长了懒惰学生抄袭的不良风气,影响了勤奋好学学生的积极性,严重违背了课程设计教学的初衷。
二、改革手段和方法
针对目前课程设计学生态度不积极、时间较短、流于形式等现象,我们就本科生专业实习提出“长时间课程设计”的概念,即在机械设计课程初进行持续近一个学期的时间,以加强学生创新能力训练,锻炼学生在工作中解决实际问题的能力。这一概念通过近几年的实施取得了一定的成果,但有些方式仍需继续探讨。
1.采用“化整为零”法。通过将课程设计融入平时课程作业中,学生在进行课程学习时,有的放矢,应用所学知识完成课程设计计算工作;课程设计中先进设计方法和手段的训练,使学生在实践中应用设计软件,掌握三维建模知识,了解虚拟装配过程。在平时上课时完成课程设计的计算部分,课程设计节省的计算时间用于对学生的应用现代设计软件,开展先进设计方法训练及应用;增强实践性环节教学,建议实验室允许学生借出减速器模型,在课程设计室内使用,从而通过先进设计方法训练和增强实践能力,提高学生设计能力和综合素质。“化整为零”法推动课程设计的改革。根据教学大纲的要求,在不减少学生的设计工作量的前提下,采用“化整为零”法来完成课程设计任务,就是在开始讲述机械设计部分的时候就把课程设计任务书发给学生,将课程设计的部分计算内容(如带传动设计、齿轮传动的设计)放在机械设计课程教学时,作为课外作业布置给学生,这样可以发挥学生学习的主动性和积极性,同时老师在日常教学期间通过批改课程设计作业,及时地发现学生的计算错误或不合理的设计,督促学生及时改正。
2.在课程设计中引入现代设计软件,提高学生的兴趣。学生在机械制图课程教学中已经学习了Auto-CAD,但是没有把它与具体的工程设计结合起来。我们根据学生的具体情况,在课程设计中以不同的方式把计算机CAD技术应用到设计中,鼓励一般的学生能够进行零件的平面CAD绘图,对于基础好的学生鼓励他们对零件进行三维CAD绘图或者运用UG、Pro/E、SolidWorks软件绘图,也可以在电脑上完成装配图的绘制。机械设计基础的课程设计并不是孤立的,它不仅是与任课指导教师有关的教学活动,也是在先修的相关课程基础上的实践教学环节。因此,可在设计中聘请制图、公差、力学等相关课程的教师,从各个不同的角度加强业务指导,进一步提高学生的工程素养和素质。
3.结合机械创新设计第二课堂,提高学生创新能力。为避免设计的雷同,采用多题目、多数据,将全班分成若干小组,每组3~5人,经小组成员民主选出组长全面负责设计工作,小组各成员按照自己的学习优势进行合理分工:数据计算与整理、查阅手册资料、绘制图样、三维造型与装配等,每人各负其责,独立完成,但要数据共享,步调一致。由于学生缺乏实际经验,往往需要对某些结构不够合理的地方进行多次修改,采用软件只需修改零件某个参数的数值即可完成整体修改,方便省时,且整个设计过程符合学生的认知规律,使学生能够更加深入地理解设计的内涵,并可以直观地看到自己的设计成果,增强学生的成就感。采取灵活多样的教学方法,根据设计对象的不同和设计过程中随时出现的具体问题,针对年轻人思想活跃的特点,鼓励学生在总结前人经验的基础上有所创新,引导学生获取知识与方法。此外,在设计节点组织学生相互间互查,以提高其对技术文件的审核、鉴定的能力,以及对工作精益求精的态度和责任感。采用第二课堂和课程设计想结合的方式,设立专项基金,针对学有余力的学生,激励其进行创新性实验研究。根据所申请项目的内容及课题完成情况进行审批,给予一定额度的资金支持并配备专门教师给予指导。对于特色较为鲜明、成果比较出众的项目资助其申报发明专利、撰写论文和参与学术交流,并优先推荐评选“国家大学生创新性实验计划”。同时,积极创造条件、出台措施,鼓励学生参加教师的科研项目,给学生提供广阔的自由发展平台与空间。
4.结合科研项目提高教师的积极性。这虽然加大了教学的难度,要求教师具备扎实的工程功底,但既满足理论联系实际的要求,又可达到综合训练的目的,让学生体会到机械设计中既要参考原有样机,又要积极思考,有所创新,对提高学生的设计水平和促进教师教学水平的提高都非常有益。需要注意的是选题的适当和题目的相对稳定,并设立合适的考核节点,对课程设计的全过程进行约束和监督,以利完成课程设计的教学要求。在《机械设计基础》课程伊始,即下达设计任务,通过系统的设计任务将原教学内容中相互独立且略显繁杂的知识点联系起来,置学生于实际的工作情境之中,使其切身去解读一个机械装置的实际设计过程,并掌握由此所涉及到的原理、知识以及问题解决思路和方法。带着问题来学习课程,设计中每一步结果的取得,无论是数据还是结构,都与教学的各章节密切相关。在教学中进行实际工作的演练,是抽象知识与具体行动的有机融合,能够极大地激发学生的学习兴趣和学习潜力,锻炼学生的实战设计能力,培养全面的设计素质,为课程设计的顺利完成奠定良好基础。
三、结论
经过几轮的课程设计实践,本项目取得如下成果:
1.针对学生能力,开展分层次教学,让学有余力的同学利用课程设计的平台锻炼三维建模能力,二维绘图能力,并起到辐射带动作用;
2.以“做中学”的模式让学生自主自发学习应用先进的设计软件,一方面提高了他们软件水平,另一方面,提高了他们的自信心和主动性,促使他们掌握了一种有别于死记硬背的新的学习方法。
作者:李霞 陈建萍 魏敏 葛云 单位:石河子大学机械电气工程学院 新疆交通职业技术学院汽车与机电工程学院
参考文献:
[1]郝秀红,邱雪松,王琼,等.机械设计课程设计教学改革初探[J].教学研究,2011,(03):51-54.
[2]易传佩.机械设计课程设计融入课堂教学的探索[J].职业技术教育,2007,(14):20-21.
[3]成经平,林建华.提高“机械设计”课程设计教学质量的探讨[J].湖北理工学院学报,2012,(05):59-61.
