如何指導學生進行機械設計基礎課程設計

左元華

“機械設計基礎”是一門重要的技術基礎課程,具有內容分散、知識綜合、偏重應用的特點。學習本課程的學生,總感到它零散、雜亂,抓不住要點。在教學實踐中,筆者也發現學生往往會出現學過即忘的現象。基于目前技工院校中本課程的教學現狀和對當前大學教學實踐的借鑒,筆者在本課程的教學環節中添加了課程設計這個教學環節。在這兩年來高職班的教學實踐中發現,在增加這個環節后學生們覺得有了較大的收獲。這充分說明了實踐環節的重要性,也說明了高職學生也能具備課程設計的能力,更是因為課程設計包含了簡單機械系統設計的全過程或主要部分,表明零部件與系統的關系,具有較強的系統性和綜合性。通過一段相對集中的時間獨立完成一些設計性,及綜合性較強的實際課題,不僅可以將知識有機地連貫起來,得到綜合運用訓練,而且通過從被動接受理論到主動綜合運用理論,強化了設計能力和整合知識能力的培養。實踐表明,通過課程設計使深奧的理論變得形象、具體,使學生分析問題的思維系統、有序,培養了學生的基本技能、完善了知識結構、提高了綜合實踐能力。本文就課程設計的指導思想及做法作一些探討。

一、課程設計的選題

高級技工班和五年制大專班學生學習機械設計基礎的時間相對短、內容少,而且本課程是《機械制圖》《金屬材料》和《工程力學》的后續課程,其中糅合了機械類專業課程中的機械原理、機械零件和機械設計幾個部分的內容,所以學時較短,理論深度也不夠。因此根據課程特點、學生情況及設計課時數少(兩周)的情況,在選題時應該遵循以下幾條原則:

1.課程設計選題要和課程緊密銜接,以訓練學生對理論知識的綜合運用能力

課程設計的覆蓋面宜寬而廣,不宜窄而深。同時要注意由于“機械設計基礎”是一門專業基礎課,故題目的內容應盡量避免涉及學生沒學過的內容,以免學生在其他方面消耗過多的時間,而影響了對課程設計主要內容的學習。

2.題目內容要新穎實用,以激發學生興趣

課程設計的時間短,又恰好趕在期末考試之前,枯燥無味的題目往往不能激發學生的積極性,因此要注意選擇實用性較強的題目,讓學生感到學有所用,充分認識到該課程的重要性。中高職班的學生往往要經過幾周的機械加工操作訓練,在訓練過程中,他們對設備使用熟練,但是對原理卻并不了解,所以很愿意學習以摸清其中的奧秘。

3.題目難度要適中,避免過易或過難

根據教學大綱的要求,課程設計時間為兩周,因此所選擇的題目必須保證在10天左右能夠完成。如果過于簡單,則題目綜合性不夠、范圍過窄,無法達到綜合訓練的目的;如果過難,則會挫傷學生的學習積極性,可能會過分依賴教師,加重教師負擔,同時也會使教師陷在某一問題的時間過多不利于對更多學生的答疑解惑。

根據上述選題原則,我們開設并逐步完善了兩個課題:①一般用途的單級齒輪減速器;②一般用途的外嚙合雙齒輪泵。這兩個課題既體現了上述選題原則,又具有各自的特點。題目①包含了本課程中傳動比的分配,軸的結構設計和強度設計、齒輪的設計和強度校核、軸承的壽命計算和各種標準件的選擇,所應用的知識不超過本課程范圍,而且在今后生產實踐中也非常有用;題目②中也包含了軸的選材、軸的工作能力的設計、齒輪的設計、泵體的結構設計,尤其注重密封的設計等內容,這些知識點依然在我們所學的范圍之內,但側重點有所不同。當然由于課題的規模較大,與平時學生所做的設計作業不同,所有的細節完全由學生設計是有難度的,因此將參考的箱體結構提供給學生,并對學生提出讀圖要求,讓學生在讀圖過程中了解各個結構的用途,提高設計能力。

二、課程設計的實施

1.課程設計的總體介紹

學生初次接觸課程設計,常常對任務毫無頭緒而無從下手,浪費了不少時間。因此在課程結束后、課程設計前,都要對課程設計進行總體介紹。給學生講清什么是課程設計,為何要搞課程設計,怎樣進行課程設計以及常用設計方法等。對學生我們提倡“少問多思”,要求理論概念清晰,所用依據可靠正確,符合實際工作要求。強調在設計過程中溫故知新,還要培養團隊精神。為了能準確反映課程設計成果,鍛煉學生撰寫科研報告的能力,要嚴格規定課程設計內容:一級齒輪減速器或齒輪泵的裝配圖一張(1號圖樣);零件工作圖1～2張(軸類或齒輪工作圖,用2號或3號圖樣);計算說明書1份(10～12頁左右)。使學生明確怎樣做,有效避免拿到設計題目無從下手而浪費時間的情況。

2.時間安排

將機械設計基礎課程設計時間定為兩周,除去周末,有十個工作日的時間。時間具體安排見表1。

整個課程設計大致分為五個階段:

(1)第一階段為準備階段,要求學生準備好相關的資料和工具,對任務書進行認真的研究和分析,仔細觀察各種減速器和齒輪泵的結構和型式,比較優缺點,以便選擇一種最適當的結構和型式,擬訂設計步驟和進度。

