機械設(shè)計課程設(shè)計教學(xué)研究

李學(xué)藝，丁淑輝，魏軍英

摘要：機械設(shè)計課程設(shè)計是機械類專業(yè)本科學(xué)生的重要實踐環(huán)節(jié)，對培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力及創(chuàng)新思維具有十分重要的意義。本文首先分析了目前機械設(shè)計課程設(shè)計教學(xué)中存在的突出問題，然后針對性地提出了一系列有效促進和提高機械設(shè)計課程設(shè)計教學(xué)質(zhì)量的具體措施。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計;課程設(shè)計;教學(xué);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(shè)計課程設(shè)計是機械設(shè)計課程的一個十分重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，旨在培養(yǎng)學(xué)生運用機械設(shè)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(shè)計這一環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，強化學(xué)生對機械設(shè)計課程的相關(guān)知識的理解，對一般機械零件設(shè)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(xué)生的機械綜合設(shè)計能力、工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，為后續(xù)的專業(yè)課學(xué)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計奠定良好的基礎(chǔ)。隨著我國高校教育教學(xué)體系改革的不斷發(fā)展與深入，機械設(shè)計課程設(shè)計這一實踐教學(xué)環(huán)節(jié)也越來越受到重視[1]。機械設(shè)計課程設(shè)計教學(xué)改革已成為高校機械類專業(yè)教學(xué)改革的一項重要內(nèi)容。

二、機械設(shè)計課程設(shè)計教學(xué)現(xiàn)狀分析

隨著我國高校教育教學(xué)改革的不斷深入，機械設(shè)計課程設(shè)計的教學(xué)改革也受到了越來越多的關(guān)注。由于機械設(shè)計課程設(shè)計的改革成效不僅取決于其自身的改革，還受到機械設(shè)計課程教學(xué)改革的制約，雖然近年來不少專家學(xué)者進行了大量針對性的研究，但目前仍未能有效解決在設(shè)計內(nèi)容、教學(xué)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(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新能力方面應(yīng)有的功能，與當前應(yīng)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(shè)計課程設(shè)計教學(xué)還存在以下幾個方面的問題。

1.設(shè)計題目單一，設(shè)計內(nèi)容雷同。目前的機械設(shè)計課程設(shè)計絕大多數(shù)為二級減速器的設(shè)計，原因在于減速器為典型的通用設(shè)備，包含了機械設(shè)計課程中介紹的幾何所有零件類型，對于學(xué)生掌握常用零件的設(shè)計方法有重要意義，但是，這種沿用了幾十年的單一設(shè)計主題模式，已難以適應(yīng)現(xiàn)代人才培養(yǎng)模式的要求[2]。由于設(shè)計題目單一，導(dǎo)致學(xué)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(shè)計參數(shù)上有所差別，在設(shè)計內(nèi)容、設(shè)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(shè)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(xué)生感覺枯燥、乏味，不能充分發(fā)揮其創(chuàng)造性思維。

2.教學(xué)方法僵化，教學(xué)手段守舊。目前機械設(shè)計課程設(shè)計基本上是沿用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，即在任課教師擬定設(shè)計題目后，學(xué)生按照課程設(shè)計指導(dǎo)書介紹的方法和步驟依次完成方案設(shè)計、零部件設(shè)計計算、裝配圖設(shè)計、零件圖繪制、設(shè)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(xué)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(dǎo)工作主要是督促學(xué)生按照設(shè)計流程完成各項具體任務(wù)和解答學(xué)生設(shè)計過程中的細節(jié)問題，較少注重學(xué)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(shè)計技術(shù)在機械設(shè)計領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用，但目前的機械設(shè)計課程設(shè)計大多仍采用圖板繪圖，雖然這樣做不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的手工繪圖能力，還能減少學(xué)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(shè)計的主流。