2009年,北京工业大学耿丹学院采用按学号顺序分组的办法,5~6人一组,但在教学指导中教师发现小组的学生差异很大,有的小组学生普遍基础不好,导致设计工作难以进行。2010年起,学校采取了以学习基础来划分设计小组的办法,每个组分配一名成绩好的同学为种子学生,每个组内包含一名基础成绩差的同学,其余3名同学按照学号顺序来分配小组。经过2010年到2013年的教学实践证明,这样划分设计小组效果不错,受到师生的一致好评。
2设计地点的选择
课程设计起初选择在教室进行,设计过程中需要的手册、标准等由学生从图书馆借来使用。由于手册多而且多数比较厚重,同时受教室墙壁的阻隔,妨碍了图书的共享。2012年起,图书馆进行了相应的改造,开辟了自然科学阅览室,藏有工程类的样本书和期刊。阅览室的环境特别方便学生进行手册查询,也弥补了设计手册复本的不足,提高了学生设计的效率。
3设计过程的控制
课程设计是在教师的指导下,由学生独立完成的。为使学生尽快进入设计角色,并自始至终地保持积极主动完成课程设计的热情,在设计过程中注重培养学生的学习能力及解决工程问题的能力。
1)明确设计任务,给出课程设计的时间安排和考核要求,让学生尽快熟悉设计对象。由主讲教师就课程设计目的、要求、设计任务、题目等安排向学生交底,对设计过程中遇到的一些共性问题启发提示。
2)帮助学生理清设计思路,落实掌握设计方法。机械设计课程设计展览中将减速器设计过程中“边计算、边画图、边修改”的思路和方法作为重点。设计过程中引导学生对经验设计、设计计算与结构尺寸确定等方面的正确运用和处理,使学生体会设计是综合运用所学知识的过程,将强度、结构、工艺等方面的知识通过设计过程加强和巩固,使设计结果满足设计要求。设计计算和结构设计是设计能力的2个主要方面,而结构设计是确定零部件形体的主要阶段,也是一个难点,为此提出结构设计要完整、清楚地表达设计意图,准确、合理地满足设计要求,把2/3的时间用于装配草图设计、装配图的绘制。同时课程设计全过程中突出结构设计,提倡学生独立思考,鼓励设计新颖结构,将结构工艺性和经济性作为评价结构设计合理性的主要方面。总之,组内的每个学生都需要完成装配草图设计、装配图的绘制。而拆零件图的工作,则由小组成员协作完成。
4设计结果的评定
课程设计完成后,按小组进行结业答辩。设计综合成绩按照图纸质量、说明书、答辩情况及综合设计表现,按百分制评分(平时60%,答辩40%)。
5结论
综上所述,《机械设计》课程设计教学的有效改革,主要体现在以下几个方面。
1)分小组进行课程设计有助于学生互学,还培养了团队精神。
2)在图书馆开展课程设计,提高了设计效率。
3)加强课程设计的过程控制,确保每个学生得到锻炼。
关键词:机械设计基础;课程设计;减速器
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2012)12-0142-02
《机械设计基础》是近机类专业必修的一门技术基础课程,它主要介绍常用机构和通用机械零部件设计的基本知识、基本理论及设计方法等内容,为学生学习后续的专业课程奠定一定的基础,具有较强的理论性和实践性。《机械设计基础》课程设计是《机械设计基础》课程重要的实践性教学环节,一般安排在课程结束之后,大约占用两周时间,是学生在大学里第一次较为全面的工程设计与实践训练。课程设计的主要目的是让学生综合运用本课程的理论知识和生产实际知识,起到深化拓展有关机械设计方面知识的作用,为后续专业课程的学习、顺利完成毕业设计任务、提高就业率等打下一定的基础。
一、课程设计质量的提高办法
《机械设计基础》课程设计通常选择一般用途的机械传动装置或者简单机械作为设计内容。目前采用较广的是将以齿轮减速器或蜗杆减速器为主体的机械传动装置作为设计课题。因为减速器能够较全面地反映本课程所学的内容,主要包括电机、带传动、齿轮传动、轴、轴承、联轴器、螺栓、键、销、、密封、减速器附件及箱体等,偏重零件方面的设计。课程设计的工作量为减速器总装配图(0#图纸)1张,齿轮和轴类零件工作图(3#图纸)各一张,设计计算说明书一份(16k纸25页左右)。内容较多而且设计过程比较复杂,需要把设计出的参数变为具体的结构,要求学生在两周内完成确实有一定的难度。那么,如何帮助学生顺利完成课程设计,如何提高课程设计的质量呢?本文结合多年的教学经验进行简单介绍。
1.要求学生重视课程设计。学生往往认为课程设计是一门考查课,比开卷考试还容易应付,无非就是把课程的内容按照一定的顺序抄写一遍,因而敷衍了事,把更多的精力都用在了复习其他课程上,对课程设计缺乏积极性和主动性。部分学生还以查阅资料为幌子逃课、迟到、早退等,甚至同学之间相互抄袭,瞎编乱造,忽略了知识体系的系统性和完整性,结果当然是课程设计质量不令人满意,故而必须要求学生从思想上重视课程设计。
2.要求教师严格管理课程设计过程。教师对课程设计的管理不够严格,不关心学生的出勤率以及迟到早退现象,或者把考勤任务直接交给班干部,而班干部又碍于班级同学的情面,不向指导老师如实汇报出勤率,这就给部分同学提供了钻空子的机会。课程设计占用两周时间,教师应该严格卡住时间点,比如:第1周,完成执行机构运动简图的绘制,完成减速器箱体、以及附件的设计,完成总装图的手绘图,并及时进行检查,及时改正存在的错误,防止学生走弯路;第2周,绘制零件图,完成设计计算说明书,要求学生按时完成给定的任务,提高他们的独立工作能力,加深对理论知识的理解掌握,防止个别同学平时不努力做,专搞最后突击、抄袭。两周的课程设计结束,要组织学生进行答辩,对于那些回答问题模糊不清,说话支支吾吾、语无伦次,图纸上漏洞百出的同学要严厉批评,要求其认真整改,问题严重的同学要重新进行课程设计。
3.要求学生自己动手拆装减速器。减速器在现代机械中应用非常广泛,但是大部分学生从来都没有接触过,对其详细结构当然也缺乏感性认识。只有通过实物装拆,才能使学生对减速器的结构有更加直观的认识,才能进一步分析减速器中力和运动的传递途径。装拆的重点是轴系零部件的结构及装配关系,使学生能够在设计中结合实际,选择合适的结构和尺寸,条件允许的话,还可以组织学生去减速器生产厂家参观或者观看陈列室。此外,对于箱体的设计也非常重要,箱体结构复杂,其各个尺寸,如箱体壁厚、箱座凸缘厚、箱体深度、轴承端盖外径、凸台高度、外箱壁至轴承座端面的距离等,单凭想象或查资料很难设计,有了实物才容易理解,方便学生绘制总装图和零件图。
4.要求学生重视传动方案的选择。传动装置用于将原动机的运动和动力传给工作机构,并协调二者的转速和转矩,以满足工作机对运动和动力的要求。传动方案的拟定主要包括传动装置的选择、总传动比的确定、各级传动比的分配、传动装置的运动和动力参数的计算等。传动方案拟定是机器总体设计的主要组成部分,方案设计的优劣对机器的工作性能、工作可靠性、外廓尺寸等均有一定程度的影响,因此确定一个较优的传动方案至关重要,需要对各种方案进行仔细分析比较,还要考虑工作环境、载荷平稳性、生产条件等多个方面。当采用几种传动形式组成的多级传动时,需要考虑各级传动机构的布置顺序,各级机构所适应的速度范围等,还需要考虑各种传动形式的优点和缺点,如:带传动工作平稳,具有缓冲吸振、过载保护等优点,适宜放在高速级,但是它的承载能力较低,结构尺寸比较大;链传动因多边形效应而存在运动不均匀、有一定的冲击振动,适宜放在低速级;斜齿轮传动的平稳性比直齿轮好,承载能力也较强,适宜放在高速级,但是在传动中会有附加轴向力产生;锥齿轮加工比较困难,一般放在高速级,并限制其传动比大小,以减小其直径和模数;蜗杆传动的传动比大,传动平稳,但是效率低,适宜放在高速级,以减小传递的转矩,获得较小的结构尺寸从而提高效率。
5.重点检查图纸中存在的问题。课程设计的两周结束后,要求学生把设计结果以图纸和说明书的方式上交,并在答辩时正确完整地回答老师提出的问题。这样一来,学生就需要完全清楚整个设计过程,并在图纸上正确表达出来,在说明书中提供有关参数的合理选择。关于画图部分,用到了机械制图课程中所学的知识,如主视图、俯视图、左视图,“长对正、高平齐、宽相等”,尺寸标注、公差配合、表面粗糙度等内容,学生必须严格按照制图的有关标准去执行。此外还应注意一些容易出错儿的细节问题,如两个齿轮啮合处、螺纹联接处、滚动轴承处、油标及油塞的位置、轴承端盖上螺钉的位置、三个视图的投影关系等。还需提醒学生注意,总装图中的尺寸标注主要包括特性尺寸、配合尺寸、安装尺寸和外形尺寸,其他的尺寸都标在零件图上;轴承与孔的配合,只标轴的配合性质;齿轮与孔的配合,标轴和孔的配合性质;零件序号的编写、明细表、标题栏的填写一定要遵守国标规定;图中的数字、字母、汉字、符号等也要按照要求书写。
6.重视答辩与成绩评定。答辩是课程设计的最后一个环节,是对学生工作成果的一次全面检查,通过提问题的方式引发学生思考,帮助他们提高对机械设计过程的理解和认识水平,因此务必组织学生进行答辩。在答辩过程中,可以发现学生设计中存在的问题,要求学生进行改正,提高设计质量。成绩评定要采用以答辩为主,参照平时表现(包括出勤情况、学习态度、钻研精神、遵守纪律情况等),设计计算说明书及图纸质量综合评定的方法。
《机械设计基础》课程设计是教学实践环节中很重要的一环,是启迪学生的创新思维、开拓学生创新潜能的重要手段,只有这些工作都做好了,才能保证课程设计的教学效果。
参考文献:
[1]朱龙英.机械设计基础[M].北京:机械工业出版社,2009,1.