(2)第二階段即初步設計計算階段,是學生最感困難的階段,所以老師的指導作用就非常重要,按具體的設計要求引導學生進入設計狀態是順利進行課程設計的關鍵。在這個階段,指導老師要多做示范,具體指導學生怎樣查閱資料、如何選擇電動機、分配傳動比,計算各種初始數據和繪制整機布置簡圖。這個階段的特點是教師多講、學生多聽。

(3)裝配圖設計階段,這個階段是考驗和鍛煉制圖基本技能的階段。首先考慮圖面布置,使視圖和各種技術數據在圖面中不過于擁擠,也不過于稀疏。然后就可以就要繪制整機的裝配圖了,在完成三個視圖的過程中進行軸系零部件的選擇和結構設計。草圖完成后,經校閱、修改并由指導老師審核后進行描深、加剖面線,最后標注尺寸和配合、列出技術條件、編寫零件明細表和標題欄。這個階段是對前階段專業課程的溫故知新階段,也是整個課程設計的主體階段。需要引導學生熟練地運用有關參考資料、計算圖表、手冊、圖集、規范,并熟悉有關國家標準,培養機械設計的基本技能,這個階段的工作完成可以說整個課程設計已經進行了大半。

(4)根據裝配圖和計算數據繪制零件工作圖,這個階段也可以說是上一個階段的延續。

(5)整理并編寫計算說明書。說明書大概需要10～12頁,內容包括:封面;評定表;設計任務書;目錄(標題、頁次);傳動方案的分析和擬定(附傳動方案簡圖);電動機的選擇;傳動裝置運動及動力參數計算;傳動零件的設計計算;軸的設計計算;滾動軸承的選擇和計算;潤滑方式、潤滑油牌號及密封方式的選擇;箱體及附件的結構設計和選擇;設計小結(簡要說明對畢業設計的體會、設計的優缺點及改進意見等)以及參考資料(資料編號、作者、書名、出版單位、出版年月)。

三、課程設計的考核

機械設計基礎課程設計是一門綜合性很強的課程,為了全面評估學生的能力,重點從以下幾個方面進行考核:

一是裝配圖中零件結構是否符合要求、尺寸和標準是否正確、視圖布局是否合理、圖面是否整潔等等,占總分的40%;

二是為防止抄襲現象,在審核過程中老師要準備10個問題,讓學生當場予以解答,以考核其運用知識的能力,占總分的30%;

三是設計結束后要寫出課程設計說明書,作為整個課程設計評分的書面依據和存檔材料。主要考核課程設計說明書的內容:傳動比分配是否合理、主要零部件的設計計算是否符合要求、標準件的選擇是否正確、書寫和裝訂格式是否規范等,占總分的20%。

四是日常考勤占10%。

五是考核等級分為:優秀(90分以上)、良好(80分以上)、中等(70分以上)、及格(60分以上)和不及格(60分以下)。

四、課程設計的效果分析

根據這幾年來的實際操作,對課程設計過程的效果分析如下:

1.考核成績統計(見表2)

2.考核情況剖析

(1)合格率為94%,說明絕大部分學生對于先前所學的相關課程進行了良好實踐,完整了相關知識體系,能夠達到課程設計的基本要求。

(2)優秀率近15%,這和機械設計基礎的考試成績優秀率8%左右相比,有了一定程度的提高。說明在課程設計過程中,又有一部分學生理解和把握了機械設計課程的相關內容和知識點。

(3)不合格率為6%,在巡回指導和最后考核過程中發現,這部分學生的問題主要在于態度不夠端正,前階段課程的基礎很不扎實,制圖基本功薄弱,知識點沒有能夠真正掌握和領會。

3.主要問題

(1)由于學生缺少實際生產經驗,在課程設計指導書上給出了設計要求,指導老師也針對性的進行講解,學生就基本照搬老師的講解,在傳動比的分配和相關參數的選擇上往往比較盲目,或基本遵循中庸原則,缺少靈活性。

(2)在裝配圖的設計中,指導老師也會給學生相關的參考圖冊,學生依照圖冊結構進行設計,缺乏創新,在課程設計說明書中也缺乏自己的見解。

(3)在傳動零件的強度計算中,學生多是照本宣科,按步驟機械計算,對于公式的理解和公式中參數選擇不能真正領會。

(4)在潤滑和密封中,潤滑方式的選擇和密封件的選擇在回答問題過程中,說不出選擇的具體理由,存在著盲目的現象。

(5)課程設計是分小組進行,同一個小組完成一組原始數據的設計,這使得有一小部分學生不主動思考完全依賴同組的其他同學。

在機械設計基礎課程結束后,讓學生完成以上的課程設計加深了所學知識、擴大了知識面,而且開闊了視野,加強了解決實際問題的能力。這是對理論知識和生產實際的補充和檢驗,能夠培養學生綜合運用機械設計課程和其它先修課程的有關理論和實際知識的能力,將之前所學過的知識進行系統整合和運用,完整了知識體系,使這些知識得到鞏固、加強和發展,并將理論知識加以實際運用,使學生在思考問題、提出設想、解決問題方面得到了綜合訓練,初步培養了學生的設計能力和獨立工作能力,為以后步入工作崗位打下良好的基礎。但是在課程設計實踐中出現的諸多問題也不能忽視,因此,在實踐過程中還需不斷進行探索和創新,使課程設計在培養技工院校學生的理論水平和設計能力上發揮其應有的作用和意義。

(作者單位:華東石油技師學院)