3.計劃安排不周全，評價標準不科學(xué)。機械設(shè)計課程設(shè)計一般與機械設(shè)計課程教學(xué)安排在同一學(xué)期，在授課結(jié)束后的學(xué)期末進行。由于考試科目較多，許多學(xué)生忙于應(yīng)付考試，難以集中精力進行課程設(shè)計，因而課程設(shè)計質(zhì)量難以保證。部分高校為了便于管理，將學(xué)期的最后一周設(shè)為考試周，致使整個課程設(shè)計階段，學(xué)生的主要精力都用于準備考試，對課程設(shè)計不重視，甚至是敷衍應(yīng)付，致使課程設(shè)計流于形式。此外，課程設(shè)計成績的評定也缺乏科學(xué)、規(guī)范的標準，基本上由任課教師自行確定。目前的機械設(shè)計課程設(shè)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(shè)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(xué)生進行正確引導(dǎo)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(xué)生擴招的影響，一名教師往往指導(dǎo)多個班級的課程設(shè)計，每個班級學(xué)生多達40多人，教師很難把握每名學(xué)生的具體情況。此外，現(xiàn)有評價體系中對學(xué)生創(chuàng)新能力的評價尚未引起足夠重視，難以激發(fā)學(xué)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(shè)計課程設(shè)計的教學(xué)質(zhì)量，強化學(xué)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(shè)計內(nèi)容、設(shè)計模式、教學(xué)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(shè)計課程設(shè)計教學(xué)體系?？傮w而言，改革應(yīng)從以下幾個方面進行。

1.優(yōu)選設(shè)計課題，強調(diào)應(yīng)用與創(chuàng)新能力的結(jié)合。針對目前設(shè)計內(nèi)容單一、設(shè)計流程固化的問題，應(yīng)結(jié)合課程教學(xué)要求與專業(yè)培養(yǎng)計劃精心選擇設(shè)計題目，優(yōu)化設(shè)計內(nèi)容，不僅要深化學(xué)生對課堂教學(xué)內(nèi)容的理解與消化，強化其工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)，還要兼顧學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。傳統(tǒng)的減速器設(shè)計題目雖然單一，但其涵蓋了機械設(shè)計課程教學(xué)中涉及的幾乎全部零件，有助于學(xué)生掌握通用機械的設(shè)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(yīng)在保留減速器設(shè)計內(nèi)容的基礎(chǔ)上，選擇更加靈活、更富有創(chuàng)造性的設(shè)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(shè)計計算，在方案設(shè)計時可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維與創(chuàng)新意識，在詳細設(shè)計時則強化了學(xué)生對一般零部件設(shè)計的具體方法，有效實現(xiàn)了應(yīng)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(yīng)用，實現(xiàn)了機械原理與機械設(shè)計課程的有效結(jié)合。考慮到課程設(shè)計周期較短，上述課題難以單獨完成，應(yīng)采用課題組形式，每個課題組2～3人，承擔一個設(shè)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(shè)計。采用這種模式既可培養(yǎng)學(xué)生的團隊意識和協(xié)作意識，也能培養(yǎng)學(xué)生的獨立工作能力。

2.改進設(shè)計模式，由簡單模仿向深度思考轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)的課程設(shè)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(shè)計內(nèi)容、設(shè)計步驟及方法都是一模一樣的，且相應(yīng)的課程設(shè)計指導(dǎo)書中均給出了相應(yīng)的案例，學(xué)生只需簡單地模仿即可完成全部設(shè)計任務(wù)。許多學(xué)生在設(shè)計過程中依葫蘆畫瓢，生搬硬套，甚至在別人的設(shè)計結(jié)果基礎(chǔ)上修改參數(shù)變成自己的設(shè)計，導(dǎo)致課程設(shè)計的基本教學(xué)要求都難以保證。通過改進設(shè)計模式，采用分組設(shè)計模式，使設(shè)計題目真正做到差異化，總體方案與設(shè)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(xué)生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新意識。其次，為了防止課程設(shè)計與期末考試沖突，對有課程設(shè)計任務(wù)的學(xué)生，應(yīng)在課程設(shè)計之前進行課程考試。對于目前實行小學(xué)期制的高校，將課程設(shè)計安排在小學(xué)期更為合理。此外，為了更好地促進課程設(shè)計效果，改變目前課堂教學(xué)與課程設(shè)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(shè)計的任務(wù)下達到每個學(xué)生，學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中便開始構(gòu)思并不斷完善設(shè)計方案，熟悉設(shè)計方案中涉及的相關(guān)零部件的設(shè)計方法，不僅為后期的正式設(shè)計奠定了良好的基礎(chǔ)，也可激發(fā)學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)興趣，真正做到有的放矢、學(xué)以致用。