关键词:机械设计课程设计;计算机辅助设计;教学方式
中图分类号:G4 文献标识码:A
《机械设计》是机械类及近机类学生的重要专业基础课,机械设计课程设计是将所学理论与实践相结合的重要环节,是对学生综合能力的训练。通过设计可以帮助学生掌握一般机械设计的方法与步骤,使学生的设计能力得到提高。
1 开发工具的选用
CAD软件已经发展成为各种可视化的发展环境。目前CAD开发工具软件可以分为三类:一类是以Visual C++为代表的元件开发工具;另一类是以Visual Basic为代表的方案开发工具;再一类是以AutoCAD为代表的基于图形软件包的二次开发工具。笔者选用的是Visual Basic(VB)6.0作为开发工具,此软件功能强大,易用性强,而且控件封装了大量的属性和方法,更好地实现了代码共享,大大地节省了程序开发的时间,是当今最普遍的可视化编程工具之一。
2 程序总体结构
计算机辅助设计软件以教学实用性为根本,主要实现齿轮传动设计计算和校核的自动化,解决传统的手工设计方法的缺陷。根据开发工具VB模块化设计的思想,结合齿轮传动设计的特点,确定了程序总体结构,流程图见图1:
3 软件开发的关键技术
计算机辅助设计软件的整个过程由菜单和对话框驱动,分为设计计算、校核计算模块。其设计,实现人机对话,具有良好的交互性,充分考虑了变化的参数需要学生参与改变的特点,使学生既感到计算的快捷方便,又锻炼了设计能力。具体体现在学生在软件使用过程中可以看到清楚的设计步骤,在不断提示下进行每步设计。
3.1 图表功能的实现
在机械设计课程设计中有大量的图表要查。图表的特点是鲜明直观,并能看出变化趋势,在设计手册和资料中经常采用。但是在计算机辅助设计中,图表不能直接存储在计算机里,而且图表本身不能用来直接解题,参与计算的只是根据图表查得的有关数据,因此必须将其程序化,变成计算机可存储的数据形式,供解题时检索和调用。如图2所示,为了选择使用系数 ,需要决定选取的原动机和载荷状态。在机械设计中,将使用系数数值列于表1-1。根据设计参数,选择的状态决定使用系数的数值,这样解决了查图表的问题。
3.2 齿轮设计校核模块的开发
齿轮的设计计算是比较复杂的一个过程。在设计过程中,既要满足传动比的要求,又要满足强度的要求,所以要多次进行参数调整和试算后才能得到满足要求的齿轮,学生需要较长的时间完成齿轮的设计计算。由于给每个学生的设计数据不一样,且每个学生在设计时所选择的参数也不相同,因此开发了齿轮材料及其设计计算的模块,如图3、图4所示。若齿轮的强度不满足要求,则,所得出的数字呈红色,需返回到初始界面重新设计,输入及确定相关参数。
3.3 整体界面
以上界面是针对标准直齿圆柱齿轮进行的设计计算,如进行圆锥齿轮、斜齿圆柱齿轮、蜗轮蜗杆等类型的传动设计,可依照以上设计进行对应的界面设计。
以机械设计课程设计为载体实施项目教学法,将传统的理论教学和实验教学内容整合成八个项目,通过项目教学内容要求学生完成对应阶段的设计任务,使工程设计始终融于理论教学中,强化学生工程意识,激发学生参加各类工程实践活动的热情,进而探索出一条集创新意识和具有卓越工程师素质于一体的人才培养教学模式。
关键词:
项目教学法;机械设计;机械设计课程设计
《中国制造2025》标志着共和国制造业向智能制造的战略转变。高等院校作为国家人才培养基地,如何通过自身改革与创新,培养更多具有工程实践能力和创新意识的卓越人才,是共和国实现制造大国向智造强国奋进的人才基础。机械设计自身的课程性质决定了它在机械类和近机类专业教学中占据重要的一环,是工科院校学生后续进行专业课学习、课程设计、毕业设计及步入工作岗位,快速实现与工程接轨的一门实践性较强的基础课程,因而在机械设计课程教学中实施项目教学,既有理论教学独有的理论体系,又有承载实践项目教学的设计载体。本课题基于项目教学法,将机械设计课程设计分成若干个项目单元融于理论教学和实验教学中,基于CDIO“做中学”的理念,强化工科院校服务于工程实践的意识,引导学生参与科研与工程项目,建立合理评价体系,并在2~3年通过项目教学法在机械设计课程设计中的实施,不断强化工程设计与理论教学的有机融合,进而探索出培养合格工科人才的途径。
一、项目教学的实施路线
本项目教学法实施路线如图1所示。在期初理论教学中,将课程设计任务书下发给学生,教师根据教学安排,将课程设计计算部分分解成若干个项目单元,通过分段评估学生各阶段项目的完成情况,适时发现项目实施过程中出现的问题,保证分阶段设计项目的合理性,提高机械设计课程设计质量,将CDIO“做中学”的工程理念和项目教学法有机融合①,实现理论教学与工程实践的高度统一。课程设计的结构设计项目,拟放在“减速器拆装”实验中同步进行。在拆装实验中,通过让学生认真、细致地观察剖分式减速器的箱体结构,明确上、下箱体之间标准零部件的功用和定位方法;清晰传动原件的方式;掌握在轴系零部件的结构设计中各种标准件的安装顺序、定位方法以及轴承设计时应采取的方式、固定方法等,使学生在获取足够的感性认知后,为后续轴的结构设计和箱体结构的合理布局奠定基础,并要求学生在完成实验报告的同时,完成轴和箱体的结构设计。最终使学生能够根据所掌握的知识设计出符合工程实践要求的完整项目解决方案。以此为契机,在机械设计课程设计中引入多个设计题目,引导学生从单一理论知识的学习转化为多知识融合,从而为工程实践服务。在项目教学中,教师通过对案例项目的实施,有针对性地组织学生对相关问题进行深入探讨,明确该设计项目中,共性设计和个性设计中所拟对的方案差异,扩充学生在掌握该知识点时能够根据工程实际做出正确的判断,切忌采用照抄照搬不顾工程实际的设计思想,进而达到培养学生能够灵活运用所学知识于工程实践的目的。
二、实施方法
期初下达课程设计任务书后,将所在班级同学进行分组,每组成员2~3人。将理论教学和实验教学成若干个实施项目,每个项目都针对课程设计的一个环节,课后要求学生上交该项目应完成的设计内容,通过小组同学互评和教师点评方式,对每个同学完成项目质量作一评价,明确在本项目实施中应注意的关键节点,强调学生注重学会能够正确处理理论教学与工程实践应用之间的关系,引导学生在学好理论基础的同时,更加关注在工程设计中的应用。通过小组成员之间的点评,可以使学生充分了解机械设计课程本身的“一题多解”的博大精深,激发学生创新意识和自我探究学习的乐趣,让学生成为教学的主体;教师的点评让学生清楚设计意识的培养应具有全局观念,在保证设计质量的同时,综合机械设计、制造、安装、拆卸、经济性等诸多环节,明确机械设计的理念不光是单纯设计一个合格的产品,还应更多地考虑诸多的人文因素和相关的法律法规。
三、考评方式
