改革教學方法 提高“機床構(gòu)造與設(shè)計課程設(shè)計”教學質(zhì)量

尚曉峰 王志堅

[摘 要] 針對在《機床構(gòu)造與設(shè)計課程設(shè)計》實踐性教學環(huán)節(jié)中，本科生對機床構(gòu)造沒有結(jié)構(gòu)直觀認識、課程設(shè)計無從入手、設(shè)計計算思路不清晰、制圖質(zhì)量不高、達不到綜合鍛煉目的問題，提出“直觀認知-細節(jié)分解-督促檢查”三位一體綜合課程設(shè)計指導方法。通過指導兩輪課程設(shè)計成績對比分析，此項教學改革實踐效果顯著。

[關(guān)鍵詞] 機床構(gòu)造與設(shè)計;課程設(shè)計;改革;教學方法;教學質(zhì)量

[作者簡介] 尚曉峰（1972—），男，遼寧海城人，工學博士，副教授，碩士生導師，研究方向為機械設(shè)計制造和自動化技術(shù);王志堅（1974—），女，河南內(nèi)黃人，工學博士，副院長，教授，碩士生導師，研究方向為流體機械及工程技術(shù)。

[中圖分類號] G642 ? ?[文獻標識碼] B ? ? [文章編號] 1674-9324（2020）39-0240-02 ? ?[收稿日期] 2019-12-03

《機床構(gòu)造與設(shè)計課程設(shè)計》是機械工程學科本科生學完《機床構(gòu)造與設(shè)計》課程后進行的實踐性教學環(huán)節(jié)。其目的是通過課程設(shè)計使學生在了解典型機床主要子系統(tǒng)組成及其功能;掌握普通機床主軸箱設(shè)計方法;掌握機床結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算、繪圖和編寫設(shè)計說明書方法;學習查閱機床設(shè)計標準和相關(guān)手冊方法，提高對典型結(jié)構(gòu)設(shè)計和選擇的設(shè)計能力等方面得到綜合鍛煉[1]。此項實踐性教學環(huán)節(jié)在機械工程學科整個知識體系中尤為重要。

一、現(xiàn)狀分析

目前《機床構(gòu)造與設(shè)計課程設(shè)計》開課學期為第7學期期末階段，而其先導課程《機床構(gòu)造與設(shè)計》開課學期為第6學期。因此本科生在做課程設(shè)計時，基礎(chǔ)理論知識嚴重遺忘。在《機床構(gòu)造與設(shè)計》授課時，從理論上講述CA6140型車床的用途、運動、總布局、傳動系統(tǒng)以及主要結(jié)構(gòu)[2]。但是在課內(nèi)實驗環(huán)節(jié)中安排的4個實驗內(nèi)容均未涉及到機床主軸箱相關(guān)知識內(nèi)容。現(xiàn)有《機床構(gòu)造與設(shè)計課程設(shè)計》一般過程是指導教師首先講授課程設(shè)計的內(nèi)容及其要求，然后不定期指導檢查，最后答辯評定成績。每位指導教師需要指導2輪課程設(shè)計，每輪課程設(shè)計指導20名同學。

二、課程設(shè)計方法改革探索

由于目前所存在的各種不利因素的影響，導致在《機床構(gòu)造與設(shè)計課程設(shè)計》實踐性教學環(huán)節(jié)中，本科生對機床構(gòu)造沒有結(jié)構(gòu)直觀認識、課程設(shè)計無從入手、設(shè)計計算思路不清晰、制圖質(zhì)量不高、達不到綜合鍛煉目的諸多問題。針對上述各種問題，提出“直觀認知—細節(jié)分解—督促檢查”三位一體綜合課程設(shè)計指導方法。

