慧鱼工程技术机械设计创新实践教学

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摘要：机械设计实践实验教学课程是培养学生机械创新设计能力、创造性思维和工程实践能力的重要课程。为解决机械设计实践实验教学效果差的问题，文章提出可基于Fischertechnik模型搭建机械创新人才培养平台，结合教师科研、机械工程专业学科竞赛与大学生创新创业训练计划项目以及16+2实践周“职业技能训练”开展机械设计综合创新实验训练，培养学生的综合设计能力、工程实践能力、创新实践能力、团队协作能力等，并取得了良好的教学效果。

关键词：慧鱼工程技术；机械设计；实践实验教学；创新能力

一、引言

机械设计制造及其自动化专业作为学校向应用型综合大学转变中专业建设的重要组成部分，是培养应用型机械类本科专业人才的主阵地。《机械设计》是该专业重要的专业基础课，专业教学计划围绕《机械设计》教学目标开设了工程实践实验课程，如《机械设计课程设计》《16+2职业技能训练》等，培养学生的综合设计能力、工程实践能力、创新实践能力、团队协作能力等，要求学生能综合利用所学知识解决工程实际问题。但是在实践实验教学环节，教学效果差，一是因为机械设计实验教学所开实验多是认知性实验和验证性实验[1]；二是因为《机械设计课程设计》命题陈旧且单一，缺乏现代设计，无法达到综合训练的目标[2]。为此，本文提出基于慧鱼工程技术的机械设计综合创新实验教学方法，培养学生的综合设计能力、创新工程实践能力等。

二、机械设计实验教学弊端及改进策略

1.机械设计实验教学弊端。《机械设计》是一门综合性很强的专业基础课，以《机械制图》《理论力学》《材料力学》《机械工程材料》《互换性和测试测量技术》《机械原理》等课程为依托，对机械零件设计准则、摩擦磨损及润滑、螺纹连接、轴毂连接、带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆涡轮传动、轴系设计、滚动和滑动轴承、机械系统设计以及其他常用零部件设计等知识进行讲解[3]。其课程特点是内容多且杂，存在大量经验公式与图表，教学内容抽象等，多数学生反映内容零乱，找不到重点。为此，通常在制订教学计划开设相应实验课，辅助学生理解并掌握相关知识，如《机械设计课程设计》《机械设计实验》。随着技术的发展，社会对学生的综合创新设计及工程实践能力提出更高的要求[4]，但目前《机械设计课程设计》《机械设计实验》仍然存在一定的弊端，实践实验教学效果差，无法满足社会需求。《机械设计课程设计》是对渐开线圆柱齿轮二级减速器进行设计，该实践项目存在一些弊端：一是课程设计命题陈旧且单一，是对通用渐开线圆柱二级齿轮减速器进行设计，主要内容为机械方案设计、传动系统详细设计、装配图绘制及减速器设计说明书，相关设计技术指导书成熟，网络资源丰富，学生设计时基本是依葫芦画瓢，查手册，套公式，设计过程就是仿造，部分学生存在抄袭、买卖现象，严重影响教学秩序和教学质量；二是重视二维装配图，轻视二维零件图、爆炸图和三维建模及装配的训练，不足以满足机械设计综合训练的要求。机械设计实验方面，主要包括机器组成及典型机械传动零件感性认识、传动试验（齿轮传动、带传动和链传动等）、机械传动轴系部件设计与分析。由于我校教学计划安排，无明确的机械设计实验有关课程，仅在《机械设计》理论教学时，组织学生参观机械典型零部件多功能语音教学示范箱，加深对《机械设计》各章节的理解。为弥补《机械设计》实践实验课程的不足，我校除了积极对《机械设计课程设计》教学内容、教学方式以及考核方式做调整外，还积极探索以16+2实践周“专业技能训练”作为实验实践教学的补充，但由于不规范存在教学效果差的问题。2.设计实践实验教学，对大学生工程实践能力的培养具有重要的意义[5]。为此，我校对《机械设计课程设计》教学进行创新改革，积极探索机械设计综合创新实验教学。Fischertechnik，即“慧鱼”，是德国人基于六面体接体发明创造的工程技术智趣拼装模型，包含各类机械构件（齿轮传动、丝杆传动、链传动、皮带传动、连杆机构、凸轮机构、减速器等）、电气元件（电机、电气开关、气动零件、各类传感器、控制器、导线及导线接头等）和编程软件等模块。该模型是《机械设计》的理想教学工具。基于此我校，利用Fischertechnik模型搭建机械创新人才培养平台，结合教师科研、机械工程专业学科竞赛与大学生创新创业训练计划项目等，在16+2实践周“职业技能训练”时机械设计综合创新实验题目，学生自由组队，综合利用《机械原理》《材料力学》《理论力学》《机械设计》《机械制图》等课程知识，合理分工，利用Fischertechnik组合模型，完成相关综合创新实验设计任务，力求达到培养综合设计能力、工程实践能力、创新实践能力、团队协作能力等的教学目标。

三、机械设计综合创新实验教学示例

为解决菠萝采摘生产效率低、人工成本较高、果农劳动强度高、芒刺对果农伤害较大等问题，我校17机械班某组学生基于慧鱼组合模型设计了一款小型手扶式菠萝自动采摘机。右上图为菠萝采摘机部分功能装置，分别为成熟识别装置、传输装置，考查学生对《机械设计》教学中电动机、减速器装置、齿轮传动、皮带传动、链条传动/螺栓连接等知识的理解与掌握。基于慧鱼工程技术的机械设计综合创新实验教学中，我校学子在第八届全国大学生机械创新设计大赛（慧鱼组）中获得国家三等奖1项，立项大学生创新创业训练计划项目国家级2项、省级1项，发表省级以上科技学术论文3篇，申报专利1项。目前，我们正在以国家级大学生创新创业训练计划项目为依托，积极备战中国—东盟高校创新创业教育联盟大学生创意机器人设计大赛和第九届全国大学生机械创新设计大赛，期望取得优异成绩。

四、结语

机械设计实践实验教学对学生工程实践能力培养具有重要的意义。为解决实践实验教学效果差的问题，本文提出可基于Fischertechnik模型搭建机械创新人才培养平台，结合教师科研、机械工程专业学科竞赛与大学生创新创业训练计划项目以及16+2实践周“职业技能训练”开展机械设计综合创新实验。该教学模式不仅使学生对课程知识加深理解，而且也调动了学生的学习积极性，培养了学生的创造性思维，教学效果良好。

参考文献：

[1]孙厚涛,杨清香,刘占山,等.机械设计实验教学探讨[J].机械设计,2018,35(S2):9-10.

[2]余江鸿,邱显焱,汤迎红.基于学科竞赛的机械设计课程设计教学改革与实践[J].机械设计,2018,35(S2):264-266.

[3]濮良贵.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2006.

[4]高江红.基于工程教育理念下机械设计课程教学的思考[J].教育教学论坛,2019,(16):230-231.

[5]李飞,梁永丽,侯雨雷,等.机械设计课程实验教学改革探索[J].教育教学论坛,2019,(18):138-139.

作者：马登秋 叶振环 安玉 付娟 单位：遵义师范学院