将机械设计课程设计作为项目教学的内容引入到机械设计理论课教学中,将理论课教学划分成对应课程设计的若干个教学项目,分段实施和检查每个理论环节完成后学生应该完成的设计内容,使原本集结在两周课程设计中,只能用近乎1.5天所应完成的全部设计计算任务,分解在整个理论教学环节中,既缓解了原本紧张的设计周期,又能使教师和学生具有充足的时间来讨论设计计算中出现的问题和解决方法。因而项目教学法更关注于学生在平时教学过程中,如何能够将理论和实验所学内容恰当地反映在机械设计课程设计中。在本课程设计考评环节中,将设计计算、图纸质量和答辩成绩按4∶4∶2设计,通过小组互评和教师点评方式,给出学生在项目教学法实施中应完成设计计算部分的成绩,使学生在理论课程完成后,两周时间全部用于计算机绘图,鼓励有能力的同学对自己所设计的内容进行相关程序的编写或进行虚拟装配,成绩量化时给予这部分同学好的成绩来表彰他们的实际工作能力,以此为契机,培养学生具有工程理念,引导更多的学生参与科研,参加各类机械创新设计大赛,参与各类工程项目的研究,进而实现CDIO理念在机械类专业教学中的运用,为国家培养高素质、能够快速适应于工程实践型的合格人才。
四、结语
1.教育的目的是为社会输送合格人才,教师的职责是作为人才的“催化剂”,通过科学的教学方法,最大限度激发学生的发展潜力。“以教师为主导,以学生为主体,以项目为媒介,以职业能力为目标,以社会需求为背景”②的项目教学法,学习过程更强调学生的主体地位,通过学生自身的实践活动,提高理论知识应用于工程实践的能力,体味理论教学中,常规教育方法和工程实践中的灵活运用之间的关系,亲历应对实践过程的艰难选择和成功后的快乐,培养团队意识和协作精神,进而培养学生提高工程实践的应对能力。
2.以机械设计课程设计为契机,不断改进教学方法,进而探索在机械类专业学生课程设计中引入科研、工程项目,助力学生的创新思维和科研热情,实现工科院校人才培养与工程实践的零距离对接。
3.将机械设计课程设计项目教学引入到理论课教学环节中,通过引导学生独立完成相关项目的研究,以此为契机,探索出一种新的教学模式引入到其它课程教学中,培养学生工程意识;强调学生作为学习过程中的主体地位,通过教师合理的引导,加深学生对理论理解和工程实践的运用能力,进而走出一条培养符合21世纪人才需求、实现理论教学与工程实践零对接的教学模式.
注释:
①刘桂珍,于影等.项目教学法在机械设计课程教学改革与实践的研究[J].经济师,2016(7)
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.
关键词: 机械设计基础课程设计;综合性设计;教学方法;教学改革
Key words: mechanical design basic course design;comprehensive design;teaching methods;teaching reform
中图分类号:G64文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)29-0201-02
0引言
机械设计基础课程设计是机械设计课程体系中的一个重要的实践教学环节,它是工科院校机械类专业学生进行的第一次较全面、较系统、工程设计性很强的综合性设计训练。通过该环节的实践训炼,不仅能使学生巩固加深扩展己学过的知识,并且能使其综合应用这些知识去解决实际问题。机械设计基础课程设计是理论和实践相结合的第一次初探,是一次真正意义上的工程应用能力的培养,是培养学生的工程创新设计思维方式在实践中的验证所迈出的真正意义上的第一步。
近几年,随着社会对人才需求类型的改变,进行教学改革改变人才的培养模式,培养应用型本科人才,作为我校培养人才方案的重点以成为必然,为实现这一人才培养目标的要求,相应的教学体系也在进行适应性调整。机械设计基础作为工科院校的一门重要的技术基础课,它将为这些专业的学生学习专业机械设备课程提供必要的理论基础,使其在了解各种机械的传动原理、设备的正确使用和维护及设备的故障分析等方面获得必要的基本知识,机械设计基础课程所占的教学比重在逐年增加。机械设计基础课程设计是机械设计基础课程最重要的综合性与实践性教学环节,其在实践教学中的意义越加显现出了其重要性。我们围绕着培养具有一定的实践能力和创新设计理念的应用型本科人才的目标,从教学内容、教学方法和手段、设计成果展现形式等方面进行了教学改革和探讨,指导学生从工程应用的角度,结合创新设计思维,应用先进的现代设计方法及设计手段去解决工程实际问题,考虑相关的工程技术要求,逐步树立正确的设计思想,增强设计创新意识和竞争意识。
1教学内容的改革
长期以来减速器作为机械设计基础课程的设计的经典设计题目,这是由于减速器自身的特点决定的。减速器作为机器中一个相对独立的部分,组成减速器的零部件覆盖了机械设计基础课程的绝大部分内容,便于学生在设计实践中应用检验所学的知识,实现理论和实践的结合。另外,不同类型的减速器和参数的设计参数要求,所设计出的减速器的结果是不同的,因此, 选择减速器作为机械设计基础课程设计的题目是可行的。然而, 减速器只是一个部件, 每届学生都重复同样的设计内容, 势必会影响教师的创新设计的积极性。另外, 我校制图课的测绘练习也选择减速器, 这就使得课程设计的题目过于重复,使学生缺乏新奇感,势必会影响学生的设计积极性,影响设计成果。因此,结合学生所学的相关专业和学生对本门课的掌握程度,适当地拓宽课程设计的选题势在必行。
鉴于我校的机械设计、材料成型、车辆工程、汽车服务、材料科学、机电一体化、工程机械、数控等专业的学生都要进行课程设计,其专业跨度大、学生人数多以及减速器涉及的设计问题的经典性,故减速器齿轮减速器设计题目仍予以保留,但根据不同的专业特点适当地增加了设计题目,例如,对于数控专业的学生可以设计普通机床的传动系统, 给出电动机的动力参数, 通过带传动,带动主轴箱的运动。在这样的传动设计中, 学生可以通过参观相关机床,这样既进行相关的带传动和减速器传动设计,也结合学生的自身专业知识,增加了学生的设计兴趣,使学生真正体会到什么叫学以致用。 对于汽车专业的学生,不再进行传统的一级圆柱齿轮减速器设计,而是结合其专业特点,设计汽车用变速器,这样,需要考虑的因素更多了,同时也符合专业培养的特色。实践证明, 适当拓宽课程设计的选题不仅能够让学生得到更多的工程设计训练, 而且能发挥学生的主观能动性, 对于培养创新设计思维和进行创造性设计, 可起到事半功倍的效果。
对于机械专业等为期三周的机械设计课程设计,要求学生在提交一份装配图、一到两张零件图和一份设计说明书外,还要提交箱座和箱盖的零件图。这样更能较全面地考查学生对《机械制图》、《互换性与技术测量基础》、《机械制造基础》、《机械设计基础》等几门课的掌握程度。