1.直觀認知。課程設(shè)計開始時，首先是布置課程設(shè)計任務(wù)及其要求。將講授課程設(shè)計的任務(wù)內(nèi)容及其要求與機床構(gòu)造結(jié)構(gòu)直觀認識相結(jié)合，達到直觀認知目標。機床構(gòu)造結(jié)構(gòu)直觀認識分為三個步驟，帶領(lǐng)學生到機床實驗室進行：①首先，以一臺CA6140型車床設(shè)備為基礎(chǔ)，復習車床的結(jié)構(gòu)組成及其各個部分的功能。此部分內(nèi)容在《機床構(gòu)造與設(shè)計》授課時講解過，為順利切入課程設(shè)計教學環(huán)節(jié)，有必要再次簡單復習一次。設(shè)計普通機床主軸箱是課程設(shè)計的核心任務(wù)，因此將車床主軸箱蓋拆開，從俯視圖的角度觀察主軸箱內(nèi)各可見結(jié)構(gòu)的組成，操作變速手柄并觀察可見的變速機構(gòu)及滑移齒輪的工作情況。在主軸箱俯視圖的角度，主軸箱內(nèi)大部分結(jié)構(gòu)被遮擋，無法進行直觀觀察和講解。②然后，以一臺CA6140型車床主軸箱模型為基礎(chǔ)，對主軸箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行觀察分析。主軸箱模型的箱體采用透明亞克力板制成，因此可較詳細觀察到內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成。進一步講解主軸箱內(nèi)部各軸的空間布置、各軸上的零部件結(jié)構(gòu)和功能以及變速機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和功能。操作變速手柄可詳細觀察各個變速機構(gòu)及滑移齒輪的工作情況。這個環(huán)節(jié)讓學生親自操作變速手柄并觀察和感受主軸變速原理和變速過程。③最后，以一張車床主軸箱展開圖為基礎(chǔ)，詳細講解車床主軸箱內(nèi)安裝在各軸上齒輪的作用、嚙合方式以及變速過程原理。前述車床主軸箱及其模型內(nèi)各軸均是空間布置結(jié)構(gòu)，在觀察認識上仍然不是十分直觀，因此有必要將空間轉(zhuǎn)化成平面，進行展開圖觀察認識。在車床主軸箱展開圖中，去除所有附屬機構(gòu)，專門把主軸箱內(nèi)部的各軸及其軸上齒輪以展開圖的方式表達出來，更加突出設(shè)計重點，實現(xiàn)學生對設(shè)計重點內(nèi)容的直觀認識。經(jīng)過上述三個步驟的觀察和講解，學生已經(jīng)對課程設(shè)計實現(xiàn)直觀認知。

2.細節(jié)分解。開始進行課程設(shè)計后，學生首先進行理論計算，包括運動設(shè)計和動力計算。具體內(nèi)容包括根據(jù)給定的轉(zhuǎn)速范圍及公比確定變速級數(shù)，擬定結(jié)構(gòu)式、繪制轉(zhuǎn)速圖，計算齒輪齒數(shù);選擇電動機型號及轉(zhuǎn)速，確定各傳動件的計算轉(zhuǎn)速，對主要零件進行計算。這些工作的完成以《機械設(shè)計》和《機床構(gòu)造與設(shè)計》兩門課程為基礎(chǔ)，學生可自行查閱相關(guān)資料手冊來完成計算和選擇。這里所謂的細節(jié)分解是指采用三維軟件建模技術(shù)，將所有零件進行建模、裝配和運動仿真，使學生對主軸箱內(nèi)每一個零件細節(jié)都有認識和掌握，特別是分解出在“直觀認知”環(huán)節(jié)中無法表達的細節(jié)結(jié)構(gòu)。在教學實踐過程中，以組內(nèi)隨機一位同學的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，我與學生課程設(shè)計同步進行零件建模、裝配及運動仿真。一方面加強師生互動，加強師生聯(lián)系;另一方面督促這名同學認真抓緊進行課程設(shè)計，同時也帶動其他同學課程設(shè)計加快進度。