3.豐富設(shè)計手段，熟練掌握多種現(xiàn)代設(shè)計方法。裝配圖與零件圖的繪制是機械設(shè)計課程設(shè)計的一項重要內(nèi)容，目前絕大多數(shù)高校仍要求學(xué)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(xué)生使用;二是為了鍛煉學(xué)生的手工繪圖能力;三是防止學(xué)生抄襲，因為不同學(xué)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(lǐng)域的主流，計算機繪圖已成為大學(xué)生必須掌握的基本技能，因此高校教務(wù)部門和任課教師應(yīng)積極創(chuàng)造條件，盡可能讓學(xué)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(shè)計技術(shù)在機械設(shè)計領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用，為了使學(xué)生更好地適應(yīng)社會需求，課程設(shè)計中應(yīng)增加相應(yīng)的訓(xùn)練內(nèi)容，讓學(xué)生熟練掌握多種常用的現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)，為后續(xù)的學(xué)習(xí)及就業(yè)奠定良好的基礎(chǔ)。

4.規(guī)范考核評價體系，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與潛能。考核評價體系是課程設(shè)計教學(xué)體系的一項重要內(nèi)容，既是檢驗學(xué)生課程設(shè)計完成質(zhì)量的標準，也是教師總結(jié)改進教學(xué)方法的依據(jù)。建立規(guī)范科學(xué)的考核機制不僅可以有效引導(dǎo)學(xué)生按照教學(xué)要求高質(zhì)量、高效率地完成課程設(shè)計，也可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與自主思考的潛能。針對目前機械設(shè)計課程設(shè)計考核模式存在的弊端，將考核評價納入課程設(shè)計的全過程，實行分階段考核模式，依次進行設(shè)計方案考核、設(shè)計過程考核和設(shè)計結(jié)果考核。設(shè)計方案考核重點考核設(shè)計方案的創(chuàng)新性、合理性、實用性，激勵學(xué)生在實用背景下進行創(chuàng)新設(shè)計;設(shè)計過程考核側(cè)重考核學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性、設(shè)計手冊與設(shè)計軟件使用的熟練程度、完成設(shè)計任務(wù)的獨立性與積極性等;設(shè)計結(jié)果考核則是對設(shè)計圖紙、設(shè)計說明書進行考核，重點檢查設(shè)計計算的準確性、完整性和設(shè)計圖紙的正確性、規(guī)范性，對于手繪圖紙還應(yīng)兼顧整潔性。為了檢驗學(xué)生對設(shè)計中相關(guān)知識的理解與應(yīng)用，并及時解決出現(xiàn)的問題，將答辯考核分散到設(shè)計過程中，重點針對學(xué)生設(shè)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(xué)生設(shè)計中出現(xiàn)問題的一種手段，強化學(xué)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(xué)生對設(shè)計結(jié)果的關(guān)注轉(zhuǎn)為對設(shè)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(shè)計質(zhì)量。

機械設(shè)計課程設(shè)計是機械類大學(xué)生重要的實踐環(huán)節(jié)，也是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不僅涉及設(shè)計選題、設(shè)計指導(dǎo)和考核評價等多個方面的內(nèi)容，還與教學(xué)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(xué)質(zhì)量，必須不斷深化教學(xué)改革，改革課程設(shè)計的教學(xué)模式，克服現(xiàn)有機械設(shè)計課程設(shè)計教學(xué)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(xué)體系，并在不斷的教學(xué)實踐中進行改進與完善。

參考文獻：

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基金項目：本文系山東科技大學(xué)名校工程建設(shè)項目“強化能力培養(yǎng)的機械設(shè)計課程教學(xué)改革”的研究成果

作者簡介：李學(xué)藝（1972-），男，湖北巴東人，山東科技大學(xué)機電學(xué)院，副教授，研究方向為機械設(shè)計、先進制造技術(shù);丁淑輝（1977-），男，山東青州人，山東科技大學(xué)機電學(xué)院，副教授;魏軍英（1973-），山東淄博人，山東科技大學(xué)機電學(xué)院，講師。