2教学方法和手段的改革
现代的教育要求“以人为本”,学生是教学的主体,教师则是教学过程中的主导者。课程设计作为教学中的重要部分,在设计过程中也要充分激发学生设计的主动性和创造性。要达到以上教学目的,首先应重视实践教学的环节,实践教学是学生获得感性知识的重要手段,课程设计也是如此,为了让学生在设计过程中能有一个整体的设计观念,我们在进行课程设计之前,让学生应用机械设计基础理论课上所学的知识,自行设计一个具有一定创新性的实验,来实现预定的运动规律。然后,让同学进行减速器的拆装实验,通过这次实验让大家对减速器的常见类型有一个直观的认识,使学生了解减速器内部零部件的类型、结构和装配关系, 对加工制造的工艺过程形成初步的认识。装拆的重点是轴系零部件的结构及装配关系, 再此基础上让学生应用已有零部件设计一个合理的轴系,使学生能在课程设计中结合实际的参数要求设计出合理的轴系结构和尺寸。
在课程设计过程中也要重视老师的指导作用,一次成功的课程设计与教师的悉心指导是分不开的。为此应改变以前过于集中的指导方式,变“集中式指导”为“集中与分段相结合式指导”,设计前通过集中式的讲解交待清楚所要完成的设计任务,针对具体的设计任务如何入手去做,通过教师已有的设计经验,引导学生解决设计初期的入手难得问题,对于设计中的主要注意事项应交待清楚避免在设计过程中学生走弯路,在设计过程中教师应经常到教室中去,发现共性问题要及时地集中讲解,对个别底子薄的同学应进行个别指导,及时解决存在的障碍性问题,便于设计的如期完成,在设计的后期主要是检查与纠正细节。在具体的指导过程中要求教师要以学生的设计思想为主线,在不改变学生原有总体设计方案的前提下,进行指导完善此设计,让学生能真正地进行应用所学的知识进行创造性设计,让学生能够真正成为设计的主体,在完成此设计的基础上,让学生能够真正地领会完成一次设计的总体设计思路和收获自己的设计成果的成就感。总而言之,课程涉及的改革方向应以培养学生的设计创新能力和解决实际问题的能力为出发点。
3设计成果的展现形式
采用现代先进的机械设计手段,改变传统的纯手工绘图的方式。要求学生提交的设计成果为手绘的设计草图,手写版的设计说明书,以及电子版的设计总体装配图和典型的轴类、齿轮类和箱体类零件图。随着科技的进步,计算机在设计、生产、试验各领域发挥越来越重要的作用。为了顺应社会对人才的需求,必须重视学生的应用和掌握计算机的能力,在我院的机械设计专业率先试点要求总体装配图利用CAD完成。对于基础较好的同学要求应用SolidWorks、CATIA等三维绘图软件完成齿轮、轴、箱体、端盖等所有机械零件的结构设计,完成整机的装配,然后进行机构的运动仿真和干涉检验。
设计成果的评定方式,改变原有的只看图纸的评定方式,采用答辩与平时的设计表现相结合的方式,以图纸、计算说明书和答辩成绩为主,兼顾设计态度、准备情况、出勤率、进度、协作、总结等表现。答辩过程中师生间的相互交流是教师评定设计质量高低最有效的手段,通过答辩老师能够发现总结设计过程中所存在的问题,同时也是学生自我检验的最有效的方式,通过答辩锻炼了学生的语言组织和表达能力,有利于培养学生的宏观地看待问题和总结能力,能够强有力地督促学生及时地解决设计过程所存在的细节问题,防止懒散和懈怠现象的发生。
4结束语
机械基础课程设计是机械类专业重要的实践教学环节之一,对培养学生分析和解决工程实际问题的能力起着十分重要的作用。经过全体机械设计基础教师的努力,在课程设计过程中所进行的相关改革和实践,在组织教学内容方面加强专业特色适当地改变教学内容,在设计手段上应用现代的设计方法,在成果的展现形式上突出了实时动态的考核方式,能够全方位提高机械设计基础课程设计的质量,提高学生的综合能力。随着应用型本科教育改革的进一步深入,如何再提高教学质量,保证应用性本科人才培养模式的实现是我们全体机械教师不断努力地探索和奋斗的目标。
参考文献:
[1]朱宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册[M].北京: 高等教育出版社,2005,(11).
1开发工具的选用
CAD软件已经发展成为各种可视化的发展环境。目前CAD开发工具软件可以分为三类:一类是以Visualc++为代表的元件开发工具;另一类是以VisualBasic为代表的方案开发工具;再一类是以AutoCAD为代表的基于图形软件包的二次开发工具。笔者选用的是VisualBasic(VB)6.0作为开发工具,此软件功能强大,易用性强,而且控件封装了大量的属性和方法,更好地实现了代码共享,大大地节省了程序开发的时间,是当今最普遍的可视化编程工具之一。
2程序总体结构
计算机辅助设计软件以教学实用性为根本,主要实现齿轮传动设计计算和校核的自动化,解决传统的手工设计方法的缺陷。根据开发工具VB模块化设计的思想,结合齿轮传动设计的特点,确定了程序总体结构,流程图见图1:
3软件开发的关键技术
计算机辅助设计软件的整个过程由菜单和对话框驱动,分为设计计算、校核计算模块。其设计,实现人机对话,具有良好的交互性,充分考虑了变化的参数需要学生参与改变的特点,使学生既感到计算的快捷方便,又锻炼了设计能力。具体体现在学生在软件使用过程中可以看到清楚的设计步骤,在不断提示下进行每步设计。
3.1图表功能的实现
在机械设计课程设计中有大量的图表要查。图表的特点是鲜明直观,并能看出变化趋势,在设计手册和资料中经常采用。但是在计算机辅助设计中,图表不能直接存储在计算机里,而且图表本身不能用来直接解题,参与计算的只是根据图表查得的有关数据,因此必须将其程序化,变成计算机可存储的数据形式,供解题时检索和调用。如图2所示,为了选择使用系数,需要决定选取的原动机和载荷状态。在机械设计中,将使用系数数值列于表1-1。根据设计参数,选择的状态决定使用系数的数值,这样解决了查图表的问题。
3.2齿轮设计校核模块的开发
齿轮的设计计算是比较复杂的一个过程。在设计过程中,既要满足传动比的要求,又要满足强度的要求,所以要多次进行参数调整和试算后才能得到满足要求的齿轮,学生需要较长的时间完成齿轮的设计计算。由于给每个学生的设计数据不一样,且每个学生在设计时所选择的参数也不相同,因此开发了齿轮材料及其设计计算的模块,如图3、图4所示。若齿轮的强度不满足要求,则,所得出的数字呈红色,需返回到初始界面重新设计,输入及确定相关参数。
3.3整体界面
关键词:精品课程;机械设计基础;教学内容;人才培养;专业建设
中图分类号:G6420 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)11-0148-03
一、引言