3.督促檢查。督促檢查環(huán)節(jié)是保證課程設(shè)計能夠保證質(zhì)量并按時完成的保證。具體操作方法是保證每天到課程設(shè)計專用教室一次，進行考勤、考查進度、答疑。除此之外，在課程設(shè)計專用教室內(nèi)與學生一起進行設(shè)計工作，現(xiàn)場完成零件建模、裝配和運動仿真等工作。由于第7學期期末課程設(shè)計階段教師的工作特別繁多，因此能夠做到連續(xù)完整的督促檢查十分不易，需要教師付出更多的時間和辛苦。但是，做好這個督促檢查工作，一方面可拉近師生距離并掌握學生課程設(shè)計情況，另一方面對提高教師業(yè)務(wù)素質(zhì)也有一定的幫助。

三、教學實踐對比分析

為驗證“直觀認知—細節(jié)分解—督促檢查”三位一體綜合課程設(shè)計指導方法的成果，結(jié)合一次課程設(shè)計指導教學任務(wù)進行一組對比試驗。試驗分為兩組，每組20名同學。第一組同學按照傳統(tǒng)課程設(shè)計指導方法進行，第二組同學按照“直觀認知—細節(jié)分解—督促檢查”三位一體綜合課程設(shè)計指導方法進行，得到如下一些對比分析結(jié)果：

1.學生進行課程設(shè)計的興趣和積極性得到很大提高。第二組同學明顯比第一組同學的積極性增強。第二組同學被帶到機床實驗室時，對機床設(shè)備、主軸箱模型和主軸箱展開圖可看、可觸及，同學主動向前靠攏、主動動手碰觸操作、認真觀察分析、相互交流討論、態(tài)度活躍積極。顯然第一組同學沒有這種經(jīng)歷和體驗。

2.學生在課程設(shè)計過程中提出的問題明顯增多。學生不能提出問題是目前教學環(huán)節(jié)里一個很大的缺失，不是沒有問題，而是出了很大的問題。在第二組同學的三周課程設(shè)計期間，提出大量與課程設(shè)計相關(guān)的問題。從問題的歸類上看，不僅涉及到《機床構(gòu)造與設(shè)計》課程本身，而且?guī)缀跎婕暗焦た茖I(yè)基礎(chǔ)課及專業(yè)課的全部課程。同學能夠提出問題，說明他們在課程設(shè)計過程中發(fā)揮出主動性并進行積極的思考。相比之下，第一組多數(shù)同學都是在照貓畫虎的生搬硬套。

3.學生在課程設(shè)計過程中對三維建模產(chǎn)生濃厚興趣。近年來，“甩圖板”工程被實施并逐漸加強，鼓勵學生采用計算機輔助繪圖，從而甩掉圖板。本課程設(shè)計在繪圖環(huán)節(jié)也鼓勵采用計算機輔助繪制二維平面圖，有大約三分之一的同學采用計算機輔助繪圖。目前許多設(shè)計生產(chǎn)過程都直接采用三維模型方式進行，而學生此時在教學上仍然沒有接觸到三維建模技術(shù)。在“細節(jié)分解”過程中，我采用三維軟件建模技術(shù)，將所有零件進行建模、裝配和運動仿真。這個過程大部分是在教室內(nèi)與同學一起進行的，因此同學們在直觀掌握零件結(jié)構(gòu)的同時紛紛對三維建模技術(shù)產(chǎn)生濃厚興趣，并準備開始學習三維建模技術(shù)。顯然第一組同學同樣沒有這種經(jīng)歷和體驗。

4.學生課程設(shè)計出勤率明顯提高。除個別同學有時因為招聘會等特殊情況外，幾乎是全部出勤。

5.課程設(shè)計成績明顯提高。課程設(shè)計成績評定是平時成績、圖紙文檔成績、提問答辯成績的綜合，第二組成績比第一組成績呈現(xiàn)整體提高趨勢。

參考文獻

[1]戴曙.金屬切削機床[M].北京：機械工業(yè)出版社，2017.

[2]陳易新.金屬切削機床課程設(shè)計指導書[M].北京：機械工業(yè)出版社.1987.