基于三維技術的機械基礎系列課程的優(yōu)化整合研究

高成慧，王中任，張 俊

GAO Cheng-hui, WANG Zhong-ren, ZHANG Jun

（襄樊學院 機械與汽車工程學院，襄陽 441053）

0 引言

機械基礎系列課程主要由工程圖學、工程力學、工程材料、機械原理和機械設計等課程組成，是理工科院校機械類專業(yè)必修的專業(yè)基礎課。長期以來，各課程自成獨立體系，強調(diào)面面俱到，內(nèi)容重復較多，鏈接斷點多，學生在學習的過程中沒有一個明確的主線和目標，沒有把設計的全過程有效地鏈接起來，對所學課程不能融會貫通。

另一方面，這些課程一般采用二維設計平臺進行教學，在課程內(nèi)容上又相對落后，尤其是CAD技術的出現(xiàn)和發(fā)展，世界制造業(yè)已進入數(shù)字化設計、分析與制造的時代，產(chǎn)品的構思與設計、機構的運動仿真與有限元分析、產(chǎn)品的裝配檢驗與加工過程可直接實現(xiàn)，各課程之間的聯(lián)系也更為緊密。并且在這些基礎課程中，所有的表達和設計最初都是由三維模型或三維零件展開的，學生學習要達到的最終的目標也是能靈活利用所學知識來設計表達三維機械產(chǎn)品或工業(yè)產(chǎn)品，所以在機械基礎課程體系中貫穿整體的主題單元可以認為是三維設計和三維能力的培養(yǎng)。因此，原機械基礎系列課程的設置、內(nèi)容及實踐等環(huán)節(jié)應順應時代發(fā)展的要求，以三維設計為主線進行全面優(yōu)化整合，使課程改革達到一個更高層次。

1 機械基礎系列課程設置的優(yōu)化整合

隨著計算機技術的迅速發(fā)展，以前只能靠手工完成的許多作業(yè)，逐漸通過計算機實現(xiàn)了數(shù)字化，企業(yè)檔案管理向無紙化、數(shù)字化的方向發(fā)展，企業(yè)也需要大量這方面的人才。為此在大一上學期機械基礎課程前可增設機械工程表達工具課程，強化現(xiàn)代設計與表達意識，使學生掌握用基本的計算機工具表達設計思想，掌握計算機基礎知識、文檔、電子表格、二維繪圖和三維造型等設計工具的使用，能夠獨立用二維工程圖、三維造型以及裝配圖等多種方式表現(xiàn)設計結果。同時增設機械工程概述等課程，使學生對機械工程這門學科有一概括了解，掌握機械及其系統(tǒng)的組成、工作原理、特點及應用，簡單的機構運動分析，產(chǎn)品的生產(chǎn)過程及金屬材料加工的基本知識，增加學生對機械產(chǎn)品構型的感性認識，教學方法上采用課堂講授與實習參觀相結合，使學生建立工程設計的概念，培養(yǎng)基本的工程素質(zhì)，為機械類基礎課和專業(yè)課做前期準備。

2 機械基礎系列課程教學內(nèi)容的優(yōu)化整合

機械基礎系列課程教學內(nèi)容的改革，必須打破原有的課程界限，從系統(tǒng)的觀點出發(fā)去優(yōu)化整合。將多門機械基礎課程作為一個系統(tǒng)，進一步明確各課程在整個系統(tǒng)中的地位、作用和內(nèi)容，對各課程教學內(nèi)容上重復交叉的地方進行適度的精簡和刪除，使機械基礎系列課程真正做到相互補充、相互促進、相得益彰。以三維設計為主線，以培養(yǎng)和提高學生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力為出發(fā)點，樹立厚基礎、重素質(zhì)、強能力的教學觀念，將三維設計、分析、制造理念全面引入機械基礎系列課程教學中，建立基于三維技術的機械基礎系列課程新體系。