精品课程建设工作是高等学校教学质量与教学改革工程的重要组成部分,也是高等院校教学工作重要的基本建设内容。教育部关于“本科教学工程(原称“质量工程”)”的建设文件指出:“精品课程”是具有一流教师队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教材、一流教学管理等特点的示范性课程。教育部的这一文件精神,为各级精品课程的建设与实践工作指明了方向和课程建设的标准与目标。
西安外事学院的“机械设计基础”课程经过多年建设,于2011年4月被评为校级精品课程,2011年11月被评为陕西省精品课程,2014年7月经省教育厅批准又被升级改造为省级精品资源共享课程。总结几年来的建设工作,我们的工作重点及特色主要在以下几个方面。
二、创建课程新体系,改革课程内容
“机械设计基础”课程是一门综合性、实践性很强的技术基础课程,在高等院校机械类、近机类专业的教学计划中具有承前启后的重要作用,是培养学生创新精神、工业意识和综合机械设计能力的一门主干课程。
西安外事学院作为我国一所走在前沿的应用型本科院校,主要肩负着为国家培养应用型本科技术人才的重任。因此,“机械设计基础”课程内容的改革,必须符合学校的人才培养目标。
针对“机械设计基础”课程的特点,我们确定了本课程的教学改革思路是:更新教育思想和教学观念,以应用型本科技术人才培养为对象,进行课程整体优化组合,建设“机械设计基础”课程新的教学体系;以提高学生的综合设计能力、创新设计能力、工程实践能力为目标,构建课堂教学、计算机辅助教学、设计训练、实验教学与课外科技创新实践活动一体化的教学体系。
为此,构建的“机械设计基础”课程是对原专业教学计划中的机械原理、机械零件两门课程的基本内容进行整合而重组的一门新课程。围绕“常用机构”和“通用零部件”两条主线介绍其有关的工作原理、结构特点、设计方法等。在常用机构内容中,主要安排有平面机构结构分析、平面连杆机构、凸轮机构、轮系和间歇运动机构;在通用零部件内容中,主要介绍常用的机械传动(带传动与链传动、齿轮传动、蜗杆传动)、常用连接(螺纹连接、轴毂连接)、轴系零部件(轴、轴承、联轴器与离合器)等;此外,还安排有机械系统设计、现代设计方法等章的内容。通过本课程的学习(包括理论教学和实践教学环节),使学生着重掌握机械设计的基本知识、基本理论、基本方法和基本技能,培养学生具有一定机械设计能力,并为以后专业课程学习打下必要的基础。
在课程新体系的构建中,始终坚持以应用型本科人才的培养需要为目标,开展对课程内容的改革;对于课程的基本理论以“必需”、“够用”为度,淡化公式推导,注重理论联系实际,体现应用性特色;同时对课程内容组织贯彻“少而精”及“实用性”为原则,例如:在“齿轮传动”一章,打破传统习惯,分别把传统的“齿轮机构”、“齿轮传动”、“蜗杆传动”三章内容合编为新“齿轮传动”一章,把“滑动轴承”、“滚动轴承”两章内容合编为新“轴承”一章,既避免有关内容重复,又达删繁就简自成体系。
三、教师队伍建设
教师队伍建设不仅是高等院校教学建设的重要内容之一,也是学科、专业和课程建设的基础和重要工作。目前,我校课程组已初步建成一支知识结构较为全面、年龄结构适合、学缘结构合理的“机械设计基础”课程教学团队。针对师资队伍建设工作,我们提出课程师资队伍建设要符合学校办学定位的目标,要适应教学需要和学科发展的目标,并以培养青年教师为重点,制定了具体培养计划和措施,现取得较好的效果。关于培养青年教师队伍的措施如下。
1.加强师德师风教育,以先进人物为榜样,树立爱岗敬业,忠于人民教育事业的崇高理想。
2.按照学校的师资队伍建设目标,制定好包括青年教师的师资队伍建设规划,并认真实施。
3.给青年教师压担子,让他们承担起教学和科研任务,在“干”中成长,而且教学和科研互动,协同发展。
4.实现教学岗位责任制,加强教学管理。积极开展教学教改研讨活动,提高教学素养和业务能力。
5.发挥老教师的作用,实行年轻教师导师制。为每位青年教师配备了教学指导教师,加强对青年教师的传、帮、带。
6、创造条件让青年教师走出去,到国外和国内其他大学学习访问,开拓视野。对提高学术及教学水平发挥了重要作用。
7.在实现青年教师全部硕士化的基础上,逐步实施青年教师博士化。
8.建立听课和评课制度,发挥老教师和系主任的教学监督作用,促进青年教师课堂授课质量的提高。
这些措施的实施,取得很好的效果,使青年教师茁壮成长,多名青年教师在学校举办的青年教师讲课竞赛中获得竞赛大奖,每位青年教师均已获得一项以上省级教改研究项目或省级科研项目,并在全国期刊上发表多篇教育教学教改研究论文;本课程的建设成果先后于2011年、2012年获校教学成果奖一等奖、二等奖,课程教学团队于2012年获校级优秀教学团队;已形成了一支学术和教学水平高,综合素质好、结构合理的师资队伍。
四、教学方法与教学手段
改革教学方法、采用先进的教学手段是提高课程教学质量的关键措施,在教学中,我们的做法如下。
(一)在教学方法上
1.转变教学观念,树立以学生为中心的思想,正确认识学生为主体、教师为主导的内涵,充分调动学生学习的主动性、积极性。
2.在课堂教学中,坚持理论联系实际的学风,把基础理论与生产实际、设计实践紧密结合,根据应用性技术人才培养的实际需要,对基本理论以“必需”、“够用”为度,淡化公式推导,不断将新技术、新成果引入课堂,开阔学生设计视野。
3.在课堂教学中,根据“工学结合”、“教、学、做合一”的原则,“讲-练-实践”相结合,安排设计性大作业,提高学生的动手能力、工程训练与实践能力。
4.在教学中,根据课程各章的不同特点,分别采用工程案例教学、项目任务教学、小组讨论式教学、现场教学和探究式教学等不同教学方法。同时采用工学结合教学法、课外竞赛激励法、小组研讨法等教学方法,调动学生学习的积极性、主动性,并指导和促进学生自主学习能力的发展。
5.搞好课程设计教学,培养学生掌握机械系统方案设计、机械零部件工作能力设计和结构设计的能力。
6.在教学过程中,贯彻因材施教的思想,重视学生的个性发展,鼓励和引导学生积极参加各类课外科技创新竞赛活动,提高学生的动手能力、分析问题解决问题能力、创新实践能力。
7.改变以往以期末考试成绩定课程学习成绩的方法,采用平时考核、作业考核、实验考核和期末考试多项累加的方法确定学生的学习成绩,引导学生自觉的学习,全面、系统的学习。
(二)在教学手段上
1.积极采用现代教育技术,充分利用计算机技术和网络技术等现代信息技术,将多媒体教材引入课堂教学,丰富课程的教学信息量。在本课程教学中,实现了部分网络教学。
2.结合课程特点,制作了课程教学录像片、多媒体课件、常用机构和通用零部件的三维动画插播片、图片库和课程测试题库,开发了课程CAI课件。
