基于三維技術(shù)的機(jī)械基礎(chǔ)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(xué)院 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，襄陽 441053）

0 引言

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

另一方面，這些課程一般采用二維設(shè)計平臺進(jìn)行教學(xué)，在課程內(nèi)容上又相對落后，尤其是CAD技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，世界制造業(yè)已進(jìn)入數(shù)字化設(shè)計、分析與制造的時代，產(chǎn)品的構(gòu)思與設(shè)計、機(jī)構(gòu)的運(yùn)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(chǔ)課程中，所有的表達(dá)和設(shè)計最初都是由三維模型或三維零件展開的，學(xué)生學(xué)習(xí)要達(dá)到的最終的目標(biāo)也是能靈活利用所學(xué)知識來設(shè)計表達(dá)三維機(jī)械產(chǎn)品或工業(yè)產(chǎn)品，所以在機(jī)械基礎(chǔ)課程體系中貫穿整體的主題單元可以認(rèn)為是三維設(shè)計和三維能力的培養(yǎng)。因此，原機(jī)械基礎(chǔ)系列課程的設(shè)置、內(nèi)容及實踐等環(huán)節(jié)應(yīng)順應(yīng)時代發(fā)展的要求，以三維設(shè)計為主線進(jìn)行全面優(yōu)化整合，使課程改革達(dá)到一個更高層次。

1 機(jī)械基礎(chǔ)系列課程設(shè)置的優(yōu)化整合

隨著計算機(jī)技術(shù)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(jī)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(xué)期機(jī)械基礎(chǔ)課程前可增設(shè)機(jī)械工程表達(dá)工具課程，強(qiáng)化現(xiàn)代設(shè)計與表達(dá)意識，使學(xué)生掌握用基本的計算機(jī)工具表達(dá)設(shè)計思想，掌握計算機(jī)基礎(chǔ)知識、文檔、電子表格、二維繪圖和三維造型等設(shè)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(shè)計結(jié)果。同時增設(shè)機(jī)械工程概述等課程，使學(xué)生對機(jī)械工程這門學(xué)科有一概括了解，掌握機(jī)械及其系統(tǒng)的組成、工作原理、特點及應(yīng)用，簡單的機(jī)構(gòu)運(yùn)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(xué)生對機(jī)械產(chǎn)品構(gòu)型的感性認(rèn)識，教學(xué)方法上采用課堂講授與實習(xí)參觀相結(jié)合，使學(xué)生建立工程設(shè)計的概念，培養(yǎng)基本的工程素質(zhì)，為機(jī)械類基礎(chǔ)課和專業(yè)課做前期準(zhǔn)備。

2 機(jī)械基礎(chǔ)系列課程教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化整合

機(jī)械基礎(chǔ)系列課程教學(xué)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(jī)械基礎(chǔ)課程作為一個系統(tǒng)，進(jìn)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(xué)內(nèi)容上重復(fù)交叉的地方進(jìn)行適度的精簡和刪除，使機(jī)械基礎(chǔ)系列課程真正做到相互補(bǔ)充、相互促進(jìn)、相得益彰。以三維設(shè)計為主線，以培養(yǎng)和提高學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力為出發(fā)點，樹立厚基礎(chǔ)、重素質(zhì)、強(qiáng)能力的教學(xué)觀念，將三維設(shè)計、分析、制造理念全面引入機(jī)械基礎(chǔ)系列課程教學(xué)中，建立基于三維技術(shù)的機(jī)械基礎(chǔ)系列課程新體系。

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

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

機(jī)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(shè)計，機(jī)械產(chǎn)品要達(dá)到高水平、占領(lǐng)國內(nèi)外市場，創(chuàng)新設(shè)計是關(guān)鍵，創(chuàng)新設(shè)計能力的培養(yǎng)對于工科學(xué)生來說尤其重要。實驗、實踐教學(xué)作為本科教學(xué)的一個重要組成部分，在培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新能力方面有著特殊的作用。

雖然機(jī)械基礎(chǔ)系列課程都有附屬于理論教學(xué)的實驗、實踐教學(xué)，但是這些實驗教學(xué)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(shè)計性。為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力，使學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和設(shè)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(jī)械基礎(chǔ)系列課程的實驗、實踐環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合優(yōu)化，建立以計算機(jī)輔助的綜合性、創(chuàng)新性、開放性的實驗及實踐教學(xué)體系。打破課程界限、實驗場所和實驗時間等限制，以計算機(jī)三維設(shè)計和仿真為主線，以機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計為核心，以大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽和三維數(shù)字化大賽為背景依托，強(qiáng)調(diào)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計觀念和三維設(shè)計理念，注重從整體（機(jī)械系統(tǒng)）到局部 (常用機(jī)構(gòu)和典型零部件)，再從局部到整體，在增強(qiáng)學(xué)生對機(jī)械感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上，將分散的知識點與機(jī)械系統(tǒng)有機(jī)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(jī)結(jié)合起來，使學(xué)生在綜合性實驗中對機(jī)械系統(tǒng)有一個完整的認(rèn)識，對所學(xué)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(xué)生能夠站在機(jī)械系統(tǒng)的高度更好地了解和掌握各種常用機(jī)構(gòu)和典型零部件，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計知識分析和解決實際問題的能力，不斷提高學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新意識。

4 結(jié)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(jī)械基礎(chǔ)課程作為一個系統(tǒng)，用三維設(shè)計、分析、制造理念優(yōu)化整合機(jī)械基礎(chǔ)系列課程，建立全新的基于三維技術(shù)的機(jī)械基礎(chǔ)系列課程新體系，是機(jī)械基礎(chǔ)系列課程改革發(fā)展的方向，是數(shù)字化設(shè)計與生產(chǎn)對現(xiàn)代教育提出的新要求。但是，機(jī)械基礎(chǔ)系列課程的優(yōu)化整合研究是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，任重而道遠(yuǎn)，尤其是需要各個方面的積極配合與支持，才能使改革進(jìn)行的更深入。

[1] 南秀蓉, 陳玉芳, 等. 高職機(jī)械類專業(yè)基礎(chǔ)課程的優(yōu)化整合[J]. 中國成人教育, 2008(16): 130.

[2] 徐達(dá), 于芳芳, 等. 運(yùn)用Solidworks改革機(jī)械類課程教學(xué)[J]. 計算機(jī)輔助設(shè)計與制造, 2001(5): 25-26.

[3] 席平, 王晚霞, 等. 機(jī)械工程表達(dá)工具課的研究與實踐[J]. 工程圖學(xué)學(xué)報, 2009(4): 166.

[4] 張政武, 宋春明. 面向三維CAD技術(shù)機(jī)械基礎(chǔ)系列課程改革 [J]. 科技資訊, 2007(30): 96.