在機械制圖和機械測繪教學中，樹立三維設計的概念，借助三維軟件的建模和運動仿真功能形象再現(xiàn)產(chǎn)品三維—二維—三維設計的過程，培養(yǎng)學生空間思維能力和設計思想的表達能力，并在課程測繪中進行模擬性三維設計。在機械設計和機械原理課程中將機構的三維仿真及運動設計貫穿其中，加強機構及系統(tǒng)設計的教學，在教學中充分應用計算機三維技術解決機械工程的設計、分析、計算、仿真等，設計出滿足加工及工藝要求的合理機構，并對學生進行從模仿實物—模擬性設計—工程性設計—創(chuàng)新性設計的全過程培養(yǎng)，以提高學生的綜合能力和創(chuàng)新設計能力。在工程力學課程中，改變理論上分析推證的傳統(tǒng)教學模式，將三維設計的有限元分析及動力學分析引入教學，提高學生的工程應用能力。

3 機械基礎系列課程實驗、實踐環(huán)節(jié)的綜合優(yōu)化

機械產(chǎn)品的質(zhì)量、性能和功能很大程度上取決于產(chǎn)品的設計，機械產(chǎn)品要達到高水平、占領國內(nèi)外市場，創(chuàng)新設計是關鍵，創(chuàng)新設計能力的培養(yǎng)對于工科學生來說尤其重要。實驗、實踐教學作為本科教學的一個重要組成部分，在培養(yǎng)和提高學生的創(chuàng)新能力方面有著特殊的作用。

雖然機械基礎系列課程都有附屬于理論教學的實驗、實踐教學，但是這些實驗教學內(nèi)容絕大多數(shù)是相互獨立的、驗證性的實驗，缺乏綜合性和創(chuàng)新設計性。為培養(yǎng)學生的創(chuàng)新設計能力，使學生的知識結構和設計水平跟上時代發(fā)展的步伐和企業(yè)對人才的要求，必須將機械基礎系列課程的實驗、實踐環(huán)節(jié)進行綜合優(yōu)化，建立以計算機輔助的綜合性、創(chuàng)新性、開放性的實驗及實踐教學體系。打破課程界限、實驗場所和實驗時間等限制，以計算機三維設計和仿真為主線，以機械創(chuàng)新設計為核心，以大學生機械創(chuàng)新設計大賽和三維數(shù)字化大賽為背景依托，強調(diào)機械系統(tǒng)的設計觀念和三維設計理念，注重從整體（機械系統(tǒng)）到局部 (常用機構和典型零部件)，再從局部到整體，在增強學生對機械感性認識的基礎上，將分散的知識點與機械系統(tǒng)有機地聯(lián)系起來，將獨立的、驗證性的實驗與綜合性、創(chuàng)新性的實驗跨過時間和課程界限有機結合起來，使學生在綜合性實驗中對機械系統(tǒng)有一個完整的認識，對所學知識不再感到抽象和零碎，使知識更加系統(tǒng)和完整，也使學生能夠站在機械系統(tǒng)的高度更好地了解和掌握各種常用機構和典型零部件，進而培養(yǎng)學生綜合運用機械設計知識分析和解決實際問題的能力，不斷提高學生工程實踐能力和創(chuàng)新意識。

4 結束語

課程體系的改革是教改的“瓶頸”，必須打破原有課程界限，從系統(tǒng)的觀點出發(fā)去分析問題和優(yōu)化整合，才能使教改工作有所突破。將多門機械基礎課程作為一個系統(tǒng)，用三維設計、分析、制造理念優(yōu)化整合機械基礎系列課程，建立全新的基于三維技術的機械基礎系列課程新體系，是機械基礎系列課程改革發(fā)展的方向，是數(shù)字化設計與生產(chǎn)對現(xiàn)代教育提出的新要求。但是，機械基礎系列課程的優(yōu)化整合研究是一項復雜的系統(tǒng)工程，任重而道遠，尤其是需要各個方面的積極配合與支持，才能使改革進行的更深入。

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