3.建成了常用机构和通用零部件陈列室、轴系零件拆装实验室、液压传动陈列室等,供学生参观和认知学习,提供了直观教学环境和开放式的教学环境。
4.开放了机械设计实验室和械计创新活动室,激励学生的学习兴趣,为培养和提高学生的机械设计动手能力、分析问题和解决问题能力以及参与科技创新活动提供了场所和便利。
在上述教学方法及有关措施下,本课程教学得到校内外专家的一致好评,课程组教师教学评价均获得学生“优良”的好评。学生的课程学习效果也取得丰富成果,如在教育部主持举办的“2014年全国大学生机械设计创新大赛”上,学生参赛的7件作品,全部获得陕西赛区省级奖,其中省级一等奖1项、省级二等奖1项、省级三等奖4项;学生在参加2013年“全国大学生工程训练综合能力竞赛”中,获得陕西赛区省级二等奖2项;学生积极参加Solidworks考试认证中心的认证,多名学生获得Solidworks考试认证中心颁发的“机械设计Solidworks证书”。
五、教材建设
教材建设是高等教育课程改革的重要组成部分,也是教学内容和课程体系改革的成果体现。早在1988年国家教委颁发的《高等学校教材工作规程(试行)》中就指出:高等学校教材是体现教学内容和教学方法的知识载体,是进行教学的基本工具,也是深化教学改革,提高教学质量的重要保证。基于高校教材是传授知识、培养技能的重要工具,在人才培养过程中扮演着极其重要的角色,所以,我们在精品课程建设规划中,针对教材建设制订了规划,组织了教材编写力量,先后出版了质量较好的《机械设计基础》、《机械设计基础课程设计》(国防工业出版社出版)两部精品教材。在《机械设计基础》教材编写中,我们坚持以应用型本科技术人才培养的实际需要为宗旨,遵循对机械的认识规律及循序渐进的原则,遵循理论联系实际和注重机械设计能力培养的要求,优化了课程知识体系;以常用机构和通用零部件为对象,以设计为主线,突出了机械系统方案设计、机械零部件的工作能力与结构设计,并吸纳了现代设计方法及技术。
由于“机械设计基础”课程的主、辅教材配套齐全,使用效果好。为培养厚基础、强能力、高素质、宽口径应用型本科技术人才发挥了重要作用。
六、实践教学活动创新
“机械设计基础”课程实践教学环节包括实验教学、课程设计、设计作业训练和课外科技创新实践活动等内容。
1.实验教学。以培养学生动手能力为中心,利用机构和机械零件陈列室、机械设计基础实验室、汽车工程实验实训基地的开放式教学环境和条件,采用课内外相结合的教学体系和分模块、分项目的实验教学内容,全面培养学生理论联系实际的工作作风、动手操作能力、分析解决问题能力,促进学生的个性发展。
2.课程设计教学。“机械设计基础课程设计”是工科院校机械类、近机类学生在学习了机械制图、工程力学、工程材料、公差与配合、机械设计基础、机械制造基础等课程之后首次进行的一次较全面、较系统、较长时间、较贴近工程实际的综合性设计训练,对于培育学生的设计意识,锻炼学生的设计能力,培养学生的创新精神,激发学生的学习兴趣,加深学生对课堂教学内容的理解和掌握都具有十分重要的作用和意义。为了突显上述功能,我们对课程设计教学进行认真改革与建设,丰富和深化课程设计内容,实现设计题目多样化。以设计为主线,既有传动装置设计的传统题目,也有从生产实践中新开发的新题目。对完成的设计图纸,既可采用手工绘图方式完成,也可采用计算机辅助绘图方式完成。在完成的设计项目计算说明书中,必须有设计方案评价、设计工作总结等内容,否则不予通过。通过这些措施的实施,培养的学生设计能力发挥,促进学生分析解决问题能力和创新能力的提高。
3.设计作业训练。机械设计基础课程是一门设计性、实践性、综合性很强的课程,为了实现基础理论与设计实践的有机配合、实现“教、学、做合一”和“讲-练-实践”相结合,我们安排了“轴系零件”测绘、上机进行“计算机辅助设计”等的设计作业训练。通过设计作业训练,培养学生的机械结构设计能力、计算机辅助设计能力和绘图能力,为后续的专业课程学习以及日后从事机械设计工作打下良好的基础。
4、课外科技创新实践活动教学。借助本课程的学习,为了培养学生的创新意识、综合设计能力和团队协作精神,我们借助汽车工程实验实训中心和汽车工程技术创新基地,开展了学生课外科技创新实践及机械创新设计的实践教学环节。几年来,这一课外科技创新实践教学活动取得了丰硕的成果。
七、本课程的建设成果
1.建设出了一支知识结构和年龄结构合理,学术水平和教学水平高的师资队伍。教学与科研互动,共同协调发展,成果显著。几年来,课程组一位教师受到省级教书育人先进个人表彰;课程组先后完成了省级教改研究项目3项、省级科研项目4项、校教改项目5项,获校级教学成果奖4项,并获校级优秀教学团队一支;几年来,教学团队在国内外各类期刊及国际学术会议上发表科研论文40余篇、教改研究论文10余篇,获国家发明专利和新型专利2项。
2.创建了“机械设计基础”课程新体系,面向应用型本科技术人才,以培养学生综合设计能力为主线,以工程应用为目的,以“必须、够用”为度,以讲清概念、强化应用为重点的原则来确定本课程的主要内容和体系结构,对教学内容作了重大的改革,以机械设计为主线,将机械原理、机械零件等课程的主要内容进行精选和融合,优化组合,使其成为一门完整体系的综合化课程,并编写出版了配套教材。
3.适应应用型本科技术人才培养需要,构建了“工学结合”、“教、学、做合一”的课程教学模式,注重实践性教学环节,加强基本设计训练,培养学生的工程意识和综合分析与设计能力,构建了课程的直观教学陈列室和新的实验教学体系,开放了课程实验教学环境,促进了学生的个性化发展。
4.重视教材建设,编写出版了“机械设计基础”课程教材3部,主、辅教材配套齐全,水平高,使用效果好,并将教学改革思路与成果融入到教材中。
5.以理论教材为蓝本,利用现代计算机信息技术和网络技术,建设出本课程的立体化教材系统及其素材库,并实现了网络化教学和精品资源共享。
本课程于2011年评为省级精品课程,2014年经陕西省教育厅批准又被升级改造为省级精品资源共享课程,本教学团队将以此为新起点,继续奋发努力建设好这一省级精品课程。
参考文献:
[1]教育部.关于启动高等学校教学质量与教学改革工程精品课程建设工作的通知[R].教高[2003]1号.
[2]姚恩全.高校精品课程建设的理论与实践研究[J].东北财经大学学报,2006,(6):88-90.
[3]宋宝玉,张锋,王黎钦.机械设计精品课程建设的探索与实践[C]//中国机械工程学会机械设计分会主编.机械设计教学研究论文集(2009).北京:机械工业出版社,2009:95-97.
[4]张鄂.机械设计基础[M].北京:机械工业出版社,2010.
[5]张鄂.机械设计基础[M].北京:国防工业出版社,2014.
关键词 机械设计基础;教学改革;独立学院
中图分类号:G642.0 文献标识码:B
文章编号:1671-489X(2013)30-0085-02
机械设计基础是一门理论与实践紧密结合的课程,是学生由理论基础学习转向专业课程学习的重要桥梁和纽带。机械设计基础课程的主要内容是研究机械中的常用机构和通用零件的工作原理、结构特点、基本的设计理论和计算方法[1]。课程的主要任务是培养学生具有设计通用零件和机械传动装置的能力,掌握重要机械参数的测定并具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关设计资料进行初步的工程设计能力,培养学生分析问题和解决问题的能力、动手实践能力及创新设计能力[1-2]。机械设计基础课程涉及的基础理论内容较广且相对独立,实践性较强,学生缺乏工程意识和实践能力,因此学习起来较困难,容易失去学习兴趣,导致学习效果不理想。这就要求教师在课堂上采用多种教学手段与方法,使学生在课堂学习中能更多地接触实践,更有兴趣地学习这门课,更好地培养工程素质[3]。
1 机械设计基础教学改革思路与目标
高等教育肩负着科教兴国和人才培养的双重使命,必然要适应社会经济发展对人才的要求。传统的以传授知识为中心的教学理念很难实现这一目标,因此必须要建立一种新的教学理念来指导机械设计基础课程教学,以培养学生的工程实践能力和创新思维为最终目的,使学生能了解本学科的发展趋势,具备从事工程技术方面工作所必需的基本理论知识和基本技能,能够运用所学的知识自主地发现问题、分析问题和解决问题。为此必须灵活采用多种教学方法和教学手段,激发学生的学习兴趣,使学生愉快而自主地进行学习。同时要加强实践教学环节,培养学生的创新思维和工程设计能力,使机械设计基础教学融知识传授、能力培养、素质教育和服务社会于一体,为学生就业奠定良好的基础。
2 教学内容的改革
机械设计基础课程内容繁杂,基本概念、公式、图表等繁多,而且公式的推导过于冗长,缺乏系统性,导致学生学习兴趣不高,信心不足。因此,结合成都理工大学高素质应用型人才的培养目标,以工程应用为主线,以“必须够用”为原则,对教学内容进行精选和优化整合,删除落后的内容及复杂公式的推导过程等,加强基础知识和基本设计方法的讲解,重点强调公式的理解与应用,总结前后内容的系统性和规律性,注重零件参数确定的方法与零件结构的合理设计,尽可能选用典型性和启发性的工程实例,加强对学生解决工程应用问题能力的培养。同时适时地更新教学内容,保持教学内容的先进性和科学性,拓展学生的知识面,加强工程观念和综合分析应用能力的培养,使学生既具有扎实的理论基础,又能很好地将所学知识应用于实际设计中。
3 改进教学方法,采用先进教学手段
以教师课堂讲授为主的传统教学方法,往往偏重于教师单方面知识的传授,忽视了学生的自主学习,教学效果不佳。因此必须采用灵活多变的教学方法和教学手段,加强与学生之间的互动与交流,激发学生主动学习的积极性。
3.1 互动式教学方法
传统的灌输式教学方法忽视了学生的主体地位,只重视教师的“教”,忽视了学生的“学”,不利于学生自主学习和主观能动性的培养。互动式教学方法可使师生间单方向知识传授转变为双向互动。教师在遵循学生认知规律的前提下,充分发挥主导作用,创设学习环境,精心设计启发性问题,激发学生的思维,引导学生积极思考,唤起学生发现问题、探索问题的兴趣。
例如,教师在讲授带传动能够将回转运动变成直线运动时,可以设置问题:还有什么传动方式也可实现相同的运动转换?这样就可将前面所学到的齿轮齿条传动、螺旋传动、链传动等与带传动联系到一起,不但能有效调动学生的学习积极性,还将前后知识联系到一起,便于理解和掌握。通过互动式教学方法,教师的职责不再只是简单的传授知识,更重要的是要引导学生去积极思考,突出学生的主体地位,激发学生积极思考,引导学生进入有意识学习的心理状态,变被动学习为主动学习,真正地实现教与学的互动。
3.2 加强多媒体教学与板书相结合
采用多媒体教学方法能够有效增加课堂教学信息量,并有效解决教学内容多、课时少的问题。通过形象生动的动画、视频等多媒体手段,可将复杂的运动逼真地展现给学生,帮助学生理解和接受其运动规律。例如,通过动画演示杆长的变化、机架的改变等来讲授平面四杆机构类型的变化情况;将四杆机构的一些应用实例如摄影平台、飞机起落架、缝纫机踏板、雷达调整机构等做成动画,能使枯燥的内容变得形象生动,学生更容易理解和接受。
多媒体课件应按照教学内容进行设计,要突出重点和难点,能将抽象的、难以理解的内容变得简单直观,演示效果好,但不能过于花里胡哨,否则会适得其反。为了充分发挥多媒体教学的优势,学院对多媒体教学制定了相关要求:教师进行多媒体教学时不能坐着,应面对投影屏幕或学生,要加强与学生的互动与讨论,不能脱离板书教学,而且要加强精炼板书教学,对重要的知识点、公式的推导等要以板书为主。通过形象生动的多媒体教学和板书教学相结合,培养了学生的学习兴趣和主观能动性,收到良好的教学效果。
3.3 采用现场教学方法
教师可针对教学内容的不同,合理组织现场教学,做到理论联系实际。例如,进行齿轮加工实验时,可安排学生直接到工厂进行现场参观学习,教师根据齿轮加工的实际情况,可提出一些问题让学生思考讨论,并解答学生的疑问,这样既能加深理解和巩固,又有利于提高学生的学习兴趣和学习积极性。
4 加强学生工程意识和创新能力的培养
创新是科技发展和社会进步的源泉,创新能力的培养是我国21世纪人才培养的核心内容[4]。在教学过程中,特别是实践教学环节,要注重加强学生动手实践能力和创新能力的培养。
4.1 实验教学方面
在学院的支持下,机械设计基础实验教学条件得到了很好的改善,打破了传统的以单一性、验证性实验为主的模式,增加了综合性和创新设计性实验。认知性和验证性实验主要是帮助学生加强理论知识的理解,巩固所学的知识;综合性实验使学生了解典型机械零件的实验方法,掌握机械参数的测定原理,提高学生的机械设计能力,加强学生动手能力及分析解决问题能力的培养;创新设计实验着重培养学生的创新能力,如通过平面机构任意组合实验台和轴系结构设计实验台等创新设计实验设备,学生可自主设计实验项目,自己动手完成实验内容,并对实验结果进行分析和总结,培养了学生的创新思维,并使学生在此过程中掌握了创新设计的基本方法,提高了机械设计能力。
此外,为了更充分发挥学生的主动性,目前正计划将部分实验室进行定时开放,学生可根据自己的兴趣爱好和知识结构,自主进行实验项目设计与改进,自主选择设备并调试,独立完成实验操作,写出实验报告。开放实验室对进一步提高学生的积极性,培养学生的工程意识和创新设计能力具有重要意义。
4.2 课程设计教学方面
机械设计基础课程设计是学生综合运用基础理论知识和查阅相关资料进行工程分析和机械设计的重要实践环节,能帮助学生进一步巩固所学的理论知识,同时还有利于培养学生理论联系实际的能力。
课程设计以减速器设计作为设计题目,由于学生缺乏工程实践经验,为了增强学生做好课程设计的积极性和主动性,课程设计开始前,先组织学生进行减速器的拆装,使学生对减速器的结构和工作原理有初步的感性认识,然后再下达课程设计任务书。设计任务书打破传统的给定参数和设计方案的做法,只给定功能要求,由学生根据功能要求进行分析,自行拟定设计方案,然后分组讨论、分析、比较优化,最终确定本次课程设计的设计方案,再进行零件的设计计算、校核以及图纸设计。鼓励有能力的学生运用现代设计方法和手段对所作课程设计做进一步的设计与分析。如指导学生运用二维CAD软件绘制减速器装配图和零件图,运用Pro/E、Solidworks等完成三维设计,并进行计算机模拟仿真,对自己的设计结果进行验证。
在课程设计过程中,要逐渐培养学生树立正确的设计思想,鼓励学生勇于提出自己的设计方案,敢于否定不合理的方案和结构设计,培养学生的工程意识和创新能力。
5 构建合理的成绩评定体系
成绩评定方式对学生的学习态度和学习兴趣有重要的影响,因此必须改变传统的以期末考试决定成绩的不合理做法,要重视学生的平时成绩,将成绩评定贯穿于课程教学的始终。具体方法是:总评成绩=平时成绩(20%)+作业成绩(10%)+实验成绩(10%)+期末考试成绩(60%)。其中,平时成绩指学生的出勤及回答问题等方面。新的成绩评定方法更有利于对学生整个学习过程和应用能力进行检查与评定,能够有效避免学生平时不努力考前突击的弊端,能较全面地反映学生对课程内容的理解和掌握情况。
6 结束语
机械设计基础作为一门重要的必修课程,必须以全新的教育理念,全面推动教学内容、教学方法与教学手段等的改革,并在改革中不断总结经验,使之有利于培养学生的综合能力,促进学生的全面发展,满足对21世纪人才培养的需要,更好地为国家建设和社会经济发展服务。
参考文献
[1]杨可桢,程光蕴,李仲生.机械设计基础[M].5版.北京:高等教育出版社,2006.
[2]濮良贵,纪名刚.机械设计[M].8版.北京:高等教育出版社,2007.